국가 디지털 트윈 구축에 대응하기 위한 BIM 기반 그린리모델링 디지털 플랫폼의 연동방안 (IFC-BIM based Green Remodeling Digital Platform Approach to Build up National Digital Twin)

서지정보

· 발행기관 : 대한설비공학회
· 수록지 정보 : 설비공학 논문집 / 37권 / 1호 / 22 ~ 34페이지
· 저자명 : 안호상, 이수인, 강재식

초록

본 연구에서는 건물 분야의 탄소중립을 이행하는 데 필요한 기존 노후건축물의 그린리모델링이 IFC-BIM 기반의 디지털 플랫폼에서 진행될 때, 건물 단위에서 건물군, 더 나아가 도시 규모의 공간이 디지털 트윈으로 구축될 때, 개별 건물 단위에서 내․외부 환경으로의 연동이 필요한 것으로 나타났다. 이를 통해 건물 단위 에너지성능 평가 및 에너지사용량 정보 이력 관리로 그린리모델링에 따른 정량적 에너지효율 향상 정도를 평가하여 도시 규모의 에너지사용량 및 소요량을 평가할 기본 체계구축에 관한 기존 사례에 대해 분석하였다.
현재 개발되고 있는 그린리모델링의 디지털 플랫폼과 디지털 트윈과의 연결을 위해서는, 기술적으로 각각의 가상공간 구축 표준의 상이함과 데이터 분류체계 및 각 데이터 간 대응체계에 대한 상호 연동이 가능한 변환 및 최적화 노력이 필요하다. 디지털 트윈과 그린리모델링 플랫폼의 원활한 연동을 위해서는 개선된 결과물의 도출을 위한 향상된 그린리모델링 단계별 체계구축 알고리즘의 개발과 최적화를 위한 진단 데이터, 에너지성능 시뮬레이션 데이터, 그린리모델링 패시브, 액티브, 신재생 기술 조합별 에너지성능 향상 데이터 등 주요 구성 로직 개발, 데이터 간 연동 시 전송 로딩 부담을 고려한 선탑재 필요 데이터 또는 플랫폼의 다양한 데이터에서 에너지성능 및 비용상승에 크게 영향을 미치는 핵심 데이터의 선별 등 세부 연구가 향후 진행되어야 할 필요가 있다. 세부적으로는 아래와 같은 내용을 고려하여 IFC 기반 BIM과 디지털 트윈과의 실질적인 연동이 이뤄져야 할 것이다.
(1) 디지털 트윈에서는 시/군/구/동 단위의 노후 건축물들을 대상으로 비용, 에너지사용량 감축량, 신재생 자립률 등을 기준으로 그린리모델링 우선순위 대상건물을 선정하기 위한 계획단계에서 활용할 수 있으며, 건축물의 기본 정보인 필지 고유번호, 사용승인일, 주 용도, 바닥면적 등의 정보, LOD1 수준의 건축물 형상 정보, 건물별 에너지사용량 정보를 탑재해야 한다.
(2) 디지털 트윈에서 대상건물의 선정을 위한 에너지성능의 개략 진단을 위해, 해당 건물의 창면적비, 건물의 PV설치 가능 면적 및 음영지역을 VWORLD 등 형상 정보로부터 계산된 신재생발전 잠재량, 설비노후도, 에너지 실사용량 데이터 및 건물용도 및 연간 사용 일수를 고려한 단위 면적당 에너지사용량 등 에너지성능 관련 수치들이 연도별, 유형별, 용도별, 면적별 범위 값으로 제시되어야 하며, 실시간 데이터 연동이 되어야 한다.
(3) 대상건물이 선정된 이후에는 건물의 BIM화가 반드시 필요한데, 노후건축물의 특성상, 이력에 남지 않은 개보수, 도면 부재, 도면과 실제 건물의 다름. 실제 사용 용도 파악 등을 위한 현장 방문으로 청사진, CAD 도면의 변환 또는 3D 스캐닝 등의 방식으로 BIM화가 반드시 수행되어야 하며, 이에 대한 생성 작업 주체 및 관리주체가 각각 사업 진행 시 설계사 또는 플랫폼 운영기관 등으로 책임소재를 명확히 규정되어야 할 것이다.
(4) 그린리모델링 관점에서 디지털 트윈과 BIM 디지털 플랫폼은 개별 건물 단위에서 CityGML-IFC 파일 간 변환을 통한 상호 연동이 되어야 하며 이를 위해 상대적으로 속성정보와 LOD 수준이 높은 IFC 파일을 객체별, 항목별, 물량별로 구분하고 각 항목과 물량에 필요한 가격, 규격 등 수치정보를 탑재하며, 객체별, 항목별, 물량별 IFC 파일과 가격, 규격 등 데이터베이스 IFC 파일, 항목과 데이터베이스 IFC 파일의 연계 및 계산을 통한 물량산출이 가능토록 구성 로직의 구성이 이뤄져야 경량화를 통한 원활한 연동이 가능하다.
(5) 그린리모델링 디지털 플랫폼의 IFC 기반 객체 항목의 설정 및 항목별 세부 정보인 물량, 비용, 자재 등의 반영, 대상건물의 ECO2 에너지성능 시뮬레이션 결과 등 이종 데이터 간 상호 연동을 위해 형식 간 변환 객체 대상 및 매칭 기준 정립, 유관 데이터 구성 및 입/출력 연계 방식 정립이 필요하며, 특히 계산 소요 시간으로 부하가 많이 예상되는 그린리모델링 대안별 에너지성능 계산 등의 선반영 가능한 데이터 및 데이터셋은 디지털 트윈과의 연동 및 플랫폼 운영의 경량화를 위해 미리 탑재되어야 한다.
(6) 상기의 기술적 요소들이 지속적인 연구개발을 통해 마련되고 해결될 때, 그린리모델링에 따른 정량적 효과의 정확도가 높아질 것이고, 이를 통해 해당 결과에 대한 신뢰도 제고로 건물 분야 온실가스 감축의 이행 및 의사결정 도구로 활용을 기대할 수 있으므로, BIM과 디지털 트윈의 연동은 필연적이라고 할 수 있다.


