KR20170095744A - 빌딩 정보 모델 기반의 전통 목조건축물을 모델링하기 위한 장치 및 이를 위한 방법 및 이 방법을 수행하기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능한 기록매체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 빌딩 정보 모델 기반의 전통 목조건축물을 모델링하기 위한 장치 및 이를 위한 방법 및 이 방법을 수행하기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능한 기록매체에 관한 것으로, 이러한 본 발명은 목조건축물의 각 부재의 형상 정보, 속성 정보 및 결합 정보를 저장하는 저장부와, 사용자의 입력을 수신하는 입력부와, 영조법식의 비례체계에 따라 목조건축물의 규모를 설정하고, 상기 목조건축물의 척도를 설정하며, 상기 비례체계에 의거하여 상기 규모 및 척도에 따라 상기 부재의 부재의 크기의 비례를 결정하고, 상기 크기의 비례에 맞춰 상기 부재의 3차원 모델을 생성하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 목조건축물을 모델링하기 위한 장치와, 이를 위한 방법 및 이 방법을 수행하기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능한 기록매체를 제공한다.

Description

빌딩 정보 모델 기반의 전통 목조건축물을 모델링하기 위한 장치 및 이를 위한 방법 및 이 방법을 수행하기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능한 기록매체{Apparatus for modeling traditional wooden building based on Building Information Model, method thereof and computer recordable medium storing program to perform the method}

본 발명은 전통 목조건축물 모델링 기술에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 전통 목조건축물의 빌딩 정보 모델(BIM: Building Information Model)을 기초로 전통 목조건축물을 모델링하기 위한 장치 및 이를 위한 방법 및 이 방법을 수행하기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능한 기록매체에 관한 것이다.

BIM(Building Information Modeling, 건축 정보 모델링)을 적용하여 건축물을 표현하기 위해서는 기하, 위상, 객체, 지식 정보들이 있어야 하며 이 정보들을 형상으로 만들기 위해 디지털화해야 한다. 디지털 모델을 모든 사람들이 볼 수 있도록 문자, 그래픽, 시각효과 등 다양한 기법으로 일정한 형태로 나타나야 한다. BIM에 적합한 디지털 모델을 일정하게 만들기 위해서는 우선 내·외부적인 업무프로세스가 있어야 한다. 도 1은 이러한 업무 프로세스가 도시된 개념도이다. 업무 프로세스에 대해서 간단히 알아보면 자료수집, 업무 분개, 라이브러리제작, 데이터 구현, 산출 및 자료정리로 되어 있다. 자료수집단계는 기존 자료에 대한 수집으로 2D, 3D, 문서, 3D스캔자료, 이미지자료 등이 있다. 업무 분개단계는 업무를 수행하기 위해 시설, 장비, 인력에 대한 분개로 서버와 협업에 대한 부분이다. 라이브러리 구현은 주로 사용되는 부재에 대한 재사용을 위한 라이브러리를 제작하여 서버에 올려 공동으로 사용하는 단계이다. 데이터 구현은 공동 부재 외에 스캔자료나 사진자료, 현장답사를 통해 전통 목조건축에 적합한 모델작업과 정보입력의 단계이다. 산출 및 자료정리는 많은 사람들이 사용하고 적용할 수 있도록 문서화하고 계층구조를 적용하는 단계이다. 이러한 BIM 업무프로세스를 통해 전통 목조건축에서의 BIM을 적용하는데 그 업무과정을 다음과 같이 말할 수 있다. 첫째, BIM 전문가는 BIM적용 전에 전통 목조건축의 분류 체계 및 관련 정보들을 정리한다. 둘째, 관련 정보를 파악한 후 이것들을 분류체계에 맞추어 모델링을 한다. 셋째, BIM 전문가가 앞의 단계를 통해 만든 BIM 모델을 전통 목조건축 관련 전문가와 함께 수정 및 보완해야 한다.

본 발명은 전통 목조건축물의 빌딩 정보 모델(BIM: Building Information Model)을 기초로 전통 목조건축물을 모델링하기 위한 장치 및 이를 위한 방법 및 이 방법을 수행하기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능한 기록매체를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 전통 목조 건축물 빌딩 정보 분석 방법은, 리소스 정보 수집 레이어가, 목조 건축물을 이루는 건축 부재에 대한 형상 정보, 속성 정보, 결합 정보의 세 가지를 생성하기 위한 데이터를 수집하는 단계; 데이터 저장 레이어가, 상기 형상 정보, 속성 정보, 결합 정보를 IFC에서 제시하는 IFCProduct, IFCPropertySet, IFCRelConnect로 연계되도록 데이터를 저장하는 단계; 데이터 생성 레이어가, 상기 데이터 저장 레이어와 하기 데이터 공유 및 활용 레이어를 보완하는 단계로, 필요시 적합한 IFC의 코드를 이용하거나 IFCPropertySet이나 ID데이터를 생성하는 단계; 데이터 공유 및 활용 레이어가, 표준 부재분류코드나 IFCPropertySet을 통해 전달받은 정보를 IFC를 지원하는 소프트웨어로 전달하여 3D 모델링 데이터를 생성하는 단계; 생성된 3D 모델링 데이터를 BIM 적용성 분석 모델에 적용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 양상에 의하면, 상기 데이터를 수집하는 단계는, BIM 소프트웨어나 3차원 모델링 소프트웨어를 이용하여 솔리드나 서피스의 2가지의 방식과 기존 실측도나 3차원스캐닝데이터, 포토스캐닝 데이터를 이용하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 양상에 의하면, 상기 IFCProduct정보는 형상 정보를 가지고 있으며 IFCPropertySet은 속성 정보를 IFCRelConnect은 결합 정보를 가지고 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 목조건축물을 모델링하기 위한 장치는 목조건축물의 각 부재의 형상 정보, 속성 정보 및 결합 정보를 저장하는 저장부와, 사용자의 입력을 수신하는 입력부와, 영조법식의 비례체계에 따라 목조건축물의 규모를 설정하고, 상기 목조건축물의 척도를 설정하며, 상기 비례체계에 의거하여 상기 규모 및 척도에 따라 상기 부재의 부재의 크기의 비례를 결정하고, 상기 크기의 비례에 맞춰 상기 부재의 3차원 모델을 생성하는 제어부를 포함한다.

상기 제어부는 상기 입력부를 통해 평면 유형과 칸 수의 입력이 있으면, 입력된 평면 유형과 칸수에 따라 목조건축물의 규모를 결정하는 것을 특징으로 한다.

상기 제어부는 상기 입력부를 통해 복수의 부재의 3차원 모델에 대한 선택이 있으면, 선택된 복수의 부재의 3차원 모델을 영조법식의 결구법에 따라 결합하여 목조건축물의 3차원 모델을 생성하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 양상에 의하면, 상기 장치는 화면을 표시하기 위한 표시부를 더 포함하며, 상기 제어부는 상기 입력부를 통해 복수의 부재의 3차원 모델에 대한 선택이 있으면, 상기 선택된 복수의 부재의 3차원 모델의 형상 정보 및 속성 정보에 따라 상기 선택된 복수의 부재의 3차원 모델이 사용 가능한 복수의 결구법을 도출하고, 도출된 복수의 결구법을 상기 표시부를 통해 표시하며, 상기 입력부를 통해 상기 복수의 결구법 중 어느 하나를 선택하는 입력이 있으면, 상기 선택된 결구법에 따라 상기 선택된 복수의 부재의 3차원 모델을 결합하여 목조건축물의 3차원 모델을 생성하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 목조건축물을 모델링하기 위한 방법은 목조건축물의 각 부재의 형상 정보, 속성 정보 및 결합 정보를 저장한 상태에서, 영조법식의 비례체계에 따라 목조건축물의 규모를 설정하는 단계와, 상기 목조건축물의 척도를 설정하는 단계와, 상기 비례체계에 의거하여 상기 규모 및 척도에 따라 상기 부재의 부재의 크기의 비례를 결정하는 단계와, 상기 크기의 비례에 맞춰 상기 부재의 3차원 모델을 생성하는 단계와, 복수의 부재의 3차원 모델에 대한 선택이 있으면, 선택된 복수의 부재의 3차원 모델을 영조법식의 결구법에 따라 결합하여 목조건축물의 3차원 모델을 생성하는 단계를 포함한다.

본 발명의 일 양상에 따르면, 전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 목조건축물을 모델링하기 위한 방법을 수행하는 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능한 기록매체를 제공한다.

기타 본 발명의 다양한 측면에 따른 구현예들의 구체적인 사항은 이하의 상세한 설명에 포함되어 있다.

본 발명에 따르면, 영조법식의 비례체계 및 결구법에 따라 목조건축물의 3차원 모델을 생성할 수 있어, 한국 전통 양식의 목조건축물의 3차원 모델을 생성할 수 있고, 이를 기초로 한국 전통 양식의 목조건축물을 건축할 수 있다.

도 1은 BIM에 적합한 디지털 모델을 위한 업무 프로세스가 도시된 개념도이다.
도 2는 IFC에서 요구하는 데이터의 계층 구조가 도시된 도면이다.
도 3 및 도 4는 3차원 데이터모델을 구성하는 방법을 예시한 도면이다.
도 5는 전통목조건축을 위한 IFC 프레임워크 개발 프로세스가 도시된 도면이다.
도 6은 IFC4_layered_architecture에서 건축 형상, 관계, 특성 추출을 설명하는 도면이다.
도 7은 IFC의 기술문서에 나타난 정의가 설명된 표이다.
도 8은 IFC의 건축 체계와 요소가 도시된 도면이다.
도 9 및 도 10은 IFC Element의 요소가 도시된 도면이다.
도 11은 IFC RelConnects의 요소가 도시된 도면이다.
도 12는 IFC RelConnectsElements의 요소가 도시된 도면이다.
도 13은 전통 목조건축의 부재 및 속성정보를 예시한 도면이다.
도 14는 영조법식과 전통 목조건축의 건축방식이 도시된 도면이다.
도 15는 영조법식과 IFC체계를 비교한 표이다.
도 16은 영조법식과 IFC의 건축방식을 비교한 도면이다.
도 17 및 도 18은 표준로마자변환 및 부재코드화를 보여주는 표이다.
도 19는 부재명과 부재관계를 이용한 부재코드화를 예시한 표이다.
도 20은 부재 분류 체계의 예시도이다.
도 21 및 도 22는 전통 목조건축에 IFC 분류체계를 적용한 것을 예시하는 표이다.
도 23은 전통 목조건축 IFC 프레임워크가 도시된 도면이다.
도 24는 봉정사 극락전의 IFC 개발 단계가 도시된 도면이다.
도 25는 봉정사 극락전의 분류 및 코드를 보여주는 표이다.
도 26은 봉정사 극락전 분류 체계 적용을 보여주는 예시도이다.
도 27은 봉정사 극락전의 로우 데이터 기반의 파일 생성 관리를 보여주는 도면이다.
도 28은 3D스캔 데이터와 이를 활용하여 구축한 라이브러리의 예시도이다.
도 29는 부재별 템플릿 데이터를 보여주는 예시도이다.
도 30은 봉정사 극락전의 기둥 설치 상태를 보여주는 도면이다.
도 31은 봉정사 극락전의 창방 및 평방 설치 상태를 보여주는 도면이다.
도 32는 봉정사 극락전의 공포 설치 상태를 보여주는 도면이다.
도 33은 객체별 작업 단계를 보여주는 예시도이다.
도 34 및 도 35는 BIM데이터와 Unity3D호환을 보여주는 예시도이다.
도 36은 독락사 관음각의 공포 설치 상태를 보여주는 도면이다.
도 37은 독락사 관음각의 공포와 포작의 설치 상태를 보여주는 도면이다.
도 38은 독락사 관음각의 부재분류를 보여주는 표이다.
도 39는 부재코드와 독락사 관음각의 3D 예시도이다.
도 40은 봉정사 극락전 저해요인 계량화를 보여주는 표이다.
도 41은 봉정사 극락전 IFC 적용 모델 분석을 보여주는 도면이다.
도 42는 독락사 관음각 저해요인 계량화를 보여주는 표이다.
도 43은 독락사 관음각 IFC 적용 모델 분석을 보여주는 도면이다.
도 44는 본 발명의 실시예에 따른 모델링장치의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 45는 본 발명의 실시예에 따른 목조건축물을 모델링하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 46는 본 발명의 실시예에 따른 목조건축물의 평면 유형과 칸 수를 설명하기 위한 도면이다.
도 47은 본 발명의 실시예에 따른 목조건축물의 척도를 설명하기 위한 도면이다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 이하 도면을 참조하여 본 발명에 따른 전통 목조 건축물 빌딩 정보 분석 방법을 설명한다.

