KR20140014979A - Ｉｆｃ 파일을 이용한 에너지 분석 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본원발명은 국제 표준 파일 포맷인 IFC(Industry Foundation Classes) 파일에 포함된 건축물의 공간 및 공간에 소속된 객체들의 형상 및 위치 정보를 추출하여 건축물의 에너지 분석을 수행하는 방법 및 장치를 제공한다.
본 발명에 따른 IFC 파일을 이용한 건축물 에너지 분석 방법은 IFC 파일로부터 분석 대상 건축물의 공간 엔티티를 인식하고 상기 공간의 형상 및 위치 정보를 추출하는 단계와, 상기 인식된 공간 엔티티에 소속된 1개 이상의 객체 엔티티를 인식하고 각 객체의 형상 및 위치 정보를 추출하는 단계와, 상기 추출된 공간 및 객체 엔티티의 형상 및 위치 정보를 상기 건축물의 에너지 분석에서 요구되는 데이터로 변환하는 단계와, 상기 변환된 데이터를 선정된 파일 포맷에 따라 매핑하여 상기 건축물의 에너지 분석에 필요한 입력 파일을 생성하는 단계와, 상기 입력 파일을 이용하여 상기 건축물의 에너지 최대 부하량을 산출하고 산출결과값을 출력하는 단계를 포함한다.

Description

ＩＦＣ 파일을 이용한 에너지 분석 장치 및 방법{Apparatus and method for performing energy analysis using IFC file}
본원 발명은 국제 표준 파일 포맷인 IFC(Industry Foundation Classes) 파일을 이용하여 건축물의 에너지 분석을 수행하는 방법 및 장치에 관한 것으로서, 구체적으로는 IFC 파일에 포함된 건축물의 공간 및 공간에 소속된 객체들의 형상 및 위치 정보를 추출하여 건축물의 에너지 분석을 수행하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
본원 발명은 중소기업청에서 지원하는 2010년도 산학연공동기술개발사업(No. 00043726)의 연구 과제로부터 도출된 결과물이다.
건축물의 에너지 소비량 저감에 대한 관심은 이미 전세계적으로 급증하고 있다. 이에 따라 우리나라는 2020년 건축물 부분 예상 에너지 소비량 15% 절감을 목표로 2005년에 건설교통부에서 에너지 절약 설계기준을 강화하고, 친환경 건축물 인증 제도를 도입하여 건축물 에너지 소비량에 대한 관심이 증가하는 추세에 있다.
한편, 비정형 설계 표현력 향상을 위해, 그리고 설계단계에서의 통합 정보관리를 통한 효율성 향상을 위해 건축물설계에 건축정보모델링(Building Information Modeling: BIM) 프로그램이 널리 이용되고 있으며, 국내에서는 건축물 에너지 시뮬레이션을 위한 BIM 활용을 제도적으로 준비되고 있다.
그러나, BIM 기반 3D CAD(Computer Aided Design) 어플리케이션에서 IFC 파일 포맷으로 생성된 건축물의 형상 및 위치 정보를 에너지 분석 엔진의 입력 파일 생성에 직접적으로 활용할 수 없으며, 현재는 IFC 파일을 gbXML 파일로 변환한 후에 이것을 에너지 부하량 산출을 위한 입력 파일로 다시 변환하는 과정을 거쳐야 하는 문제점이 있다.
한국공개특허 제10-2012-16158호
본원발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, IFC 파일로부터 건축물의 에너지 분석에 필요한 입력 파일을 직접 생성하여 에너지 분석을 수행할 수 있는 방법 및 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 IFC 파일을 이용한 건축물 에너지 분석 장치는 IFC 파일로부터 분석대상 건축물의 공간 및 상기 공간에 소속된 1개 이상의 객체를 인식하고 상기 공간 및 객체에 연관된 형상 및 위치 정보를 추출하는 IFC 파일 분석부와, 상기 추출된 상기 공간 및 객체의 형상 및 위치 정보를 상기 건축물의 에너지 분석에서 요구되는 데이터로 변환하는 데이터 변환부와, 상기 변환된 데이터를 선정된 파일 포맷에 따라 매핑하여 상기 건축물에 대한 에너지 분석에 필요한 입력 파일을 생성하는 입력파일 생성부와, 상기 입력 파일을 이용하여 상기 건축물의 에너지 최대 부하량을 산출하고 산출 결과값을 출력하는 에너지 분석부를 포함한다.
본 발명의 일 측면에 따른 IFC 파일을 이용한 건축물 에너지 분석 방법은 IFC 파일로부터 분석 대상 건축물의 공간 엔티티를 인식하고 상기 공간의 형상 및 위치 정보를 추출하는 단계와, 상기 인식된 공간 엔티티에 소속된 1개 이상의 객체 엔티티를 인식하고 각 객체의 형상 및 위치 정보를 추출하는 단계와, 상기 추출된 공간 및 객체 엔티티의 형상 및 위치 정보를 상기 건축물의 에너지 분석에서 요구되는 데이터로 변환하는 단계와, 상기 변환된 데이터를 선정된 파일 포맷에 따라 매핑하여 상기 건축물의 에너지 분석에 필요한 입력 파일을 생성하는 단계와, 상기 입력 파일을 이용하여 상기 건축물의 에너지 최대 부하량을 산출하고 산출결과값을 출력하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따르면, IFC 파일에 포함된 건축물의 형상 정보를 이용하여 건축물의 에너지 분석에 필요한 입력 파일을 직접 생성함으로써, 에너지 분석 과정의 효율성을 증대시킬 수 있고 분석 결과의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 분석 장치(100)의 구성을 도시한 도면이다
도 2는 IFC 파일에 포함된 공간 및 공간에 소속된 객체들간의 관계를 나타내는 스키마(schema)를 도시한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 에너지 분석 방법을 도시한 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 공간 인식 및 추출 과정의 세부 단계를 도시한 흐름도이다.
