KR20150105103A - 시뮬레이션을 이용한 구조물의 연결 시공방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 구조물의 연결 시공방법에 관한 것으로서, 상호 연결하고자 하는 구조물들의 각 연결 부분을 3차원적으로 레이저 스캐닝하는 단계; 상기 레이저 스캐닝하여 얻은 3차원적 포인트 클라우드 데이터(point cloud data)에 의거하여, 상기 구조물들의 연결 상태를 시뮬레이션하는 단계; 상기 시뮬레이션 결과에 따라 상기 구조물들 사이에 발생하는 간섭 및 충돌 부분을 수정하는 단계; 및 상기 구조물들을 상호 연결하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

시뮬레이션을 이용한 구조물의 연결 시공방법{STRUCTURE INSTALLATION METHOD USING A SIMULATION}
본 발명은, 시뮬레이션을 이용한 구조물의 연결 시공방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 상호 연결되는 구조물의 간섭 및 충돌을 사전에 예측하여 구조물을 연결할 수 있는 시뮬레이션을 이용한 구조물의 연결 시공방법에 관한 것이다.
최근, 대형 플랜트의 시공은 전 세계에 흩어져 있는 외주기업에서 납품받은 모듈형태의 제품을 온 사이트(on site)에서 조립해서 완성하는 모듈러 공법(modular method)을 점점 채택하는 추세이다.
일부 현장의 경우, 현장 내에서의 오염원을 사전에 차단하기 위해 용접, 절단, 가스, 절단 등과 같은 작업이 포함된 공정은 현장 외에서 모두 처리하고, 모듈화된 제품만을 납품하도록 요구하고 있다.
또한, 납품된 제품들 간의 상호 연결 시공작업시에도 절단, 용접 등의 수정 작업에 대해 매우 민감한 실정이다.
한편, 해양플랜트 등과 같은 선가의 많은 부분은 모듈 형태로 설치되는 고가의 구조물들이 차지한다.
이러한 고가의 구조물을 서로 연결하는 과정에서 종종 구조물들 간에 간섭 및 충돌 등으로 인한 손상 사례가 발생되고 있으며, 이는 엄청난 페널티 비용 지불과 공기 지연 등으로 생산성이 저하되는 문제점이 있다.
특히, 구조물의 연결 작업도중에, 구조물들 간에 간섭 및 충돌이 발생할 경우, 연결 작업의 중지 및 관련 부분의 수정작업을 진행하게 되는 바, 이러한 수정작업은 주로 작업자가 해당 부분에 접근하여 간섭 및 충돌 부위를 수정, 절단, 제거하는 형태로 이루어지는데, 작업공간이 매우 협소한 경우가 많아 작업시간이 지연되고, 안전사고의 위험도 매우 높아지는 문제점이 있다.
따라서, 구조물들의 연결 작업을 시행하기에 앞서, 구조물들 간의 간섭 및 충돌을 미리 예측할 수 있는 과정이 요구되고 있는 실정이다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 구조물의 포인트 클라우드 데이터를 이용하여 컴퓨터상에서 가상으로 구조물의 연결 시뮬레이션을 수행하고, 이를 통해 실제 구조물들 간의 연결시 발생할 수 있는 간섭 및 충돌 등을 사전에 예측하여 구조물을 안전하고 신속하게 연결하여 공기를 단축하고, 생산성을 향상시킬 수 있으며, 구조물의 손상을 예방할 수 있는 시뮬레이션을 이용한 구조물의 연결 시공방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적은, 상호 연결하고자 하는 구조물들의 각 연결 부분을 3차원적으로 레이저 스캐닝하는 단계; 상기 레이저 스캐닝하여 얻은 3차원적 포인트 클라우드 데이터(point cloud data)에 의거하여, 상기 구조물들의 연결 상태를 시뮬레이션하는 단계; 상기 시뮬레이션 결과에 따라 상기 구조물들 사이에 발생하는 간섭 및 충돌 부분을 수정하는 단계; 및 상기 구조물들을 상호 연결하는 단계를 포함하는, 시뮬레이션을 이용한 구조물의 연결 시공방법에 의해 달성될 수 있다.
