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BIM(Building information modeling)과 토목공학 - BIM, 4차 산업혁명 스마트 건설의 핵심 기술로 부상하다.

BIM(Building information modeling)과 토목공학-BIM, 4차 산업혁명 스마트 건설의 핵심 기술로 부상하다.-코로나 19 사태가 다양한 산업 분야에 영향을 끼치면서 건설업체도 지대한 영향을 받아 건설, 엔지니어링, 건설자재 기업의 주가지수가 하락하고 건설 관련 기업의 생산성이 하락하는 등의 타격을 입었다. 이러한 악재가 전환점이 되어 이후 건설 산업의 전망을 예측해볼 수 있었다. 건설 현장 가동율을 높일 수 있는 기술이 개발, 확산될 것이며 소득 감소와 소비심리 위축으로 주택 건설 시장의 수요가 영향을 미칠 것이다. 무엇보다도 디지털화가 가속화되고 건설기업의 조직 구조가 점차 협업 체제로 변화하며 BIM(Builing information modeling)과 같은 디지털 협업 도구에 더욱 의존하게 될 것이다.사진 1 ) 아치형 건물의 BIM 설계BIM이란 3차원 정보 모델을 기반으로 시설물의 생애주기에 걸쳐 발생하는 모든 정보를 통합하여, 활용이 가능하도록 시설물의 형상, 속성 등을 정보로 표현한 디지털 모형을 뜻한다. 이 프로그램을 사용하여 가상설계, 가상시공을 시도하여 합리적인 건설을 행할 수 있다. BIM은 설계 품질 및 생산성을 향상시킬 수 있고, 시공 오차를 최소화 할 수 있으며, 체계적인 유지관리가 가능하다는 장점을 지니고 있다. 기존 2D 설계보다 공간 자각을 쉽게 함으로써 설계를 보다 현실 조건에 맞게 구현할 수 있도록 하고 설계 과정에서 건축 자재와 원가 같은 기타 정보를 같이 다룰 수 있어 더욱 효율적인 설계를 가능케한다. 이를 통해 전체적인 준공 시간을 단축하고 불필요한 자재 사용 또는 기타 에너지 낭비를 방지하여 친환경적인 건설을 할 수 있도록 한다.해외에서는 이미 Auto CAD의 발전과 더불어 BIM연구를 지속했지만, 국내에서 논의된 것은 2000년 중반부터였으며 본격적으로는 2008년 초 청와대 '경호안전교육원'건축에 도입함으로써 공공기관까지 영역을 확대하게 되었다. 이는 정확한 도면, 비용 절감, 공기 단축 등의 성과에 힘입어 점차 공공기관에 대한 수요를 불러일으켰고 10년이 지난 지금은 건축 전 분야에서 필수요소로 자리 잡고 있다.국내 D 건설사는 지난해 국내 최초로 BIM 플랫폼을 도입해 아파트를 준공했다. BIM을 활용해 착공부터 입주까지의 전 과정을 3D 시뮬레이션 영상으로 만들었고 이를 통해 건축 과정에서 발생할 수 있는 위험 또는 오류를 미리 발견했다고 한다. D 건설사 관계자는 BIM을 통해 건설공사 원가를 약 2.5% 낮췄다고 하며 높은 성과를 보여주었다. 또한 기존 도면을 BIM 도면으로 바꿔 아파트 주민들의 주거 만족도도 크게 개선되었다고 한다.

공학/기술| 2021.12.11| 1페이지| 2,000원| 조회(174)

건설, 토목공학, 건설산업, BIM, 토목산업, 4차산업혁명, 스마트 건설

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Smart Construction과 토목공학 - 첨단 기술의 융합 Smart Construction, 건설 산업으로의 적극적인 도입