도 5는 IFC 파일에 포함된 공간(IfcSpace) 엔티티 스키마를 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 객체 인식 및 추출 과정의 세부 단계를 도시한 흐름도이다.
도 7(a) 내지 (c)는 IFC 파일에 포함된 객체의 유형별 엔티티 스키마를 도시한 것이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 데이터 변환 과정의 세부 흐름을 도시한 흐름도이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 에너지 분석 입력 파일 생성 과정의 세부 흐름을 도시한 흐름도이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 입력파일 템플릿을 예시적으로 도시한다.
도 11(a) 및 도 11(b)는 IFC 파일 생성을 위해 예시 건물을 모델링한 예를 도시한다.
도 12는 본 발명에 따라 예시 건물의 IFC 파일로부터 에너지 분석에서 요구하는 입력 파일인 INP 파일을 생성한 예를 도시한다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하겠다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하나 이상의 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 조합으로 구현될 수 있음을 의미한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 분석 장치(100)의 구성을 도시한 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 에너지 분석 장치(100)는, IFC 파일 분석부(110), 데이터 변환부(120), 입력파일 생성부(130), 에너지 분석부(140) 및 객체기반 데이터베이스(150)를 포함할 수 있다.
IFC 파일 분석부(110)는 IFC 파일에 포함된 분석대상 건축물의 공간 및 공간에 소속된 1개 이상의 객체를 인식하고 각 객체에 연관된 형상 및 위치 정보를 추출하여 객체기반 데이터베이스(150)에 저장한다. 일 실시예에서, 객체는 벽, 슬라브 및 창호중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
도 2는 IFC 파일에 포함된 공간 및 공간에 소속된 객체들간의 관계를 나타내는 스키마(schema)를 도시한다. 도시된 바와 같이, 건축물의 공간 및 공간에 소속된 객체를 인식하기 위해 공간경계(IfcRelSpaceBoundary) 엔티티(200)의 정보를 활용할 수 있다. IfcRelSpaceBoundary 엔티티(200)는 건축물의 공간을 나타내는 공간(IfcSpace) 엔티티(210)와 해당 공간에 소속된 객체(IfcElement) 엔티티(220)간의 관계를 정의하고 있다. IfcRelSpaceBoundary 엔티티(200)에서 RelatingSpace 관계에 있는 공간(IfcSpace) 엔티티(210)로부터 공간 식별자를 추출할 수 있으며, RelatedBuildingElement 속성으로 참조되는 객체(IfcElement) 엔티티(220)로부터 공간을 구성하는 객체의 식별자를 추출할 수 있다. 객체(IfcElement, 220)는 객체 유형에 따라 벽을 나타내는 IfcWall 엔티티(230), 슬라브를 나타내는 IfcSlab 엔티티(240), 창호를 나타내는 IfcDoor 엔티티(250)/IfcWindow 엔티티(260) 등으로 표현될 수 있다.
IFC 파일 분석부(110)는 전술한 IFC 파일 스키마에 근거하여 IFC 파일로부터 건축물의 공간 및 공간에 소속된 적어도 1개 이상의 객체를 인식하고 공간 및 객체에 연관된 형상 및 위치 정보를 추출할 수 있다.
일 실시예에서, 공간은 형상 정보로서 평면도에서 표현되는 공간의 모양 정보 및 높이값을 포함하고 위치 정보로서 공간의 방향 정보 및 X,Y,Z 축을 기준으로 하는 위치 좌표값을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 공간에 소속된 1개 이상의 객체는 벽, 슬라브 및 창호중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 객체가 벽인 경우에 추출되는 객체의 형상 및 위치 정보는 객체의 길이, 높이, 방향 정보 및 위치 좌표값을 포함할 수 있다. 상기 객체가 슬라브인 경우에 추출되는 객체의 형상 및 위치 정보는 객체의 모양, 높이, 방향정보 및 위치 좌표값을 포함할 수 있다. 객체가 창호인 경우에 추출되는 객체의 형상 및 위치 정보는 객체의 길이, 높이 및 위치 좌표값을 포함할 수 있다.
데이터 변환부(120)는 IFC 파일 분석부(110)에 의해 공간 및 공간에 소속된각 객체별로 추출된 위치 및 형상 정보를 에너지 분석 엔진에서 요구되는 데이터로 변환하여 객체기반 데이터베이스(150)에 저장한다.
