KR20190094788A - Bim 시스템을 활용한 수배관 설계 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 측면에 따른 BIM 시스템을 활용한 수배관 설계 방법은 건축물에 시공되는 수배관의 설계 방법에 있어서, (a) 상기 건축물에 적용되는 다수의 배관을 모델링서버에서 모델링하는 단계; (b) 세대마다 모델링되는 상기 배관의 명칭을 명칭서버에 입력하는 단계; (c) 각각의 상기 배관을 해석하기 위한 해석조건을 조건서버에 입력하는 단계; (d) 다수의 상기 배관이 상기 건축물에 적용되기 위한 관경 및 물량을 해석서버에서 해석하는 단계; (e) 상기 해석서버에서 해석한 상기 배관을 표출서버에서 표출하는 단계;를 포함할 수 있다.

Description

BIM 시스템을 활용한 수배관 설계 방법{Water Piping Design Method Using BIM System}

본 발명은 BIM 시스템을 활용한 수배관 설계 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 건축물이 시공되기 전에 정확한 배관 관경 및 물량을 도출할 수 있는 BIM 시스템을 활용한 수배관 설계 방법에 관한 것이다.

일반적으로 인간이 거주 가능하도록 된 구조물에는 통기, 배수 또는 급수 등을 위한 배관이 필수적으로 이루어진다. 또한, 각종 구동 장비가 설치되는 장치에도 상기 구동 장비로의 급유 및 배기 등을 위한 배관이 필수적으로 이루어진다. 즉, 상기 배관시설은 다양한 종류의 구조물 또는 장비 등이 갖추어야할 필수 기반 시설인 것이다.

이러한 배관의 정확한 물량을 산출하기 위하여 수량 및 단가 산출의 정확도를 높이고, 건축물의 유지관리가 용이하다는 점에서 최근 건축물이나 공장의 운영단계에서 BIM(빌딩정보모델링, building information modeling) 기술의 적용이 늘어나고 있는 추세이다.

그러나, BIM 기술은 많은 인력과 시간이 소요되며, 다양한 프로그램에서 사용 가능한 통합모델을 구축한다 하더라도 단일 프로그램을 기반으로 하는 통합모델보다 배관의 적합한 관경 및 물량을 산출하기 어려운 문제가 있다.

또한, 수배관 시스템을 활용하기 위하여 다양한 해석 방법이 사용되고 있지만, 일반적인 해석 방법으로는 높은 온도의 물이 공급되는 시스템에서 달라지는 물리학적 특성을 고려하지 못하기 때문에 과대설계를 하는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 건축물의 시공 전에 정확한 배관의 관경 및 물량을 산출하여 과대설계에 따른 비용이 발생하는 것을 방지할 수 있는 BIM 시스템을 활용한 수배관 설계 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 배관의 관경 및 물량을 산출하는 해석식을 활용하여 도출된 차압정보로 펌프 수두 및 오소리티(Authority)를 계산할 수 있는 BIM 시스템을 활용한 수배관 설계 방법을 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 BIM 시스템을 활용한 수배관 설계 방법은 건축물에 시공되는 수배관의 설계 방법에 있어서, (a) 상기 건축물에 적용되는 다수의 배관을 모델링서버에서 모델링하는 단계; (b) 세대마다 모델링되는 상기 배관의 명칭을 명칭서버에 입력하는 단계; (c) 각각의 상기 배관을 해석하기 위한 해석조건을 조건서버에 입력하는 단계; (d) 다수의 상기 배관이 상기 건축물에 적용되기 위한 관경 및 물량을 해석서버에서 해석하는 단계; (e) 상기 해석서버에서 해석한 상기 배관을 표출서버에서 표출하는 단계;를 포함할 수 있다.

(d)단계에 있어서, 상기 해석서버에서 해석한 상기 배관의 결과가 적합하지 상기 건축물에 접합하지 않으면 상기 배관의 관경 및 종류를 변경하는 단계와, 변경된 상기 배관을 상기 해석서버에서 재해석하는 단계; 를 구비할 수 있다.

상기 모델링서버는 상기 건축물의 세대마다 연결되는 세대배관을 모델링하는 세대배관부와, 다수의 상기 세대배관을 연결하여 지면으로 연장되는 주배관을 모델링하는 주배관부를 구비할 수 있다.

상기 명칭서버는 건축물의 각 세대마다 모델링되는 상기 세대배관에 동 및 호수를 입력할 수 있다.

