KR102639763B1 - 건축물 외장패널의 자동 설계 방법 - Google Patents

건축물 외장패널의 자동 설계 방법 Download PDF

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KR102639763B1 KR1020230006236A KR20230006236A KR102639763B1 KR 102639763 B1 KR102639763 B1 KR 102639763B1 KR 1020230006236 A KR1020230006236 A KR 1020230006236A KR 20230006236 A KR20230006236 A KR 20230006236A KR 102639763 B1 KR102639763 B1 KR 102639763B1
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Abstract

본 발명은, (a) 건축도면 로딩부(200)가 건축도면을 로딩하여 건축물 정보를 확인하는 단계; (b) 외장패널 설계정보 생성부(300)가 외장패널 데이터베이스(910)에서 어느 하나의 외장패널에 대한 외장패널 정보를 확인하는 단계; (c) 상기 외장패널 설계정보 생성부(300)가 긴결철물 데이터베이스(920)에서 어느 하나의 긴결철물에 대한 긴결철물 정보를 확인하는 단계; (d) 상기 외장패널 설계정보 생성부(300)가, 상기 건축물 정보, 상기 외장패널 정보 및 상기 긴결철물 정보를 이용하여, 기 설정된 방법으로 긴결철물 간격을 연산하는 단계; (e) 상기 외장패널 설계정보 생성부(300)가, 상기 연산된 긴결철물 간격을 이용하여, 긴결철물들이 연산된 간격 이하로 배치되도록 함으로써, 긴결철물 배치정보를 생성하는 단계; 및 (f) 상기 외장패널 설계정보 생성부(300)가, 상기 생성된 긴결철물 배치정보를 이용하여, 어느 하나의 외장패널에 긴결철물이 둘 이상 배치되도록 하고, 외장패널마다 이에 설치되는 둘 이상의 긴결철물의 위치가 균일하게 함으로써, 외장패널 설계정보를 생성하는 단계를 포함하는, 외장패널 설계 방법을 제공한다.

Description

건축물 외장패널의 자동 설계 방법{Method for design of exterior panels of buildings automatically}
본 발명의 기술 분야는, 건축 기술과 IT 기술의 융합된 기술 분야이다.
건축물의 외피(facade)는 건축물의 형태적 정체성뿐만 아니라 에너지 성능, 내진, 내화 및 품질 등 기능성 수준을 결정하는 중요 요소 중 하나이다. 또한, 전체 공사비에서 골조 다음으로 큰 비중을 차지하여 프로젝트의 비용적 측면에서도 중요성이 크다.
건축물 외피에 다양한 자재가 적용될 수 있는데 그 중 하나는 외장패널이다. 패널화된 외장재는 공장에서 생산되어 현장으로 이송된 후 부착되므로 공기를 단축시킬 수 있다. 시판되는 제품의 크기를 수정 없이 그대로 적용한다면 대량생산으로 인해 경제성이 우수하고, 종래의 시공 사례를 참조할 수 있어서 시공 편의성이 증진되며, 설계 단계에서 완공 이후의 건축물 외관을 예측하기 쉬워 비전문가인 건축주에게도 다양한 선택지를 제공할 수 있다.
다만, 외장패널의 탈락사고로 인한 재산 및 인명 피해가 우려된다. 널리 사용되는 석재패널의 경우, 시간이 지남에 따라 균열, 파손, 처짐 등의 변형이 발생하기 때문에 탈락사고의 위험성이 더욱 높다. 석재패널 자체의 손상뿐만 아니라 석재패널 지지하는 구조체(back-frame)의 품질 또한 석재 탈락 현상에 큰 영향을 미친다.
이를 방지하기 위해 외장패널 시공 품질의 향상이 필요하다. 일반적으로 건축 시공 품질은 설계 단계에서부터 시공 단계에 걸쳐 결정된다. 특히, 시공 초기 단계에 작성되는 시공 상세도(shop drawing)가 시공 품질에 큰 영향을 끼친다. 시공 상세도는 시공자가 설계도면에 근거하여 공사에서 요구되는 시공 방법과 순서, 목적물 시공을 위해 필요한 자재와 그 상세 등을 작성한 도면을 의미한다. 시공자가 작성 주체가 되어 설계도면을 기준으로 시공의 기반을 상세히 표현한 도면이다.
석재패널을 예로 든다면 석공사 전문건설업체가 외장패널에 대한 시공 상세도를 작성한다. 석공사 업체는 계약 체결 이후 건축도면 및 시방서를 검토하고 현장(구조물) 실측을 수행하여 석공사 시공 상세도를 작성하고, 공장에서 석재 유니트를 제작하고, 제작된 석재에 대한 성능시험(mock-up test)을 수행한 후 현장으로 운반하여 보관하고, 공법 종류에 따라 석재 시공까지 수행한다.
그런데 현실적으로 석공사 업체는 대부분 작업 인력이 부족하고 수작업으로 설계를 수행한다. 이에 따라 데이터 누락 및 오류 문제가 종종 발생한다. 이러한 문제는 외장패널 탈락사고로 귀결될 수 있다.
한편, 석재 공법은 몰탈 사용 여부에 따라 크게 습식공법, 반건식공법, 건식공법 등으로 분류되며 최근에는 건물 구조체에 앙카철물과 같은 긴결철물을 사용하여 석재를 긴결하는 건식공법이 주로 사용되고 있다. 그 중에서도 석재패널을 구조체와 조립하여 설치하는 유니트 공법(unit system)이 공기 단축, 품질 유지 등의 효율성 측면에서 장점이 있다. 유니트 공법은 공장 또는 현장에서 유니트화된 구조체와 석재를 일체화한 후 인양장비를 사용하여 현장 조립 및 설치하는 공법을 의미한다. 구조체 부분의 형상이 비교적 복잡하고 연결 부위에서 탈락이 발생할 확률이 높기 때문에 요구되는 구조성능에 따라 철저히 시공될 필요가 있다.
우수한 품질의 석재패널 시공 상세도 설계를 위해 고려할 요소로서 석재 및 긴결철물을 들 수 있으며, 필요시 트러스를 더 고려하여야 한다.
"석재"는 건물 구조체에 긴결되는 유니트 시스템의 가장 바깥쪽에 위치해 건축물의 형태와 외관을 결정하는 동시에 내진, 내화 성능 수준에 영향을 미친다. 따라서 시공 상세도 내 석재의 최종 규격 및 형태를 결정하기 위해서는 설계도면 중 입면도를 중점적으로 검토해 건축물의 형태를 파악할 필요가 있다. 건축물 및 유니트 형태, 석재 규격 확인을 통해 석재의 종류 및 자중에 따른 석재패널 휨 강도를 검토해야 한다. 또한, 슬래브, 코너, 기둥, 옹벽 등 석재 유니트가 설치되는 부위에 따라 상이하게 요구되는 구조적 성능을 고려해야 한다. 마지막으로 현장 실측을 통해 파악한 현장별 여건 및 특성을 반영하면 최종 석재형태, 크기 및 개수가 결정되어 석재 분할도를 작성할 수 있다.