입력파일 생성부(130)는 데이터 변환부(120)에 의해 변환된 데이터를 선정된 입력파일 포맷에 따라 매핑하여 에너지 분석에 필요한 입력 파일을 생성한다. 일 실시예에서, 에너지 분석 장치(100)는 현재 사용되는 에너지 분석 엔진중 가장 널리 사용되는 DOE-2 엔진을 이용한다. DOE-2 엔진은 Lawrence Berkeley National Laboratory와 James J. Hirsch &Associates에서 25년간 개발된 전 세계적으로 널리 사용되고 있는 냉난방부하 분석 시뮬레이션에 사용되는 엔진으로서, 설계 단계에서 에너지 성능을 연구하기 위해 고안되었다. DOE-2엔진에서 요구하는 입력 파일 포맷은 INP 파일이다. 구체적으로, INP 파일에서 요구하는 정보는 다음 표와 같다. 건축물 모델은 에너지 분석의 기준이 되는 공간(space)으로 구분하여 인식되며, 각 공간은 면적 및 부피 정보를 포함하고, 건축물의 기준점에서부터 X축, Y축, Z축 방향으로 떨어져 있는 거리를 나타내는 위치 좌표값 및 Y축을 기준으로 공간의 방향을 나타내는 방위각도를 포함하여야 한다. 또한, 공간을 이루고 있는 객체(벽, 슬라브, 창호 등)는 해당 공간별로 구분된다. 이때, 벽/슬라브 객체는 길이(width), 높이(height), 방위각도(azimuth) 및 위치 좌표값을 포함하여야 하고, 창호 객체는 길이, 높이 및 위치 좌표값을 포함하여야 한다.
구분 INP 요구정보 내용
공간(Space) area 면적
Volume 부피
Azimuth 방위각도
X 위치 좌표
Y
Z
객체
(Envelope)		 Wall/slab
(벽/슬라브)




 Height 높이
Width 길이
Azimuth 방위각도
X 위치 좌표
Y
Z
Door & Window
(창호)		 Height 높이
Width 길이
X 위치 좌표
Y
다시 도 1을 참조하면, 에너지 분석부(140)는 입력파일 생성부(130)에 의해 생성된 입력 파일을 이용하여 해당 건축물의 에너지 최대 부하량을 산출하고 산출결과 값을 출력한다. 앞서 설명한 바와 같이, 일실시예에서 에너지 분석은 현재 가장 널리 사용되는 DOE-2 분석 엔진을 이용하여 수행될 수 있다.
객체기반 데이터베이스(150)는 IFC 파일 분석부(110)에 의해 추출된 공간 및 객체의 형상 및 위치 정보, 데이터 변환부(120)에 의해 변환된 데이터, 입력 파일 생성부(130)에 의해 생성된 입력 파일 및 에너지 분석부(140)의 분석 결과 중 적어도 하나를 저장해두는 데이터베이스이다.
한편, 도면상에 구체적으로 도시하지는 않았으나, 전술한 에너지 분석 장치(100)는 프로세서 및 메모리를 구비한 범용 컴퓨팅 시스템 또는 전용 컴퓨팅 시스템상에 하나 이상의 하드웨어 및/또는 프로그램으로 구현 가능하다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 에너지 분석 방법을 도시한 흐름도이다. 과정(310)에서, 분석대상 건축물의 IFC 파일에 포함된 공간(IfcSpace) 엔티티를 인식하고 해당 공간의 형상 및 위치 정보를 추출하여 객체기반 데이터 베이스에 저장한다. 일 실시예에서, IFC 파일로부터 공간(IfcSpace) 엔티티를 검색하고 해당 공간 엔티티의 식별자를 추출하여 객체기반 데이터베이스에 저장한 후,, 공간 엔티티 각각에 대하여 해당 공간 엔티티가 참조하는 속성 정보로부터 상기 공간의 형상 및 위치 정보로서 공간의 모양 정보, 높이, 방향 정보 및 위치 좌표를 추출하여 객체기반 데이터베이스에 저장한다.
과정(320)에서, 상기 인식된 공간에 소속된 1개 이상의 객체를 인식하고, 각 객체의 형상 및 위치 정보를 추출하여 객체기반 데이터 베이스에 저장한다. 일 실시예에서, 과정(310)에서 추출된 공간 식별자를 참조하는 공간경계(IfcRelSpaceBoundary) 엔티티를 IFC 파일에서 검색하여 해당 공간경계 엔티티의 속성 정보로부터 상기 공간에 소속되는 1개 이상의 객체 식별자를 인식할 수 있다. 다음, 객체 식별자에 대응하는 객체 엔티티를 검색하고, 검색된 객체 엔티티가 참조하는 속성정보로부터 해당 객체의 형상 정보 및 위치 정보를 추출할 수 있다.
과정(330)에서는 전술한 과정(310 및 320)에서 추출된 공간 및 객체별 형상 및 위치 정보를 에너지 분석엔진에서 요구하는 데이터로 변환하여 객체기반 데이터 베이스에 저장한다.
과정(340)에서, 에너지 분석엔진에서 요구하는 입력파일 포맷에 따라 상기 변환된 데이터를 매핑하여 에너지 분석에 필요한 입력 파일을 생성한다.
과정(350)에서, 상기 생성된 입력 파일을 기반으로 해당 건축물의 에너지 최대 부하량을 산출하고 결과 값을 출력한다. 일 실시예에서, 건축물에 포함된 모든 공간들에 대한 시간대별 최대 에너지 부하량을 합산하여 건축물의 시간대별 최대 부하량을 산출하고, 그 산출 결과를 사용자에게 테이블로 정리하여 출력할 수 있다.
이하에서는, 도 4 내지 도 10을 참조하여 도 3의 주요 과정을 상세히 설명하고자 한다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 공간 인식 및 추출 과정의 세부 단계를 도시한 도면이며, 도 5는 IFC 파일에 포함된 공간(IfcSpace) 엔티티의 스키마를 도시한 것이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 단계(410)에서 해당 IFC파일에 공간(IfcSpace) 엔티티가 있는지 검색하고, 해당 IfcSpace 엔티티의 식별자(ID)를 추출하여 객체기반 데이터베이스에 저장한다.
