개인 발표 탐구 보고서 30823 장윤석

주제

파라메트릭 모델링과 BIM

탐구 동기

BIM의 최근의 추세는 3차원 모델 및 정보를 생성하고 이를 활용 또는 재사용하는 과정에까지 의미를 두고 있다고 통념적으로 사용되기 때문에 Building Information Modeling이라고 한다. BIM에서 가장 많은 업무량을 가지고 있으면서 가장 중요한 부분은 모델링 작업이다. BIM의 90퍼센트 이상은 모델링이 차지한다고 해도 무방할 것이다. 그렇다면 어떻게 모델링을 보다 사용자의 용도에 맞도록 정확하고 효율적으로 할 것인가에 대해 고민해 볼 필요가 있다. BIM을 도입하는 본질적인 이유는 보다 좋게, 빠르게, 싸게, 안전하게 구조물을 짓고 이윤을 남기는 것이다. 이를 위해서는 BIM의 핵심기술인 파라메트릭(Parametric) 모델링, 정보 호환(정보 재사용) 등을 다루는 것이 매우 중요하다. BIM을 구성하는 여러 기술 중에서도 생산성을 높이는 기술은 라이브러리(Library) 모델링과 파라메트릭(Parametric) 모델링이라 할 수 있다. 따라서 BIM의 핵심 기술인 파라메트릭(Parametric) 모델링에 대해 탐구하여 건축에 대한 자기 계발을 꾀하고자 한다.

파라메트릭 모델링과 BIM의 관계

BIM에 대한 정의는 여러가지로 생각해 볼 수 있는데 각 나라마다 또는 각 기관마다 서로 다른 정의를 내리고 있다. 각각의 정의들이 공통적으로 함축하고 있는 내용을 요약하면 아래와 같다.

1) 3차원적인 디지털 표현

2) 정보나 객체의 속성을 포함

3) 파라메트릭화된 라이브러리

4) 정보의 재활용성

3차원 기반의 작업환경이 만들어지면, 설계 또는 시공 엔지니어들은 2차원 기반의 도면 생성 및 수정과 같은 업무를 3차원 기반의 모델 생성 및 수정이라는 업무로 대체가 될 것이다. 또한, 기존 2차원 도면에서는 없었던 작업 초기(3차원 모델 생성 및 정보 입력)에 많은 시간과 노력이 들어갈 것이다. 그런데 기존에 만들어진 BIM 정보의 일부를 수정하여 다시 사용할 수 있다면, 즉 기존에 만들어진 정보를 재활용할 수 있다면 그로 인하여 절감되는 경제효과는 매우 클 것이다. 파라메트릭 모델링은 2차원 기반의 작업환경에서 3차원 기반의 작업환경으로 전환되면서 생기는 3차원 모델 생성이라는 사용자의 업무 부담을 줄이고, 업무의 효율성을 높일 수 있는 모델링 기술이다.

다이렉트 모델링과 파라메트릭 모델링의 비교

다이렉트 모델링은 이미 프로그램에서 만들어진 형상을 사용자가 빠르게 선택하고, 형상 구성에 필요한 수치값을 입력하는 방법으로 작업속도가 빠르고 즉각적으로 형상 구현이 가능하다. 반면, 파라메트릭 모델링(Parametric Modeling)은 ‘파라미터(Parameter)’라는 단어에서 나온 것으로, 매개변수를 활용한 모델링을 의미한다. 여기서 매개변수란 우리가 도면에서 접하는 ‘치수(Dimension)’를 의미하며, 매개변수를 이용한 모델링이라 하여 ‘변수모델링’이라고도 한다. ‘파라메트릭’이라는 범위를 확대하게 되면 모델을 구성하고 있는 최하단위의 객체(점, 선, 면)들 사이에 종속(접속, 수직, 평형 등) 및 상호 연관된 변수(거리, 각도, 함수 등)를 부여하여 생성할 수 있다. 생성된 객체는 미리 정의된 변수의 수정을 통하여, 제약된 조건에 벗어나지 않는 범위 안에서 그 형상을 쉽게 바꿀 수 있다.

파라메트릭 모델링은 아래와 같은 과정을 통하여 구현할 수 있다.

1) 대상 구조물의 변화를 분석

2) 필요 변수와 속성을 정의

3) 최적화된 변수와 상호관계를 설정

4) 구조물 모델에 적용

건축에서의 적용

철근 파라메트릭 모델링

파라메트릭 모델링에 있어서 철근 모델링은 구조물의 외형 모델링보다 고려해야 될 변수의 개수가 적고 그 형상이 제한적이어서 라이브러리화 작업이 용이하다. 그리고 임의의 철근 형상을 이루는 변수는 직경, 길이, 굽힘 각도, 굽힘 개수로 그 개수가 많지 않다. 는 각 ‘ㅣ’자 철근, ‘ㄱ’자 철근 및 ‘ㄷ’자 철근 등 여러 형상의 철근들을 변수를 넣어 라이브러리화 시킨 것으로, 처음에 한번만 파라메트릭 모델링 기법으로 모델을 구성하여 라이브러리에 추가를 시키면 추후 같은 형상의 철근을 간단한 변수 변경만으로 사용자가 원하는 철근 모델을 만들 수 있다.

교량 구조 파라메트릭 모델링

형식과 공법이 다양한 상부구조물 보다는 다양성과 복잡성이 덜한 하부구조물을 대상으로 많은 연구와 테스트가 이루어지고 있다. 하부구조물 중에서도 모듈(Module)화되어 공장 또는 제작장에서 프리캐스트(Precast)로 제작 후, 현장에서 조립되는 공법에 적용되어 연구가 되고 있다. 모듈러 교량은 표준화된 모듈을 사전에 제작하여 이를 현장에 맞게 신속한 수정과 부재 생산이 가능해야 한다. 이러한 이유로 표준화된 모듈화 교량 제작에는 설계단계에서 요구되는 구조상세 고려사항과 제작 및 시공단계에서 요구되는 필수 고려사항을 변수화하여 각 모듈에 입력되었다.

정리

파라메트릭 모델링의 가장 큰 장점은 사전에 정의된 변수의 간단한 수정만으로 사용자가 원하는 형상으로 모델을 변경하여 모델링 작업에 소요되는 시간을 획기적으로 줄일 수 있다는 것이다.하지만 모델에 너무 많은 변수나 제악조건을 주거나, 변수 사이에 많은 연관관계는 추후 재사용 시 변수화된 모델링을 이해하고파악하는데 많은 시간이 소요된다. 따라서 변수와 제약조건을 설정할 때에는 일정한 규칙을 가지고 있어야 하며, 형상이 복잡하고변수가 복잡하게 정의되어야 하는 경우 파라메트릭 모델링을 사용하기 보다는 다이렉트 모델링과의 적절한 혼용으로 모델링의 효율성을 높여야 하겠다.