KR20210153222A - Bim 시스템을 활용한 덕트 설계 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 측면에 따른 BIM 시스템을 활용한 덕트 설계 방법은 건축물에 시공되는 덕트의 설계 방법에 있어서, (a) 상기 건축물에 적용되는 다수의 덕트를 모델링서버에서 모델링하는 단계; (b) 상기 건축물에 형성되는 다수의 실를 분류서버에서 분류하는 단계; (c) 상기 건축물에 적용되는 덕트의 간섭위치를 체크하는 단계; (d) 상기 분류서버에서 분류된 실마다 모델링되는 상기 덕트 및 디퓨져의 명칭을 입력서버에 입력하는 단계; (e) 각각의 상기 덕트를 해석하기 위한 해석조건을 조건서버에 입력하는 단계; (f) 다수의 상기 덕트가 상기 건축물에 적용되기 위한 관경 및 물량을 해석서버에서 해석하는 단계; (g) 상기 해석서버에서 해석한 상기 덕트를 표출서버에서 표출하는 단계;를 포함할 수 있다.

Description

BIM 시스템을 활용한 덕트 설계 방법{Duct Design Method Using BIM System}
본 발명은 BIM 시스템을 활용한 덕트 설계 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 건축물이 시공되기 전에 정확한 덕트 관경 및 물량을 도출할 수 있는 BIM 시스템을 활용한 덕트 설계 방법에 관한 것이다.
일반적으로 인간이 거주 가능하도록 된 구조물에는 덕트가 필수적으로 이루어진다. 또한, 각종 구동 장비가 설치되는 장치에도 구동 장비로의 공조 덕트가 필수적으로 이루어진다. 즉, 덕트시설은 다양한 종류의 구조물 또는 장비 등이 갖추어야할 필수 기반 시설인 것이다.
이러한 덕트의 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 덕트의 적합한 관경 및 물량을 산출하기 어려운 문제가 있다.
또한, 덕트 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 덕트의 관경 및 물량을 산출하여 과대설계에 따른 비용이 발생하는 것을 방지할 수 있는 BIM 시스템을 활용한 덕트 설계 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 덕트의 관경 및 물량을 산출하는 해석식을 활용하여 덕트의 정확한 배치를 진행할 수 있는 BIM 시스템을 활용한 덕트 설계 방법을 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 BIM 시스템을 활용한 덕트 설계 방법은 건축물에 시공되는 덕트의 설계 방법에 있어서, (a) 상기 건축물에 적용되는 다수의 덕트를 모델링서버에서 모델링하는 단계; (b) 상기 건축물에 형성되는 다수의 실을 분류서버에서 분류하는 단계; (c) 상기 건축물에 적용되는 덕트의 간섭위치를 체크하는 단계; (d) 상기 분류서버에서 분류된 실마다 모델링되는 상기 덕트 및 디퓨져의 명칭을 입력서버에 입력하는 단계; (e) 각각의 상기 덕트를 해석하기 위한 해석조건을 조건서버에 입력하는 단계; (f) 다수의 상기 덕트가 상기 건축물에 적용되기 위한 관경 및 물량을 해석서버에서 해석하는 단계; (g) 상기 해석서버에서 해석한 상기 덕트를 표출서버에서 표출하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 입력서버에 상기 덕트 내부의 풍량을 입력하는 단계;를 구비할 수 있다.
상기 해석조건은 상기 덕트의 풍량, 단위길이당 마찰손실, 유속 중 적어도 하나로 형성될 수 있다.
상기 해석서버에서 해석한 상기 덕트의 결과가 상기 건축물에 접합하지 않으면 상기 덕트의 관경 및 물량을 변경하는 단계; 변경된 상기 덕트를 상기 해석서버에서 재해석하는 단계; 를 구비할 수 있다.
상기 모델링서버는 상기 건축물의 실마다 급기덕트와 배기덕트를 각각 모델링하는 덕트부를 구비할 수 있다.
상기 조건서버는 상기 실 내부의 해석조건을 입력하는 조건부와, 상기 조건부에 형성되며, 주덕트의 해석조건을 입력하는 주덕트부와, 상기 조건부에 형성되며, 지덕트의 해석조건을 입력하는 지덕트부를 구비할 수 있다.