단계(420)에서, IfcSpace 엔티티에서 공간의 형상을 나타내기 위하여 참조되는 IfcExtrudedAreaSolid 엔티티의 SweptArea 속성으로 참조되는 IfcPolyline 엔티티에 포함된 모양 정보를 추출하여 객체기반 데이터베이스에 저장한다. 모양 정보는 공간 또는 객체의 평면도에서 표현되는 모양을 나타내는 것으로서, 상기 모양 정보에 근거하여 에너지 분석에 필요한 공간의 면적 정보를 산출할 수 있다.
단계(430)에서, IfcSpace 엔티티에서 공간의 위치를 나타내기 위하여 참조되는 IfcAxis2Placement3D 엔티티에 포함된 X,Y,Z 축좌표값(axis coordinates)으로 표현되는 방향정보와 위치 좌표를 추출하여 객체기반 데이터베이스에 저장한다. 일 예에서, X,Y,Z 축좌표는 IfcAxis2Placement3D 엔티티의 축(axis) 속성으로 참조되고, 위치 좌표는 IfcAxis2Placement3D 엔티티의 위치(location) 속성으로 참조된다.
단계(440)에서, IfcSpace 엔티티에서 공간의 높이값을 추출하기 위하여 참조되는 IfcExtrudedAreaSolid 엔티티의 깊이(Depth) 속성에서 높이값을 추출하여 객체기반 데이터베이스에 저장한다. 높이 정보는 에너지 분석에 필요한 공간의 부피를 산출하는데 이용될 수 있다.
단계(450)에서, 다른 IfcSpace 엔티티가 존재하는지 검색하고, 다른 IfcSpace 엔티티가 검색되면 전술한 단계(410) 내지 단계(440)를 반복한다.
도 4에서 검색되는 IfcSpace의 엔티티 구조를 좀더 살펴보면, 도 5에 도시된 바와 같이, 공간을 나타내는 IfcSpace는 representation 속성으로 참조되는 IfcExtrudedAreaSolid 엔티티에 있는 깊이(Depth) 속성을 통하여 공간의 높이값 (height)을 추출할 수 있다. 또한, SweptArea 속성으로 참조되는 IfcPolyline 엔티티가 포함하고 있는 좌표들로 해당 공간의 형상을 추출할 수 있다.
한편, 공간의 위치정보로서 IfcLocalPlacement 엔티티는 ObjectPlacement 속성으로 참조된다. 이는 다시 RelativePlacement 속성으로 IfcAxis2 Placement3D 엔티티를 참조하며, 이는 Location 속성으로 참조되는 IfcCartesianPoint 엔티티를 참조한다. 그리고 IfcCartesianPoint 엔티티는 Coordinates 속성으로 참조되는 IfcLengthMeasure를 포함하고, 여기에 특정 좌표가 포함되어 있다. 좌표는 3가지가 있으며, 첫 번째로 표시된 IfcLengthMeasure Exp:pos=“0”으로 있는 좌표가 해당 공간의 위치 좌표 중, X 값에 해당한다. 다음으로 Exp:pos=“1”인 두 번째는 Y축방향으로 떨어진 만큼을 의미하는 Y값이 되며, Exp:pos=“3”인 세 번째는 높이에 해당하는 Z값이 된다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 객체 인식 및 추출과정의 세부 단계를 도시한 흐름도이며, 도 7(a) 내지 (c)는 IFC 파일에 포함된 객체의 유형별 엔티티 스키마를 도시한 것이다.
단계(602)에서, 객체기반 데이터 베이스에 저장된 공간 식별자를 인식한다.
단계(604)에서, IFC 파일로부터 상기 공간 식별자를 참조하는 공간경계(IfcRelSpaceBoundary )엔티티를 검색한다.
단계(606)에서, 상기 검색된 IfcRelSpaceBoundary 엔티티에 RelatedBuildingElement 속성으로 참조되는 객체의 식별자를 인식한다.
단계(608)에서, IFC 파일에서 상기 인식된 객체 식별자에 대응하는 객체를 검색한다.
단계(610)에서, 검색된 객체의 유형을 판단하고 객체의 유형 정보를 객체기반 데이터베이스에 저장한다. 일 실시예에서, 구성 객체의 유형은 벽 또는 슬라브이다.
단계(612)에서, IFC 파일로부터 해당 객체의 형상 정보 및 위치 정보를 추출하고 이를 객체기반 데이터베이스에 저장한다. 일 실시예에서, 객체가 벽인 경우에 형상 정보로서 벽의 길이 및 높이 정보를 포함하고, 위치 정보로서 3차원 공간상에서 객체가 갖고 있는 방향 정보 및 위치 좌표값을 포함할 수 있다. 객체가 슬라브인 경우에 형상 정보로서 슬라브 모양과 높이 정보를 포함하고 위치 정보로서 방향 정보 및 위치 좌표값을 포함할 수 있다.
단계(614)에서, 해당 객체에 창호 객체가 포함되는지를 판단한다. 이를 위해, 해당 객체의 식별자를 참조하는 IfcRelVoidsElement 엔티티가 있는지 검색하는데, IfcRelVoidsElement 엔티티가 있다면 이는 해당 객체가 창호 객체를 포함하고 있음을 의미한다. 그렇지 않다면 창호 객체를 포함하지 않는 것이므로, 해당 객체에 대한 정보 추출 과정은 완료된다.
