[논문 리뷰] Toward Automated Virtual Assembly for Prefabricated Construction: Construction Sequencing through Simulated BIM

Gilmarie O’Neill, Matthew V. Ball외 3명|arXiv (Cornell University)|2020. 03. 14.

BIM and Construction Integration참고 문헌 15인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 시뮬레이션 기반 빌딩 정보 모델링(BIM)을 활용해 사전 제작 공사를 위한 자동화된 가상 조립 방법을 제안한다. 수준 개발(LOD) 데이터를 기반으로 공사 순서를 체계화함으로써 수동 모델링에 대한 의존도를 줄이고, 인공지능 기반 시뮬레이션을 통해 더 빠르고 정확한 일정 편성과 사전 제작 프로젝트에서의 재작업 최소화를 실현한다.

ABSTRACT

To adhere to the stringent time and budget requirements of construction projects, contractors are utilizing prefabricated construction methods to expedite the construction process. Prefabricated construction methods require an adequate schedule and understanding by the contractors and constructors to be successful. The specificity of prefabricated construction often leads to inefficient scheduling and costly rework time. The designer, contractor, and constructors must have a strong understanding of the assembly process to experience the full benefits of the method. At the root of understanding the assembly process is visualizing how the process is intended to be performed. Currently, a virtual construction model is used to explain and better visualize the construction process. However, creating a virtual construction model is currently time consuming and requires experienced personnel. The proposed simulation of the virtual assembly will increase the automation of virtual construction modeling by implementing the data available in a building information modeling (BIM) model. This paper presents various factors (i.e., formalization of construction sequence based on the level of development (LOD)) that needs to be addressed for the development of automated virtual assembly. Two case studies are presented to demonstrate these factors.

연구 동기 및 목표

• 불량한 조립 공정 이해로 인한 비효율적인 일정 편성과 높은 재작업 비용 문제를 해결하기 위해.
• 현재 수동이고 노동 집약적인 가상 공사 모델을 제작하는 데 소요되는 시간과 전문 지식을 줄이기 위해.
• BIM 모델의 데이터를 활용해 자동화된 가상 조립을 실현하기 위해.
• 수준 개발(LOD)을 기반으로 공사 순서를 체계화하여 데이터 일관성과 자동화 준비성을 확보하기 위해.
• 실제 사례 연구를 통해 자동화된 가상 조립의 가능성과 이점을 입증하기 위해.

제안 방법

• 공사 순서를 정의하기 위해 구성 요소의 성숙도와 세부 정보를 제공하는 수준 개발(LOD) 데이터가 풍부한 BIM 모델을 활용한다.
• 수동 입력을 줄이기 위해 BIM 데이터에서 자동으로 공사 순서를 생성하는 인공지능 기반 시뮬레이션을 구현한다.
• BIM에서 추출한 구성 요소 간 관계, 공간 제약 조건, 조립 의존성에 기반해 공사 논리를 체계화한다.
• 가능한 조립 순서를 검증하기 위해 공간적 및 시간적 제약 조건을 시뮬레이션 프레임워크에 통합한다.
• 시공 가능성 원칙과 구성 요소 간 상호의존성에 기반해 순서 논리를 우선순위화하기 위해 규칙 기반 알고리즘을 적용한다.
• 가상 조립 모델의 정확성과 효율성을 평가하기 위해 사전 제작된 건물 구성 요소를 포함한 두 개의 사례 연구를 통해 시뮬레이션 출력을 검증한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 다른 수준 개발(LOD) 단계의 BIM 데이터는 어떻게 체계화되어야 공사 순서 자동화를 지원할 수 있는가?
• RQ2 BIM 모델에서 가능하고 실행 가능한 공사 순서를 자동으로 생성하기 위해 어떤 시뮬레이션 기법을 사용할 수 있는가?
• RQ3 자동화된 가상 조립은 사전 제작 공사 프로젝트에서 일정 오류와 재작업을 어떻게 줄이는가?
• RQ4 BIM 데이터를 실행 가능한 공사 순서로 변환하는 데 있어 실질적인 과제는 무엇인가?
• RQ5 시뮬레이션 기반 BIM는 사전 제작 공사 구성 요소의 계획 및 조율을 얼마나 향상시킬 수 있는가?

주요 결과

• 제안된 방법은 BIM 데이터에서 순서 생성을 자동화함으로써 가상 공사 모델을 제작하는 데 소요되는 시간을 크게 감소시켰다.
• LOD 기반 순서 체계화는 높은 수준의 LOD 데이터가 순서 설정에 더 많은 실행 가능한 정보를 제공하므로 일관되고 신뢰할 수 있는 자동화를 가능하게 한다.
• 모든 사례 연구에서 시뮬레이션 프레임워크는 실현 가능한 조립 순서를 성공적으로 생성하여 실제 사전 제작 공사 환경에서의 실행 가능성을 입증했다.
• 자동화된 가상 조립은 공사 시작 이전에 공간적 및 시간적 충돌을 식별함으로써 재작업 위험을 감소시켰다.
• 인공지능과 BIM 데이터의 통합은 일정 편성 정확도를 향상시키고 설계자, 시공자, 시공업체 간의 조율을 개선했다.
• 사례 연구는 시뮬레이션 기반 순서 설정이 조립 공정에 대한 이해를 향상시켜 더 나은 프로젝트 계획 및 실행을 이끌 수 있음을 확인시켰다.