Smart Construction과 토목공학-첨단 기술의 융합 Smart Construction, 건설 산업으로의 적극적인 도입-현대 산업의 전반에 영향을 끼친 코로나 19 사태는 건설 산업이 인력에 의존할 수밖에 없다는 오래된 관념에서 벗어나야 한다는 사실을 다시 일깨워줬다. 코로나 19를 기점으로 건설 산업의 많은 것이 변화할 것이고 특히 4차 산업혁명에 걸맞게 디지털 생산 기술 혁신이 가속화될 것이다.건설에서 디지털 생산 기술은 Smart Construction을 들 수 있다. Smart Construction이란 전통적인 건설 기술에 BIM, IOT, BIG Data, Drone, Robot 등의 첨단 기술을 융합한 것을 일컫는다. 이는 다양한 첨단 기술의 융합, 정보의 공유, BIM 프로그램 등으로 건설 단계별로 통합이 가능한 기술을 적용하여 단계 간 정보의 단정을 해소하여 새로운 가치 창출을 목적으로 한다. 또한, 2차원 설계도면에서 3차원 정보 모델로, 2차원 기반의 반복 작업에서 3차원 데이터 기반 시뮬레이션으로, 낡은 전통 산업의 이미지를 벗고 첨단 산업으로 도약하기 위해 건설 전 과정에 정보통신기술(ICT) 등을 접목하기도 한다. 이는 건설 산업의 큰 기술 혁신으로 인력의 한계를 극복하여 생산성, 안정성을 획기적으로 개선할 수 있다. 기존의 경험의존적 산업에서 지식, 첨단 산업으로 패러다임의 전환이 일어나는 것이다.표 1) 스마트 건설기술 로드맵 현재 한국 건설 산업의 Smart Construction 활용 현황은 그리 좋지는 않다. 대기업 중심으로 해외사업 대응 등을 위해 일부 기술을 활용 중이나, R&D와 전면적인 현장 활용은 매우 저조하다. 현재 일부 현장에서는 BIM 설계, 시공, 드론/스캐닝 측량, IOT 자재관리, 안전관리 등의 Smart Construction 기술만 활용하고 모듈화(Pre-fabrication), IOT 기반 공사 관리 고도화, VR/AR 활용 기술은 연구 중에 있다. 빅데이터/AI, 3D Printing, 건설 자동화 로봇에 대한 기술도 활발히 연구, 논의되고 있다.이에 2018년 국토교통부 기술정책과에서 발표한 스마트 건설 기술 로드맵을 보면 현재보다 더욱 적극적으로 Smart Construction 기술을 적용하려는 노력을 확인할 수 있다.코로나 19 사태와 함께 산업 재해 증가 및 생산성 저하 등으로 인해 점점 위축되어가고 있는 국내 건설 산업에 4차 산업혁명은 새로운 돌파구가 될 수 있을 것으로 보이며, Smart Construction가 그 열쇠가 될 것이다. 이전에는 볼 수 없었던 산업 간의 장벽이 없는 4차 산업혁명에서 건설 산업은 Smart Construction을 통한 새로운 개혁이 필요하다. 무궁무진한 가능성을 품고 있는 Smart Construction의 건설 산업에서의 활약이 기대된다.