1. 전통목조건축 IFC 모델링 구현방식

1) IFC 데이터 계층 구조

먼저, IFC 적용을 위한 모델링 개발은 주로 3차원 데이터부분으로 이에 적합한 모델을 구현하기 위해서는 IFC에서 요구하는 전체적인 계층구조와 그 구조를 파악하고 IFC에서 요구하는 모델 제작에 대한 이해가 필요하다. 도 2는 IFC에서 요구하는 데이터의 계층 구조가 도시된 도면이다.

상기 계층 구조에서 보이는 각 항목은 단일 객체로 각 객체는 Parents(부모) 객체에서 속성을 Inherit(상속)받고 새로운 속성을 추가할 수 있다. IFC에서 데이터모델은 Core layer, Interoperability layer, Domain layer, Resource layer의 4가지로 schema로 구성이 되어 있다. 각 schema에 대한 설명은 다음과 같다.

Domain layer(도메인스키마)는 가장 상위 계층으로, 특정 제품, 프로세스 또는 전문화된 분야의 객체 요소를 포함한 스키마를 가지며, 이것들은 일반적으로 내부 도메인 교환 및 정보 공유를 위해 활용되어지는 개체 정의를 포함한다.

Interoperability layer(상호운용 스키마)는 Domain layer(도메인스키마)의 하위층으로, 일반적으로 제품, 프로세스 또는 여러 분야에 걸쳐 사용되는 특정 자원의 개체 정의를 포함하는 스키마를 가지고, 일반적으로 그 정의는 도메인 간 교환 및 구성 정보의 공유를 위해 이용된다.

Core layer(핵심스키마)는 Interoperability layer(상호운용 스키마)의 하위층으로, 가장 일반적인 개체 정의를 포함하는 커널 스키마와 확장된 코어스키마를 가지며, 모든 개체들은 코어 층에서 정의되거나 고유 ID와 선택적인 소유자와 히스토리정보를 넘어서 전달한다.

Resource layer(자원스키마)는 최하층으로 리소스 정의를 담고 있는 모든 개별 스키마를 가지며, 이러한 정의는 전반적으로 고유 식별자를 포함하지 않으며, 더 높은 계층에서 정의된 독립개체로 사용될 수 없다.

상기 각 계층구조는 상층의 클래스가 하층의 클래스를 참조 할 수 있도록 되어 있다. 이러한 데이터 계층구조는 데이터개발을 쉽게 하고 모델개발자에게 기준을 제시하여 BIM의 핵심인 데이터의 상호운용성과 협업에 사용할 수 있다. 예를 들면 자원스키마에 포함된 Geometric Resource는 상위의 핵심스키마, 상호운용스키마, 도메인스키마에서 사용가능하고 추가될 수 있다.

2) IFC 기준 3차원모델 구현

IFC에서 요구하는 3차원모델 제작 방식은 IFC4 Official Release 문서 중 IfcGeometricModelResource에서 정의를 내리고 있는데 그 방식은 총 8가지로 되어있다.

① data describing the precise geometric form of three-dimensional solid objects ; 3차원 솔리드 객체들의 정확한 기하학적 형태를 나타내는 데이터

② constructive solid geometry (CSG) models ; 솔리드 모델 : 기하학적 모델로 처음에 주어지는 기본 형상을 Boolean에 의해 조절

③ definition of half-spaces ; 2개로 분할되는 3차원객체에 대한 정의

④ creation of solid models by sweeping operations ; 스위핑에 의해 생성된 솔리드모델

⑤ manifold boundary representation (brep) models ; B-rep모델로 솔리드모델보다 많은 기능을 가짐. extrusion (or sweeping), chamfer, blending, drafting, shelling, tweaking, boolean 등으로 모델구현

⑥ surface models ; 서피스 모델-컨트롤 포인트로 면을 조절

⑦ tessellated models ; 폴리곤 모델-개별 점과 면을 조절

⑧ geometric sets ; 기하학적 설정

이외에도 IfcBuildingElement에서 21가지의 최하위 부재의 형식을 정의내리고 있다. 하지만 3차원 데이터모델을 구성하는 세부사항을 살펴보면 크게 2가지 방식으로 나타난다.

첫 번째는 1개 이상의 스케치된 단면형상(Profile)을 이용하여 돌출(Extrude)시키는 방식으로 표현하는 것으로 3차원모델을 만들기 위한 닫힌 단면을 만들고 그 단면이 속하지 않는 방향으로 돌출 혹은 경로를 따라가서 3차원형상을 만드는 방식이다. (도 3 참조)

두 번째는 1개 이상의 Surface를 이용하여 각 Surface의 1개 이상의 모서리(Edge)의 위치를 공유하여 다면의 서피스(Surface)를 구성하고 각 모서리(Edge)나 점(Point)의 조정을 통해 원하는 3차원 면을 생성하는 방식이다. 이 두 가지 3차원데이터모델의 생성방식은 전통 목조건축의 주된 재료인 나무, 돌, 흙을 이용하여 전통 목조건축의 부재를 제작하는 방식과 일치한다. (도 4 참조)

이러한 모델링 방식을 이용하면 적은 용량과 제어점으로 다양한 솔리드모델과 서피스모델을 만들 수 있고 블린(Boolean)연산이나 점(Point), 모서리(Edge), 면(Polygon, Surface)조절을 통해 형태와 변위를 조절할 수 있다.

3) IFC 기준 전통 목조건축 모델링

전통 목조건축의 복원에 있어서 이러한 모델링 방식은 한계를 가져올 수 있다. 왜냐하면 기존 전통 목조건축에 있어서 각 부재의 경우 그 형상의 수치정보가 너무 다양하여 IFC에서 요구하는 모델로 제작한 리소스모델(Resource Model)을 가지고 상부 Schema에 사용하려면 해당 건축물의 부재 수만큼의 모델이 필요하여 그 효용성이 떨어지게 된다. 이러한 이유로 개별 라이브러리에 다양한 유형을 적용하기 어렵고 개별 라이브러리에 1개의 유형만을 담게 되어 라이브러리를 사용하는 편리함이 적고 다른 건축물에 재사용이 어렵게 되어 여기서는 라이브러리와 파라메트릭을 이용하지만 전통 목조건축에 맞게 1개의 라이브러리에 1개의 유형만을 적용하고자 한다. 또한 최근에는 기존에 존재하는 전통 목조건축물의 데이터를 확보하는 수단이 도면이외에도 3차원스캐너나 포토스캐닝기술로 되는데 이러한 데이터를 담기위해서도 1:1대응방식이 유리하다.

전통 목조건축의 보존, 복원에 있어서 현재 부재와 동일한 IFC 모델링을 제작하려면 많은 시간과 노력이 필요하므로 높은 LOD(OD(Level of Development: 모델링의 디테일수준)보다는 부재간의 관계나 특성을 활용하고 부재와 관련 정보를 많이 담을 수 있는 모델이 되어야 한다.

2. 전통목조건축을 위한 IFC 프레임워크

BIM 기술을 활성화하기 위해서는 파라메트릭 모델링 및 라이브러리가 필수 요소이며 전통 목조건축의 불규칙하고 다양한 형상 정보를 라이브러리에 체계적으로 담아내기 위해서는 객체 기반 파라메트릭 모델링의 분류체계 도입이 요구되며 IFC에서 요구하는 3차원 모델을 개발하고 적용하기 위한 IfcPropertySet의 프레임워크를 개발하였다.

2-1. 영조법식기반 프레임워크 개발 프로세스

전통목조건축을 위한 IFC 프레임워크 개발 프로세스는 크게 IFC 스키마에 대한 요소조사, 전통 목조건축의 요소 조사, 영조법식과 IFC체계의 분석의 과정으로 세부적으로는 도 5에 도시된 바와 같은 6단계의 과정을 가진다.

도 5에 대해 설명하면, 프레임워크 개발 프로세스는,

1) IFC 스키마에서 건축에 관련된 형상, 관계, 특성부분 추출

2) IFC-Root에서 건축 핵심요소 생성

3) 영조법식과 전통목조건축에서 IFC핵심요소선정

4) 전통목조건축의 부재명칭코드화

5) 전통목조건축의 IFC기반 분류체계 적용

6) 전통목조건축 IFC 프레임워크

로 요약되며, 이하 이에 대해 상술한다.

1) IFC 스키마에서 건축에 관련된 형상, 관계, 특성부분 추출

전통목조건축의 경우 그 부재구성이나 재료의 특성이 기존 현대건축물과는 다르다. 현대건축물은 건축, 구조, 장식, 재료 등의 상호 연계성이 필요에 따라 달라 질 수 있지만 전통 목조건축의 경우 재료는 단순하지만 구조, 건축, 장식이 복합적인 요소로 사용되고 있다. 예를 들면 현대건축물에서 ‘보‘의 경우 1가지 종류에 대해 형상별로 나누어져 있지만 전통목조건축의 경우 ‘보‘에 대한 명칭이 무수히 존재하고 그 재료의 특성에 따라 건축, 구조, 재료간의 관계성이 현대건축물보다 복잡하다. 이러한 복잡한 관계를 재구성하기 위하여 IFC에서 제시된 스키마에서 제시된 데이터중 각 스키마에서 필요한 부분과 필요 없는 부분을 구분할 필요가 있다.

공조, 전기, 빌딩서비스 등과 같은 부분은 고대 건축에서 나타나지 않는다. IFC스키마에서 특히 리소스부분에서 3차원형상, 형상간의 관계, 재료 등과 관련된 부분을 주로 추출할 필요가 있다. 왜냐하면 영조법식의 대목작제도에서 주로 형상, 관계, 재료를 다루고 있고 한국 전통 목조건축의 구성에서 주된 부분은 결구법과 비례체계이기 때문이다.

IFC의 기술문서에 나타난 정의를 기준으로 추출하였고 그 정의는 도 7에 나타나 있다.

2) IFC -Root에서 건축 핵심요소 생성

이렇게 추출된 상위의 Schema에서 건축과 관련된 부분을 정리하고 전통 목조건축에서 사용할 수 있는 부분과 비교하기 위해 IFC에서 정의될 수 있는 건축과 관련된 체계를 도 8과 같이 정리하였다.

이러한 IfcRoot의 3가지 체계(IfcObjectDefinition, IfcRelationship, IfcPropertyDefinition)에서 중요한 개별요소는 형상과 관련된 IfcProduct, 속성과 관련된 IfcPropertySet, 결합과 관련된 IfcRelConnects이다.

이러한 3가지 개별요소는 제조업에서 기인한 IFC의 분류체계에서도 건축물에서도 개별 부재(Part)를 만들고 속성(Property)을 입력하여 조립품(Assembly)을 만들고 해당 조립품을 이용하여 전체 건축물을 구성하는 단계로 되어 있다.

세부적으로 IfcProduct의 요소를 살펴보면, 도 9와 같이 10가지로 나누어진다. 각 부재는 3차원 정보와 각 부재간의 위치정보를 포함하며 이러한 부재의 관계를 이용한 조립으로 데이터모델을 개발할 수 있다.

도 9의 IfcElement에서 건축과 직접 관련된 IfcBuildingElement를 한번 더 세부적으로 살펴보면 아래와 같이 최하위 부분은 도 10과 같이 21가지의 부재(Element)로 구성되어 있음을 알 수 있다.

이러한 부재의 형상과 관련된 내용을 직접적으로 전통 목조건축에 적용하기에는, 현대건축 중심의 부재분류방식으로 모든 전통 목조건축물의 부재를 정의하기에는 다소 무리가 따르므로, IFC에서 지원 가능한 내용에서 IfcPropertySetTemplate나 IfcPropertySet을 이용하여 해당 부재를 데이터모델로 만들고 이용할 수 있다.