여기서, 상기 시뮬레이션 단계는, 상기 획득한 포인트 클라우드 데이터 중 필요한 포인트 클라우드 데이터만을 필터링(filtering)하는 단계; 및 상기 필터링된 포인트 클라우드 데이터를 가공하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 포인트 클라우드 데이터를 가공하는 단계는, 상기 포인트 클라우드 데이터를 복셀(voxel) 구조로 전환하는 단계; 및 상기 복셀 구조로 전환된 데이터를 옥트리(octree) 생성하여 필요 데이터만 선택하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 시뮬레이션 단계는, 상기 구조물들의 각각 체크하고자 하는 부분의 각 포인트 클라우드 데이터를 피팅(fitting)하여 데이텀(datum)을 생성하는 단계; 및 상기 각 구조물의 생성된 데이텀을 기준으로 상기 각 구조물을 상대 회전 및 이동시켜 상기 각 구조물의 간섭 및 충돌을 체크하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 각 구조물의 간섭 및 충돌을 체크하는 단계에서 상기 포인트 클라우드 사이의 치수를 측정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 각 구조물의 간섭 및 충돌을 체크하는 단계에서 상기 각 구조물이 충돌 가능한 범위 내인 경우, 경고하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 데이텀은 점, 선, 면 중 적어도 어느 하나의 형태일 수 있다.
상기 포인트 클라우드 데이터는 색상 정보를 가질 수 있다.
상기 각 구조물의 간섭 및 충돌 부위를 리포트하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 실제 구조물들 간의 연결시 발생할 수 있는 간섭 및 충돌 등을 사전에 예측하여 구조물을 안전하고 신속하게 연결하여 공기를 단축하고, 생산성을 향상시킬 수 있으며, 구조물의 손상을 예방할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 시뮬레이션을 이용한 구조물의 연결 시공방법의 순서도,
도 2는 도 1의 시뮬레이션 단계의 순서도,
도 3은 도 2의 각 구조물의 포인트 클라우드 데이터를 가공하는 단계의 순서도,
도 4는 도 2의 각 구조물의 간섭 및 충돌 체크의 순서도이다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
설명에 앞서, 이하에서는 일 실시예로서 제1구조물과 제2구조물의 연결 시공방법에 대해 설명하지만 이에 한정되지 않으며, 본 발명에 따른 구조물의 연결 시공방법은 3개 이상의 구조물이 동시에 연결 시공되는 경우에도 적용될 수 있음을 미리 밝혀둔다.
도 1 및 도 4에는 본 발명에 따른 시뮬레이션을 이용한 구조물의 연결 시공방법의 순서도가 도시되어 있다.
이들 도면에 도시된 바와 같이, 먼저 상호 연결하고자 하는 구조물들 예컨대, 제1구조물 및 제2구조물의 각 연결 부분을 3차원적으로 레이저 스캐닝한다(S100).
레이저 스캐닝은 레이저 스캐너를 이용하여 실시하며, 레이저 스캐너는 1초당 1,000∼1,000,000번의 속도로 레이저를 스캐닝하고자 하는 부분에 발사하여 3차원의 형상을 획득한다. 획득된 데이터는 2∼5mm 간격의 수많은 점군 예컨대, 포인트 클라우드(point cloud)로 이루어진다.
이러한 포인트 클라우드 데이터는 구조물의 3차원 형상의 정보를 제공한다.
여기서, 포인트 클라우드 데이터는 색상 정보를 가질 수 있으며, 이에 의해 연결하고자 하는 제1구조물과 제2구조물의 각 포인트 클라우드 데이터는 서로 다른 색상 정보를 갖게 되어 3차원 현물(as-built) 형상을 그대로 반영할 수 있으며, 시뮬레이션시 제1구조물과 제2구조물을 용이하게 식별할 수 있게 된다.
다음, 레이저 스캐닝하여 얻은 3차원적 포인트 클라우드 데이터(point cloud data)에 의거하여, 제1구조물과 상기 제2구조물의 연결 상태를 컴퓨터상에서 가상으로 시뮬레이션한다(S200).
시뮬레이션 하는 단계는 도 2에 도시된 바와 같이, 획득한 포인트 클라우드 데이터 중 필요한 포인트 클라우드 데이터만을 필터링(filtering)하는 단계(S210)와, 필터링된 포인트 클라우드 데이터를 가공하는 단계(S220)를 포함한다.
한편, 레이저 스캐닝하여 얻은 포인트 클라우드 데이터의 수는 구조물의 크기에 따라 작게는 수천 개에서 많게는 수억 개에 달한다.
이들 대용량의 포인트 클라우드 데이터 간의 간섭체크를 위한 시뮬레이션은 엄청난 양의 연산을 필요로 한다.
따라서, 대용량의 포인트 클라우드 데이터를 메모리가 한정되어 있는 컴퓨터 상에서 3차원 가시화하기 위해서는, 전체 포인트 클라우드 데이터는 파일에 저장하고, 현재 화면에 필요한 포인트 클라우드 데이터만 순간적으로 메모리에 로드해서 가시화한다.
이하, 시뮬레이션 단계를 구체적으로 설명하면, 획득한 포인트 클라우드 데이터 중 필요한 포인트 클라우드 데이터만을 필터링(decimation filtering)한다(S210).