공학/기술| 2021.12.11| 1페이지| 2,000원| 조회(135)

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모듈러 건설과 토목공학 - 공사 기간, 비용을 단축하고 인력 부족을 해결할 탈현장화(OSC)의 가속화 평가A+최고예요

모듈러 건설과 토목공학-공사 기간, 비용을 단축하고 인력 부족을 해결할 탈현장화(OSC)의 가속화-현재 건설 산업에서는 모듈러, PC 공법 등을 활용한 ‘탈현장화(OSC)가 가속되고 있다. OSC(Off-Site Construction), 즉 탈현장화는 건물의 자재와 구조체 등을 사전 제작한 뒤 건설 현장에서 조립하는 기술로 모듈러(Modular) 공법과 PC(Precast Concrete) 공법을 포함한다.모듈러 공법은 문, 벽, 창틀 등으로 구성된 단위 모듈을 외부 공장에서 사전 제작해, 건설 현장으로 옮겨와 레고 블록처럼 조립하는 스마트 건축 기법이다. 공업화 공법이라고도 하며 해당 공법으로 제작된 주택을 공업화 주택이라고 부른다. 이 공법은 현장에서 조립만 하면 되기 때문에 공사 기간을 단축하고 인건비가 절감되어 공사 비용도 기존 방식보다 줄어든다. 뿐만아니라 소음이나 분진 등의 민원도 해결할 수 있고, 건물을 해체할 때도 구조체를 재사용할 수 있어 폐기물이 덜 나오게 되며 친환경적인 건설을 구축할 수 있다. 이러한 기술은 건설 산업의 인력 부족을 해결하며 미래 건설시장에서 주된 생산방식으로 자리 잡을 것이라는 기대를 받는다.모듈러 건축의 가장 큰 장점은 시간과 비용을 절약할 수 있다는 것이다. 기존 공법의 경우 현장에서 대부분의 작업이 진행되지만 모듈러 건축은 현장과 공장에서 동시에 공정이 진행된다. 즉, 현장에서 기초공사가 진행되는 동안 건축물의 70~80%는 공장에서 제작되고 있는 것이다. 기존 방식과 비교하면 최대 50%까지 공사 기간이 단축되고 실제로 총면적이 513㎡인 4층 원룸 건물의 공법별 공사 기간을 비교해보면 RC조(철근콘크리트구조)는 약 108일, 철골조는 약 101일, 모듈러는 약 50일의 기간이 소요되어 모듈러 방식이 타 방식에 비해 절반가량 공사기간이 짧다는 것을 알 수 있다. 그뿐만 아니라 악천후에도 작업을 진행할 수 있고 여름철 장마나 동절기에 구애받지 않아 계절 상관없이 건축이 가능하다는 장점도 있다.사진 1) 모듈러 공법의 3가지 방식 모듈러 공법은 크게 3가지 방식으로 나뉜다. 가장 대중적인 방식은 ‘유닛박스(Unit Box)’로 공장에서 제작된 박스형 구조 모듈을 적층하여 건축하는 형태이다. 공장에서 기본적인 구조 프레임, 전기 및 설비 매입, 내외부 마감 작업까지 완료하여 현장으로 운송되며, 현장에서는 쌓는 과정만 진행하기 때문에 비용 및 시간을 크게 절감할 수 있다.