상기 해석서버는 상기 덕트의 종류, 압력강화, 유속, 해석식 중 적어도 하나의 목표조건을 입력하는 조건입력부와, 상기 덕트의 관경 및 물량을 수식에 의하여 산출하기 위한 산출해석부와, 상기 산출해석부에서 산출한 최적의 덕트를 선택하는 모드선택부와, 상기 산출해석부에서 해석된 상기 덕트의 관경이 상기 건축물에 적당하게 적용되었는지 판단하는 판단서버를 구비할 수 있다.
상기 해석서버는 상기 덕트의 형상을 사각 및 타원으로 환산할 수 있다.
본 발명에 따른 BIM 시스템을 활용한 덕트 설계 방법에 의하면, 건축물을 시공하기 전에 덕트를 BIM 모델로 모델링한 후 최적 관경 및 물량을 산출할 수 있는 것이다.
그리고 해석식을 통해 정확한 덕트의 관경 및 물량을 도출하며, 덕트의 설치 위치를 정확하게 모델링할 수 있는 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 BIM 시스템을 활용한 덕트 설계 방법을 나타낸 순서도.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 BIM 시스템을 활용한 수덕트 설계 시스템을 나타낸 블록도.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 모델링서버를 나타낸 예시도.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 덕트의 간섭위치가 표시되는 모습을 나타낸 예시도.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 입력서버를 나타낸 예시도.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 입력서버에 풍량 정보를 입력하는 예시도.
도 9은 본 발명의 일 실시 예에 따른 해석식을 선택하는 예시도.
도 10 내지 도 11은 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 덕트 설계 방법을 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 BIM 시스템을 활용한 덕트(100) 설계 방법을 나타낸 순서도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 BIM 시스템을 활용한 덕트(100) 설계 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시 예에 따른 BIM 시스템을 활용한 덕트(100) 설계 방법은 건축물을 실제 시공하기 전에 정확한 덕트(100)의 최적 관경 및 물량를 도출할 수 있다.
이와 같이, 본원발명에서는 실제 시공이 시작되기 전에 보다 정확한 덕트(100)의 관경 및 물량을 도출하기 위해서는 덕트(100)가 건축물에 설치되는 실제 길이로 모델링하며, 수식에 의한 해석식으로 도출하기 위한 설계 방법을 설명할 수 있다.
단계 S1100에서는 도 3에 도시된 바와 같이 모델링서버(200)에서 건축물에 실제로 설치되는 덕트(100)를 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 덕트(100)를 모델링할 수 있다.
이 때, 모델링서버(200)는 건축물의 외형이나 내부설계요소를 덕트(100)과 함께 모델링하거나 덕트(100)를 건축물에 설치되는 실제 위치에 적용되도록 모델링할 수 있다.
이러한, 상기 모델링서버(200)는 단계 S1200에서 사무용, 주거용, 오피스텔 등의 건축물에 형성되는 세대, 방, 사무공간, 설비공간 등 덕트가 설치되는 실마다 연결되는 실덕트(110)와 실마다 설치되는 복수의 디퓨져를 모델링하는 덕트부(210)를 구비할 수 있다.
상기 덕트부(210)는 분류서버에서 분류된 건축물의 각 실마다 형성되는 실 내부의 덕트(100) 및 디퓨져를 분류할 수 있다.
단계 S1300은 상기 건축물에 적용되는 덕트(100)의 간섭위치를 체크할 수 있다. 상기 건축물은 천장에 복수의 덕트(100)가 설치되는 것으로 각각의 덕트(100)는 서로 간섭되지 않도록 배치되어야 한다. 이때, 덕트(100)를 모델링할 경우 복수의 덕트(100)들은 서로 겹치도록 형성될 수 있으므로, 도 4에 도시된 바와 같이 모델링서버(200)에 덕트(100)의 간섭 위치가 표시된다. 덕트(100)의 간섭이 발생할 경우 덕트(100)를 이동하거나 사이즈를 변경하여 모델링하여 해결한다.