"긴결철물(fastener)"은 석재를 건축물에 연결하는 부재이다. 도 1을 참조하여, 긴결철물은 건축물(1010)과 외장패널(1020) 사이에 위치하는 철물들을 의미하며, 줄눈 간격으로 구분된 한 쌍의 외장패널(1020)을 고정하는 고정핀(1120), 고정핀(1120)에 체결되고 개구부가 있어서 마감거리를 조절할 수 있게 하는 조정판(1110), 근각볼트(1131)와 근각너트(1132)에 의해 길이 조절되며 조정판(1110)을 체결하는 L형 앵글(1130), L형 앵글(1130)을 건축물(1010)에 고정시키는 앵커볼트(1141)와 앵커너트(1142)를 포함한다. 강도 보강을 위해, L형 앵글(1130)과 조정판(1110) 또는 L형 앵글(1130)과 건축물(1010) 사이에 용접부가 추가될 수 있다. 석재패널, 구조체 그리고 건축물을 고정하는 긴결철물의 설계가 부적합할 경우 심각한 인명피해가 발생할 수 있다. 따라서 긴결철물의 물성 및 구조적 성능에 대한 사전 검토가 중요하다. 긴결철물의 최종 상세조건들을 결정하기 위해서는 외벽 평면, 입면, 단면 상세도를 검토하여야 한다. 설계도면 내 나타난 건축물의 층고나 마감거리에 따라 긴결철물의 치수, 폭, 개수 등이 달라지며 마감거리가 길수록 보강철물이 추가로 필요하다. 구조적 성능의 검토 측면에서는 긴결철물로 고정될 석재의 자중 및 크기에 따른 구조계산이 수행되어야 한다. 이에 긴결철물의 석재 패널과의 연결부 강도, 긴결철물 자체의 강도, 그리고 건축물과의 정착부 강도를 검토해야 한다. 또한, 외벽 석공사에 따른 창호 누수 문제는 외장재 손상 및 거주민의 생활만족도를 감소시키는 핵심 하자 요인으로, 창호 주위 조인트의 차수성, 수밀성을 고려한 정밀시공을 반영하여야 한다. 마지막으로 현장 실측을 통한 수정사항까지 반영하여 최종 긴결철물의 종류, 개수 및 배치간격을 결정한다.
"트러스(steel truss)"는 석재 유니트의 연결 강도를 보강하기 위해 건축물에 고정 설치되는 구조물이다. 도 2를 참조하면, 도 1과 비교하여 L형 앵글(1130)이 앵커너트(1142), 근각볼트(1143) 및 근각너트(1144)에 의해 스틸 앵글(1150)에 체결되며, 스틸앵글(1150)이 트러스(1030)에 체결된다. 이는 용접 등에 의할 수 있다. 따라서 건축물과 트러스의 연결성이 가장 중요하게 고려되어야 하므로 긴결철물과 마찬가지로 외벽 평면, 입면, 단면 상세도를 중점적으로 검토해 트러스의 사이즈 및 간격 등의 형태를 최종적으로 결정하여야 한다.
이와 같은 요소들은 석재패널의 설계뿐만 아니라 알루미늄 패널, 커튼월 등 모든 외장패널의 설계에 영향을 미치는 요소이다. 이러한 요소들이 복잡하게 관여하기에 외장패널 시공 상세도 작업자는 모든 데이터를 꼼꼼하게 살펴보아야 하나, 적인 인원에 의해 수작업으로 이루어지는 현실에 기인하여 사고의 우려가 큼은 전술한 바와 같다.
이에, 본 발명은 외장패널 시공 상세도 작업을 자동화함으로써, 외장패널 설계 및 시공에 필요한 데이터 누락을 방지하고, 이를 통해 건축물 안전성 향상에 기여를 하고자 한다.
관련된 종래 기술을 살펴본다.
한국등록특허 제10-1603622호는, BIM 통합설계 저작도구 활용 시스템 및 방법에 관한 것으로, 벽체, 문, 배관과 같은 건물 내부 부재의 유사한 요소들을 묶은 패밀리(family)의 형상정보를 변경하여 복수의 타입(type)을 포함하는 패밀리를 생성하는 기술을 개시한다. 예를 들어, 패밀리가 벽인 경우, 다양한 형상, 크기, 재료로 만들어진 여러 타입의 벽들이 생성되는 점이 개시되어 외벽을 설계한다. 본 종래기술은 설계 자동화라기보다는 수작업 또는 호환되지 않는 형식의 문서로 이루어진 도면을 CAD나 BIM 등에서 호환 가능한 형태로 변환하는 기술이다.
유럽공개특허 제2,966,055호는, 타일 브랜드별로 데이터베이스를 구축함으로써, 사용자가 타일 설치영역을 지정하면 타일 설치가 완료된 후의 건축물을 3D 형태로 제공하는 기술을 개시한다. 외피에 적용할 수는 있겠지만, 적용되더라도 어떻게 보여지는지만 도시할 뿐, 다양한 현장 여건, 하중, 강도 등을 고려한 것이 아니어서, 실내 타일 공사 외에는 적용할 수 없는 기술이다.
미국등록특허 제11,332,942호는 건설 표면 구성 및 설치 자동화 시스템과 방법에 관한 것으로, 다차원 측정으로 구성 계획을 생성하고, 생성된 구성 계획으로부터 부품 서브 세트에 대한 절단 목록을 자동으로 생성하여 절단 장치에 전달하고, 절단 장치에서 절단 목록에 따라 재료 세트를 절단함으로써, 3D 형태의 건축물 또는 구조물의 도면을 생성한다. 즉, 3D 형태로 촬영되는 이미지 파일을 입력함으로써 일종의 전개도가 생성된다. 외장패널의 설계와는 거리가 있는 기술이다.
미국등록특허 제9,939,807호는 외장 알고리즘으로부터 패널, 리브, 프레임, 외장재를 수신하고 이를 건축물 설계 모델에 반영하는 기술이 개시된다. 이를 위해, BM 파일에서 외피에 해당하는 좌표값을 수신하고, 좌표값을 이용하여 외피면적을 연산한다. 이와 같이 외피면적을 연산할 수는 있으나, 외장패널의 배치 내지 긴결철물의 설계는 이루어지지 못한다. 더욱이, 물리적 면적만을 기준으로 설계가 이루어지기에 하중 등 안정성에 대하여 고려를 하지 못한다.
일본공개특허 제2020-004278호는 설계 지원 장치에 관한 것으로, 취득된 요건 정보에 기반하여 설계 대상의 건물 내의 벽 각각을 생성하는 벽 생성부를 포함하고, 취득된 요건 정보 중 기본 요건 정보는 외벽의 종별을 포함하여 벽을 생성하는 기술을 개시한다. 본 종래기술은 건축법규나 건축주 요구를 정리한 소정의 규칙(rule)을 미리 생성한 후 이에 기반하여 벽체를 생성한다. 외장패널의 설계가 아닌 구조물 자체의 설계에 도움을 주는 기술이다.
미국등록특허 제10,307,962호는 실존하는 건축물에 3차원 레이저 기반 스캔을 수행하고, 3차원 컴퓨터 모델을 생성한 후, 단열 디자인을 결정하고, 결정된 디자인에 따라 단열재를 제조하는 기술을 개시한다. 단열재의 상세 설계와 제작까지도 지원하는 기술이지만, 스캔의 대상이 되는 완공된 건축물이 필요하다. 즉, 건축도면이 아니라 건축물 그 자체가 필요한 기술이다.
한국등록특허 제10-1394022호는 BIM을 이용한 건물 외피 형태 자동화 생성 및 이를 이용한 건물 에너지 시뮬레이션 방법에 관한 것으로, 외피 생성모듈이 입력된 건물 정보, 평면 유형에 대한 정보 및 입면 유형에 대한 정보를 이용하여 건물 외피를 생성하고 건물 정보 파일에 반영하여 건물의 에너지를 시뮬레이션하는 기술에 관한 것이다. 외장패널의 설계에 관한 것이라는 점에서 공통점이 있으나, 하중 등을 고려하지 않고 오직 에너지 관점에서만 검토가 이루어진다. 상세한 방법에 있어서, 외벽이나 기둥 등의 구조적 형태를 다양하게 한 후 이를 기반으로 에너지 시뮬레이션이 이루어지므로 본 발명과 같은 안전성을 고려한 외피 설계 방법이 아니다.
한국공개특허 제10-2010-0005517호는 마감 모델링 자동화 시스템 및 방법에 관한 것으로, 건축물 도면 및 모델링 프로그램을 제공받아 설계하고자 하는 공간을 선택하여 마감재의 속성과 드로잉룰을 설정하여 자동화할 수 있는 점이 개시된다. 외장패널과 같은 외피의 자동 설계를 위한 기술이라는 점에서 그 목적인 유사하나, 구체적 방법이 상당히 간단하다. 즉, BIM 파일 등 좌표가 지정되어 있는 건축도면을 활용하여 외피영역을 설정하고 마감재의 속성 정보만을 매핑하는 것이기에 하중 등을 전혀 고려하지 못한 단순 물리적 모델링 기술이다.