상기 조건서버는 상기 세대배관 내부의 유량, 차압, 유체종류 중 적어도 하나의 해석조건을 입력하는 세대조건부와, 상기 주배관의 유량, 차압, 유체종류 중 적어도 하나의 해석조건을 입력하는 주조건부를 구비할 수 있다.

상기 해석서버는 상기 배관 내부의 목표유속, 목표차압, 물의 온도, 상기 배관의 종류 중 적어도 하나의 목표조건을 입력하는 조건입력부와, 상기 배관의 관경 및 물량을 수식에 의하여 산출하기 위한 산출해석부와, 상기 산출해석부에서 해석된 상기 배관의 관경이 상기 건축물에 적당하게 적용되었는지 판단하는 판단서버를 구비할 수 있다.

상기 판단서버에서 상기 배관을 판단하는 방법에 있어서, 다수의 상기 배관을 관통하는 유량이 상기 건축물의 모든 세대에 공급되는지를 판단하는 단계와, 각 세대에서 상기 배관의 밸브를 열고 닫을 때, 원하는 만큼의 물이 공급되는지를 판단하는 단계와, 세대 내 상기 배관의 밸브를 열고 닫을 때, 다른 세대의 밸브에 영향을 미치지 않는지를 판단하는 단계를 구비할 수 있다.

본 발명에 따른 BIM 시스템을 활용한 수배관 설계 방법에 의하면, 건축물을 시공하기 전에 배관을 BIM 모델로 모델링한 후 최적 관경 및 수두, 오소리티(Authority)를 도출할 수 있는 것이다.

그리고 해석식을 통해 정확한 파이프 관경 및 물량을 도출할 수 있는 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 BIM 시스템을 활용한 수배관 설계 방법을 나타낸 순서도.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 BIM 시스템을 활용한 수배관 설계 시스템을 나타낸 블록도.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 모델링서버를 나타낸 예시도.
도 4 내지 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 조건서버를 나타낸 예시도.
도 6 내지 도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 명칭서버를 나타낸 예시도.
도 8 내지 도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 해석서버를 나타낸 예시도.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 판단서버에서 배관을 판단하는 방법을 나타낸 순서도.
도 11은 도 10에 도시된 판단서버에서 배관을 판단한 모습을 나타낸 예시도.
도 12 내지 도 13은 본 발명의 일 실시 예에 따른 표출서버를 나타낸 예시도.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니며 다양한 형태로 변형될 수 있음은 물론이다.

도면에서는 본 발명을 명확하고 간략하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분의 도시를 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 극히 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 참조부호를 사용한다. 그리고 도면에서는 설명을 좀더 명확하게 하기 위하여 두께, 넓이 등을 확대 또는 축소하여 도시하였는바, 본 발명의 두께, 넓이 등은 도면에 도시된 바에 한정되지 않는다.

그리고 명세서 전체에서 어떠한 부분이 다른 부분을 "포함"한다고 할 때, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 부분을 배제하는 것이 아니며 다른 부분을 더 포함할 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 BIM 시스템을 활용한 수배관 설계 방법을 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 BIM 시스템을 활용한 수배관 설계 방법을 나타낸 순서도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 BIM 시스템을 활용한 수배관 설계 시스템을 나타낸 블록도이다.

도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시 예에 따른 BIM 시스템을 활용한 수배관 설계 방법은 건축물을 실제 시공하기 전에 정확한 배관(100)의 최적 관경 및 물량과 오소리티(Authority)를 도출할 수 있다.

여기서, 오소리티(Authority)란 유량 조절 밸브의 개도가 출력(부하 또는 열량)을 제대로 반영하는지의 여부를 판단하는 척도일 수 있다.

이와 같이, 본원발명에서는 실제 시공이 시작되기 전에 보다 정확한 배관(100) 광경 및 물량을 도출하기 위해서는 배관(100)이 건축물에 설치되는 실제 길이로 모델링하며, 유량, 물의 온도, 차압 등을 수식에 의한 해석식으로 도출하기 위한 설계 방법을 설명할 수 있다.

단계 S1100에서는 도 3에 도시된 바와 같이 모델링서버(200)에서 건축물에 실제로 설치되는 배관(100)을 BIM(Building Information Modeling) 모델을 활용하여 3D로 모델링할 수 있다.

상기 모델링서버(200)는 3D 기반의 BIM 모델을 설계하며, 레빗(revit), 아키캐드(archiCAD), 또는 벤틀리(bentley) 중 하나 이상의 프로그램을 포함할 수 있으며, 모델링서버(200) 내의 플러그 인(Plug-in)형태로 생성되는 도구를 활용하여 배관(100)을 모델링할 수 있다.