“IfcPropertySet”은 속성 트리 내에서 속성을 보유하고 있는 컨테이너이다. 이러한 속성은 자신의 이름 속성에 따라 해석된다. 각각의 속성은 의미 있는 이름 문자열이 있다.

일부 속성 집합은 이 표준 사양에 포함되어 있으며 특별한 이름으로 지정되어 표시된 미리 정의된 세트를 가지고 있다.

이러한 속성 집합은 규격 안에서 "속성 세트" 아래에 나열된다. 특정 개체에 적용되는 속성 세트가 개체 속성에 나열되어 있다. "Pset_xxx는" 이름 지정 규칙으로 이 규격의 일부로 정의되는 모든 속성 집합에 적용되고 그것은 이름 속성 값으로 사용할 수 있다.“ IFC는 모든 속성을 포함할 수 없고 IFC의 기능 확장을 위해서 사용자가 이름에 해당 부재의 의미를 부여하여 언제든지 추가되며 이 속성은 서로 다른 재질들간의 데이터 교환과 관련이 있다. IFC에서는 각 단계별로 아래바‘_’를 사용하여 그 단계를 구별한다.

또한 개별 부재의 결합과 관련된 IfcRelConnectsElements는 아래 두 그림과 같이 되며 그 내용에 대한 정의는

“IfcRelConnectsElements는 관계를 객관화하는 요소들간 연결의 일반화를 제공하며 그것은 1 : 1의 관계이다. 물리적 또는 논리적으로 연결되는 두 요소의 개념은 연결 요소로부터 독립적으로 설명된다. 연결성은 연결 구조에서 제공하는 연결된 엔티티의 형상 표현에 관련 될 수 있다. 이 경우에는 연결의 형상 제약은 IfcConnectionGeometry의 선택적 관계로 제공된다. 연결 형상 연결 요소의 로컬 좌표 시스템 내에서 점, 선 또는 면으로 제공된다. 만약 연결 형상이 생략되면 연결은 논리적인 연결로만 제공된다. 이런 상황에서는, 점, 선 또는 면은 수신측 애플리케이션으로 재계산 된다.”

3) 영조법식과 전통목조건축에서 IFC 핵심요소선정

전통 목조건축에서 IFC 핵심요소를 선정하기 위해서는 고대 전통 목조건축의 건축기본서인 영조법식과 IFC의 구성요소를 비교해야 한다.

영조법식은 앞서 연구된 바와 같이 사회적 위치인 ‘양’에 따라 사용가능한 모듈과 건물규모가 결정된다. 그 모듈을 ‘건’이라하며 Ifc에서는 IfcBuildingElements라고 하여 정의가 부여되어 있다. 모듈간의 결합방식을 ‘조’라고 하며 Ifc에서는 IfcRelConnects에서 찾아볼 수 있다. ‘양’이 결정되고 나면 ‘건’과 ‘조’를 이용하여 대부분의 전통 목조건축이 구성된다. (도 14 참조)

본 연구는 영조법식을 기반으로 IFC에 적용할 수 있는 부분에 관련된 연구이며 영조법식 대목작 용어에서 설계 관련 용어로는 양(樣)이 있다고 앞에서 언급하였다. 영건에서 양의 주요한 의미는 형식 제도의 의의를 갖는 것으로 건축에 있어 그 형식을 설계하고 설계 의도를 도면으로 표현하며 형상을 표출해 내는 것이 바로 영건의 시작인 ‘양’인 것이다. 하지만 전통 목조건축물에서 양(樣)과 관련된 부분은 중요하지만 신축이 아닌 보존, 복원의 경우 그 효과가 높지 않다고 조사되어 부재를 나타내는 건과 부재간의 결합을 나타내는 ‘조‘가 중요하다고 볼 수 있다.

이러한 영조법식기반으로 설계·시공된 전통 목조건축의 경우 그 범위가 광범위하지만 현존하는 전통 목조건축은 사용 주체에 따라 관공서와 민간에서 사용되는 건물로 주로 구분되며 현대에서 보존 혹은 복원의 목적에 따라 IFC 스키마에서 필요한 부분을 비교하고 그 부분에 적합하게 적용해야 한다. 이러한 적용을 위하여 영조법식의 전체 내용과 목차를 중심으로 IFC 객체로 표현 가능한 요소들에 대해 IFC 엔티티와 비교하였는데 이를 위해서 부재제작방식에 대한 고려 및 3D모델링 제작방식관점에서 타 부재와의 관계 등을 앞서 고려하였다. 이러한 고려를 통해 구성요소비교는 영조법식에서 나타나는 기술적인 내용과 관련된 정보를 대상으로 하고 이미 정의된 재료, 수치 등과 비물리적인 정보 범위는 제외하였다. 이러한 부재제작과 부재간의 관계를 영조법식과 IFCElements와 내용과 비교하면 도 15와 같다.

그리고 IFC와 BIM의 상위개념은 현재 발전 중으로 데이터형식과 체계의 안정성, 적용성이 완벽히 구축되지 않은 부분이 있어 상위 요소가 포함된 부분의 하위 구성요소와 영조법식을 비교하였다.

이를 다시 전통 목조건축의 축조방식과 비교하면 도 16과 같다.

영조법식의 건(모듈)과 조(조합)를 나타내는 부분은 IFC의 부재제작, 속성부여, 관계결합과 연결될 수 있었다. 한국 목조건축의 속성을 살펴보았을 때 비례와 결구에 의해 건축물이 구성된다. 비례의 경우 건물의 규모를 신분에 따라 정하는 의미인 칸이라기보다는 척도와 모듈에 의한 부재제작과 관련이 있다. 부재 제작 후에는 부재별 위치에 따른 특성에 따라 결구법에 의해 관계결합이 이루어져 건축물이 완성된다.

4) 전통목조건축의 부재명칭코드화

하지만 이러한 비교방식에서 보면 전통 목조건축에서 Ifc로 표현하기 힘든 것이 많으므로 BIM의 주된 목적인 정보의 호환성과 연속성을 위하여 IFCxxx에서 ’xxx’부분과 IfcPropertySet에 사용할 명칭을 위하여 사용가능한 부재 용어를 우선 변환하였다.

대상 목조건축물은 봉정사 극락전 외 7가지(부석사 무량수전, 안성 청룡사, 영천 은해사, 부석사 조사당, 여수 흥국사, 해미읍성 진남문, 전라남도 한옥 기본형 A타입)이며, 가장 오래된 건축물부터 최신 표준 한옥으로 해당 건축문화재자료는 비교적 자료가 많고 3차원 스캐닝이 진행되어있어 향후 추가 연구 시 연계할 수 있고 최신 한옥의 경우 명칭에 대한 의견이 통일되어 있어 선정하였다. 부재명칭은 8개 건물을 조사하여 공통으로 사용가능한 부분을 표준화된 명칭으로 정리하였다. 표준로마자변환은 부재에 대한 영문표기가 제각각인 이유로 한글 맞춤법 표기법에 따라 표준로마자변환기를 사용하였다. (도 17 및 18 참조)

이러한 부재코드를 IfcPropertySet에 적용하기 위하여 대분류_중분류_소분류를 부재의 켜에 맞추어 숫자와 함께 명기하면 각 부재별 명칭부여와 함께 부재별 상관관계를 쉽게 파악할 수 있다. (도 19 참조)

예를 들면 두 번째 시공순서를 가지는(01) 축부(FRAM)에서 가장 먼저 시공되는(000) 3번째(002) 평방(PYBA)의 명칭은 ‘01_FRAM-000_PYBA-002’으로 되고 3번째 시공순서(02)공포(GONG)이면서 시공순서가 4번째(003) 켜에 위치한 15번째(014) 소로(SORO)의 경우 ‘02_GONG-003_SORO-014’로 표시될 수 있다. 시공순서의 첫 번째는 000으로 되는 것은 BIM에서 기록된 정보가 다른 프로그램들 간에 DataBase나 XML로 변환되는 과정에서 정보 혼선의 문제를 방지하고 각 부재의 기준을 정하기 위해서이다.

이 부재명칭은 대분류_중분류_소분류로 되어 있고 각 분류에는 ‘000‘부터 숫자를 명기하여 부재별 시공순서를 나타낼 수 있도록 되어있다. 대분류는 기존 전통 목조건축의 지붕부, 공포부, 몸체부, 기초부 등 어떤 분류기준이든 사용할 수 있고 중분류는 해당되는 대분류에 속한 세부분류로 되어 있다. 마지막으로 소분류는 중분류 이후에 사용되는 체계로 축조되는 순서에 따라 ’000‘부터 명기할 수 있다. 이는 시공되는 순서에 따라 사용되며 같은 중분류 내에서도 축조순서에 따라 혼합해서 사용할 수 있다.

5) 전통목조건축의 IFC 기반 분류체계 적용

시공순서를 고려한 간단한 분류체계를 구성해 보자면 전통 목조건축은 수직적인 부재, 수평적인 부재, 사선부재의 조합이며 각 부재는 서로 관계를 가진다. 그래서 도 20과 같이 초석에서 사용할 때의 분류체계를 예시로 만들었다.

(1)시공위치 선정

우선 정면에서 보이는 좌측 맨끝의 기둥부위를 ‘000’이라고 한다. 이 부위는 상황에 따라 변할 수 있으며 각 켜별로 다른 ‘000’을 가져도 상관은 없지만 가급적 기본적으로 같은 수직부위는 동일한 위치를 공유하면 정보의 연속성이 좋다. 수평적으로 방향의 표시는 시계방향 또는 반시계방향으로 하면 된다. 이 역시 초기설계 혹은 유지관리 시에 변경될 수 있다.

(2)부재명칭 확인

해당 부위의 부재명칭을 확인한다. 수평적인 위치와 수직적인 위치를 확인하고 구조적인 성격, 결구순수 등을 고려하여 정확한 명칭을 확인한다.

(3)명칭코드화

해당 명칭을 로마자변환기를 이용하거나 기존 변환된 명칭으로 4자리 코드화를 한다. 4자리로 하는 이유는 사용의 편리성을 위한 것이지 전체명칭을 사용해도 무방하다.

(4)시공위치와 부재명칭 조합

이후에 시공위치와 부재명칭을 조합한다. 시공순서+부재명칭, 시공순서+부재명칭, 시공순서의 3단계로 나타내는데 이러한 부재명칭을 이용하면 해당 부재가 어떠한 위치에 어떤 순서로 적층이 되야 하는지 쉽게 알 수 있고 기존의 코드에 조합해서 사용할 수 있다.

예를 들면 005초석의 경우 코드를 명기하면 ‘00_BASE-002_CHSK-005‘로 되는데 이 말은 기본(00)이 되는 기초(BASE)에 3번째(002) 시공위치인 초석으로 6번 초석(005)으로 읽혀질 수 있다. 01이나 001이 아닌 00이나 000이 제일 처음으로 되는 것은 데이터베이스화하는 과정에서 검색이나 프로그램처리과정에서 알 수 없는 오류가 나타나기 때문이다.

도 21 및 도 22는 전통 목조건축에 IFC 분류체계를 적용한 것을 예시하는 표이다.

개발한 분류체계는 부재명과 시공위치를 나타내면서 IFC에서 요구하는 규칙이 적용된 최소화된 코드체계이다. 기존에 연구된 현대건축물 기반의 코드에 추가적으로 적용해서 사용할 수 있고 IFCPropertySet이나 ID데이터에 연계해서 사용할 수 있다.

2-2. 전통목조건축 IFC 프레임워크

건물의 골조 및 구조 세부공사와 관련된 대목작용어에서 조립관계를 나타내는 ‘조’, 부재를 나타내는 ‘건’, 건물규모와 디자인을 나타내는 ‘양’을 중심으로 IFC의 특징과 결부하여 프레임워크를 작성하고자 한다. 다만 ‘양’의 경우 사회적 위치에 따라 평면과 입면에서 사용가능한 디자인과 규모가 이미 정해지는 부분이 많으며 전통 목조건축은 신축보다는 기존의 건축물의 보존, 복원이 중요하다.