한국등록특허 제10-1723630호 역시 이와 유사하나 사람에 의한 수동 입력이 필요하다. 평면 유형 정보, 층수, 층고, 슬라브 두께, 외피 높이 등을 기반으로 외피를 1차 모델링하고, 입면 유형을 결정한 후 외피 최종 모델링을 수행한다. 즉, 좌표를 불러와서 외피 영역을 단순 모델링하는 기술이다.
한국등록특허 제10-1227723호는, 건축물 외피에 관한 것이 아니라 한옥 구조물 자체를 설계하는 방법을 제시한다. 한옥 설계에 필요한 다양한 정보를 입력하면 이를 기반으로 구조물의 수치가 함수 연산으로 제공된다.
(특허문헌 1) 한국등록특허 제10-1603622호
(특허문헌 2) 유럽공개특허 제2,966,055호
(특허문헌 3) 미국등록특허 제11,332,942호
(특허문헌 4) 미국등록특허 제9,939,807호
(특허문헌 5) 일본공개특허 제2020-004278호
(특허문헌 6) 미국등록특허 제10,307,962호
(특허문헌 7) 한국등록특허 제10-1394022호
(특허문헌 8) 한국공개특허 제10-2010-0005517호
(특허문헌 9) 한국등록특허 제10-1723630호
(특허문헌 10) 한국등록특허 제10-1227723호
(특허문헌 11) 미국등록특허 제9,213,785호
(특허문헌 12) 미국등록특허 제8,583,375호
(특허문헌 13) 유럽공개특허 제2,494,478호
(특허문헌 14) 국제공개특허 제2011-059713호
(특허문헌 15) 미국등록특허 제8,812,273호
(특허문헌 16) 미국등록특허 제9.405.862호
(특허문헌 17) 한국등록특허 제10-1603622호
(특허문헌 18) 미국공개특허 제2016-0070825호
(특허문헌 19) 미국공개특허 제2016-0243448호
(특허문헌 20) 한국등록특허 제10-1670602호
(특허문헌 21) 한국공개특허 제10-2016-0010636호
(특허문헌 22) 한국등록특허 제10-2027856호
(특허문헌 23) 일본공개특허 제2019-200721호
(특허문헌 24) 미국공개특허 제2020-0242849호
(특허문헌 25) 국제공개특허 제2021-044216호
(특허문헌 26) 미국공개특허 제2022-0198088호
본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하고자 외장패널의 설계 자동화 방법을 제공하고자 한다. 이를 통해, 불명확한 시공 상세도에 기인한 낮은 품질의 시공을 방지하여, 건축물 시공 및 운용의 안정성을 증진시켜 재산 및 인명 피해를 원천적으로 예방하고자 한다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예는, (a) 건축도면 로딩부(200)가 건축도면을 로딩하여 건축물 정보를 확인하는 단계; (b) 외장패널 설계정보 생성부(300)가 외장패널 데이터베이스(910)에서 어느 하나의 외장패널에 대한 외장패널 정보를 확인하는 단계; (c) 상기 외장패널 설계정보 생성부(300)가 긴결철물 데이터베이스(920)에서 어느 하나의 긴결철물에 대한 긴결철물 정보를 확인하는 단계; (d) 상기 외장패널 설계정보 생성부(300)가, 상기 건축물 정보, 상기 외장패널 정보 및 상기 긴결철물 정보를 이용하여, 기 설정된 방법으로 긴결철물 간격을 연산하는 단계; (e) 상기 외장패널 설계정보 생성부(300)가, 상기 연산된 긴결철물 간격을 이용하여, 긴결철물들이 연산된 간격 이하로 배치되도록 함으로써, 긴결철물 배치정보를 생성하는 단계; 및 (f) 상기 외장패널 설계정보 생성부(300)가, 상기 생성된 긴결철물 배치정보를 이용하여, 어느 하나의 외장패널에 긴결철물이 둘 이상 배치되도록 하고, 외장패널마다 이에 설치되는 둘 이상의 긴결철물의 위치가 균일하게 함으로써, 외장패널 설계정보를 생성하는 단계를 포함하는, 외장패널 설계 방법을 제공한다.
또한, 상기 (d) 단계는, (d1) 상기 외장패널 설계정보 생성부(300)가, 외장패널의 각 변의 길이를 임의로 결정한 후, 상기 건축물 정보 중 풍 하중 및 지진 하중과 상기 외장패널 정보 중 하중 강도를 이용하여 임의로 결정된 길이의 외장패널에 인가되는 하중을 연산하고, 상기 긴결철물 정보 중 긴결철물 자체 강도, 긴결철물 연결 강도 및 긴결철물 건축물 연결 강도를 이용하여 유니트 강도를 연산하고, 상기 유니트 강도와 상기 외장패널에 인가되는 하중을 비교함으로써 긴결철물의 간격을 결정하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 (d1) 단계 이후, (d2) 상기 외장패널 설계정보 생성부가(300), 상기 외장패널 설치영역의 마감거리, 층고 및 줄눈 간격에 비례하게 상기 (d1) 단계에서 결정된 긴결철물의 간격을 수정하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 (e) 단계 이후, (e1) 상기 외장패널 설계정보 생성부(300)가, 상기 긴결철물 배치정보가 미리 결정된 재배치 요건을 만족하는지 판단하는 단계; 및 (e2) 재배치 요건을 만족하는 경우, 상기 외장패널 설계정보 생성부(300)가 트러스 정보를 확인하여 트러스 배치정보를 생성하고, 상기 건축물 정보, 상기 외장패널 정보 및 상기 긴결철물 정보에 상기 트러스 배치정보를 더 이용하여, 기 설정된 방법으로 긴결철물 간격을 재연산하고, 상기 재연산된 긴결철물 간격을 이용하여 긴결철물들이 재연산된 간격 이하로 배치되도록 함으로써, 긴결철물 배치정보를 재생성하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 (f) 단계는, (f1) 상기 외장패널 설계정보 생성부(300)가, 상기 생성된 긴결철물 배치정보를 이용하여, 어느 하나의 외장패널에 긴결철물이 둘 이상 배치되도록 함과 동시에, 외장패널 설치영역에서 상기 임의로 생성된 외장패널의 각 변의 길이와 줄눈 간격을 이용하여 외장패널 설치영역 상에서 외장패널 조각이 생성되지 않도록 외장패널 설계정보를 생성하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 (f) 단계 이후, (g1) 검증부(400)가 상기 외장패널 설계정보를 로딩하고, 상기 외장패널 정보와 상기 긴결철물 정보를 이용하여 유니트 강도를 연산한 후, 상기 연산된 유니트 강도가 기 설정된 기준 이하인 경우 외장패널 설계정보 수정부(500)가 기 설정된 방법으로 외장패널 설계정보를 수정하는 단계를 더 포함하며, 상기 외장패널 설계정보의 수정은 다수의 긴결철물 보강안 중 어느 하나를 포함하도록 수정하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 건축물 정보는 건축물 변형 정보를 더 포함하고, 상기 (f) 단계 이후, (g2) 검증부(400)가 상기 외장패널 설계정보를 로딩하고, 상기 건축물 변형 정보를 이용하여 외장패널에 인가되는 강도를 연산한 후, 상기 연산된 강도가 기 설정된 기준 이하인 경우 외장패널 설계정보 수정부(500)가 기 설정된 방법으로 외장패널 설계정보를 수정하는 단계를 더 포함하며, 상기 외장패널 설계정보의 수정은 다수의 긴결철물 보강안 중 어느 하나를 포함하도록 수정하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 (f) 단계 이후, (g3) 검증부(400)가 상기 외장패널 설계정보를 로딩하고, 상기 창호 정보를 이용하여 외장패널에 인가되는 강도를 연산한 후, 상기 연산된 강도가 기 설정된 기준 이하인 경우 외장패널 설계정보 수정부(500)가 기 설정된 방법으로 외장패널 설계정보를 수정하는 단계를 더 포함하며, 상기 외장패널 설계정보의 수정은 다수의 긴결철물 보강안 중 어느 하나를 포함하도록 수정하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 (f) 단계 이후, (h) 외장패널 설계정보 수정부(500)가 상기 외장패널 설치영역에 대하여 상기 외장패널 설계정보를 출력하면서 이와 함께 단열재 영역, 매설물 영역, 구멍뚫기 영역 및 요철 영역에 대한 정보를 함께 출력하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 (f) 단계 이후, (i) 상기 외장패널 설계정보 생성부(300)가 상기 외장패널 설계정보를 이용하여 소요되는 외장패널의 각 변의 길이 및 개수를 확인하는 단계; 및 (j) 공장 생산 연동부가, 상기 확인된 외장패널의 각 변의 길이 및 개수와 미리 저장되어 있는 공장 생산 능력을 이용하여, 소요되는 외장패널의 생산에 필요한 날짜를 연산하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 외장패널은 석재패널로서 유니트 공법(unit system)에 의해 시공되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따라, 안전성에 필요한 다양한 정보들이 고려된 외장패널 자동 설계가 가능하다. 현장의 상황에 따른 변수들이 고려된다. 외장패널 자체의 특성(강도, 휨 정도 등)과 긴결철물의 특성이 고려됨은 물론, 건축물 자체의 특성과, 건축물의 설치 지역에 따른 풍 하중 및 지진 하중 등이 고려된다. 이에 따라, 건축물 시공 및 운용의 안정성이 증진되고 재산 및 인명 피해를 원천적으로 예방할 수 있다.