이 때, 모델링서버(200)는 건축물의 외형이나 내부설계요소를 배관(100)과 함께 모델링하거나 배관(100)을 건축물에 설치되는 실제 위치에 적용되도록 모델링할 수 있다.

이러한, 상기 모델링서버(200)는 건축물의 세대마다 연결되는 세대배관(110)을 모델링하는 세대배관부(210)와, 다수의 세대배관(110)을 연결하여 지면으로 연장되는 주배관(120)을 모델링하는 주배관부(220)를 구비할 수 있다.

상기 세대배관부(210)는 모델링되는 건축물의 각 세대마다 형성되는 세대 내 배관(100)(터미널)일 수 있으며, 세대 내부에 설치되는 다수의 배관(100)일 수 있다.

상기 주배관부(220)는 다수의 세대배관부(210)를 서로 연결하여 건축물의 하부 지면까지 연장되도록 할 수 있으며, 각각의 세대에서 전달되는 물, 폐수 등이 전달될 수 있다.

단계 S1200은 모델링서버(200)에서 모델링한 주배관(120)의 관경 및 물량을 도출하기 위하여 주조건부(420)에서 주배관(120)에 해석조건을 입력할 수 있다.

이 때, 상기 주조건부(420)는 도 4 내지 도 5에 도시된 바와 같이 조건서버(400)에 구비되는 것으로 조건서버(400)는 세대배관(110) 내부의 유량, 차압, 유체종류 중 적어도 하나의 해석조건을 입력하는 세대조건부(410)와, 주배관(120)의 유량, 차압, 유체종류 중 적어도 하나의 해석조건을 입력하는 주조건부(420)를 구비할 수 있다.

이와 같이, 주조건부(420)에서 각각의 세대배관(110)을 연결하는 주배관(120) 내부의 유량, 차압, 유체 종류 중 적어도 하나의 해석조건을 입력할 수 있으며, 해석조건을 입력하기 위하여 별도의 매개변수 창에서 배관(100) 카테고리를 생성하여 세부적으로 주배관(120) 해석에 필요한 정보를 입력할 수 있는 별도의 창이 생성될 수 있다.

그리고 배관(100) 카테고리는 배관(100)을 모델링하기 전에 입력되어 조건서버(400)에서 필요한 정보 입력창이 자동으로 생성될 수 있다.

단계 S1300에서는 도 6을 참조하면, 모델링되는 주배관(120)에 연결되는 다수의 세대배관(110)마다 명칭을 적용하기 위하여 명칭서버(300)에 입력할 수 있다.

이러한, 상기 명칭서버(300)에서는 도 7에 도시된 바와 같이 각각의 세대배관(110)마다 명칭을 적용하여 일괄적으로 명확하고 분류가 쉽도록 건축물의 동 및 호수로 나누어 입력하거나 유량 및 차압에 따라 별도의 명칭을 입력할 수 있다.

단계 S1400은 단계 S1300에서 설명한 바와 같이, 조건서버(400)의 세대조건부(410)에서 세대배관(110)에 해석조건을 입력할 수 있다.

각각의 세대마다 모델링되는 상기 세대배관(110)을 해석하기 위하여 도 4 내지 도 5와 같이 유량, 차압, 유체종류 중 적어도 하나의 해석조건을 입력할 수 있다.

단계 S1500에서는 도 8에 도시된 바와 같이 모델링서버(200)에서 모델링된 배관(100)을 해석하기 위한 목표조건을 해석서버(500)의 조건입력부(510)에서 입력할 수 있다.

상기 목표조건은 배관(100)이 건축물에 설치되기 위하여 사전에 설정한 목표일 수 있으며, 목표유속, 목표차압, 물의 온도, 상기 배관(100)의 종류 중 적어도 하나이다.

이 때, 목표조건으로 설정하는 물의 온도를 입력함에 따라 온도에 따른 물의 유속 및 차압이 변경됨을 명확하게 할 수 있으며, 보다 정밀하게 해석할 수 있다.

이와 같이, 목표조건을 입력하기 위한 해석서버(500)는 배관(100) 내부의 목표유속, 목표차압, 물의 온도, 상기 배관(100)의 종류 중 적어도 하나의 목표조건을 입력하는 조건입력부(510)와, 배관(100)의 관경 및 물량을 수식에 의하여 산출하기 위한 산출해석부(520)와, 산출해석부(520)에서 해석된 상기 배관(100)의 관경이 상기 건물에 적당하게 적용되었는지 판단하는 판단서버(530)를 구비할 수 있다.