반면에 해당 객체가 창호 객체를 포함하고 있다면, IfcRelVoidsElement 엔티티에 참조된 창호 객체를 검색하여(단계 616), 해당 창호 객체에 대한 형상 및 위치 정보를 IFC 파일로부터 추출하고 이를 객체 기반 데이터베이스에 저장한 후에(단계(618)), 해당 객체에 대한 정보 추출 과정을 완료한다. 일실시예에서, 창호 객체는 형상 정보로서 길이 및 높이 정보를 포함하고 위치 정보로서 위치 좌표를 포함한다.
도 7a는 IFC 파일에 포함된 벽(wall) 엔티티의 스키마를 도시한 것이다. 도시된 바와 같이, 벽의 위치 정보는 IfcCartesianPoint 엔티티에 포함된 X, Y, Z 좌표들로 표현되어 있다. 방향 (azimuth)정보는 Representation관계의 IfcShapeRepresentati on exp:pos=“1”에서 ContextOfItems관계인 IfcGeometricRepresentationContext 엔티티에서 worldcoordinate 관계인 IfcAxis2Placement3D 엔티티에 RelDirection의 IfcDirection엔티티를 활용하여 3차원 공간상에서 객체가 갖고 있는 방향 정보를 좌표로 표현하고 있다. 예를 들어, X축 방향인 객체는 (1,0,0)을, Y축 방향인 객체는 (0,1,0)의 좌표정보를 갖고 있다. 벽의 길이를 나타내는 너비 (width) 정보는 3D CAD프로그램에서 해당 벽을 모델링할 때 작성된 중심선을 나타낸다. 이는 IfcWall의 Representation 관계인 IfcshapeRepresentati on exp:pos=“0”에서 Items 관계인 IfcPolyline을 구성하는 좌표 중 IfcLengthMeasureexp:pos=“1” 에서 해당 값을 추출할 수 있다. 한편, 벽의 높이는 IfcWall의 Representation 관계의 두번째 정보인 IfcExtrudedAreaSolid의 Depth 값에서 추출할 수 있다. 여기서 IfcExtrudedAreaSolid엔티티의 position 관계인 IfcAxis2Placement3D는 해당 벽에 대한 형상을 이루는 좌표축에 대한 정보를 담고 있다. IfcAxis2Placement3D엔티티의 Axis는 해당 형상이 생성되는 Z축을, RefDirection은 X축을 정의하며, extrudeddirection은 해당 형상이 확장 생성되는 방향을 정의한다.
도 7b는 IFC 파일에 포함된 창호(IfcDoor/IfcWindow) 엔티티의 스키마를 도시한 것이다. 도시된 바와 같이, IfcDoor/IfcWindow 엔티티는 Overallwidth와 Overallheight 속성으로 각 크기 값이 직접 표현되어 있어 이 값들을 추출하여 창호의 길이 및 높이 정보를 확인할 수 있다. 위치 정보 역시 다른 객체와 마찬가지로 Object Placement 관계로 구성된 엔티티 구조로 포함되어 있어 해당 위치 좌표를 추출할 수 있다.
도 7c는 IFC 파일에 포함된 슬라브(IfcSlab) 엔티티의 스키마를 도시한 것이다. 도시된 바와 같이, IfcSlab 엔티티는 PredefinedType으로 해당 객체가 바닥(floor)인지 지붕(roof)인지를 확인할 수 있다. 또한, IfcWall과 마찬가지 방법으로 ObjectPlacement 관계로 위치 정보를 포함하고 있어, IfcCartesianPoint 엔티티에서 해당 슬라브의 위치 좌표를 추출할 수 있다. 또한, IfcSlab 엔티티에서 Representation 관계인 IfcShapeRepresentation exp:pos= “0”에서 Items 관계에 있는 IfcExtrudedAreaSolid의 엔티티가 참조되고 있다. 여기에서 SweptArea 관계인 IfcPolyline 엔티티에서 모양을 나타내는 폴리곤(polygon)의 좌표 정보들을 추출할 수 있다. 또한, IfcShapeReprentation exp:pos=“0”에서 ContextOfItems 관계인 IfcGeometricRepresentationContext에서 WorldCoordinate System 관계인 IfcAxis2Placement3D와 RefDirection 관계인 IfcDirection에 포함된 좌표들로 방향 정보를 추출할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 데이터 변환 과정의 세부 흐름을 도시한 흐름도이다.
단계(810)에서, 분석대상 건축물의 공간 및 공간에 소속된 1개 이상의 객체에 대해 추출된 모양 정보를 에너지 분석을 위해 요구되는 폴리곤(polygon) 좌표 값으로 변환하여 객체기반 데이터베이스에 저장한다.
단계(820)에서, 공간 및 객체의 방향 정보를 에너지 분석을 위해 요구되는 방위각 값으로 변환하여 객체기반 데이터베이스에 저장한다.
단계(830)에서, 공간 및 객체의 깊이(Depth) 속성에서 추출된 높이 값의 포맷을 INP 파일에서 요구하는 포맷의 높이(Height)값으로 변환하여 객체기반 데이터베이스에 저장한다.
단계(840)에서, 객체의 위치좌표를 INP 파일에서 요구하는 포맷의 X,Y,Z값으로 변환하여 객체기반 데이터베이스에 저장한다.