외장패널 데이터베이스 및 긴결철물 데이터베이스를 미리 구축하였다면, 사용자는 건축도면 등 몇몇 필요 정보만 입력함으로써 외장패널은 물론 긴결철물까지 외장패널 유니트의 자동 설계가 이루어진다. 자동 설계에 의해, 영세한 시공업체의 인력난과 무관하게 안전한 시공 상세도의 설계 및 시공이 가능함은 물론, 공장 제조 환경과 연계되어 효과적인 공사 계획을 수립하고 공기를 단축시킬 수 있다.
석재패널을 예로 들어 본 발명을 설명하지만, 어떠한 종류의 외장패널에도 적용될 수 있다.
사용자의 옵션 선택에 따라, 외장패널을 공용 치수로 결정하면서 긴결철물의 간격을 줄이거나 반대로 외장패널의 치수를 건축물에 맞추어 수정하는 방식을 채택할 수 있다. 즉, 다양한 설계 옵션이 제공된다.
안전성 검증을 위한 추가 방법을 제공한다. 유니트 강도, 건축물 변형, 창호 하중 등이 추가로 고려되며, 기준치 설정을 통해 보다 안전한 시공 상세도 작성이 가능하다.
안전성 강화를 위한 다양한 보강안이 존재하여 현장 상황에 적절한 선택이 가능하다. 예컨대, 긴결철물 자체 또는 긴결철물과 건축물의 연결부에 용접부가 추가되는 방식, 긴결철물의 개수를 추가시키는 방식 등의 보강안 중에서 선택이 가능하다. 이와 같은 방식으로 강도 보강이 이루어지면 이를 감안하여 외장패널의 설계가 다시 수행될 수 있다.
또한, 단열재 위치, 매설물, 구멍 뚫기, 요철 등 현장에서 외장패널 설계 변경을 요구하는 정보들이 함께 출력되어 제공된다. 필요시 외장패널 설계안이 즉각 변경될 수 있다.
도 1 및 도 2는 종래의 외장패널 설치 방법을 예시적으로 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 방법을 수행하기 위한 시스템을 도시한다.
도 4는 본 발명에 따른 방법을 설명하는 순서도이다.
도 5는 본 발명에 따른 방법에 사용되는 정보를 정리한 도면이다.
도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 방법을 수행하여 이루어진 자동 설계가 적용된 외장패널의 시공 상세도를 도시한다.
본 발명은 외장패널의 자동화된 설계 방법을 제공한다.
여기에서, "외장패널 설계"는 외장패널에 대한 시공 상세도(shop drawing)를 작성하는 작업을 의미한다.
여기에서, "외장패널(exterior panel)"은 건축물의 외벽 마감재 중 패널(panel) 형식의 마감재를 의미하며 건축물로부터 인가되는 하중은 실질적으로 받지 않는 부분으로서 외피(facade)를 이루는 부분이다. 석재패널, 금속패널, 목재패널 등이 이에 포함될 수 있다. 아래에서는 주로 석재패널을 예시로 들어 설명하나 다른 재질의 패널 역시 본 발명의 범위 내에 포함될 수 있다.
여기에서, "긴결철물(fastener)"은 외장패널과 건축물의 긴밀한 연결을 위해 사용되는 철물을 의미한다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 건축물(1010)과 외장패널(1020) 또는 트러스(1030)와 외장패널(1020)을 연결하는 조정판, 앵글, 볼트, 너트, 고정핀이 모두 포함되는 개념이다. 긴결철물과 외장패널이 결합된 구조체는 유니트 공법(unit system)에 활용되는 것으로서 이하에서 "유니트"로 지칭한다.
여기에서, "트러스(steel truss)"는 스틸과 같은 다수의 부재를 이용한 구조 강화 부재로서 건축물에 강하게 연결된 부재이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
외장패널 자동 설계를 위한 정보의 설명
본 발명에 따른 방법은 컴퓨터에 의해 수행되는 것으로 컴퓨터 판독 가능 기록매체에 저장될 수 있다.
컴퓨터에 의한 수행을 위해 본 발명은 다수의 정보를 건축도면 또는 데이터베이스로부터 추출하거나 수동으로 입력받으며 이를 가공하여 활용한다. 필요한 정보는 도 5에 정리되어 도시된다.
본 발명에서 사용되는 정보는 건축물 정보, 외장패널 정보, 긴결철물 정보 및 트러스 정보로 구분할 수 있다.
"건축물 정보"는 건축도면으로부터 자동으로 획득되거나 사용자에 의해 수동으로 입력되어 획득되는 정보로서, 외장패널 설치영역, 풍 하중, 지진 하중을 포함한다.
외장패널 설치영역은 건축물에서 외장패널이 설치되는 영역에 관한 정보를 의미한다. 건축도면의 표기에 따라 자동 추출될 수도 있고, 또는 수동으로 입력될 수 있다. 여기에는 마감거리(도 1 및 도 2 참조), 층고, 줄눈 간격 등의 정보가 포함된다. 건축도면의 입면도를 고려하여 결정될 수 있다.
풍 하중은 건축물에 인가되는 바람에 의한 하중을 의미하며, 건축물의 위치에서의 일반적인 풍속을 이용하여 최고층 높이에서의 바람에 의한 영향을 이용하여 연산된다. 풍 하중 연산 방법은 널리 알려져 있는바 상세한 설명은 생략한다. 건축도면 자체에 입력된 것을 추출할 수도 있으며, 사용자에 의해 수동 입력될 수도 있다.
지진 하중은 건축물에 인가될 것으로 예상되는 지진에 의한 하중을 의미하며, 건축물의 위치를 이용한 지역계수로서 연산된다. 지진 하중 연산 방법은 널리 알려져 있는바 상세한 설명은 생략한다. 마찬가지로, 건축도면 자체에 입력된 것을 추출할 수도 있으며, 사용자에 의해 수동 입력될 수도 있다.
건축물 정보는 건축물 변형 정보를 더 포함한다.
건축물 변형 정보는 건축물이 완공된 이후 운용 과정에서 발생할 수 있는 변형에 관련된 정보이다. 건축물에 인가될 것으로 예상되는 하중, 건축물 자체의 탄성 변형, 철골조의 경우 발생할 수 있는 온도 신축, RC조의 경우 발생할 수 있는 건조 수축에 대한 정보를 포함한다.
건축물 정보는 창호정보를 더 포함한다.