상기 조건입력부(510)는 별도의 창이 생성되며, 생성된 창에는 다양한 목표값이 저장되어 있거나 사용자가 입력할 수 있다.

단계 S1600은 조건입력부(510)에서 입력한 목표조건을 산출해석부(520)에서 순차적으로 해석할 수 있다.

첫번째로 배관(100)을 관경 및 물량을 산출하기 위하여 유체 유동을 결정하며 점성력에 대한 관성력의 상대적인 비율로 정의되는 레이놀즈 수(reynold's number)를 계산할 수 있다.

레이놀즈 수(Re)는 [수학식 1]과 같이 계산하기 위하여 유체 종류와 온도 조건을 입력하여 동점성 계수(υ) 도출하고, 모델링한 관경(D)과 유속(v)를 입력할 수 있다.

그리고 두번째로 레이놀주 수의 층류, 천이, 난류를 판단하기 위하여 영역에 따라 각기 다른 수식이 필요할 수 있다.

층류인 경우(Re<2300) [수학식 2]가 적용되고,

천이인 경우 (2300<Re<4000)에는 특별한 수식 없이 난류로 가정하고,

난류인 경우 (Re>4000)[수학식 3]이 적용될 수 있다.

그리고 세번째로 f값을 계산하기 위하여 상부의 [수학식 2]로 계산할 수 있다.

다음으로 선형압력강하 값을 도출하기 위하여 f, 유체밀도(p), 유속, 관경 등을 [수학식 4]에 입력할 수 있다.

그럼에 따라 도출된 값을 기준으로 목표 유속 및 목표 선형압력강하에 맞는 배관(100)의 관경을 결정할 수 있다.

그리고 결정된 배관(100)의 관경에서 각 배관(100)의 차압을 계산할 수 있다.

이 때, 배관(100)의 수두는 각 세대배관(110)의 차압의 합계 중 최대값으로 설정된다. 또한, 오소리티는 각 세대배관(110)의 컨트롤 밸브 차압을 해당 순환로의 차압으로 나눈 값일 수 있다.

이와 같이, 오소리티(Authority)는 도 9의 그래프에 도시된 바와 같이 (a)그래프는 수배관 시스템에서 관경이 동일한 경우 유량이 증가하면 열량 또한 증가함을 나타날 수 있다.

그리고 (b)그래프는 컨트롤 밸브의 개도에 따른 유량 그래프로 밸브마다 다른 곡선을 가질 수 있다.

마지막으로 (c)그래프는 개도에 따라 원하는 열량을 만들기 위하여 (a)그래프와 (b)그래프를 모두 만족하는 형태로 형성됨을 나타낸다.

그래프에 나타난 바와 같이, 오소리티에 영향을 주는 요소는 부분 부하에서의 차압 변화, 컨트롤 밸브의 과 사이징, 잘못된 컨트롤 궤도 특성이 있으며, 오소리티를 충분히 확보하는 기준은 0.25 이상일 수 있다.

그럼에 따라 컨트롤 밸브 통과 차압이 안정화되어야 오소리티 안정화와 제어의 정확성을 확보할 수 있는 것이다.

단계 S1700에서는 해석서버(500)의 산출해석부(520)에서 산출한 배관(100)의 관경 및 물량을 판단서버(530)에서 적합한지를 판단할 수 있다.

그리고 상기 판단서버(530)에서 배관(100)을 판단하여 오소리티가 확보되는 방법으로는 도 10에 도시된 바와 같이 다수의 상기 배관(100)을 관통하는 유량이 상기 건물의 모든 세대에 공급되는지를 판단하는 단계(S2100)와, 각 세대에서 상기 배관(100)의 밸브를 열고 닫을 때, 원하는 만큼의 물이 공급되는지를 판단하는 단계(S2200)와, 세대 내 상기 배관(100)의 밸브를 열고 닫을 때, 다른 세대의 밸브에 영향을 미치지 않는지를 판단하는 단계(S2300)에 의하여 도 11과 같이 결정될 수 있다.

이 때, 단계 S1700의 판단서버(530)에서 판단한 배관(100)이 적합하다고 판단될 경우 단계 S1900에서 표출할 수 있으며, 판단서버(530)에서 배관(100)이 부적합하다고 판단될 경우 단계 S1800에서 배관(100)의 관경 및 종류를 변경할 수 있다.