간단히 표준 프레임워크를 살펴보면 전통 목조건축의 부재를 제작하는 단계에서 생성된 Geometry Resource, Property Resource, Constraint Resource가 확장된 모듈을 거쳐 IFCProduct, IfcPropertySet, IFCRelConnect의 정보로 저장된다. 이는 전통 목조건축의 형상, 속성, 결합으로 나타내는 데이터베이스에 입력된다. 그리고 사용자는 BIM소프트웨어에서 구별된 개별의 데이터베이스를 영조법식의 모듈을 나타내는 ‘건’과 ‘조’로 된 각각의 코드 또는 ID(Identifier)와 이름을 가진 속성부분을 IFC에서 요구하는 형식으로 나타낸다. 이러한 모듈을 IFC를 지원하는 BIM/Modeling소프트웨어, 분석관련 소프트웨어, 프로그래밍소프트웨어 사용자가 사용할 수 있도록 전달한다.

1) 리소스정보 수집 레이어 (Resource Import Layer)

먼저 Resource Import Layer에서는 형상 정보, 속성 정보, 결합 정보의 세 가지를 생성하기 위한 기초적인 리소스(데이터) 수집에 관한 내용이다. 일종의 Planner단계이다. 이 Layer에서 형상 리소스를 생성하는 방법은 BIM소프트웨어나 기존 3차원 모델링 소프트웨어를 이용하여 앞서 설명한 것처럼 크게 솔리드나 서피스의 2가지의 방식과 기존 실측도나 3차원스캐닝데이터, 포토스캐닝 데이터를 이용한다. 이 때 가장 중요한 것은 개별 형상으로 존재해야 한다. 이러한 개별 형상에 속성 리소스를 생성하는 방법은 전통 목조건축의 기존 보고서나 최근 실험자료 등을 참조하여 2차원특성과 3차원특성을 생성한다. 결합 리소스는 전통 목조건축의 결구법이나 시공순서에 따라 생성한다. Extension Module은 3가지 리소스를 저장 및 관리가 가능한 정보형식으로 구분하여 입력할 데이터를 제공한다. 별도의 플러그인을 사용하지 않고 소프트웨어 내부에서 구별할 수 있도록 Product, Process, Control로 나누어 데이터 스토리지에서 직접 입력하거나 사용자가 활용 및 관리가 가능한 수준으로 사용하면 된다. 예를 들면 도면층이나 그룹을 이용할 수도 있다.

2) 데이터 저장레이어 (Data Storage Layer)

Data Storage Layer는 위에서 축적된 형상 정보, 속성 정보, 결합 정보를 IFC에서 제시하는 IFCProduct, IFCPropertySet, IFCRelConnect로 연계되도록 데이터를 저장한다. 일종의 Design단계이다. IFCProduct정보는 형상 정보를 가지고 있으며 IFCPropertySet은 속성 정보를 IFCRelConnect은 결합 정보를 가지고 있다. IFC정보의 경우 최하위의 Elements의 정보를 연결하되 상기에서 나타난 것처럼 기존 전통 목조건축에서 똑같은 부재 형상은 없으므로 기존의 IFC의 일대다(1:n)로 연결이 되지 않는 문제가 있다. 이러한 부분은 IFCPropertySet을 이용하여 일대일(1:1)로 연결해야 한다. 정보관련 Elements의 구조는 앞에서 제시하였다.

3) 데이터 생성 레이어 (Data Processing Layer)

Data Processing Layer는 Data shared Layer와 Data Storage Layer를 서로 보완해 줄 수 있는 단계이다. 일종의 Construction단계이다. 기존 전통 목조건축의 경우 3차원제작이나 BIM으로 하는 목적이 복원이나 보존 등 명확하다. 그 때마다 적합한 IFC의 코드를 이용하거나 IFCPropertySet이나 ID데이터를 생성해서 사용할 수 있다.

4) 데이터 공유 및 활용 레이어 (Data shared Layer)

Data shared Layer는 상기에서 제작된 표준 부재분류코드나 IFCPropertySet을 통해 전달받은 정보를 IFC를 지원하는 소프트웨어로 전달하는 단계이다. 일종의 Maintenance단계이다. IFC를 지원하는 기존 BIM소프트웨어의 경우 요청정보를 IFCPropertySet에서 직접 이용할 수 있고 분석소프트웨어의 경우 필요한 정보를 IFC교환파일을 이용해서 사용할 수 있다. Programming소프트웨어의 경우 IFC에서 필요한 정보를 Excel, XML, SQL 등으로 정리하고 목적에 따라 사용할 수 있다.

3. 실시예 (1) : 봉정사 극락전에 IFC 프레임워크 적용

기존 연구 중에서 영조법식과 봉정사 극락전의 이론적 고찰로 인하여 전통 목조건축에 대한 이해를 도모하고 봉정사 실측보고서를 비롯하여 숭례문 복구공정 3D 정보 구축 보고서 등과 같은 각종 연구 보고서를 토대로 하여 봉정사 극락전에 IFC를 적용한 모델을 개발한 사례를 제시하고자 한다.

개발 단계를 그림으로 나타내면 도 24와 같다.

1) 리소스정보 수집 레이어 (Resource Import Layer)

먼저 봉정사 극락전 수리실측보고서, 연구논문과 같은 봉정사 극락전과 관련된 문헌 자료를 조사하고 나서 봉정사 극락전을 현장 방문하여 실제 목조건축물을 답사하고 사진을 찍어 자료를 수집한다. 다음으로 분류체계를 설정하는데 시설물, 동별, 작업, 부재 등으로 분류를 하고 이에 해당하는 폴더 파일도 체계화한다. 목재 부재단위로 라이브러리를 작성한다. 그 후에 공정별로 프로젝트를 수행하는데 기단부, 축부, 기둥부, 지붕부, 수장부로 2D 도면을 3D 도면 작업을 한다. 개별 모델과 통합모델로 산출물을 산출하고 건축물 및 부재 종합 데이터를 살펴본다. 마지막으로 전체 모델을 시뮬레이션(simulation)해 보는데 전체 공정과 부분 공정으로 나누어서 해 보고 이에 대한 모델 검증으로 마무리하였다.

작업 단계별로 구체적으로 살펴보면 아래와 같다.

문헌자료 조사와 현장답사와 같은 내용은 앞의 연구 동향 및 이론적 고찰에서 충분히 다룬 것으로 가늠하고 본격적인 IFC의 작업 단계인 분류체계를 살펴본다.

목조건축의 구성에 따라 분류를 하고 이를 부재 코드로 나타내야 한다. 앞서 목조건축의 구성을 살펴보았을 때, 3-5단계(기초부-축부-지붕가구, 기단부, 축부, 가구부, 옥개부, 기초부, 축부, 지붕가구, 지붕부, 수장부 등)의 구성을 보았다. 기존 연구에 주로 칭하는 부분이 ‘기초부, 축부, 지붕부’로 ‘축부’와 ‘지붕부’는 그대로 사용하기로 하였다. 그러나 기존 연구에서는 ‘기초부’로 나타낸 것이 많으나 목조건축을 고려하여 ‘기초’보다는 ‘기단’이 전통 목조건축의 특성을 반영하는 것으로 여겨 ‘기단부’로 정하였고, 공정별로 분류할 것이므로 ‘수장부’를 넣도록 한다. 그리고 가장 중요한 전통 목조건축에서 빠져서는 안 될 ‘공포부’를 추가한다. 이는 한국 전통 목조건축뿐만 아니라 영조법식에서도 공포를 중요하게 여기기 때문이었다.

본 연구에서는 분류체계에 있어서 목조건축의 대분류를 “기단부-축부-지붕부-공포부-수장부” 5단계로 정한다. 선행 연구와 비교해 볼 때, 공정별로 한옥 구성 요소를 살펴본 김상훈 외(2009)의 연구에서는 기초부-축부-지붕가구-지붕부-수장부로 나누었는데 기초부와 지붕가구 부분이 다르다. 최현상 외(2014)의 연구는 한국 전통 건축의 3차원 분류를 하였는데 여기에서는 지붕부-공포부-몸체부-기초부 4단계로 하여 5단계 구분과 단계가 일단 다르며 몸체부와 기초부를 축부와 기단부로 다르게 사용하는 것이다.

봉정사 극락전의 분류 및 코드를 나타내면 도 25와 같다.

앞에서 기존 연구 중 한옥의 분류 체계를 부재 단위로 확장한 파라메트릭 분류 체계 즉 한옥 시설/공종별 분류코드를 제시한 것이 있는데 이는 시설분류, 공간 분류, 공종항목 분류를 알파벳, 숫자, 기호로 나타내고 있어서 암호와 같이 복잡성을 띄고 있다. 어느 누구나 할 것 없이 쉽게 익히고 적용하기 위해서는 많은 연구가 필요할 것으로 보인다.

본 발명에서는 분류 코드를 목조건축의 구성과 연관되게 대부분의 부재를 로마자 약어로 표현하여 누구나 쉽게 사용할 수 있도록 하였다. 게다가 길면 복잡하게 받아들일 수 있기 때문에 4자리로 나타내었다. 예를 들어 ‘창방’의 경우, 로마자로 표기하면, ‘CHANG BANG’이 된다. 각 음절에서 대표할만한 글자 2자씩을 가져와 조합하여 ‘CHBA'이 된 것이다.

2) 데이터 저장레이어 (Data Storage Layer)

목조건축의 구성 요소 및 부재별로 분류체계를 한 것을 토대로 객체지향 방식으로 목조건축 부재를 설계한다. 실질적인 부재 설계를 하기에 앞서 작업 환경을 준비해야 하는데 세 가지로 나타나면 다음과 같다. 목조건축을 IFC로 적용하기 위해서는 그에 해당하는 작업량과 시간의 제한으로 인해 공동작업을 해야 한다. 그러므로 첫째로 이런 협업을 하기 위한 레빗 서버(Revit Server)를 구축해야 한다. 앞에서 BIM 소프트웨어를 말하면서 가장 많이 사용하는 세 가지 소프트웨어 중 하나가 바로 'Revit'이었다. BIM을 운영하는 데에 있어서 BIM Tool 소프트웨어와 BIM 데이터의 원활한 환경을 위해 고사양 고비용의 성능을 요구한다. 하지만 Revit의 경우는 BIM 소프트웨어에서 널리 쓰이고 있는데 그 이유가 바로 데이터의 호환성이 우수하고 유지보수비용이 저렵히고 사용자가 많기 때문이다.

둘째, 작업 세트 설정 및 LOD를 설정해야 한다. 컴퓨터 그래픽 분야에서는 대용량 3차원 데이터를 효율적으로 시각화하기 위해 오래 전부터 많은 연구가 진행되어 왔으며 LOD는 그러한 연구 방법 중의 하나이다.¹1 D. Luebke, M. Reddy, J. D. Cohen(2002) 참고. LOD의 한국어 표현은 국토해양부의 3차원 국토공간정보 사업에서 제시한 세밀도(細密度)이다. 축척(縮尺)은 건축 설계에서 2차원 도면을 작성할 때에도 기본이 되는 개념으로 도면에서 건물의 구성 요소를 어느 정도까지 나타내야 하는지를 정하는 기준이다. 대부분 1/100 또는 1/50 축척을 잉하며 도면의 종류에 따라 표현해야 하는 범위와 내용에 맞는 적절한 축척을 사용한다. LOD는 건축 설계 분야에서 사용되는 도면 축척과 원론적으로 비슷한 개념이라고 볼 수 있으며 특히 3차원 객체의 처리가 요구되는 분야에서 축척의 상위개념으로 적용이 가능하다. LOD의 일반적인 개념은 물체간의 거리와 인식 정도는 반비례한다는 생각을 바탕으로 랜더링(rendering)될 이미지의 기여도가 작을 경우 이를 간략히 표현하는 방법이라고 한다.²2 배경진 외(2011: 32-33) 참고.