끝으로, 본 연구가 국가 디지털 트윈을 활용하고, 노후건축물의 그린리모델링 활성화를 위한 디지털 플랫폼 개발 및 연동을 위한 세부 내용에 초점을 맞추고 있으나, 이에 대한 실효적인 효과를 보기 위해서는, 건물 단위의 건축물 속성정보, 에너지성능 관련 지표인 에너지 실사용량 정보, 건물의 실사용 용도 등이 실시간으로 정확하게 제한 없이 제공되어야 할 것이다. 이를 위해, 최소한 연구 목적에 한해서라도 관련 개인정보 보호법의 개선이 필요하며, 건물 단위로 디지털 트윈과 그린리모델링 디지털 플랫폼이 연동되어야 함을 고려할 때, 현재 지번별 월별로 제공되고 있는 에너지 실사용량이 공동주택과 같은 동일 지번의 건물에는 현실적 활용에 여전히 한계가 있으므로 이에 대한 개선 또한 반드시 이뤄져야 할 것이다.

영어초록

Digital conversion aimed at optimizing building energy usage has progressed since several building energy modeling tools, such as EnergyPlus and TRNSYS, became widely used. These programs can be considered an early stage of digital conversion in modeling buildings digitally to simulate energy usage. For optimizing building energy consumption, green remodeling is essential for enhancing building properties through both passive and active methods. Nowadays, digital tools for designing and constructing new buildings have garnered significant interest, as working with these tools can minimize repetitive modifications during the design process, thereby reducing unwanted time and cost. Among these digital tools, the IFC-BIM platform offers distinct advantages as a common resource for advancing new green remodeling processes. It can reflect and connect various parameters and open-source data more effectively than other commercial programs. In this study, the IFC-BIM structure of the green remodeling digital platform will be explored in conjunction with digital twin technology, considering the connectivity between these two platforms in the context of reducing and managing building energy usage to achieve carbon neutrality in the building sector.

참고자료

· 없음