단계 S1400에서는 도 5를 참조하면, 실내에 모델링되는 다수의 덕트(100)와 디퓨져마다 명칭을 입력서버(300)에 입력할 수 있다.
이러한, 상기 입력서버(300)에서는 도 6 내지 도 7에 도시된 바와 같이 각각의 실덕트(110)마다 명칭을 적용하여 일괄적으로 명확하고 분류가 쉽도록 덕트(100) 및 디퓨져를 각각 분류하여 입력하고, 도 8과 같이 유량 및 풍량을 입력한다. 이때, 디퓨져만 체크박스에 의하여 별도로 리스트화 하여 입력한다.
상기 입력서버(300)는 덕트(100) 및 디퓨져의 명칭을 입력할 때 번호 등의 규칙성을 부여하며, 계통도가 형성되어 실제 계통의 레벨에 맞게 승격, 강등해서 조절하도록 한다. 또한, 계통도 생성시 모델링서버(200)에서 인지하지 못할 경우 임의로 생성된 부분의 계통을 수동으로 수정하여 모델링서버(200)의 실제 계통과 작성된 계통도가 동일한지 판단한다.
단계 S1500은 조건서버(400)의 조건부(410)에서 실덕트(110)에 해석조건을 입력할 수 있다. 이때, 각각의 실마다 모델링되는 상기 실덕트(110)를 해석하기 위하여 상기 덕트(100)의 풍량, 단위길이당 마찰손실, 유속 중 적어도 하나의 해석조건을 입력할 수 있다.
상기 덕트(100)의 풍량은 입력서버(300)에 입력되는 것이며, 주덕트(100)부와 지덕트(100)부로 구분된다.
덕트(100)의 풍량은 [표 1]와 같이 입력된다.
Figure pat00001
유속은 권장속도와 최대속도 나누어져 용도에 따라 [표 2]와 같이 입력된다.
Figure pat00002
덕트(100)의 단위길이당 마찰손실은 급기덕트(100)와 환기 및 배기덕트(100)로 나누어 [표 3]과 같이 입력된다.
Figure pat00003
이와 같은 덕트(100)의 풍속, 유속, 마찰손실은 다양하게 입력할 수 있다.
단계 S1600에서는 모델링서버(200)에서 모델링된 덕트(100)를 해석하기 위한 목표조건을 해석서버(500)의 조건입력부(510)에서 입력할 수 있다.
상기 목표조건은 덕트(100)가 건축물에 설치되기 위하여 사전에 설정한 목표일 수 있으며, 목표 압력강하, 목표 유속, 해석식, 관경, 덕트(100)의 종류 중 적어도 하나이다.
이 때, 목표조건으로 설정하는 덕트(100)의 관경 및 종류와 풍량 및 유속과 디퓨져를 입력하여 명확하게 할 수 있으며, 보다 정밀하게 해석할 수 있다.
이와 같이, 목표조건을 입력하기 위한 해석서버(500)는 덕트(100) 내부의 목표 압력강하, 목표 유속, 관경, 덕트(100)의 종류 중 적어도 하나의 목표조건을 입력하는 조건입력부(510)와, 덕트(100)의 관경 및 물량을 수식에 의하여 산출하기 위한 산출해석부(530)와, 상기 산출해석부(530)에서 산출한 최적의 덕트(100)를 선택하는 모드선택부(520)와 산출해석부(530)에서 해석된 상기 덕트(100)의 관경이 상기 건물에 적당하게 적용되었는지 판단하는 판단서버(540)를 구비할 수 있다.
상기 조건입력부(510)는 별도의 창이 생성되며, 생성된 창에는 다양한 목표값이 저장되어 있거나 사용자가 입력할 수 있다.
단계 S1700의 모드선택부(520)는 덕트(100)의 높이가 최대한 낮아질 수 있는 최적화 덕트(100)와 유체역학적으로 가장 좋은 성능으로 형성되는 덕트(100) 중 최적의 덕트(100)를 선택하는 것이다. 이때, 덕트(100)는 층고 감소 효과를 가지며, 소음이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
단계 S1800은 조건입력부(510)에서 입력한 목표조건을 산출해석부(530)에서 순차적으로 해석할 수 있다.