단계(850)에서, 창호 객체의 위치 좌표값을 생성한다. 일 실시예에서, 창호의 OverallWidth값을 2로 나눈 값을 창호 기준점 좌표의 X축 값에서 뺀 후, 관련 벽체의 기준점 위치 좌표의 X, Y값을 다시 감산함으로써 벽체의 기준점을 기준으로 하는 창호의 상대적 위치 좌표를 산출할 수 있다.
단계(860)에서, 상기 형상 및 위치 정보의 단위를 mm에서 ft로 변환한다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 에너지 분석 입력 파일 생성 과정의 세부 흐름을 도시한 흐름도이다.
단계(910)에서 에너지 분석의 입력파일 포맷을 템플릿으로 인식한다. 본 발명의 일실시예에 따른 입력파일 템플릿은 도 10에 예시적으로 도시되어 있다.
단계(920)에서 객체기반 데이터베이스로부터 분석대상 건축물의 공간 및 객체의 위치 및 형상 정보로부터 변환된 데이터를 판독하고 상기 인식된 템플릿으로 매핑하여 에너지 분석에 필요한 입력 파일을 생성하고, 단계(930)에서 상기 생성된 입력 파일을 출력한다. 일 예에서 생성된 입력 파일은 객체기반 데이터베이스에 저장될 수 있다.
단계(940)에서 BDL(Building Description Language) 프로세서를 이용하여, 생성된 입력파일에 오류가 존재하는지 판단하고, 오류가 발견되면 사용자에게 발견된 오류에 대한 이력과 입력파일을 출력하여 사용자로 하여금 오류를 수정하도록 할 수 있다(단계(950)).
오류가 발견되지 않으면 에너지 분석을 위한 입력파일을 객체기반 데이터베이스에 저장한다(단계(960)).
도 11(a) 및 도 11(b)는 IFC 파일 생성을 위해 예시 건물을 모델링한 예를 도시한다. 구체적으로, 도 11(a)는 그래피소프트(Graphisoft)사의 소프트웨어 제품 ArchiCAD v.14를 이용하여 모델링한 결과를 일부 도시한 것이고, 도 11(b)는 건축물 에너지 분석 도구로 널리 이용되는 소프트웨어인 eQUEST v3.64를 이용하여 모델링한 결과를 일부 도시한 것이다. 도시된 바와 같이, 예시 건물은 ‘Front-1’, ‘Right-1’, ‘Back-1’, ‘Left-1’이라는 명칭으로 구성된 4개의 벽과 ‘Floor-1’이라는 이름의 바닥으로 구성되어 있으며, 벽의 높이는 2.8m이고 벽의 길이는 장변 10m, 단변 5m로 구성되어 있다. ‘Front-1’과 ‘back-1’벽의 중앙에는 높이 1.5m, 폭 2m의 창문이 있고, ‘Right-1’벽의 중앙에는 높이 2.1m, 폭 0.9m의 문이 달려있다. 또한, 바닥은 두께 80mm이며, 바닥의 면적은 공간의 면적과 같다. 본 예시건물은 전체 건물이 하나의 공간으로 구성되어 있으며, 공간의 면적은 50㎡, 부피는 140㎥이다.
표 2는 상기 예시 건물의 모델링 결과로 산출된 IFC 파일로부터 본 발명에 따라 예시 건물의 공간 및 공간에 소속된 객체들의 인식 결과를 나타낸다. 표 2에 기재된 바와 같이, 예시 건물은 1개의 공간으로 구성되어 있기 때문에, "i5842"식별자(ID)를 갖는 IfcSpace 1개가 인식되고, 해당 공간은 1개의 IfcSlab, 4개의 IfcWallStandardcase, IfcDoor, 2개의 IfcWindow 객체와 연관되어 있음을 알 수 있다.
관련된 엔티티 객체명
IfcSpace
“i5842”		 IfcSlab “i17051” ‘Floor-1’
IfcSlab “i17062” ‘Top-1’
IfcWallStandardcase “i1681” ‘Front-1’
IfcWallStandardcase “i7528” ‘Back-1’
IfcWallStandardcase “i12334” ‘Right-1’
IfcWallStandardcase “i16758” ‘Left-1’
IfcDoor “i9879” ‘Door-1’
IfcWindow “i3246” ‘Window-1’
IfcWindow “i12518” ‘Window-2’
다음, 표 3은 예시 건물의 IFC 파일로부터 추출된 각 엔티티에 대한 형상 및 위치 정보와 그 변환값을 나타낸다.