창호정보는 건축물 내 창호에 의해 발생하는 하중 내지 영향을 고려하기 위한 정보이다. 창호 자체의 하중인 창호 하중, 창호 주변의 개구부 조인트의 차수성, 개구부 접합부의 고정 강도 관련 정보를 포함한다.
또한, 건축물 정보는 단열재 영역, 매설물 영역, 구멍 뚫기 영역 및 요철 영역에 대한 정보를 더 포함한다. 이들은 건축 도면 상에서 표기되어 있는바, 본 발명의 일 실시예에서는 후술하는 외장패널 배치정보와 함께 도면에서 함께 출력될 수 있다.
"외장패널 정보"는 외장패널의 종류마다 개별적으로 외장패널 데이터베이스(910)에 미리 입력되어 있다. 여기에서의 외장패널의 종류는 재질별 종류는 물론, 상업적으로 입수 가능한 시판 외장패널 종류를 의미할 수도 있다.
외장패널 정보는, 각 외장패널 종류마다, 외장패널 자체의 하중 강도와 휨 강도를 포함한다. 각 강도를 측정하는 기준 및 방법은 널리 알려진 기술이며, 시판 중인 외장패널의 강도는 각 제조사에서 제공하고 있는바, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
"긴결철물 정보"는 긴결철물의 종류마다 개별적으로 긴결철물 데이터베이스(920)에 미리 입력되어 있다. 여기에서의 긴결철물의 종류는 긴결 방식별 종류는 물론, 상업적으로 입수 가능한 시판 긴결철물 종류를 의미할 수도 있다.
긴결철물 정보는, 각 긴결철물 종류마다, 긴결철물 자체의 강도, 긴결철물과 외장패널의 연결 부분의 강도, 긴결철물과 건축물의 연결 부분의 강도를 포함한다. 각 강도를 측정하는 기준 및 방법은 널리 알려진 기술이며, 시판 중인 긴결철물의 강도는 각 제조사에서 제공하고 있는바, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
"트러스 정보"는 트러스의 종류마다 개별적으로 트러스 데이터베이스(930)에 미리 입력되어 있다. 여기에서의 트러스의 종류는 트러스의 구축 방식, 트러스의 재질 등의 종류를 의미할 수 있다.
트러스 정보는, 각 트러스 종류마다, 트러스 자체의 강도, 트러스와 외장패널의 연결 부분의 강도, 트러스와 건축물의 연결 부분의 강도를 포함한다. 각 강도를 측정하는 기준 및 방법은 널리 알려진 기술인바, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
외장패널 자동 설계를 위한 시스템의 설명
도 3을 참조하여, 본 발명에 따른 방법을 수행하기 위한 시스템을 설명한다.
본 발명에 따른 시스템은, 건축도면 입력부(100), 건축도면 로딩부(200). 외장패널 설계정보 생성부(300), 검증부(400). 외장패널 설계정보 수정부(500). 외장패널 설계정보 출력부(600)를 포함한다. 또한, 다수의 데이터베이스를 더 포함한다.
건축도면 입력부(100)에는 본 발명의 수행에 필요한 건축물 정보를 획득하기 위한 건축도면이 입력된다. 입력되는 건축도면의 형태는 무엇이든 무관하나, 컴퓨터에서 읽을 수 있는 전자문서의 형태로서 표준화된 형태인 것이 바람직하다. 예컨대, CAD 또는 BIM에서 읽을 수 있는 형태로 입력될 수 있다.
건축도면 로딩부(200)는 입력된 건축도면을 로딩하여 건축물 정보를 추출한다. 추출하는 방법에 제한은 없으나, 예를 들어 표준화된 전자문서 형태의 건축도면이라면 여기에 입력된 필드값의 인덱스를 확인함으로써 필요한 정보를 추출할 수 있으며, 다른 예를 들어 건축도면이 이미지 파일 형태로 입력되어도 각 정보를 의미하는 기호를 확인하거나 텍스트 리딩 기법을 활용함으로써 필요한 정보를 추출할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서는, 사용자가 건축물 정보를 수동으로 입력할 수도 있다.
외장패널 설계정보 생성부(300)는 본 발명에서 생성하고자 하는 외장패널 설계정보를 1차 생성하는 기능을 수행한다. 이를 위해, 긴결철물 간격 연산 모듈(310), 긴결철물 배치정보 생성 모듈(320), 및 트러스 배치정보 생성 모듈(330)을 포함한다. 각 모듈의 구체적 기능은 방법의 설명과 함께 후술한다.
검증부(400)는 1차 생성된 외장패널 설계정보를 검증하여 수정 필요 여부를 판단하는 기능을 수행한다. 이를 위해, 유니트 강도 이용 검증 모듈(410), 건축물 변형정보 이용 검증 모듈(420), 창호정보 이용 검증 모듈(430)을 포함한다. 역시, 각 모듈의 구체적 기능은 방법의 설명과 함께 후술한다.
외장패널 설계정보 수정부(500)는 검증부(400)의 검증 결과에 따라 또는 옵션 제공을 통한 사용자의 판단에 따라 외장패널 설계정보를 수정할 수 있도록 하는 기능을 수행한다.
외장패널 설계정보 출력부(600)는 생성된 또는 수정된 외장패널 설계정보를 사용자에게 출력하는 기능을 수행한다. 건축도면 입력부(100)에 건축도면과 함께 출력될 수도 있고 별도로 출력될 수도 있다. 또는, 별도의 툴을 이용하여 3D 모델링되어 출력될 수도 있다. 출력 방법에 제한되지 않는다.
한편, 본 발명에 따른 시스템은 데이터베이스로서, 외장패널 데이터베이스(910), 긴결철물 데이터베이스(920), 및 트러스 데이터베이스(930)를 포함한다. 각각 외장패널 종류별 외장패널 정보, 긴결철물 종류별 긴결철물 정보, 및 트러스 종류별 트러스 정보가 미리 입력되어 저장되어 있다.
외장패널 자동 설계 방법의 설명
도 4를 참조하여 본 발명에 따른 방법을 구체적으로 설명한다.
외장패널 데이터베이스(910), 긴결철물 데이터베이스(920), 및 트러스 데이터베이스(930)는 이미 구축되어 있는 상태이다.
사용자는 건축도면 입력부(100)에 건축도면을 입력한다. 건축도면 로딩부(200)가 건축도면을 로딩하여 필요한 건축물 정보를 확인한다(S110). 확인 방법은 종래의 어떠한 기술이 적용되어도 무방하다.
한편, 외장패널 설계정보 생성부(300)가 외장패널 데이터베이스에서 외장패널의 종류 중 어느 하나에 대한 외장패널 정보를 확인하고(S120), 긴결철물 데이터베이스에서 긴결철물의 종류 중 어느 하나에 대한 긴결철물 정보를 확인한다(S130).
이제, 외장패널 설계정보 생성부(300)의 긴결철물 간격연산 모듈(310)이 앞서 확인된 건축물 정보, 외장패널 정보 및 긴결철물 정보를 이용하여, 기 설정된 방법으로 긴결철물 간격을 연산하고 이를 이용하여 긴결철물 배치정보를 연산한다(S210).
긴결철물 간격을 연산하는 방법을 구체적으로 설명한다.
긴결철물 간격연산 모듈(310)은 우선 외장패널의 각 변의 길이를 임의로 결정한다. 널리 활용되는 일반적인 외장패널의 치수가 디폴트 값으로 입력되어 활용될 수 있다. 예컨대, 20T 석재패널의 경우 600 X 1,200(mm) 값이 활용될 수 있다.
다음, 건축물 정보 중 풍 하중 및 지진 하중을 확인하고, 외장패널 정보 중 하중 강도를 활용함으로써, 앞서 결정된 길이의 외장패널에 인가되는 하중을 연산한다. 구체적인 연산 방법은 종래 기술인바 상세한 설명은 생략한다.
또한, 긴결철물 정보 중 긴결철물 자체 강도, 긴결철물 외장패널 연결 강도 및 긴결철물 건축물 연결 강도를 이용함으로써 외장패널과 긴결철물로 구성된 유니트의 전체 강도를 연산한다. 구체적인 연산 방법은 종래 기술인바 상세한 설명은 생략한다.