덕트(100)의 관경 및 물량을 산출하기 위한 해석식을 선택할 수 있다. 이때, 해석식은 도 9에 도시된 바와 같이 Darcy-Weisbach 식과 Colebrook 식으로 형성되며, 덕트(100)를 산출할 때 선택할 수 있다. 구체적으로 덕트(100)가 설치되는 모델의 규모가 작을 경우 Colebrook 식이 반복적으로 사용되며, 모델의 규모가 클 경우 Darcy-Weisbach 식이 형성된다.
Darcy-Weisbach 식은 [수학식 1]과 같이 형성되는 것으로 풍량은 고정된 값으로 입력하고 단위길이당 마찰손실과 유속은 제한조건 이하의 최적값으로 계산한다.
Figure pat00004
그리고 Colebrook 식은 [수학식 4]와 같이 형성되는 것으로 f값을 계산하는 것이다.
이때. 레이놀즈 수가 필요하다.
여기서, 레이놀즈 수(reynold's number)는 덕트(100)의 관경 및 물량을 산출하기 위하여 유체 유동을 결정하며 점성력에 대한 관성력의 상대적인 비율로 정의되는 것이다.
레이놀즈 수(Re)는 [수학식 2]와 같이 계산하기 위하여 덕트(100)의 종류와 온도 조건을 입력하여 동점성 계수(υ) 도출하고, 모델링한 관경(D)과 유속(v)를 입력할 수 있다.
Figure pat00005
그리고 레이놀주 수의 층류, 천이, 난류를 판단하기 위하여 영역에 따라 각기 다른 수식이 필요할 수 있다.
층류인 경우(Re<2300) [수학식 3]이 적용되고,
Figure pat00006
천이인 경우 (2300<Re<4000)에는 특별한 수식 없이 난류로 가정하고,
난류인 경우 (Re>4000)[수학식 4]가 적용될 수 있다.
Figure pat00007
f값을 계산하기 위하여 상부의 [수학식 3]으로 계산할 수 있다
다음으로 선형압력강하 값을 도출하기 위하여 f, 유체밀도(p), 유속, 덕트의 수력관경 등을 [수학식 5]에 입력할 수 있다.
Figure pat00008
그럼에 따라 도출된 값을 기준으로 목표 유속 및 목표 압력강하에 맞는 덕트(100)의 관경을 결정할 수 있다.
그리고 결정된 덕트(100)의 관경에서 각 덕트(100)의 차압을 계산할 수 있다.
단계 S1900에서는 소음, 풍량 등을 조절하기 위하여 덕트(100)의 형태를 원형에서 사각덕트(100) 및 타원형덕트(100)로 환산할 수 있다.
여기서, 덕트(100)의 직경을 원형에서 사각덕트(100)로 환산하기 위하여 [수학식 6]이 사용된다.
Figure pat00009
그리고 덕트(100)의 직경을 원형에서 타원형으로 환산하기 위하여 [수학식 7]이 사용된다.
Figure pat00010
단계 S2000에서는 해석서버(500)의 산출해석부(530)에서 산출한 덕트(100)의 관경 및 물량을 판단서버(540)에서 적합한지를 판단할 수 있다.
이 때, 단계 S2000의 판단서버(540)에서 판단한 덕트(100)가 적합하다고 판단될 경우 단계 S2100의 표출서버(600)에서 표출할 수 있으며, 판단서버(540)에서 덕트(100)가 부적합하다고 판단될 경우 단계 S2100에서 덕트(100)의 관경 및 종류를 변경할 수 있다.
그리고 단계 S1500에서 다시 덕트(100)에 해석조건을 입력하고 덕트(100)를 해석할 수 있다.
단계 S2200에서는 표출서버(600)에서 적합하게 도출된 덕트(100)의 관경 및 물량을 표출하거나 문서로 표출할 수 있다.