대용량의 포인트 클라우드 데이터를 모두 컴퓨터에 연결된 디스플레이장치의 화면에 표시하면서, 화면을 회전시키거나 이동시키면 많은 양의 연산을 시행해야 하며 이에 화면 전환 속도가 느려진다.
이에, 이러한 문제점을 해결하기 위해 화면 전환시 화면에 표시하는 포인트 클라우드 데이터 개수를 줄이는 필터링을 시행한다. 또한, 필터링 과정은 노이즈 제거 및 리샘플링(resampling)을 포함한다.
그리고, 필터링된 포인트 클라우드 데이터를 가공한다(S220).
포인트 클라우드 데이터를 가공하는 단계는 도 3에 도시된 바와 같이, 포인트 클라우드 데이터를 복셀(voxel) 구조로 전환하는 단계(S221)와, 복셀 구조로 전환된 데이터를 옥트리(octree) 생성하여 필요 데이터만 선택하는 단계(S223)를 포함한다. 이러한 옥트리 생성되어 선택된 데이터는 컴퓨터에 연결된 디스플레이장치의 화면에 표시되며 가시화된다.
한편, 옥트리에 대해 간략하게 설명하면, 옥트리는 3차원 물체를 하위의 작은 셀로 계층화하고 그룹화하는 기술로서, 하나의 입방체에 다시 8개의 서브 입방체로 연속으로 나누는 것을 말한다.
여기서, 포인트 클라우드는 선이나 면이 없이 점으로만 구성되어 있는 데이터이므로 물체의 형상을 확인하기가 쉽지 않으므로, 포인트 클라우드로 구성된 3차원 형상을 사용자가 쉽게 확인할 수 있도록 스플랫 렌더링(Splat Rendering)할 수 있다. 스플랫 렌더링은 점을 작은 사각형이나 원으로 표현하는 것으로서, 점으로 구성된 물체가 마치 면으로 구성된 것처럼 보이게 한다. 이를 통해 사용자는 3차원 물체의 형상을 보다 쉽게 확인할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 따른 구조물 연결 시공방법의 시뮬레이션 단계는, 제1구조물과 제2구조물의 각각 체크하고자 하는 부분의 각 포인트 클라우드 데이터를 피팅(fitting)하여 데이텀(datum)을 생성하는 단계(S230)와, 각 구조물의 생성된 데이텀을 기준으로 각 구조물을 상대 회전 및 이동시켜 각 구조물의 간섭 및 충돌을 체크하는 단계(S240), 각 구조물의 간섭 및 충돌 부위의 데이터를 리포트하는 단계(S250)를 포함한다.
여기서, 포인트 클라우드 데이터의 피팅 방법에 대해 간략히 설명하면, 소량의 오차 값을 포함하는 많은 양의 데이터들을 보간(Interpolation)하여 비교적 오차가 작은 근사 값을 구하는 방법으로서, 먼저 오차 값을 포함하는 많은 양의 데이터를 만족하는 근사함수를 구하고, 구해진 근사함수를 이용하여 주어진 변수에 대응하는 함수 값을 구하는 방법으로 이루어진다.
또한, 데이텀은 점, 선, 면 중 적어도 어느 하나의 형태로 이루어질 수 있다.
이로써, 각 구조물의 데이터를 피팅하여 데이텀을 생성하고, 각 구조물을 상대 이동 및 회전할 때는 생성된 데이텀을 기준으로 이동하거나 회전하게 해서, 연결하고자 하는 구조물간에 정밀한 시뮬레이션이 가능하게 한다.
한편, 제1구조물과 제2구조물의 간섭 및 충돌을 체크하는 단계에서 도 4에 도시된 바와 같이, 포인트 클라우드 사이의 치수를 측정하는 단계(S241)를 더 포함한다.
여기서, 포인트 클라우드 사이의 치수는 포인트 클라우드를 직접 이용하거나, 또는 생성된 데이텀을 이용하여 측정할 수 있다. 예컨대, 포인트 클라우드를 직접 이용하는 경우 포인트 클라우드 사이의 좌표, 거리, 각도를 측정하여 제1구조물과 제2구조물의 간섭 및 충돌을 체크하거나, 또는 생성된 데이텀을 이용하는 경우 데이텀 사이의 좌표, 거리, 각도를 측정하여 제1구조물과 제2구조물의 간섭 및 충돌을 체크할 수 있다.
또한, 시뮬레이션 도중에 제1구조물과 제2구조물의 간섭 및 충돌을 체크하는 단계에서 도 4에 도시된 바와 같이 각 구조물이 충돌하는지 판단하여(S243), 각 구조물이 충돌 가능한 범위를 벗어난 경우 해당 부분의 간섭 및 충돌 체크를 완료하고(S245), 각 구조물이 충돌 가능한 범위 내인 경우 경고를 발생한다(S247).