셋째, 모듈러 BIM 작업 폴더 구성 방법을 구현해야 한다. 이 작업 역시 공동으로 작업하기 위한 사항에 해당한다. 분류체계에 따라 시설물, 공간, 부위, 공종, 자원으로 구분되어 생성되어지는 폴더들을 그룹 단위별로 모델 데이터와 함께 관리가 되도록 한다. 도 27은 파일의 생성관리를 보여주는 그림이다.

이렇게 생성된 파일 생성 관리는 모델의 체계분만 아니라 생성된 파일의 분류 체계이다. 또한 출력되는 데이터의 구성체계이고 지속적인 데이터의 입력과 활용에도 사용되는 근본적인 파일의 구성 체계이다. 다음으로 수행할 업무는 라이브러리 구축이다. 목조건축의 부재의 BIM 라이브러리는 형상 정보는 물론이고 보존 관리를 위한 세부 항목이 더해져야 한다. 예를 들어, 기존의 부재인지, 새로 복원한 부재인지, 해당 부재의 재질 유형, 파손 정도 등 다양한 정보가 요구된다. 이를 위하여 3D 스캔을 통한 데이터를 활용하여 BIM 라이브러리를 구축한다.

도 28은 3D스캔 데이터와 이를 활용하여 구축한 라이브러리의 예시이다.

앞에서 IFC 체계를 적용한 한옥 부재의 유형화를 그림으로 보여주면서 템플릿에 대한 언급을 하였다. 템플릿은 부재들의 집합체를 의미하는 것으로 부재별로 명명하여 입면조합 템플릿, 평면조합 템플릿, 지붕조합 템플릿, 기와조합 템플릿 등이 있다. 이렇게 부재 분류와 형상, 속성 값들을 정리하여 개별 부재에 적용할 수 있는 템플릿을 작성한다.

도 29는 부재별 템플릿 데이터를 보여주는 예시도이다.

3) 데이터 생성 레이어 (Data Processing Layer)

이 템플릿을 적용해 모델링 작업을 한다. 먼저 봉정사 극락전의 건축 양식과 구성을 보면서 평면 유형을 살펴보았듯이, 평면 유형상에서 기둥을 설치한다.기둥의 시작점과 기둥 상단 레벨에 설치된 끝점을 정하고 기둥 템플릿을 적용하여 기둥의 실체를 모델에 적용하게 된다. (도 30 참조)

기둥은 하부에 초석과 관계를 갖고 상부에는 창방, 평방, 주두, 공포 등과 관계를 갖고 설치한다. 기둥은 총 몇 16개로, 하층에서 시작되는 평주, 우주, 고주, 귀고주가 있고 다시 상층에서 평주가 설치된다. 다음으로 창방과 평방이 설치된다. 창방은 기둥의 상단에 있는 가이드 포인트(Guide Point)와 관계를 갖고 시작점과 끝점을 적용하여 창방을 설치한다. 평방은 기둥 중심선에서 연장된 창방의 상단에 있는 가이드 포인트와 관계를 갖고 시작점과 끝점을 적용하여 창방 뒤에 같은 방법으로 설치한다. (도 31 참조)

공포는 하나의 부재로 템플릿화하여 평방 위에 가이드 포인트를 설정하고 시작점과 끝점을 적용하여 설치한다. 주상포와 귀포는 하부의 기둥과 관계를 갖고 주간포는 평방 위에서 주상포 사이를 등분하여 배열한다. (도 32 참조)

이것을 부재별로 다시 간략하게 정리해 보면 도 33과 같다. 이렇게 해서 나온 결과물이 바로 개별 모델이 되고 이것을 종합적으로 연결해서 작업을 완성하면 통합 모델이 된다. 통합 모델을 검사를 실시하는데 출력되는 데이터가 잘못된 곳은 없는지 검사하고 산출물을 위한 형태로 출력이 가능하도록 도면 형태와 데이터 형태를 설정한다.

4) 데이터 공유 및 활용 레이어 (Data shared Layer)

이러한 부재분류 및 코드를 이용한 3차원데이터의 작성과 데이터 호환은 건축분야 뿐만 아니라 다른 산업까지 영역이 확장 될 수 있다. IFC 정보데이터의 작성을 통해 IFC에서 지원하는 XML을 이용하여 게임, 그래픽, 교육, 영상, 콘텐츠 등에 사용되는 3차원엔진인 Unity3D와의 호환도 가능하도록 하였다. 또한 기존 분류체계에서 나타난 분류에도 사용할 수 있도록 최소한의 코드를 만들었고 이를 엑셀파일, 문서파일로 변환하여 데이터베이스에도 사용할 수 있었다.

4. 실시예 (2) : 독락사 관음각에 IFC 프레임워크 적용

독락사 관음각에 IFC를 적용한 모델을 개발하였다. 독락사 관음각이 중국의 건축물인 만큼 한국에서 나온 연구보고서가 없어서 중국에서 나온 보고서의 도면을 참고로 하였다. 절차는 앞서 제시한 것과 유사하므로 비교되거나 특이한 것 중심으로 제시하였다. 독락사 관음각의 경우 Revit이라는 BIM툴을 이용해서 모델을 작성할 수도 있지만 최근 일반 사용자의 접근성이나 문화재 설계사무소에서 자주 접하고 학습하기 쉬운 Sketchup이라는 툴을 이용해서 작업을 하고자 한다. Sketchup은 무료버전이 있으며 최신(2015) 버전의 경우 IFC포멧에 대한 지원, 3D Scanning 지원, 각종 유·무료 플러그인을 이용하여 4D와 5D를 지원하는 등 BIM툴로 사용할 수 있다. 이러한 SketchUP을 부재 분류 및 코드를 유지하면서 3차원호환성이 높은 FBX파일 포맷으로 변환하여 다양한 분야에 사용할 수 있다.

또한 작성된 모델을 이용하여 3차원프린팅모델용 파일을 손쉽게 내보낼 수 있으며 FBX와 XML을 이용하여 BIM모델을 UNITY3D와 호환되도록 할 수 있다.

1) 리소스정보 수집 레이어 (Resource Import Layer)

관음각의 건축 구조 형식은 각 층마다 기둥층-공포층 또는 기둥층-공포층-지붕가구층이 서로 독립된 구조체를 형성하는 소위 전당식(殿堂式)의 형식을 취하고 있다. 또한 상층과 하층의 기둥은 서로 직접 연결되어 있지 않고, 상층 기둥의 하부를 하층 기둥 상부 공포에 결구시킨 소위 차주조(叉柱造)의 방식을 사용하였다.

상층 어칸의 전후 내진 기둥과 좌후 협칸의 중간기둥(中柱)은 방형 부재(內額)로 서로 연결되어 6각형의 공정(空井)을 이루는데 이를 통해 건축물의 전체적인 변형을 방지하고 있다. 또한 이와 함께 암층 내부와 상층 외벽 내부에도 사탱주(斜柱)을 설치하여 외력에 저항하게 하였다. 상층에 설치한 6각형의 공정과 달리 하층에는 방형의 공정을 설치하여 상하층이 서로 다른 형태의 공정을 사용하였는데 이는 공정의 형태가 변형되는 것을 방지하며 최종적으로 관음각의 전체 결구의 강성을 증가시켜 주는 역할을 하게 된다.

공포는 주심포와 주간요소, 귀포가 모두 사용되었다. 주간요소는 정면에서 각 층의 어칸과 협칸에만 각 1구씩을 설치하였고 측면에는 상층과 암층 어칸에만 설치하였다. 관음각에 사용된 공포의 형식은 모두 24종류이며 그 중 상층 주심포는 소위 송대의 영조법식의 “칠포작쌍초쌍하앙(七鋪作雙抄雙下昻)” 형식으로 2개의 하앙(下昻)과 2개의 보 방향 살미 첨차만을 사용하여 4출목을 구성하고 출목선상 즉 살미첨차 상부에 도리 방향의 출목첨차는 두지 않았다. 주간요소는 상층의 경우 소위 직두(直枓) 형식으로 주두와 제 1단의 주심소첨, 살미첨차 등이 생략된 형태로 완전한 공포의 형식을 갖추고 있다고는 할 수 없다. (도 36 참조)

상층의 지붕 가구는 8가연(八架椽)으로 종보와 4연복(四椽), 유복(乳)으로 구성되며 보 형태는 천정 아래에 노출되는 명복(明)과 천정에 의해 가려지는 초복(草)으로 구분된다. 즉 종보와 4연복은 천정에 의해 가려지므로 장식처리를 하지 않은 초복으로 하였고 천정 아래에 위치한 유복은 직량(直樑) 형태로 약간의 가공을 하였다. 종보 상부에는 차수(叉手)를 설치하여 좌우에서 대공을 잡아주고 있으며 4연복과 유복위에서는 탁각(托脚)이 도리를 받치고 있다.

기단은 비교적 낮게 축조되었지만 전면으로 비교적 넓은 월대(月臺)가 이어져 있다. 평면에서의 기둥 배열은 감주법(減柱法)을 사용하여 어칸의 내진주 2개를 생략하였다. 기둥은 상부에서 약간의 흘림과 안쏠림을 두었으며 하층 외진주에 비해 암층과 상층의 외진주를 약간 체감시켜 외관상 안정감을 갖도록 하였다.

기둥 상부에서 주간(柱間)을 연결하고 포작의 하중(荷重)을 지탱하고 있는 구가재(構架材)로는 창방(昌枋)과 평방(平枋)이 있으며 이들 부재는 한국 건축사의 양식분류에서도 매우 중요한 요소로 작용하였다. 즉 주상(柱上)에만 포작이 놓이는 것을 주심포양식이라고 하고 기둥과 기둥 사이에 보간포작(補間鋪作)가 놓이는 것을 다포양식이라고 한다. 주심포 양식 건물에서는 주간에 포작이 놓이지 않으므로 특수한 경우를 제외하고는 평방이 놓이지 않는다. 그러나 주간에 보간포작이 놓이는 경우에는 이들 하중을 견디기 위한 합리적인 방안으로 또 하나의 부재인 평방이 놓이게 된다.

독락사 관음각의 하첨(下), 독락사 산문 등의 창방 단면은 당대에서와 같이 약 2:1인데 창방 머리는 귀 기둥에서 돌출하여 조각이나 장식 없이 직절(直切)된 형태를 보인다. 이러한 수법은 한국의 봉정사 극락전 창방머리와 비슷하다. 송대에 들어오면 상첨에서 보이듯이 창방의 단면 비례는 영조법식 부재의 표준치인 3:2로 된다.

도 37은 독락사 관음각의 각 부위별 도면을 나타낸 그림이다.

2) 데이터 저장레이어 (Data Storage Layer)

이 단계의 Layer에서는 앞에서 수집된 여러 정보를 구체화하여 저장하고 IFC에 적합하도록 하는 단계이다. Product, PropertySet, Connect를 이용하여 진행하였다. 세부 부재를 제작하고 우선적으로 적용하기 용이한 레이어에서 기본적인 정보를 입력하고 전체 구조가 Resource와 일치하는지 비교해 볼 수 있다.

3) 데이터 생성 레이어 (Data Processing Layer)

독락사 관음각의 부재분류와 관련하여 생성된 데이터는 도 38과 같다.

4) 데이터 공유 및 활용 레이어 (Data shared Layer)

이 단계에서는 BIM으로 작성된 모델을 외부프로그램과 호환하기 위한 과정이다. 앞서 봉정사 극락전은 Revit에서 직접 호환하였지만 본 건물은 외부 프로그래밍을 진행하기 위해서 XML과 FBX를 이용하였다.

5. IFC 기반 프레임워크 적용성 검토 및 분석

1) BIM 적용성 검토 및 분석모델

BIM을 이용한 분야별 응용에 관한 연구는 조금씩 발표되고 있다. IFC기반 프레임워크 모델 적용성을 검토하기 위해서는 IFC 모델데이터의 기초데이터 수집부터 외부 프로그램의 활용까지의 과정을 다루는 비교 대상이 필요하나 현재 이러한 비교 대상이 부족하여 프레임워크를 이용하여 BIM 적용타당성을 검토하기 위해서는 BIM을 적용해야 하는 이유 중에 하나가 기존의 전통 건조물과 관련된 산업에서 BIM도입이 저해되고 있는 것을 해소하기 위해서이다. 그러므로 해당 프레임워크 적용을 통해 저해요인이 해소된다면 개발하고 적용한 프레임워크가 상당부분 타당하다는 결론에 이르게 된다. 그리고 해당 저해요인의 분석단계에서 설문대상이 문화재청에 등록된 문화재 수리 기능자이면서 10년 이상 실무경력을 가진 전문가, 설계업체 종사자, 문화재청 및 각 지방자치 단체 한옥 관련담당자를 중심으로 리스트를 작성하여 신뢰도가 상당히 높다고 할 수 있다.