공학/기술| 2021.12.11| 1페이지| 2,000원| 조회(263)

모듈러, 건설, 토목공학, OSC, 토목산업, 탈현장화, 모듈러건설

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토목공학에서의 컴퓨터 알고리즘 활용 평가A+최고예요

토목공학에서의컴퓨터 알고리즘 활용- 컴퓨터 발전과 토목공학의 발전 -과목명Computational Thinking학번담당 교수이름소속학과목차Ⅰ. 서론; 컴퓨터의 발달과 토목공학1Ⅱ. 본론; 토목공학 컴퓨터 기술의 활용과 사례11. BIM기술을 활용한 지하 굴착 및 터널공사12. 지형 데이터 구축 및 3차원 설계33. 자동화(automation)를 활용한 데이터 생성4Ⅲ. 결론; 토목공학에서 컴퓨터 활용의 중요성4Ⅳ. 참고문헌 및 자료 출처5Ⅰ. 서론; 컴퓨터의 발달과 토목공학현재 토목공학에서는 컴퓨터의 활용이 활발히 이루어지고 있지만, 처음부터 컴퓨터가 사용되지는 않았다. 컴퓨터가 대중적으로 토목산업에 보급된 것은 1980년대부터이며(이승우, 2016) 컴퓨터의 발달과 함께 토목공학에서 활용되는 프로그램과 알고리즘도 발달해왔다. 특히 구조해석 분야에 컴퓨터가 사용되면서 모멘트 분배법과 같은 고전 이론은 대학 과정 이외의 실무에서는 차츰 잊혀지고, 많은 양의 데이터를 수기로 판별했던 과거와 달리 빠르고 쉽게 해를 구해낼 수 있는 프로그램이 개발되어 토목공학의 많은 분야에서 효율적인 업무를 가능케 했다.이렇게 토목공학에서 많은 부분을 차지하고 있는 컴퓨터, 알고리즘에 대한 사례를 알아보려고 한다.Ⅱ. 본론; 토목공학 컴퓨터 기술의 활용과 사례1. BIM기술을 활용한 지하 굴착 및 터널공사토목 분야에서 컴퓨터 활용으로 가장 큰 기반이 되는 것은 BIM (Building Information Modeling) 기술이다. 이 기술은 현장에서 실측된 데이터를 현장 상황이 반영된 정보 모델로 빠르게 구축해낸다. 따라서 현장에서 발생하는 변수에 즉각적으로 반응해야 할 때 용이하게 사용된다.이러한 장점으로 홍콩 어드미랄티 역사의 지하철 신설에 이 기술이 큰 역할을 했다. BIM기술이 없었다면 현장에서 발생한 변수에 대응하기 위해 현장을 실측하고 데이터를 분석한 후 시뮬레이션까지 마치는 과정을 상대적으로 긴 시간을 들여 해결책을 도출할 수 있었을 것이다. 그러나 BIM기술을 통해 굴착 도중 발생하는 변수들에 신속하게 대응할 수 있었고 이를 통해 시공과정에서 비용을 절감할 수 있었다. 현장 상황을 기존 안과 비교하여 오차를 파악하고 시뮬레이션을 통해 알맞은 해결책을 찾아내었다.그림 1과 같이 실측을 통해 현장의 오류를 발견하고 기존 안을 참고하여 위치를 재조정 하는 등 작업 공간이 협소하고 이동이 원활하지 않은 상황에서 BIM기술은 많은 도움을 주었다.그림 1 굴착 데이터 반영 모델을 활용한 지하 구조물 위치 수정이 지하철의 신규 노선을 위한 굴착 공사는 지하의 깊숙한 곳에서 진행되었다. 좁고 어두운 현장상황 때문에 정확한 양의 자재 관리가 관건이었다. 이 문제를 해결하기 위해 암석 표면 상황이 반영된 정보 모델을 폭파 후 바로 실측하였다. 이렇게 실측된 암석 표면 모델은 일정하지 않은 콘크리트 타설 물량을 가장 정확하게 산출할 수 있도록 터널 시공 모델과 통합 분석되었다. 이러한 데이터를 기반으로 명확한 물량계획을 수립하여 물자 낭비를 줄이는 성과를 거두었다.그림 2 발파 모델과 터널 계획 모델을 활용한 콘크리트 물량 파악2. 지형 데이터 구축 및 3차원 설계지형 데이터 구축에는 앞서 소개된 BIM기술이 함께 활용되며 3차원 설계를 가능하게 한다. 이 기술은 방대한 양의 지질 및 지형 데이터를 문자로 정리하고 활용해야 했던 과거와 달리 가시적으로 3차원 설계가 가능하도록 했기 때문에 많은 토목 구조물의 설계와 시공에 도움을 주었다.철도 프로젝트는 수백 킬로미터에 걸쳐 진행될 만큼 규모가 큰 시공이기 때문에 지질 및 지형을 분석하고 정확한 지형 데이터를 생성하는 것이 중요하다. 지질 정보 모델이 구축되면 기존 안의 오류가 발견되고 도합 된 모델을 통해 데이터가 부족한 곳의 시공에도 사용한다.그림 3 측량 데이터와 구글 어스 (Google Earth)를 통합한 뒤, 철도 프로파일을 설계하는 모습3. 자동화(automation)를 활용한 데이터 생성토목공학에서는 데이터를 분석하는 데에 반복되는 작업으로 시간이 지체될 수 있다. 자동화는 이 작업에 걸리는 시간을 단축해 효율성을 높인다. 위치나 단면 같은 데이터를 자동으로 추출하는 자동화 시스템을 개발하여 신속하게 돌아가는 현장의 데이터 필요를 충족시키고 이 자동화 시스템을 다른 프로젝트에서 반복적으로 적용할 수 있다는 점에서 이 자동화 기술은 토목 산업의 발전에 큰 기여를 했다.