다음, 앞서 연산된 외장패널에 인가되는 하중과 유니트 강도를 비교한다.
예를 들어, 하나의 외장패널에 2개의 긴결철물이 임의의 간격(디폴트 값)으로 위치할 것을 가정하여 외장패널에 인가되는 하중과 유니트 강도를 비교하고, 강도가 부족하다면 외장패널에 필요한 긴결철물의 개수를 일정 단위로 늘려서 간격을 좁힌다. 좁혀진 간격을 적용하여 다시 외장패널과 하중을 연산하고 유니트 강도를 연산한 후 비교 및 필요시 수정 과정을 수행한다. 이를, 유니트 강도가 더 커질 때까지 반복한다. 긴결철물의 최대 간격을 연산한다. 이때에, 긴결철물의 개수를 늘리지 않고 외장패널의 각 변의 길이(특히, 너비)를 줄이는 방식도 가능하다.
이러한 방식으로 긴결철물의 최대 간격이 1차 연산된다.
1차 연산된 긴결철물의 간격에 대하여, 건축물 정보에서 외장패널 설치영역의 마감거리, 층고, 줄눈 간격이 더 고려될 수 있다. 마감거리, 층고, 줄눈 간격이 증가할수록 긴결철물의 간격은 이에 비례하게 일정 단위로 좁아지도록 수정 연산한다.
긴결철물 간격의 연산이 완료되면, 외장패널 설치영역 내에 모든 긴결철물이 균등하게 배치되되 연산된 간격 이하로 배치되도록 함으로써 외장패널 설치영역 내에 긴결철물이 배치되는 정보인 긴결철물 배치정보가 생성한다.
한편, 긴결철물의 간격을 연산하는 단계에서, 과도하게 간격이 좁아지거나 외장패널의 크기가 과도하게 작아진 경우 설계의 복잡성, 공장 생산의 어려움, 경제적 불리함 등을 고려하여 트러스를 이용한 보강을 수행하는 방식이 적용될 수 있다.
이를 위해, 외장패널 설계정보 생성부(300)는 앞서 생성된 긴결철물 배치정보가 미리 결정된 재배치 요건을 만족하는지 판단한다(S310). 재배치 요건은 긴결철물 간격의 최소값 또는 외장패널 각 변의 길이의 최소값일 수 있으며 이는 미리 결정되어 있다. S210 단계에서 연산된 긴결철물 간격이 미리 결정된 최소값 미만이거나 S210 단계에서 연산된 외장패널 각 변의 길이가 미리 결정된 최소값 미만인 경우 재배치 요건을 만족한다.
재배치 요건을 만족하는 경우, 외장패널 설계정보 생성부(300)는 트러스 사용을 결정하며, 트러스 배치정보 생성모듈(330)은 트러스 데이터베이스(930)에서 트러스 정보를 확인하여 트러스 배치정보를 생성하고, 건축물 정보, 외장패널 정보 및 긴결철물 정보에 트러스 배치정보를 더 이용하여, 기 설정된 방법으로 긴결철물 간격을 재연산하고, 재연산된 긴결철물 간격을 이용하여 긴결철물들이 재연산된 간격 이하로 배치되도록 함으로써, 긴결철물 배치정보를 재생성한다.
구체적인 긴결철물 간격 재연산 방법 및 긴결철물 배치정보는 S210 단계와 유사하다.
다음, 외장패널 설계정보 생성부(300)의 긴결철물 배치정보 생성 모듈(320)은 긴결철물 배치정보를 이용하여 어느 하나의 외장패널에 긴결철물이 둘 이상 배치되도록 함으로써 외장패널 설계정보를 생성한다(S410). 또한, 어느 하나의 외장패널에 설치되는 긴결철물의 위치들이 모든 외장패널에서 균일하게 하는 것이 바람직하다.
이때에 외장패널의 공장 생산을 고려하는 옵션을 설정할 수 있다. 예를 들어, 앞서 입력된 디폴트 값인 외장패널의 각 변의 길이가 600 X 1,200(mm)과 같이 상용화된 일반적 크기일 수 있는데, 긴결철물 배치정보 단계에서 이에 대한 수정이 없었다면(즉, 긴결철물의 간격이 디폴트 값 그대로 설정되었거나 수정 필요시 긴결철물 간격만 수정되고 외장패널 크기는 수정되지 않음) 상용화된 외장패널을 그대로 사용할 수 있다. 이 경우, 대량 생산되는 상용화된 외장패널 제품을 그대로 활용할 수 있는 장점이 있으나, 외장패널 설치영역의 크기에 따라서는 현장에서 외장패널을 분할하여 설치하여야 하는 등 작업이 번잡해지고 패널 조각으로 인해 미관상 단점이 있을 수 있다.
또는, 공장 생산을 고려하지 않고 외장패널 설치영역에 맞추어지는 옵션을 설정할 수도 있다. 달리 말하여, 외장패널 설치영역의 크기에 딱 맞추어 현장에서 외장패널 분할이 필요 없고 조각이 발생하지 않도록 외장패널 크기 조정하는 방식이 가능하다.
예를 들어, 외장패널 설치영역의 수평 길이(안목치수)가 10,000mm이고 줄눈 간격이 10mm로 설정되었다면, 전자의 예시라면 외장패널의 너비가 1,200mm로 상용화된 제품을 그대로 사용할 수 있으나 마지막 외장패널의 너비가 320mm가 되어 외장패널 조각이 설치되는 단점이 있다(1,200mm 패널 8개 및 320mm 패널 1개). 후자의 예시라면 하나의 외장패널의 너비를 약 1,100mm로 설정하게 되어 외장패널을 분할할 필요 없으며 조각이 설치되지 않지만 공장에서 해당 치수에 따른 외장패널을 별도 생산할 필요가 있다(1,102mm 패널 9개).
이와 같은 방식으로 생성된 외장패널 설계정보에 대한 검증과 수정 단계가 부가될 수 있다(S510 ~ S530). 본 발명은 세 가지 검증 방식을 제공한다.
첫째, 유니트 강도를 이용한 검증을 수행하고, 필요시 외장패널 설계정보를 수정한다(S510).
검증부(400)의 유니트 강도 이용 검증모듈(510)은 외장패널 설계정보를 로딩하고, 외장패널 정보와 긴결철물 정보를 이용하여 유니트 강도를 다시 연산한 후, 연산된 유니트 강도가 기 설정된 기준 이하인 경우 외장패널 설계정보 수정부(500)가 기 설정된 방법으로 외장패널 설계정보를 수정한다.
S510 단계에서 연산되는 유니트 강도는 S210 단계에서 연산되는 유니트 강도와 별도로 수행되어야 한다. 또한, 기 설정된 기준은 건축법에 따른 기준이거나 이보다 강화된 기준일 수 있다. 따라서, S210 단계에서 외장패널에 인가되는 하중 등을 고려하여 외장패널 설계가 완성되었더라도 S510 단계의 검증시 이를 통과하지 못할 수도 있다. 이 경우 보강을 위한 외장패널 설계정보 수정이 필요하다.
여기서, 외장패널 설계정보 수정부(500)의 외장패널 설계정보의 수정은 미리 저장되어 있는 다수의 긴결철물 보강안 중 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다. 예컨대, 미리 저장되어 있는 다수의 긴결철물 보정안은, 긴결철물 부재들 중 어느 하나 이상의 크기 증가 또는 강도가 높은 자재로의 변경, 긴결철물 자체의 용접, 긴결철물과 트러스의 용접 등일 수 있다.
수정이 완료된 후 수정된 외장패널 설계정보를 이용하여 다시 한 번 검증이 이루어질 수도 있다.
둘째, 건축물 변형 정보를 이용한 검증을 수행하고, 필요시 외장패널 설계정보를 수정한다(S520).