그래서 저해요소의 요인에 역발상 논리를 적용하여 저해요인을 해소하기 위한 요소를 발췌하였고 기술적 요인과 제반 환경적 요인 가운데 적용성 평가지표를 구성하고 적용성 검토를 진행하였다.

적용성 검토의 신뢰도를 높이고 정성적인 평가를 위하여 델파이(Delphi)기법을 사용하여 전문가들에게 검토의견을 요청하고 적용하는 과정을 거쳤다. 그 이유는 현재까지 IFC기반 프레임워크를 만들어 실무에서의 BIM저해요인을 해소하기 위한 사례가 적고 내용을 이해하는 전문가도 많지 않으므로, 소수의 전문가 집단만으로도 의견을 조율할 수 있기 때문이다. 본 기법 적용은 총 2차에 걸쳐 저해요인의 해소요소와 표준프레임워크를 적용한 사례가 얼마나 저해요인을 해소하였는지 심층 인터뷰를 통해 진행하였다. 본 조사는 전통 건축의 전문가와 유관기관, BIM을 사용하거나 개발해본 자 및 연구를 진행해온 실무자 및 교수를 대상으로 2015년 6월부터 2015년 9월까지 4개월간 진행 하였다. 이러한 전문가들의 표집대상, 목표인원, 실제 응답인원에 대한 구체적인 내용은 다음 표와 같다.

[표] 델파이기법 참여 전문가의 분류

이러한 과정으로 나타난 전문가 조사 결과는 다음 표와 같다.

[표] IFC 프레임워크 조사 결과

앞서 기술한 것처럼 현재 전통 목조건축에 BIM도입은 개념정립단계라고 볼 수 있다. 본 연구에서 개발된 IFC 프레임워크를 봉정사 극락전에 적용하여 개발된 프레임워크를 적용했을 때 BIM의 어떤 단계인지 분석하였다. 이러한 내용의 분석을 위하여 델파이기법에서 조사된 내용의 수치를 BIM 적용성 분석 모델에 입력하였다. 본 모델은 BIM 필드 유형(기술, 프로세스, 정책)과 BIM 능력 단계(모델링, 협업, 통합)를 가지고 대상의 BIM 확산분석과 BIM 확산계획을 9개 영역으로 생성하여 개별 또는 상호작용으로 평가하여 BIM 적용단계를 분석할 수 있다.

① BIM 필드 유형을 세부적으로 보면, 기술(소프트웨어, 하드웨어, 네트워킹 시스템의 개발, 판매 및 지원), 프로세스(조달, 설계, 건설, 제조, 운영, 관리 및 시설의 유지 보수) 및 정책(실무자 가이드, 문서 체계, 조직화를 위한 적용방안마련)으로 구성된다.

② BIM 능력 단계를 세부적으로 보면, Stage 1(오브젝트기반의 모델링 단계), Stage 2(모델기반의 협업 단계) 및 Stage 3(네트워크기반의 통합 단계)로 구성된다.

예를 들면 81%가 속해있는 부분을 분석하면 기술적으로는 BIM 필드유형은 기술위주이고, BIM능력단계는 오브젝트 기반의 모델링위주로 진행되어, BIM툴은 사용하지만 네트워크기반보다는 PC기반에서 오브젝트를 이용한 모델링위주의 단계임을 알 수 있다. 이 단계에서 발전하기 위해서는 목표를 정하고 필드유형이나 능력 단계 중 더 필요한 부분으로 시설, 장비, 인력을 전략적으로 투입해야 한다.

2) 봉정사 극락전 BIM 적용모델 검토 및 분석

이상으로 봉정사 극락전에 BIM 적용모델을 검토해보았을 때

① 모든 부재에 대해 부재코드화와 분류체계적용이 가능하였다.

② 파라메트릭과 라이브러리를 활용하여 작업효과가 증가하였다.

③ 초기 분류체계 구축이후에는 정보입력시간이 줄어들었다.

④ 현치도 작성과 장비를 활용한 부재 산업화가 가능하였다.

⑤ 기존에 제시된 건축문화재 분류체계와 조합해서 사용할 수 있었다.

이러한 내용을 중심으로 분석표를 만들고 BIM도입 해소요인을 델파이기법을 통해 조사한 내용을 바탕으로 수치화하고 각 영역에 맞게 입력하여 적용성 분석을 하였다. 이러한 분석을 통해 적용모델은 주로 오브젝트기반 모델링과 모델기반의 협업단계에서 개별 BIM툴을 이용하여 설계, 건설 등에 적용할 수 있다고 나타난다. 향후 발전을 위해서는 네트워크를 이용한 통합 모델제작을 위한 정책이 필요하다고 분석되었다. (도 40, 41 참조)

3) 독락사 관음각 IFC 적용모델 검토 및 분석

이상으로 독락사 관음각에 IFC적용모델을 검토해보았을 때

① 모든 부재에 대해 부재코드화와 분류체계적용이 가능하였다.

② 파라메트릭과 라이브러리를 활용하여 작업효과가 증가하였다.

③ 초기 분류체계 구축이후에는 정보입력시간이 줄어들었다.

④ IFC나 직접 활용으로 업체 간 데이터 호환체계를 구축하였다.

⑤ 5단계 BIM기반 업무 프로세스를 정립하였다.

앞서 기술한 것처럼 독락사 관음각에서 프레임워크의 적용은 BIM고유기능의 적용과 함께 외부 프로그램을 통해 프레임워크의 외부 호환성을 확인하였다. 그 결과 외부 프로그래밍언어와 호환을 통해 4D시뮬레이션을 구현하였고 협업을 통한 실무적인 BIM도입의 저해요인 해소가 가능하였다. 이러한 분석을 통해 보았을 때 독락사 관음각에서 적용한 모델은 주로 협업단계에서 협업 BIM툴을 이용하여 설계, 건설 등에 적용할 수 있다고 나타난다. 향후 발전을 위해서는 모델링에 대한 정책이 필요하다고 분석되었다. 그 이유는 독락사 관음각의 경우 기존 자료의 부족, 부재명칭의 차이, 현장방문의 어려움 등으로 모델링에 대한 정책수립이 어려웠고 IFC를 적용한 모델의 궁극적인 사용 목적이 호환성에 중점을 두었기 때문에 협업부분에서 높은 적용가능성이 도출되었다. 하지만 현장방문을 하지 못하고 기존 자료를 이용하여 모델을 만들고 검토하는 부분에서 중국 고대건축을 전체 파악하기 위해서는 많은 부분에 대한 연구가 있어야 할 것으로 분석되었다. (도 42, 43 참조)

본 연구에서의 전통 목조건축의 대상은 이미 존재하거나 존재했을 것으로 추정되는 건물이고 실측조사, 부분수리, 해체수리 등 필요에 따라 작업이 이루어지더라도 우선적인 목표는 장기적 유지관리와 복원이다. 이러한 전통 목조건축을 유지관리하기 위하여 고대의 영조법식에서 나타난 부재제작, 구성, 조립 등을 우리의 전통 목조건축에 적용하고자 하는 시도가 조금씩 나타나고 있다. 그리고 현대 건축에서 정보를 다루는 방식이 CAD에서 BIM환경으로 변하고 있는 시점에서 전통 목조건축의 경우도 기존 CAD방식에서 객체별로 정보를 가지는 BIM기법을 활용하는 방식으로 변하게 되었다. 그러나 BIM은 부재, 특성, 관계를 활용하여 정보구축을 하는 것으로 현재 그 기준과 방법은 현대 건축에 적합하게 되어 있고 다른 건축물에 대한 가능성이 제시되지 않았다. 그런 과정에서 전통 건조물을 현대 건축에서 요구하는 기준과 방법으로 정리하면서 전통 건조물이 가지는 특징이 사라지게 되고 BIM도입을 저해하는 요인으로 나타나게 되어 다른 산업분야와 정보교류가 힘들게 되었다. 따라서 유지관리와 복원이 우선인 전통 목조건축에 필요한 정보관리는 신축이 우선인 현대건축과 다르게 3차원 정보를 생성, 관리해야 하고 이를 위한 표준 프로세스와 프레임워크가 절실히 필요하다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서 본 발명은 국제적 표준에 맞는 IFC 표준프레임워크를 제시하였다. 표준프레임워크는 IFC스키마의 기본구조, 영조법식의 부재관리방식, 전통 목조건축의 객체분류방식과 용어, IFCPropertyset의 사용구조를 상호비교하여 각각의 요소를 분석하고, 이를 토대로 프레임워크 생성을 위한 프로세스를 만들어 분류코드를 이용할 수 있는 전통 목조건축에 적합한 표준 프레임워크를 개발하였다. 개발된 프레임워크는 총 4개의 Layer로 되어 있고 각 Layer별로 적용방안, 용도, 표준 코드, 확장 코드 등을 제시하였다. 그리고 이 프레임워크의 적용성과 타당성을 검토하기 위하여 한국과 중국의 고대 전통 목조건축물에 적용하였고 다른 산업에서도 BIM정보를 활용하는 것을 제시하였다.

전통 목조건축의 IFC 분류체계의 개선

현재 국내의 경우 전통 목조건축물을 현대건축물 체계에 맞추어 분류하였다. 그러다 보니 부재 및 관련정보를 구축하기 어려움이 있었다. 그리고 WBS나 품셈분류체계에 맞춘 분류체계는 설계와 유지관리 정보의 취득, 가공이 어려워 BIM도입을 저해하는 요인 중 하나였다.

본 발명의 실시예에 따른 IFC에 의하여 개발되는 분류체계는 전통 목조건축의 모델제작방식과 모델결합방식을 공유하면서 영조법식에서 나타난 정보표현방식을 구현할 수 있다. 예를 들면 부재명-부재순서를 나타내는 IFC 분류코드는 설계도서와 시공현장에서 공통으로 사용하거나 정보를 업데이트하여 유지관리에서 사용할 수 있다. 다른 정보도 포함될 수 있는데 기존 시공현장에서 발생한 도면 불일치 등의 문제점은 IFC를 이용한 BIM으로 제작된 기술 규범서를 활용하여 보완할 수 있어 실무자의 편의성이 높아지며 BIM에서의 협업, 통찰, 생산성을 용이하게 하여 전통 목조건축에서 BIM확산을 유도할 수 있다. 다른 연구에서 BIM도입에 대한 내용을 다루고 있지만 내용이 분산되어 있고 종류나 사례가 충분하지 못하고 효용성과 완성도가 떨어져 실무에서의 사용으로 연결되지 못하고 있다. 이를 위하여 실무에 사용할 프레임워크 생성을 위한 프로세스와 표준 프레임워크를 개발하고 실제 활용한 사례를 가지고 그 타당성을 검토하여 실무에서 BIM의 저해요인을 감소시킬 수 있었다. 이러한 초기 프로세스와 프레임워크는 중장기적 개발과 공유로 선순환효과를 일으키고 국가와 산업체에서 BIM도입을 쉽게 하여 국제표준으로 제안하는데 주도적으로 활용할 수 있다. 전통 목조건축분야는 개별 분야 및 단계에 따른 업무가 난해하여 전문가가 아닌 일반인들의 접근이 어려운 경우가 많고 기술개발도 대부분 전문적으로 이루어지는 경우가 많다. IFC가 표준 정보통합을 지향하고 있으나 범용으로 사용하는 기술개발이 이루어지지 않으면 다른 산업과의 융합도 어려워져 전통 목조건축은 점점 도태될 것이다. 따라서 IT와 결합할 수 있는 IFC의 적용은 현재 산업을 발전시키고 다른 산업과의 융합을 쉽게 하여 다시 전통 목조건축을 발전시키는 선순환효과가 촉진된다.