구분 포함정보 내용 변환값
IfcSpace i5842 shape polygon 해당좌표
height 2,800 9.186ft
azimuth 0 0
X 0.0 0 ft
Y 0.0 0 ft
Z 0.0 0 ft
IfcWall i1681 height 2,800 9.186 ft
width 10,000 32.808 ft
azimuth 180 180
X 0.0 0 ft
Y 0.0 0 ft
Z 0.0 0 ft
IfcWall i7528 height 2,800 9.186 ft
width 5,000 16.404 ft
azimuth 90 90
X 10,000 32.808 ft
Y 0.0 0 ft
Z 0.0 0 ft
IfcWall i12334 height 2,800 9.186 ft
width 10,000 32.808 ft
azimuth 0 0
X 10,000 32.808 ft
Y 5,000 16.404 ft
Z 0 0 ft
IfcWall i16758 height 2,800 9.186 ft
width 5,000 16.404 ft
azimuth 270 270
X 0.0 0 ft
Y 5,000 16.404 ft
Z 0.0 0 ft
IfcSlab i17062 height 5,000 16.404 ft
width 10,000 32.808 ft
azimuth 180 180
X 0.0 0 ft
Y 5,000 16.404 ft
Z 0.0 0 ft
IfcDoor i9879 height 2,100 6.89 ft
width 900 2.953 ft
X 2,050 6.726 ft
Y 0.0 0 ft
IfcWindow i3246 height 1,500 4.921 ft
width 2,000 6.562 ft
X 4,000 13.123 ft
Y 900 2.953 ft
IfcWindow i12518 height 1,500 4.921 ft
width 2,000 6.562 ft
X 4,000 13.123 ft
Y 900 2.953 ft
도 12는 본 발명에 따라 예시 건물의 IFC 파일로부터 에너지 분석에서 요구하는 입력파일인 INP파일을 생성한 예를 도시한다. 예시에서 사용된 공간은 건물 기준으로 (0,0,0)에 위치하고 있기 때문에, X, Y, Z값이 모두 0의 값을 갖고 있다. 또한, 각 객체는 높이, 너비, 방향 정보를 포함하고 있으며, 위치에 따라 X, Y, Z축에 대한 좌표 값을 포함하고 있다. 여기서, 벽의 좌표값은 속해 있는 공간의 형상을 이루고 있는 첫 번째 좌표 점을 기준점으로 각 축에 대한 값을 나타내고 있다. 그리고 ‘Window-1’, ‘Window-2’라는 이름의 창문 2개와 ‘Door-1’이라는 이름의 문 1개에 대한 정보도 확인 할 수 있다.
표 4는 본 발명에 따라 생성된 INP파일과 eQUEST 소프트웨어를 통하여 생성된 INP파일의 DOE-2 분석엔진을 통한 분석 결과를 나타낸다. 구체적으로는 예시건물에 대한 에너지 분석 결과 산출된 출력 파일인 SIM파일 중에서, 해당 건축물의 형상정보를 알 수 있는 ‘Report-LV-N Building Coordinate Geometry’를 비교한 것이다. 표 4에서 알 수 있는 바와 같이, 입력파일 생성과정에서 mm단위를 ft단위로 변환하면서 발생하는 소수점자리의 오차를 제외하고는 본 발명에 따라 생성된 입력 파일의 형상정보와 eQUEST로 생성된 입력파일의 형상정보 모두 동일함을 알 수 있다.
파일 분류 분석결과에 포함되어 있는 형상정보
개발기술로 작성된 INP
Figure pat00001
eQUEST로 작성된 INP
Figure pat00002
이제까지 본 발명에 대하여 그 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 에너지 분석 장치
110: IFC 파일 분석부
120: 데이터 변환부
130: 입력파일 생성부
140: 에너지 분석부
150: 객체기반 데이터베이스

Claims (19)

  1. IFC 파일을 이용한 건축물 에너지 분석 장치로서,
    IFC 파일로부터 분석대상 건축물의 공간 및 상기 공간에 소속된 1개 이상의 객체를 인식하고 상기 공간 및 객체에 연관된 형상 및 위치 정보를 추출하는 IFC 파일 분석부와,
    상기 추출된 상기 공간 및 객체의 형상 및 위치 정보를 상기 건축물의 에너지 분석에서 요구되는 데이터로 변환하는 데이터 변환부와,
    상기 변환된 데이터를 선정된 파일 포맷에 따라 매핑하여 상기 건축물에 대한 에너지 분석에 필요한 입력 파일을 생성하는 입력파일 생성부와,
    상기 입력 파일을 이용하여 상기 건축물의 에너지 최대 부하량을 산출하고 산출 결과값을 출력하는 에너지 분석부
    를 포함하는 IFC 파일을 이용한 건축물 에너지 분석 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 IFC 파일 분석부에 의해 추출된 공간 및 객체의 형상 및 위치 정보, 상기 변환된 데이터, 상기 입력 파일 및 상기 에너지 분석부의 산출결과값 중 적어도 하나를 저장하는 객체기반 데이터베이스를 더 포함하는 IFC 파일을 이용한 건축물 에너지 분석 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 추출되는 공간의 형상 및 위치 정보는 상기 공간이 평면에서 표현되는 모양을 나타내는 모양 정보, 상기 공간의 높이값, 방향 정보 및 위치 좌표를 포함하는 IFC 파일을 이용한 건축물 에너지 분석 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 공간에 소속된 1개 이상의 객체는 벽, 슬라브 및 창호중 적어도 하나를 포함하는 IFC 파일을 이용한 건축물 에너지 분석 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 객체가 벽인 경우에 상기 추출되는 객체의 형상 및 위치 정보는 상기 객체의 길이, 높이, 방향정보 및 위치 좌표값을 포함하는 IFC 파일을 이용한 건축물 에너지 분석 장치.
  6. 제4항에 있어서, 상기 객체가 슬라브인 경우에 상기 추출되는 객체의 형상 및 위치 정보는 상기 객체의 모양, 높이, 방향정보 및 위치 좌표값을 포함하는 IFC 파일을 이용한 건축물 에너지 분석 장치.