검증부(400)의 건축물 변형정보 이용 검증모듈(520)은 외장패널 설계정보를 로딩하고, 건축물 정보 중 건축물 변형 정보를 이용하여 외장패널에 인가되는 강도를 연산한 후, 연산된 강도가 기 설정된 기준 이하인 경우 외장패널 설계정보 수정부(500)가 기 설정된 방법으로 외장패널 설계정보를 수정한다. 수정하는 방법은 전술한 바와 유사하다.
여기서, 건축물 변형 정보를 이용하여 외장패널의 안정성을 시뮬레이션하는 방법은 널리 사용되고 있는 기술인바 상세한 설명은 생략한다.
셋째, 창호 정보를 이용한 검증을 수행하고, 필요시 외장패널 설계정보를 수정한다(S530).
검증부(400)의 창호정보 이용 검증모듈(530)은 외장패널 설계정보를 로딩하고, 창호 정보를 이용하여 외장패널에 인가되는 강도를 연산한 후, 연산된 강도가 기 설정된 기준 이하인 경우 외장패널 설계정보 수정부(500)가 기 설정된 방법으로 외장패널 설계정보를 수정한다. 수정하는 방법은 전술한 바와 유사하다.
여기서, 창호 정보를 이용하여 외장패널의 안정성을 시뮬레이션하는 방법은 널리 사용되고 있는 기술인바 상세한 설명은 생략한다.
이와 같은 과정으로 외장패널 설계정보는 안전성을 고려하여 필요시 수정되며, 이후 시공을 위해 추가 수정될 수도 있다.
검증이 이루어졌던 유니트 강도, 건축물의 변형 내지 하중 이외에도 외장패널 설계시 고려하여야 하는 요소로서, 건축물 정보에 포함된 단열재 영역, 매설물 영역, 구멍뚫기 영역 및 요철 영역이 있는바, 본 발명은 이에 대한 정보를 활용하여 추가 수정을 용이하게 한다.
이를 위해, 외장패널 설계정보 수정부(500)가 외장패널 설치영역에 대하여 외장패널 설계정보를 출력하면서 이와 함께 단열재 영역, 매설물 영역, 구멍뚫기 영역 및 요철 영역에 대한 정보를 함께 출력할 수 있다. 이때에 하나의 도면에서 중첩되게 출력할 수도 있다. 사용자는 이를 확인하면서 외장패널 설계정보를 수정할 수 있다(S610).
다른 실시예에서, 공장 생산 능력과 연동될 수 있다.
이를 위해, 외장패널 설계정보 생성부(300)가 외장패널 설계정보를 이용하여 소요되는 외장패널의 각 변의 길이 및 개수를 확인한 이후, 공장 생산 연동부(미도시)는 확인된 외장패널의 각 변의 길이 및 개수와 미리 저장되어 있는 공장 생산 능력을 이용하여, 소요되는 외장패널의 생산에 필요한 날짜를 연산할 수 있다. 이와 같은 과정을 통해 외장패널 생산 기간을 고려하면 공사기간 설정에 도움이 될 수 있다.
또 다른 실시예에서, 건축물의 다수의 외장패널 설치영역별로 별도 배치가 이루어질 수 있다. 예컨대, 1층 외벽을 3개의 구역으로 나누어 외장패널 설계정보가 연산하되, 각 구역마다 서로 다른 외장패널을 사용한다면 입력되는 외장패널 정보가 달라져서 서로 다른 외장패널 설계정보가 연산될 것이다. 좀 더 무거운 외장패널을 사용한다면 긴결철물이 보다 촘촘하게 배치되는 외장패널 설계정보가 연산되는 식이다.
한편, 외장패널 설계정보가 모두 연산된 이후, 작업자에 의한 수동 조정은 당연히 가능하다. 건축도면에서 직접 나타나지 않는 변수들(예컨대, 소화전의 위치, 주변 식생 등)은 본 발명에 따른 방법에서는 고려되지 못하므로, 작업자는 이를 감안하여 본 발명에 따른 방법에 의해 연산된 외장패널 설계정보를 변경할 수 있다. 또는, 심미적인 이유로서 설계자 또는 건축주의 요구를 반영하여 본 발명에 따른 외장패널 설계정보가 연산된 이후에 이를 직접 수정하는 것도 가능할 것이다. 예컨대, 가로 세로가 반듯하게 배치된 외장패널을 서로 엇갈리게 배치하거나, 자투리 공간에 외장패널 조각을 배치시키지 않고 다른 방식의 시공 방법이 더 적용되는 것도 가능하다.
외장패널 자동 설계 방법의 실증
도 6은 본 발명에 따른 외장패널 자동 설계 방법에 의해 수행된 외장패널 배치 등이 포함된 입면도의 시공 상세도를 도시하며, 도 7은 단면도의 시공 상세도를 도시한다. 경기도 P시에 위치한 K 호텔의 신축공사 도면이다.
K 호텔의 건축도면은 BIM 파일 형태로 입력되었다. 경기도 P시의 풍 하중 및 지진 하중이 계수로서 입력되었다. 건축도면을 통해 해당 건물의 각 층고는 5600mm, 600mm, 4800mm가 확인되었다(총 지상 3층). 1층에는 5개, 2층에는 2개, 3층에는 1개의 외장패널 설치영역이 설정되었다(도 6 참조). 외부 기둥 부분은 별도의 외장패널 설치영역으로 설정되었다. 줄눈 간격은 8mm로 설정되었다.
외장패널은 두께 30mm의 사비석잔다듬이 선택되었고(도 7 참조), 이에 대한 정보가 외장패널 데이터베이스(910)에서 확인되었다.
긴결철물로서 I.A.S. ANCHOR를 비롯한 연결 철물 세트가 선택되었으며(도 7 참조), 이에 대한 정보가 긴결철물 데이터베이스(920)에서 확인되었다. 단, 도 7에서는 긴결철물의 도면이 간략하게만 도시된다.
위의 정보들을 바탕으로 긴결철물의 간격을 연산하였으나, 연산된 길이가 긴결철물 간격의 최소값보다 작아 재배치 요건을 만족하게 되었으며, 이에 따라 트러스가 추가되었다. 트러스는 스틸 BRACKET, ANCHOR, PLATE 등의 구조체로 선택되어 이에 의해 건물 구조체에 연결되는 것으로 선택되었고(도 7 참조), 이에 해당하는 정보가 트러스 데이터베이스(930)에서 확인되었고, 이를 활용하여 트러스 배치정보를 생성하였다.
트러스 배치정보를 더 활용하여 다시 긴결철물의 간격이 연산되었으며, 이를 최대값으로 한 긴결철물 배치정보가 생성되었다. 수직 방향의 배치 정보는 도 7에 도시된다.
이를 이용하여 외장패널 설계정보가 각 외장패널 설치영역별로 연산되었다.
도 7에 도시된 바와 같이, 외장패널 높이는 592mm로 연산되었다. 다만, 1층 및 3층의 외장패널 설치영역 일부에서는 수동으로 높이 일부가 변경되었다. 이는 문과 같은 개구부와의 연결성, 소화전 문제 등을 고려한 것이다.