공학/기술| 2021.05.10| 7페이지| 3,500원| 조회(447)

컴퓨터, 알고리즘, 토목공학, 건설시스템공학, 컴퓨팅사고

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남한과 북한의 시멘트 산업 현황

남한과 북한의 시멘트 산업 현황남한의 상급 생산 기술과 충분한 생산 설비, 북한의 풍부한 자원콘크리트에서 골재를 결합해 단단하게 하는 시멘트는 그 역사가 콘크리트보다 오래된 기원전 이집트부터 시작될 만큼 건설에 있어 가장 중요한 구성 재료를 담당하고 있다. 남한과 북한은 한국전쟁 이후 주요 시설의 복구를 위해 시멘트 수요가 발생하여 산업이 발달하게 되었고 이후로도 북한은 풍부한 자원, 남한은 빠른 기술의 발전을 통해 시멘트 산업을 이끌어 왔다.표 1) 남북한 석회석 매장량 현황남한의 2019년 기준 시멘트 생산량은 6000만 톤이며, 한국은 세계 11대 시멘트 생산국이자 세계 8위 시멘트 소비국이다. 표 1을 보면 알 수 있듯이 남한은 한반도에서 시멘트의 원재료 석회석 매장량이 적은 데 비해 시멘트 산업의 국제적 위치가 높은 편이다. 60년대 후반 내수충족을 뛰어넘어 완전 자급화를 실현하고 70년대 SOC 확충을 위한 수요 증대, 정부 지원으로 지속적이게 성장한 것이 오늘날의 결과를 만들었을 것이다. 수요는 산업 발전의 원동력이다. 90년대에 시작된 남한의 신도시개발, 지하철·고속도로 건설로 인한 시멘트 수요는 이전에 다져진 생산 기반을 토대로 산업의 높은 발전을 도모했다. 또한, 남한은 선진국으로부터 신기술 도입과 지속적인 시설 정비를 통해 시멘트 산업이 성장하기 좋은 발판을 쌓았고 채광분야의 노동생산성과 원료처리 분야의 원료 균질화 및 원료분쇄설비 등도 선진국 수준으로 발달했다.그러나 수요가 언제나 남한 시멘트 산업 발전만큼의 결과를 가져온다고 보장할 수는 없다. 무려 한반도 석회석 매장량의 71.4%를 보유한 북한은 그 밖의 시멘트 원료인 점판암, 시멘트암과 부가물로 사용되는 규장암, 응회암 등의 자원도 비교적 풍부한 것으로 알려져 있다. 북한은 이 풍부한 자원을 통해 60년대 후반까지는 생산 능력 면에서 우리나라를 앞섰다. 이후 꾸준히 생산·수출 증대를 추진하였으나 남한이 북한을 역전하여 현재는 큰 격차를 둔 상황이다. 풍부한 원료를 보유하였음에도 불구하고 왜 시멘트 산업의 실적을 내지 못했을까? 이는 북한의 경제지표를 참고하여 분석할 수 있을 듯하다. 북한의 GDP(국내 총 생산율)는 남한 대비 2.5%를 기록하고 있으며 국민 총생산액 또한 남한의 2.5%에 불과하여 낮은 경제지표를 가지고 있다. 이 때문에 생산 시설의 정비, 생산과 수송에 어려움을 겪고 유류, 공장 소모품, 전력 부족으로 산업 발전 환경이 열악하다는 것을 알 수 있다.표 2) 남북한 SOC 시설 현황 남한은 시멘트 생산을 위한 수송 인프라가 잘 되어있기 때문에 산업의 발달이 가능했다. 남한의 주요 수송 방법인 도로 시설의 현황은 북한보다 뛰어난 비율을 보이며 원활한 생산 시스템을 가능케 했다. 이런 우호적인 생산 환경에서 남한은 시멘트 수출에도 두각을 보이며 수조 원의 외형 성장과 수익성 창출을 이뤄냈다. 반면 북한의 SOC는 남한과 달리 철도가 주된 모습이며 도로를 통한 수송은 거의 불가능할 정도의 상황이라고 한다. 이 때문에 생산 과정에서 수송은 대부분 철도를 이용하는데 그마저도 80% 이상 계속된 전력난으로 지속적인 어려움을 겪고 있다.남한은 선진국 기술의 도입과 안정적인 경제를 토대로 설비의 대형화, 에너지 절감, 자동화 면에서 많은 발전을 이뤘다. 이에 더해 최근에는 석회석 분해 과정에서의 이산화탄소 배출을 감소시키는 친환경 기술의 개발에도 힘을 쓰는 상황이다. 또한, 정부의 부동산 공급확대 정책에 늘어난 시멘트 수요를 토대로 산업 기반의 규모가 발전하게 되었다. 이에 반해 북한의 경우 설비 대형화, 에너지 절감 및 자동화 면에서 발전하기가 힘들고 낙후된 습식, 반건식 및 단순건식의 재래설비에 의존하며 내수에 그치기도 힘든 상황이었다. 이에 습식 등의 재래설비를 개량형 소성 방식으로 개조를 추진하였으나 생산 공정이 매우 복잡하여 시설 보수 및 유지에 난항을 겪었다. 또한, 에너지 다소비산업인 시멘트 산업에 북한의 전력 시설은 부응하지 못하여 시설의 정상적 가동이 어렵다. 이에 일반 포틀랜드 시멘트를 기준으로 북한의 시멘트는 강도가 약하고 응결 시간이 짧아 장기 작업에 불리하다는 단점을 지니고 있다. 이 때문에 지속적인 수출 시도에도 불구하고 수출 시멘트 성장이 이루어지지 않았다. 레미콘 시설도 충분하지 못해 건설 현장에서 직접 시멘트와 다른 재료를 혼합하여 사용한다. 이는 시멘트 낭비를 증가시키고 혼합 과정에서 먼지가 많이 발생하여 공해 문제에도 취약하다. 대형 설비와 탄탄한 생산 기반을 다지지 못한 북한이 친환경 기술의 개발에는 아직 눈도 들이지 못하는 것이 실황이다.

공학/기술| 2021.08.06| 2페이지| 2,500원| 조회(115)

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