이와 같이 표출서버(600)에서 표출한 덕트(100)는 판단서버(540)에서 판단한 덕트(100)가 자동으로 변경되어 표출되며, 특정 색으로 표시된다. 그리고 도 10 내지 도 11에 도시된 바와 같이 결과 리스트에서 원하는 덕트(100)를 선택할 수 있다. 이는 편의성을 강화하고 덕트(100)의 상태를 편리하게 확인할 수 있는 것이다.
따라서, 덕트(100)가 설치되는 위치의 최적규격과 손실정압을 정확하게 도출할 수 있으며, 해석 결과에 따른 변화를 시각화한다. 그리고 덕트(100) 전체 시스템의 물량 및 소요 비용 산출이 가능할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 일 실시 예에 따른 BIM 시스템을 활용한 덕트 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: 덕트 110: 실덕트
200: 모델링서버 210: 덕트부
300: 입력서버 400: 조건서버
410: 조건부 500: 해석서버
510: 조건입력부 520: 모드선택부
530: 산출해석부 540: 판단서버
600: 표출서버

Claims (8)

  1. 건축물에 시공되는 덕트의 설계 방법에 있어서,
    (a) 상기 건축물에 적용되는 다수의 덕트를 모델링서버에서 모델링하는 단계;
    (b) 상기 건축물에 형성되는 다수의 실를 분류서버에서 분류하는 단계;
    (c) 상기 건축물에 적용되는 덕트의 간섭위치를 체크하는 단계;
    (d) 상기 분류서버에서 분류된 실마다 모델링되는 상기 덕트 및 디퓨져의 명칭을 입력서버에 입력하는 단계;
    (e) 각각의 상기 덕트를 해석하기 위한 해석조건을 조건서버에 입력하는 단계;
    (f) 다수의 상기 덕트가 상기 건축물에 적용되기 위한 관경 및 물량을 해석서버에서 해석하는 단계;
    (g) 상기 해석서버에서 해석한 상기 덕트를 표출서버에서 표출하는 단계;
    를 포함하는 BIM 시스템을 활용한 덕트 설계 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    (d)단계에 있어서,
    상기 입력서버에 상기 덕트 내부의 풍량을 입력하는 단계;를 구비하는 것을 특징으로 하는 BIM 시스템을 활용한 덕트 설계 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    (e)단계에 있어서,
    상기 해석조건은 상기 덕트의 풍량, 단위길이당 마찰손실, 유속 중 적어도 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 BIM 시스템을 활용한 덕트 설계 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    (f)단계에 있어서,
    상기 해석서버에서 해석한 상기 덕트의 결과가 상기 건축물에 접합하지 않으면 상기 덕트의 관경 및 물량을 변경하는 단계;
    변경된 상기 덕트를 상기 해석서버에서 재해석하는 단계;
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 BIM 시스템을 활용한 덕트 설계 방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 모델링서버는 상기 건축물의 실마다 급기덕트와 배기덕트를 각각 모델링하는 덕트부를 구비하는 것을 특징으로 하는 BIM 시스템을 활용한 덕트 설계 방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 조건서버는 상기 실 내부의 해석조건을 입력하는 조건부와,
    상기 조건부에 형성되며, 주덕트의 해석조건을 입력하는 주덕트부와,
    상기 조건부에 형성되며, 지덕트의 해석조건을 입력하는 지덕트부를 구비하는 것을 특징으로 하는 BIM 시스템을 활용한 덕트 설계 방법.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 해석서버는 상기 덕트의 종류, 압력강화, 유속, 해석식 중 적어도 하나의 목표조건을 입력하는 조건입력부와,
    상기 조건입력부에서 입력한 정보를 활용하여 최적의 덕트를 선택하는 모드선택부와,
    상기 덕트의 관경 및 물량을 수식에 의하여 산출하기 위한 산출해석부와,
    상기 산출해석부에서 해석된 상기 덕트의 관경이 상기 건축물에 적당하게 적용되었는지 판단하는 판단서버를 구비하는 것을 특징으로 하는 BIM 시스템을 활용한 덕트 설계 방법.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 해석서버는 상기 덕트의 형상을 사각 및 타원으로 환산하는 것을 특징으로 하는 BIM 시스템을 활용한 덕트 설계 방법.
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