100: 건축도면 입력부
200: 건축도면 로딩부
300: 외장패널 설계정보 생성부
310: 긴결철물 간격 연산 모듈
320: 긴결철물 배치정보 생성 모듈
330: 트러스 배치정보 생성 모듈
400: 검증부
410: 유니트 강도 이용 검증 모듈
420: 건축물 변형정보 이용 검증 모듈
430: 창호정보 이용 검증 모듈
500: 외장패널 설계정보 수정부
600: 외장패널 설계정보 출력부
910: 외장패널 데이터베이스
920: 긴결철물 데이터베이스
930: 트러스 데이터베이스
1010: 건축물
1020: 외장패널
1110: 조정판
1120: 고정핀
1030: 트러스
1130: L형 앵글
1131: 근각볼트
1132: 근각너트
1141: 앵커볼트
1142: 앵커너트
1143: 근각볼트
1144: 근각너트
1150: 스틸 앵글

Claims (12)

  1. 석재패널을 포함하는 외장패널을 유니트 공법(unit system)으로 시공하기 위해 외장패널을 설계하는 방법으로서,
    (a) 건축도면 로딩부(200)가 건축도면을 로딩하여 건축물 정보를 확인하는 단계; - 여기서, 건축물 정보는 외장패널 설치영역, 풍 하중 및 지진 하중을 포함함
    (b) 외장패널 설계정보 생성부(300)가 외장패널 데이터베이스(910)에서 어느 하나의 외장패널에 대한 외장패널 정보를 확인하는 단계; - 여기서, 외장패널 정보는 각 외장패널 종류마다의 하중 강도 및 휨 하중을 포함함
    (c) 상기 외장패널 설계정보 생성부(300)가 긴결철물 데이터베이스(920)에서 어느 하나의 긴결철물에 대한 긴결철물 정보를 확인하는 단계; - 여기서, 긴결철물 정보는 각 긴결철물 종류마다의 긴결철물 자체 강도, 긴결철물 외장패널 연결 강도 및 긴결철물 건축물 연결 강도를 포함함
    (d1) 상기 외장패널 설계정보 생성부(300)가, 외장패널의 각 변의 길이를 임의로 결정한 후,
    상기 건축물 정보 중 풍 하중 및 지진 하중과 상기 외장패널 정보 중 하중 강도를 이용하여 임의로 결정된 길이의 외장패널에 인가되는 하중을 연산하고,
    상기 긴결철물 정보 중 긴결철물 자체 강도, 긴결철물 연결 강도 및 긴결철물 건축물 연결 강도를 이용하여 유니트 강도를 연산하고,
    상기 유니트 강도와 상기 외장패널에 인가되는 하중을 비교함으로써 긴결철물의 간격을 결정하는 단계;
    (e) 상기 외장패널 설계정보 생성부(300)가, 상기 연산된 긴결철물 간격을 이용하여, 긴결철물들이 연산된 간격 이하로 배치되도록 함으로써, 긴결철물 배치정보를 생성하는 단계;
    (e1) 상기 외장패널 설계정보 생성부(300)가, 상기 긴결철물 배치정보가 미리 결정된 재배치 요건을 만족하는지 판단하는 단계;
    (e2) 재배치 요건을 만족하는 경우, 상기 외장패널 설계정보 생성부(300)가 트러스 정보를 확인하여 트러스 배치정보를 생성하고, 상기 건축물 정보, 상기 외장패널 정보 및 상기 긴결철물 정보에 상기 트러스 배치정보를 더 이용하여, 기 설정된 방법으로 긴결철물 간격을 재연산하고, 상기 재연산된 긴결철물 간격을 이용하여 긴결철물들이 재연산된 간격 이하로 배치되도록 함으로써, 긴결철물 배치정보를 재생성하는 단계; 및 - 여기서, 트러스 정보는 트러스 자체 강도, 트러스 긴결철물 연결 강도 및 트러스 건축물 연결 강도를 포함함
    (f) 상기 외장패널 설계정보 생성부(300)가, 상기 생성된 긴결철물 배치정보를 이용하여, 어느 하나의 외장패널에 긴결철물이 둘 이상 배치되도록 하고, 외장패널마다 이에 설치되는 둘 이상의 긴결철물의 위치가 균일하게 함으로써, 외장패널 설계정보를 생성하는 단계를 포함하는,
    외장패널 설계 방법.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 건축물 정보는 외장패널 설치영역의 마감거리, 층고 및 줄눈 간격을 더 포함하고,
    상기 (d1) 단계 이후,
    (d2) 상기 외장패널 설계정보 생성부(300)가, 상기 외장패널 설치영역의 마감거리, 층고 및 줄눈 간격에 비례하게 상기 (d1) 단계에서 결정된 긴결철물의 간격을 수정하는 단계를 더 포함하는,
    외장패널 설계 방법.
  4. 삭제
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 (f) 단계는,
    (f1) 상기 외장패널 설계정보 생성부(300)가, 상기 생성된 긴결철물 배치정보를 이용하여, 어느 하나의 외장패널에 긴결철물이 둘 이상 배치되도록 함과 동시에, 외장패널 설치영역에서 상기 임의로 생성된 외장패널의 각 변의 길이와 줄눈 간격을 이용하여 외장패널 설치영역 상에서 외장패널 조각이 생성되지 않도록 외장패널 설계정보를 생성하는 단계를 더 포함하는,
    외장패널 설계 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 (f) 단계 이후,
    (g1) 검증부(400)가 상기 외장패널 설계정보를 로딩하고, 상기 외장패널 정보와 상기 긴결철물 정보를 이용하여 유니트 강도를 연산한 후, 상기 연산된 유니트 강도가 기 설정된 기준 이하인 경우 외장패널 설계정보 수정부(500)가 기 설정된 방법으로 외장패널 설계정보를 수정하는 단계를 더 포함하며,
    상기 외장패널 설계정보의 수정은 다수의 긴결철물 보강안 중 어느 하나를 포함하도록 수정하는 것인,
    외장패널 설계 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 건축물 정보는 건축물 변형 정보를 더 포함하고,
    상기 건축물 변형 정보는, 건축물에 인가되는 하중, 탄성 변형, 온도 신축 및 건조 수축 중 어느 하나 이상을 포함하고,
    상기 (f) 단계 이후,
    (g2) 검증부(400)가 상기 외장패널 설계정보를 로딩하고, 상기 건축물 변형 정보를 이용하여 외장패널에 인가되는 강도를 연산한 후, 상기 연산된 강도가 기 설정된 기준 이하인 경우 외장패널 설계정보 수정부(500)가 기 설정된 방법으로 외장패널 설계정보를 수정하는 단계를 더 포함하며,
    상기 외장패널 설계정보의 수정은 다수의 긴결철물 보강안 중 어느 하나를 포함하도록 수정하는 것인,
    외장패널 설계 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 건축물 정보는 창호 정보를 더 포함하고,
    상기 창호 정보는, 각 창호마다의 창호 하중, 개구부 조인트 차수성 및 개구부 접합부 고정 강도 중 어느 하나 이상을 포함하고,
    상기 (f) 단계 이후,
    (g3) 검증부(400)가 상기 외장패널 설계정보를 로딩하고, 상기 창호 정보를 이용하여 외장패널에 인가되는 강도를 연산한 후, 상기 연산된 강도가 기 설정된 기준 이하인 경우 외장패널 설계정보 수정부(500)가 기 설정된 방법으로 외장패널 설계정보를 수정하는 단계를 더 포함하며,
    상기 외장패널 설계정보의 수정은 다수의 긴결철물 보강안 중 어느 하나를 포함하도록 수정하는 것인,
    외장패널 설계 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 건축물 정보는 단열재 영역, 매설물 영역, 구멍뚫기 영역 및 요철 영역에 대한 정보를 더 포함하며,
    상기 (f) 단계 이후,
    (h) 외장패널 설계정보 수정부(500)가 상기 외장패널 설치영역에 대하여 상기 외장패널 설계정보를 출력하면서 이와 함께 단열재 영역, 매설물 영역, 구멍뚫기 영역 및 요철 영역에 대한 정보를 함께 출력하는,
    외장패널 설계 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 (f) 단계 이후,
    (i) 상기 외장패널 설계정보 생성부(300)가 상기 외장패널 설계정보를 이용하여 소요되는 외장패널의 각 변의 길이 및 개수를 확인하는 단계; 및
    (j) 공장 생산 연동부가, 상기 확인된 외장패널의 각 변의 길이 및 개수와 미리 저장되어 있는 공장 생산 능력을 이용하여, 소요되는 외장패널의 생산에 필요한 날짜를 연산하는 단계를 더 포함하는,
    외장패널 설계 방법.
  11. 삭제
  12. 컴퓨터에 의해 제 1 항, 제 3 항 및 제 5 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 외장패널 설계 방법이 수행되도록, 컴퓨터 판독 가능한 기록매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.
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Title
정을규 외 1명. Curtain Wall의 특성 및 설계조건에 관한 연구. 한국건축시공학회 논문집. 제4권, 제3호, 125-131 페이지. 2004.09. *

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