이상으로, IFC 기반의 전통목조건축의 빌딩 정보 모델(BIM) 구축에 대해 설명하였다. 그러면, 이러한 빌딩 정보 모델을 기초로 한국 전통 목조건축물의 3차원 모델을 생성하기 위한 모델링장치 및 그 모델링 방법에 대해서 설명하기로 한다. 먼저, 한국 전통 목조건축물의 3차원 모델을 생성하기 위한 모델링장치에 대해서 설명하기로 한다. 도 44는 본 발명의 실시예에 따른 모델링장치의 구성을 설명하기 위한 블록도이다. 도 44를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 모델링장치(10)는 예컨대, 퍼스널 컴퓨터 등이 될 수 있으며, 프로세서(processor)를 구비하여 컴퓨팅 연산을 수행할 수 있는 모든 종류의 기기가 모델링장치(100)가 될 수 있다. 이러한 모델링장치(100)는 입력부(110), 표시부(120), 저장부(130) 및 제어부(140)를 포함한다.

입력부(120)는 모델링장치(100)의 각 종 기능, 동작 등을 제어하기 위한 입력을 수신하고, 이를 제어부(140)에 전달한다. 입력부(120)는 키보드, 마우스 등과 같은 입력 수단과, 메모리 카드와 같은 외부 저장 매체를 삽입하여 데이터 저장을 가능토록 하는 저장매체 삽입부, 외부 디지털 기기와의 데이터 교환을 위한 연결 단자 등이 될 수 있다. 입력부(120)는 전원 on/off를 위한 전원 키, 문자 키, 숫자 키, 방향키 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 입력부(110)의 기능은 표시부(120)가 터치스크린으로 구현된 경우, 표시부(120)에서 이루어질 수 있으며, 표시부(120)만으로 모든 기능을 수행할 수 있는 경우, 입력부(110)는 생략될 수도 있다.

표시부(120)는 제어부(140)로부터 화면 표시를 위한 데이터를 수신하여 수신된 데이터를 화면으로 표시할 수 있다. 또한, 표시부(120)는 모델링장치(100)의 메뉴, 데이터, 기능 설정 정보 및 기타 다양한 정보를 사용자에게 시각적으로 제공할 수 있다. 표시부(120)가 터치스크린으로 형성되는 경우, 입력부(110)의 기능의 일부 또는 전부를 대신 수행할 수 있다. 표시부(120)는 액정표시장치(LCD, Liquid Crystal Display), 유기 발광 다이오드(OLED, Organic Light Emitting Diodes), 능동형 유기 발광 다이오드(AMOLED, Active Matrix Organic Light Emitting Diodes) 등으로 형성될 수 있다.

저장부(130)는 모델링장치(100)의 동작에 필요한 각 종 데이터, 애플리케이션, 모델링장치(100)의 동작에 따라 발생된 각 종 데이터를 저장하는 역할을 수행한다. 이러한 저장부(130)는 스토리지, 메모리 등이 될 수 있다. 이러한 저장부(130)는 모델링장치(100)의 부팅(booting) 및 운영(operation)을 위한 운영체제(OS, Operating System)를 저장할 수 있다. 특히, 저장부(130)는 건축 부재의 형상, 속성, 결합에 대한 정보에 IFC 코드를 부여하고, IFC의 스키마(IFCProduct, IFCPropertySet, IFCRelConnect)에 매핑하여 저장한다. 이에 따라, IFCProduct는 부재 정보를 가지고 있으며, IFCPropertySet은 속성 정보를 IFCRelConnect은 결합 정보를 가진다. 저장부(130)에 저장되는 각 종 데이터는 사용자의 조작에 따라, 삭제, 변경, 추가될 수 있다.

제어부(140)는 모델링장치(100)의 전반적인 동작 및 모델링장치(100)의 내부 블록들 간 신호 흐름을 제어하고, 데이터를 처리하는 데이터 처리 기능을 수행할 수 있다. 이러한 제어부(140)는 중앙 처리 장치(Central Processing Unit : CPU), 애플리케이션 프로세서(Application Processor), GPU(Graphic Processing Unit) 등이 될 수 있다. 이러한 제어부(140)의 동작은 아래에서 보다 상세하게 설명될 것이다.

그러면, 본 발명의 실시예에 따른 목조건축물을 모델링하는 방법에 대해서 설명하기로 한다. 도 45는 본 발명의 실시예에 따른 목조건축물을 모델링하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 도 46는 본 발명의 실시예에 따른 목조건축물의 평면 유형과 칸 수를 설명하기 위한 도면이다. 도 47은 본 발명의 실시예에 따른 목조건축물의 척도를 설명하기 위한 도면이다.

도 45에서, 모델링장치(100)의 저장부(130)는 목조건축물에 사용되는 복수의 부재의 형상 정보, 속성 정보 및 결합 정보를 IFC 스키마에 매핑하여 저장한 상태라고 가정한다. 여기서, 목조건축물은 한국 전통 목조 건축물이 바람직하다. 예를 들면, 목조건축물은 봉정사 극락전, 독락사 관음각 등이 될 수 있다. 구체적으로, 형상 정보는 건축 부재의 2차원 및 3차원 모델이며, 속성 정보는 건축 부재의 재료, 상태 등을 의미한다. 그리고 결합 정보는 다른 부재와 결합의 형태이며, 이러한 결합 정보는 영조규범의 결구법에 따른다. 복수의 부재의 형상 정보, 속성 정보 및 결합 정보를 IFC 스키마에 매핑하여 저장하는 것은 앞서 설명된 바와 같다.

다음으로, 제어부(140)는 S110 단계에서 영조법식의 비례체계에 따른 목조건축물의 규모를 설정한다. 여기서, 목조건축물의 규모는 평면 유형과 칸수에 따라 설정된다. 예컨대, 이러한 평면 유형은 도 46에 보인 바와 같이, 통간형, 후퇴형, 전후퇴형, 내외진형 및 문루형을 포함한다. 즉, S110 단계에서 제어부(140)는 사용자가 평면 유형 및 칸을 선택할 수 있도록 하는 인터페이스를 표시부(120)를 통해 제공하고, 입력부(110)를 통해 사용자가 선택하는 평면 유형 및 칸을 입력 받아, 입력 받은 평면 유형 및 칸에 따라 영조법식의 비례체계에 따른 목조건축물의 규모를 설정한다.

다음으로, 제어부(140)는 S120 단계에서 목조건축물의 척도를 설정한다. 여기서, 척도는 전통 목조건축의 단면 비례를 결정짓는 가장 기본적인 요소로 기본단위척(基本單位尺)이 될 수 있다. 일례로 척도는 도 47에 도시된 바와 같다. 즉, S120 단계에서 제어부(140)는 사용자가 척도를 선택할 수 있도록 복수의 척도를 인터페이스를 표시부(120)를 통해 제공하고, 입력부(110)를 통해 복수의 척도 중 사용자가 선택한 척도를 입력 받아, 입력 받은 척도를 모델링 대상의 목조건축물의 척도로 설정한다.

상술한 규모 및 척도가 결정되면, 제어부(140)는 S130 단계에서 영조법식의 비례체계에 의거하여 목조건축물 부재의 크기의 비례를 결정하고, S140 단계에서 크기의 비례에 맞춰 복수의 부재의 3차원 모델을 생성한다.

다음으로, 제어부(140)는 S150 단계에서 복수의 부재의 3차원 모델을 결합하여 목조건축물의 3차원 모델을 생성한다. 여기서, 복수의 부재의 3차원 모델의 결합은 영조법식의 결구법에 따라 이루어진다.

결구(結構)는 건축물을 이루는 각 부재를 짜 맞추는 일 또는 그 짜임새를 말한다. 결구법은 건물을 이루기 위해 부재 중 수직재(垂直材)와 수평재(水平材), 사재(斜材)가 각각 서로 얽히거나 짜이게 되는 모든 방법을 말한다. 본 발명의 실시예에 따르면, 척도, 부재의 형상 정보 및 속성 정보에 따라 사용할 수 있는 복수의 결구법이 결정된다. 결구법 중 이음은 부재를 길이 방향으로 이어가는 결구방식이고 맞춤은 두 부재 이상이 서로 직교하거나 경사지게 쌓이는 결구방식을 일컫는다.

먼저, 이음의 유형에 대해 살펴보면 다음의 표 1과 같다.

유형		개념
장부 이음	통장부이음	한 부재가 다른 부재에 통으로 끼이는 이음으로, 부재 단면 크기가 서로 다른 부재 간 이음 방식이다.
	장부이음	한 부재의 마구리에 장부를 내고 다른 부재에 장부 홈을 파서 밀어 넣는 이음 방식이다.
	맞장부이음	두 부재에 서로 길게 장부를 내어 물리는 이음 방식으로, 맞턱이음이라고도 한다.
	턱솔이음	한 부재에는 홈을 파고 다른 한 부재에는 턱솔을 내어 물리게 하는 이음 방식이다. 턱솔의 모양은 자, 자, T자, 자, 자, +자 등이 있다. 홈이음이라고도 한다.
	십자쌍장부이음	부재의 마구리에 대각선상의 두 장부를 내어 서로 물리는 이음 방식이다.
	주먹장부이음	한 부재의 마구리에 주먹장부를 만들고 다른 부재에는 주먹장부 홈을 파서 결구시킨 이음 방식이다.
	반턱주먹장부이음	부재의 마구리 높이의 반을 주먹장부로 만들어 다른 부재의 주먹 장부 홈에 끼이게 하는 이음 방식이다.
	턱걸이주먹장부이음	하단에 턱을 둔 주먹장부를 내고 주먹장부 홈을 판 다른 부재를 내려 물리는 이음 방식이다.
	두겁주먹장부이음	상단을 덮을 수 있도록 두겁을 두어 하단의 주먹장부를 외부에서 보이지 않게 하는 이음 방식이다.
	숨은주먹장부이음	반턱주먹장부의 일부에만 턱을 두어 외부에서 맞댄이음처럼 보이게 하는 이음 방식이다.
	쌍주먹장부이음	두 부재 중 한 재에 한 쌍의 주먹 장부를 만들고 다른 재에는 주먹장 홈을 파서 결합시킨 이음 방식이다.
	겹주먹장부이음	한 부재 마구리에 턱이 진 상하 두 단에 각각 주먹장부를 내고 다른 부재에는 두 단의 주먹장부 홈을 만들어 끼우는 이음 방식이다.
	내외주먹장부이음	각 부재를 상하 두 단으로 나누고 주먹장부와 주먹장부 홈을 모두 내어 서로 끼우는 이음 방식이다.
	메뚜기장부이음	두 부재 중 한쪽은 메뚜기 머리처럼 생인 긴 장부를 내고 다른 쪽은 같은 형태의 홈을 내어 물리는 이음 방식이다.
턱 이음	반턱이음	두 부재의 마구리를 각각 반씩 따내어 서로 물리는 이음으로, 목부재의 이음 중 가장 간단하게 사용되는 방식이다.
	갈퀴이음	각 부재의 반턱을 경사지게 따내어 서로 물리는 이음으로, 비교적 간단한 이음 방식이다.
엇걸이 이음	엇걸이이음	각 부재를 턱을 내어 걷어낸 다음, 마구리 한쪽에 자형 턱솔을 내어 서로 엇거는 이음 방식이다.
	엇걸이빗턱이음	각 부재의 중앙에 경사진 턱을 내어 걷어낸 다음, 마구리 한쪽에 자형 턱솔을 내어 서로 엇거는 이음 방식이다.
	엇걸이촉이음	각 부재를 턱을 내어 걷어낸 다음, 마구리 끝의 자형 턱솔에 덧붙여 T자형 턱솔을 두어 서로 엇거는 이음 방식이다. 이음 중심에는 산지를 꽂아 보강한다.
	엇걸이홈이음	각 부재를 턱을 내어 걷어내고 마구리 끝의 중앙에 홈을 판 자형 턱솔을 내어 서로 엇거는 이음 방식이다.
빗 이음	빗이음	수평부재 마구리를 경사지게 따내어 서로 맞댄 이음 방식이다.
	엇빗이음	부재의 마구리를 두 갈래로 엇갈리게 내어 서로 물리는 이음 방식이다.
	빗턱이음	빗턱을 내어 서로 물린 이음 방식이다.
	빗걸이이음	빗턱을 2단으로 따내어 서로 물린 이음 방식이다.
	엇턱이음	수평 부재의 반턱은 경사지게 하고 반턱은 수직으로 따내어 서로 물리는 이음 방식이다.
	반턱빗이음	부재의 마구리를 절반으로 나누어 윗단을 45, 아랫단을 135로 걷어내고, 다른 부재는 반대로 절반을 걷어내어 서로 잇는 이음 방식이다. 반턱엇빗이음이라고도 한다.
은장 이음	나비장이음	두 부재를 맞대고 위아래 같은 형태의 홈을 만들어 별도의 부재를 홈에 끼워 연결하는 이음 방식이다. 홈에 끼운 부재의 모양이 나비 형태를 하여 나비장이음이라고 한다.
	자촉이음	부재 중앙부에 너비의 1/3 정도의 홈을 낸 후, 마구리를 맞대고 홈에 별도 부재인 자촉을 끼워 넣는 이음 방식이다.
	도투마리 은장이음	두 부재의 이음자리에 방형 은장을 끼워서 잇는 이음 방식으로 은장의 형태가 도투마리와 비슷하다.
촉이음	촉이음	두 부재를 촉으로 연결하는 이음방식이다.