충돌 여부를 경고하는 방법은 컴퓨터 화면 상에 경고 메시지를 디스플레이하거나, 또는 경고음을 발생할 수 있다.
그리고, 각 구조물의 간섭 및 충돌 부위에 대한 위치 및 치수 등에 대한 데이터를 엑셀 파일 형태 등으로 리포팅하여(S250), 구조물의 연결 시공에 대해 이력 관리한다.
상기와 같은 시뮬레이션이 완료되면, 시뮬레이션 결과에 따라 제1구조물과 제2구조물 사이에 발생하는 간섭 및 충돌 부분을 수정 작업한다(S300).
그리고, 마지막으로 수정 작업된 제1구조물과 제2구조물을 상호 연결(S400)함으로써, 본 발명에 따른 시뮬레이션을 이용한 구조물의 연결 시공방법이 완료된다.
이와 같이, 본 발명에 따르면, 상호 연결하고자 하는 제1구조물 및 제2구조물의 각 연결 부분을 3차원적으로 레이저 스캐닝하여 얻은 3차원적 포인트 클라우드 데이터에 의거하여, 제1구조물과 제2구조물의 연결 상태를 시뮬레이션한 후, 시뮬레이션 결과에 따라 제1구조물과 제2구조물 사이에 발생하는 간섭 및 충돌 부분을 수정하여 상호 연결함으로써, 구조물들 간의 연결시 발생할 수 있는 간섭 및 충돌 등을 사전에 예측하여 구조물을 안전하고 신속하게 연결하여 공기를 단축하고, 생산성을 향상시킬 수 있으며, 구조물의 손상 또한 예방할 수 있게 된다.
한편, 본 발명에 따른 기술적 사상은 제1구조물의 내경부분에 제2구조물의 외경부분이 삽입 탑재되는 구조물의 연결에 있어서 더욱 유용하다.
본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

Claims (9)

  1. 상호 연결하고자 하는 구조물들의 각 연결 부분을 3차원적으로 레이저 스캐닝하는 단계;
    상기 레이저 스캐닝하여 얻은 3차원적 포인트 클라우드 데이터(point cloud data)에 의거하여, 상기 구조물들의 연결 상태를 시뮬레이션하는 단계;
    상기 시뮬레이션 결과에 따라 상기 구조물들 사이에 발생하는 간섭 및 충돌 부분을 수정하는 단계; 및
    상기 구조물들을 상호 연결하는 단계를 포함하는, 시뮬레이션을 이용한 구조물의 연결 시공방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 시뮬레이션 단계는,
    상기 획득한 포인트 클라우드 데이터 중 필요한 포인트 클라우드 데이터만을 필터링(filtering)하는 단계; 및
    상기 필터링된 포인트 클라우드 데이터를 가공하는 단계를 포함하는, 시뮬레이션을 이용한 구조물의 연결 시공방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 포인트 클라우드 데이터를 가공하는 단계는,
    상기 포인트 클라우드 데이터를 복셀(voxel) 구조로 전환하는 단계; 및
    상기 복셀 구조로 전환된 데이터를 옥트리(octree) 생성하여 필요 데이터만 선택하는 단계를 포함하는, 시뮬레이션을 이용한 구조물의 연결 시공방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 시뮬레이션 단계는,
    상기 구조물들의 각각 체크하고자 하는 부분의 각 포인트 클라우드 데이터를 피팅(fitting)하여 데이텀(datum)을 생성하는 단계; 및
    상기 각 구조물의 생성된 데이텀을 기준으로 상기 각 구조물을 상대 회전 및 이동시켜 상기 각 구조물의 간섭 및 충돌을 체크하는 단계를 포함하는, 시뮬레이션을 이용한 구조물의 연결 시공방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 각 구조물의 간섭 및 충돌을 체크하는 단계에서 상기 포인트 클라우드 사이의 치수를 측정하는 단계를 더 포함하는, 시뮬레이션을 이용한 구조물의 연결 시공방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 각 구조물의 간섭 및 충돌을 체크하는 단계에서 상기 각 구조물이 충돌 가능한 범위 내인 경우, 경고하는 단계를 포함하는, 시뮬레이션을 이용한 구조물의 연결 시공방법.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 데이텀은 점, 선, 면 중 적어도 어느 하나의 형태인, 시뮬레이션을 이용한 구조물의 연결 시공방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 포인트 클라우드 데이터는 색상 정보를 갖는, 시뮬레이션을 이용한 구조물의 연결 시공방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 각 구조물의 간섭 및 충돌 부위의 데이터를 리포트하는 단계를 포함하는, 시뮬레이션을 이용한 구조물의 연결 시공방법.
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