  7. 제4항에 있어서, 상기 객체가 창호인 경우에 상기 추출되는 객체의 형상 및 위치 정보는 상기 객체의 길이, 높이 및 위치 좌표값을 포함하는 IFC 파일을 이용한 건축물 에너지 분석 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 선정된 파일 포맷은 INP 파일 포맷인 IFC 파일을 이용한 건축물 에너지 분석 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 에너지 분석부는 DOE-2 분석 엔진을 이용하여 상기 건축물의 에너지 최대 부하량을 산출하는 IFC 파일을 이용한 건축물 에너지 분석 장치.
  10. IFC 파일로부터 분석 대상 건축물의 공간 엔티티를 인식하고 상기 공간의 형상 및 위치 정보를 추출하는 단계와,
    상기 인식된 공간 엔티티에 소속된 1개 이상의 객체 엔티티를 인식하고 각 객체의 형상 및 위치 정보를 추출하는 단계와,
    상기 추출된 공간 및 객체 엔티티의 형상 및 위치 정보를 상기 건축물의 에너지 분석에서 요구되는 데이터로 변환하는 단계와,
    상기 변환된 데이터를 선정된 파일 포맷에 따라 매핑하여 상기 건축물의 에너지 분석에 필요한 입력 파일을 생성하는 단계와,
    상기 입력 파일을 이용하여 상기 건축물의 에너지 최대 부하량을 산출하고 산출결과값을 출력하는 단계
    를 포함하는 IFC 파일을 이용한 건축물 에너지 분석 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 IFC 파일로부터 분석 대상 건축물의 공간 엔티티를 인식하고 상기 공간의 형상 및 위치 정보를 추출하는 단계는,
    상기 IFC 파일로부터 공간(IfcSpace) 엔티티를 검색하고 상기 검색된 공간 엔티티의 식별자를 추출하여 객체기반 데이터베이스에 저장하는 단계와,
    상기 인식된 공간 엔티티 각각에 대하여, 상기 공간 엔티티가 참조하는 속성 정보로부터 상기 공간의 모양 정보, 높이, 방향 정보 및 위치 좌표를 추출하여 상기 객체기반 데이터베이스에 저장하는 단계
    를 포함하는 IFC 파일을 이용한 건축물 에너지 분석 방법.
  12. 제10항에 있어서, 상기 인식된 공간 엔티티에 소속된 1개 이상의 객체 엔티티를 인식하고 각 객체의 형상 및 위치 정보를 추출하는 단계는,
    상기 객체기반 데이터 베이스에서 공간 식별자를 검색하는 단계와,
    상기 IFC 파일로부터 상기 공간 식별자를 참조하는 공간경계(IfcRelSpaceBoundary) 엔티티를 검색하는 단계와,
    상기 검색된 공간경계 엔티티의 속성 정보로부터 상기 공간에 소속되는 1개 이상의 객체 식별자를 인식하고 상기 인식된 객체 식별자에 대응하는 객체 엔티티를 검색하는 단계와,
    상기 검색된 객체의 형상 정보 및 위치 정보를 추출하여 상기 객체기반 데이터베이스에 저장하는 단계
    를 포함하는 IFC 파일을 이용한 건축물 에너지 분석 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 객체가 벽인 경우에 상기 객체가 참조하는 속성 정보로부터 상기 객체의 길이, 높이, 방향정보 및 위치 좌표값을 상기 형상 및 위치 정보로 추출하는 IFC 파일을 이용한 건축물 에너지 분석 방법.
  14. 제12항에 있어서, 상기 객체가 슬라브인 경우에 상기 객체가 참조하는 속성 정보로부터 상기 객체의 모양, 높이, 방향정보 및 위치 좌표값을 상기 형상 및 위치 정보로 추출하는 IFC 파일을 이용한 건축물 에너지 분석 방법.
  15. 제12항에 있어서, 상기 객체가 창호인 경우에 상기 객체가 참조하는 속성 정보로부터 상기 객체의 길이, 높이 및 위치 좌표값을 상기 형상 및 위치 정보로 추출하는 IFC 파일을 이용한 건축물 에너지 분석 방법.
  16. 제10항에 있어서 상기 추출된 공간 및 객체 엔티티의 형상 및 위치 정보를 상기 건축물의 에너지 분석에서 요구되는 데이터로 변환하는 단계는 상기 객체의 모양 정보를 폴리곤(polygon) 좌표 값으로 변환하는 IFC 파일을 이용한 건축물 에너지 분석 방법.
  17. 제10항에 있어서 상기 추출된 공간 및 객체 엔티티의 형상 및 위치 정보를 상기 건축물의 에너지 분석에서 요구되는 데이터로 변환하는 단계는 상기 공간 및 객체의 방향 정보를 방위각 값으로 변환하는 IFC 파일을 이용한 건축물 에너지 분석 방법.
  18. 제10항에 있어서, 상기 추출된 공간 및 객체 엔티티의 형상 및 위치 정보를 상기 건축물의 에너지 분석에서 요구되는 데이터로 변환하는 단계는 상기 형상 및 위치 정보의 단위를 mm에서 ft로 변환하는 IFC 파일을 이용한 건축물 에너지 분석 방법.
  19. 제10항에 있어서, 상기 건축물의 에너지 분석에 필요한 입력 파일을 생성하는 단계는 상기 입력 파일에서 오류가 발견되면 사용자에게 상기 오류에 대한 이력과 입력 파일을 출력하여 오류를 수정하도록 하는 단계를 더 포함하는 IFC 파일을 이용한 건축물 에너지 분석 방법.
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