또한, 맞춤의 유형에 대해 살펴보면 다음의 표 2와 같다.

유형		개념
장부 맞춤	통장부맞춤	부재의 한끝이 다른 큰 부재의 홈에 통으로 끼인 결구 방식으로, 통맞춤이라고도 한다.
	장부맞춤	한 재의 마구리에 장부를 내고 다른 재에 파놓은 장부 홈에 맞추는 결구 방식이다.
	쌍장부맞춤	한 부재 마구리에 장부를 두 갈래로 내어 만든 쌍장부를 다른 재의 쌍장부 홈에 끼워 맞추는 결구 방식이다.
	십자쌍장부맞춤	한 재 마구리에 대각으로 쌍장부를 만들고 다른 재에 쌍장부 홈을 파서 맞추는 결구 방식이다.
	안장맞춤	경사재를 수평 부재에 맞출 때, 경사재 끝을 두 갈래로 내고, 수평 부재에 비스듬히 끼워 맞추는 결구 방식이다.
	흘림장부맞춤	한 부재가 다른 부재에 경사로 맞추어질 때, 경사재에 장부를 내어 수평재에 비스듬히 끼이게 결구하는 결구 방식이다.
	가름장장부맞춤	한 부재의 마구리에 쌍장부를 내고 그 사이에 작은 장부를 하나 더 내어 맞추는 결구 방식이다.
	턱장부맞춤	한 부재에 턱을 둔 장부를 내고 다른 부재에 끼워 맞춘 결구 방식이다.
	쌍턱장부맞춤	한 부재의 양쪽에 턱을 둔 장부를 내고 다른 부재에 끼워 맞추는 결구 방식이다.
	빗턱장부맞춤	한 부재에 턱을 둔 장부를 내어 다른 부재에 끼워 맞추는 결구 방식이다.
	턱솔장부맞춤	짧고 얄팍한 장부인 턱솔을 낸 한 재를 다른 재의 홈에 끼워 맞춘 결구 방식이다.
	턱솔턱장부맞춤	한재의 양쪽에 턱을 둔 턱장부를 내고, 다른 재의 장부 홈에 끼워 맞추는 결구 방식이다.
	지옥장부맞춤	장부를 다른 재에 꿰뚫어 맞추고 나서, 맞은편에서 장부 중간에 벌림쐐기를 박아 고정하는 맞춤 방식이다.
	주먹장부맞춤	한 부재의 마구리에 주먹장부를 내고 다른 부재에 주먹 장부 홈을 두어 위에서 아래로 끼워 맞추는 결구 방식이다.
	턱걸이주먹장부맞춤	한 부재 마구리에 턱에 걸쳐진 주먹 장부를 내고 홈을 판 다른 부재를 내려 물리는 결구 방식이다.
	두겁주먹장부맞춤	한 재 마구리에 주먹 장부를 내고 다른 재에 주먹 장부 홈을 두어 위에서 아래로 끼워 짜 맞추는 결구 방식이다.
	쌍주먹장부맞춤	수평재 마구리에 쌍주먹장부를 만들고 수직재에 쌍주먹장부 홈을 두어 내려 끼우는 결구 방식이다.
	내림주먹장부맞춤	수평부재 단면 춤의 1/31/2 정도를 주먹 장부로 만들고 수평부재 높이보다 주먹 장부만큼 더 높게 판 장부 홈에 끼운 후 위에서 아래로 내려 맞춘 결구 방식이다.
	메뚜기장부맞춤	부재의 장부 형태를 메뚜기 머리 모양으로 만들어 내려 끼우는 맞춤 방식이다.
	빗장부맞춤	장부 한 쪽을 경사면으로 하여 끼워 넣는 결구 방식이다.
	부채장부맞춤	한 부재의 마구리에 부채 모양으로 된 장부를 내고 다른 부재에 내려 끼우는 결구 방식이다.
	갈퀴맞춤	한 재 마구리에 반주먹장부형으로 깎아 내려 깨우는 결구 방식이다.
턱맞춤	반턱맞춤	두 부재를 서로 높이의 반 만큼 따내어 맞춘 결구 방식으로, 십자맞춤이라고도 한다. 이때 위에 있는 부재를 업힐장, 밑에 있는 부재를 받을장이라고 한다.
	반턱연귀맞춤	부재의 중앙부분은 각각 받을장과 업힐장으로, 반턱맞춤을 하고 그 주변부분은 45로 치목하여 연귀맞춤을 한 결구 방식이다.
	삼분턱맞춤	방향이 서로 다른 세 부재가 평면상으로 맞추어질 때 각 부재 춤을 1/3 씩 따내어 맞추는 결구 방식이다.
	양걸침턱맞춤	수평재 양쪽에 턱을 따고 직교하는 다른 부재가 걸친 결구 방식이다.
	외걸침턱맞춤	수평재에 한쪽 가장자리만 턱을 따고 직교하는 다른 부재가 걸친 결구 방식이다.
	어깨빗따기맞춤	수평재 위에 경사재가 걸쳐질 때 수평재의 어깨를 비스듬히 깎아내어 경사부재를 거는 결구 방식이다.
	새부리따기맞춤	수평재 위에 걸쳐지는 경사재의 밑부분을 새의 부리 모양 파내어 결구하는 방식이다.
숭어턱 맞춤	숭어턱맞춤	보의 목이 기둥 화통가지나 주두, 재주두 등에 끼이고 수평방향으로 직교되는 도리가 두겁을 두고 맞추는 결구 방식이다.
촉맞춤	촉맞춤	두 부재에 구멍을 ?어 이에 맞는 목재의 촉을 따로 끼워 맞추는 결구 방식이다.
연귀 맞춤	연귀산지맞춤	두 부재의 마구리를 45또는 경사각으로 대고 옆에서 산지로 내어 물리는 결구 방식이다.
	연귀장부맞춤	연귀로 된 중간에 장부를 내어 물리는 결구 방식이다.
	연귀쌍장부맞춤	상단에는 연귀로 맞추고 하단에는 쌍장부를 내어 물리는 결구 방식이다.
	반연귀맞춤	부재의 춤을 반턱으로 하여 상단만 연귀맞춤하는 결구 방식이다.
	바깥연귀맞춤	바깥쪽은 연귀로 맞추고 안쪽은 장부로 맞추는 결구 방식이다.
	안팎연귀맞춤	안쪽과 바깥쪽은 연귀로 하고 그 내부는 맞대거나 장부 또는 촉으로 물리게 하는 결구 방식이다.

전술한 결구법을 사용하는 S150 단계에 대해 보다 자세히 설명하면, 사용자가 입력부(110)를 통해 복수의 부재의 3차원 모델을 선택하면, 제어부(140)는 선택된 복수의 부재의 3차원 모델의 형상 정보 및 속성 정보에 따라 영조법식의 결구법 중 상기 선택된 복수의 부재의 3차원 모델이 사용 가능한 복수의 결구법을 도출한다. 이는 부재의 형상(형상 정보) 및 부재의 재료(속성 정보)에 따라 사용 가능한 결구법과 그렇지 않은 결구법이 존재하기 때문이다. 그런 다음, 제어부(140)는 사용자가 선택할 수 있도록, 복수의 부재의 3차원 모델 및 복수의 부재의 3차원 모델 각각의 형상 정보 및 속성 정보에 따라 사용 가능한 결구법을 표시부(120)를 통해 표시하고, 사용자가 사용 가능한 결구법을 선택하면, 입력부(110)를 통해 사용자의 선택을 입력 받고, 선택된 사용 가능한 결구법에 따라 앞서 선택된 복수의 부재의 3차원 모델을 결합하여 목조건축물의 3차원 모델을 생성한다.

이와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면, 영조법식의 비례체계 및 결구법에 따라 목조건축물의 3차원 모델을 생성할 수 있어, 한국 전통 양식의 목조건축물의 3차원 모델을 생성할 수 있고, 이를 기초로 한국 전통 양식의 목조건축물을 건축할 수 있다.

이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.

Claims (5)

1. 목조건축물을 모델링하기 위한 장치에 있어서,
   목조건축물의 각 부재의 형상 정보, 속성 정보 및 결합 정보를 저장하는 저장부;
   사용자의 입력을 수신하는 입력부;
   영조법식의 비례체계에 따라 목조건축물의 규모를 설정하고, 상기 목조건축물의 척도를 설정하며, 상기 비례체계에 의거하여 상기 규모 및 척도에 따라 상기 부재의 크기의 비례를 결정하고, 상기 크기의 비례에 맞춰 상기 부재의 3차원 모델을 생성하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 목조건축물을 모델링하기 위한 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제어부는
   상기 입력부를 통해 평면 유형과 칸 수의 입력이 있으면, 입력된 평면 유형과 칸수에 따라 목조건축물의 규모를 결정하는 것을 특징으로 하는 목조건축물을 모델링하기 위한 장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 장치는 화면을 표시하기 위한 표시;를 더 포함하며,
   상기 제어부는 상기 입력부를 통해 복수의 부재의 3차원 모델에 대한 선택이 있으면, 상기 선택된 복수의 부재의 3차원 모델의 형상 정보 및 속성 정보에 따라 영조법식의 결구법 중 상기 선택된 복수의 부재의 3차원 모델이 사용 가능한 복수의 결구법을 도출하고, 도출된 복수의 결구법을 상기 표시부를 통해 표시하며, 상기 입력부를 통해 상기 복수의 결구법 중 어느 하나를 선택하는 입력이 있으면, 상기 선택된 결구법에 따라 상기 선택된 복수의 부재의 3차원 모델을 결합하여 목조건축물의 3차원 모델을 생성하는 것을 특징으로 하는 목조건축물을 모델링하기 위한 장치.
4. 목조건축물을 모델링하기 위한 장치에 있어서,
   목조건축물의 각 부재의 형상 정보, 속성 정보 및 결합 정보를 저장한 상태에서,
   영조법식의 비례체계에 따라 목조건축물의 규모를 설정하는 단계;
   상기 목조건축물의 척도를 설정하는 단계;
   상기 비례체계에 의거하여 상기 규모 및 척도에 따라 상기 부재의 부재의 크기의 비례를 결정하는 단계;
   상기 크기의 비례에 맞춰 상기 부재의 3차원 모델을 생성하는 단계; 및
   복수의 부재의 3차원 모델에 대한 선택이 있으면, 선택된 복수의 부재의 3차원 모델을 영조법식의 결구법에 따라 결합하여 목조건축물의 3차원 모델을 생성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 목조건축물을 모델링하기 위한 방법.
5. 제4항에 따른 목조건축물을 모델링하기 위한 방법을 수행하는 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능한 기록매체.
   
   

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