그리고 단계 S1200에서 다시 배관(100)에 해석조건을 입력하고 배관(100)을 해석할 수 있다.

단계 S1900에서는 표출서버(600)에서 적합하게 도출된 배관(100)의 관경 및 물량을 도 11과 같이 그림으로 표출하거나 도 12와 같이 엑셀과 같은 문서로 표출할 수 있다.

이러한 표출서버(600)에는 위치별 배관(100)의 관경변화 및 배관(100)의 수두변화 리포트, 관경별 물량 및 비용 변화 리포트를 표출할 수 있다.

이상에서는 본 발명의 일 실시 예에 따른 BIM 시스템을 활용한 수배관 설계 방법에 대해 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니한다. 그리고, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.

100: 배관 110: 세대배관
120: 주배관 200: 모델링서버
210: 세대배관부 220: 주배관부
300: 명칭서버 400: 조건서버
410: 세대조건부 420: 주조건부
500: 해석서버 510: 조건입력부
520: 산출해석부 530: 판단서버
600: 표출서버

Claims (7)

1. 건축물에 시공되는 수배관의 설계 방법에 있어서,
   (a) 상기 건축물에 적용되는 다수의 배관을 모델링서버에서 모델링하는 단계;
   (b) 세대마다 모델링되는 상기 배관의 명칭을 명칭서버에 입력하는 단계;
   (c) 각각의 상기 배관을 해석하기 위한 해석조건을 조건서버에 입력하는 단계;
   (d) 다수의 상기 배관이 상기 건축물에 적용되기 위한 관경 및 물량을 해석서버에서 해석하는 단계;
   (e) 상기 해석서버에서 해석한 상기 배관을 표출서버에서 표출하는 단계;
   를 포함하는 BIM 시스템을 활용한 수배관 설계 방법.
   
2. 제 1항에 있어서,
   (d)단계에 있어서,
   상기 해석서버에서 해석한 상기 배관의 결과가 적합하지 상기 건축물에 접합하지 않으면 상기 배관의 관경 및 종류를 변경하는 단계와,
   변경된 상기 배관을 상기 해석서버에서 재해석하는 단계;
   를 구비하는 것을 특징으로 하는 BIM 시스템을 활용한 수배관 설계 방법.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 모델링서버는 상기 건축물의 세대마다 연결되는 세대배관을 모델링하는 세대배관부와,
   다수의 상기 세대배관을 연결하여 지면으로 연장되는 주배관을 모델링하는 주배관부를 구비하는 것을 특징으로 하는 BIM 시스템을 활용한 수배관 설계 방법.
   
4. 제 3항에 있어서,
   상기 명칭서버는 건축물의 각 세대마다 모델링되는 상기 세대배관에 동 및 호수를 입력하는 것을 특징으로 하는 BIM 시스템을 활용한 수배관 설계 방법.
   
5. 제 3항에 있어서,
   상기 조건서버는 상기 세대배관 내부의 유량, 차압, 유체종류 중 적어도 하나의 해석조건을 입력하는 세대조건부와,
   상기 주배관의 유량, 차압, 유체종류 중 적어도 하나의 해석조건을 입력하는 주조건부를 구비하는 것을 특징으로 하는 BIM 시스템을 활용한 수배관 설계 방법.
   
6. 제 3항에 있어서,
   상기 해석서버는 상기 배관 내부의 목표유속, 목표차압, 물의 온도, 상기 배관의 종류 중 적어도 하나의 목표조건을 입력하는 조건입력부와,
   상기 배관의 관경 및 물량을 수식에 의하여 산출하기 위한 산출해석부와,
   상기 산출해석부에서 해석된 상기 배관의 관경이 상기 건축물에 적당하게 적용되었는지 판단하는 판단서버를 구비하는 것을 특징으로 하는 BIM 시스템을 활용한 수배관 설계 방법.
   
7. 제 3항에 있어서,
   상기 판단서버에서 상기 배관을 판단하는 방법에 있어서,
   다수의 상기 배관을 관통하는 유량이 상기 건축물의 모든 세대에 공급되는지를 판단하는 단계와,
   각 세대에서 상기 배관의 밸브를 열고 닫을 때, 원하는 만큼의 물이 공급되는지를 판단하는 단계와,
   세대 내 상기 배관의 밸브를 열고 닫을 때, 다른 세대의 밸브에 영향을 미치지 않는지를 판단하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 BIM 시스템을 활용한 수배관 설계 방법.
   

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