R&D최종보고서
| 과제고유번호 | 202020CTAP-C152000-02 | |||||
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| 연구사업명 | 국토교통기술촉진연구사업 | |||||
| 연구과제명 | BIM 설계환경 기반의 개방형 CFD 전처리 자동화 기술 개발 | |||||
| 총 연구기간 | 2019-04-15 ~ 2020-12-31 | |||||
| 연구책임자 | 최창호 | |||||
| 당해년도 참여 연구원수 |
5명 | 총 연구기간 참여 연구원수 |
8명 | |||
| 당해년도 연구비 |
정부 : 206,000,000 원 기업 : 68,670,000 원 계 : 274,670,000 원 |
총연구비 | 정부 : 370,000,000 원 기업 : 123,340,000 원 계 : 493,340,000 원 |
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| 연구기관명 | 광운대학교산학협력단 | |||||
| 등록 발간번호 | - | |||||
| ISBN | - | |||||
| 주요 내용 |
본 연구의 최종성과물은 BIM 모델의 형상·속성정보를 CFD 모델에 매칭하고, CFD 모델의 전처리 과정을 자동화하는 BIM 통합 개방형 CFD 전처리 자동화 모듈임. 이를 통해 CFD 모델의 전처리 과정을 자동화하여 인력 및 자원 투입의 효율화가 가능하여 최소한의 시간과 비용으로 최적 설계안을 도출 가능함. 이와 함께 BIM-CFD 데이터 연동 표준화 및 개방형 CFD 활용 고도화로 관련 국가 R&D 사업의 기초 참고 자료로 활용 가능함. 또한, 본 연구는 BIM 설계환경 기반의 개방형 CFD 전처리 자동화 기술을 세계 최초로 개발하며, 새로운 기술 시장 개척으로 건축 분야 시장의 활성화와 건축 R&D의 다양화를 이끌어 낼 수 있음. [최종목표] ○ 본 연구의 최종목표는 사용자 경험에 의존하여 설계되던 CFD 전처리 과정(경계 조건 설정, CFD 모델의 격자 설계)을 자동화하여 BIM-CFD 데이터 연동 표준화와 개방형 CFD 활용 고도화가 가능한 BIM 설계환경 기반의 개방형 CFD 전처리 자동화 기술 개발임. ○ 최종목표를 달성하기 위한 본 연구개발의 세부 목표는 다음과 같음. - BIM-CFD 기술의 형상 모델링 효율화를 위한 형상정보 판단 및 단순화 알고리즘 개발 - 개방형 CFD 모델의 효율화를 위한 분석 대상 건축물 맞춤형 최적 격자 자동생성 알고리즘 개발 - BIM과 CFD의 완전 연계를 위한 BIM 형상 및 속성정보 CFD 매칭 알고리즘 개발 - CFD 분석의 효율화를 위한 BIM 통합 개방형 CFD 전처리 자동화 모듈 개발 ○ 본 연구개발의 정량적 목표는 다음과 같음 - 건축물 CFD 분석을 위한 작업시간 기존 설계 방식 대비 70% 절감 - BIM 데이터 CFD 매칭 정확도 오차율 5% 이내 - 기존 상용 CFD 소프트웨어 분석 결과 대비 오차율 5% 이내 [연구내용 및 범위] ○ 형상정보 판단 및 단순화 알고리즘 개발 (핵심성과 1) - 세부성과 1-1) 불필요한 형상정보 판단 및 단순화 방법론 도출 · 건축 BIM 형상 특성 분석 · 기류나 온열 환경이 CFD 분석에 미치는 영향 분석을 통한 주요 유입 및 유출구 판단 · 주요 기류 경로 계산을 통한 불필요한 형상정보 정의 · 불필요한 형상정보 판단 알고리즘 개발 - 세부성과 1-2) 형상정보 단순화 알고리즘 구축 · 건축 BIM 내에서 불필요한 형상의 특성 도출 · 형상의 특성에 따른 단순화 방법론 문헌연구 · 건축 BIM의 불필요한 형상의 특성에 적합한 단순화 방법론 선정 · BIM 형상정보 단순화 알고리즘 개발 - 세부성과 1-3) 형상정보 단순화 알고리즘의 적합성 검증 · CFD 시뮬레이션을 통한 형상 단순화 알고리즘 적용에 따른 기류, 온열 환경 분석 결과 비교 · CFD 시뮬레이션 결과에 영향을 주지 않는 범위(오차 5% 내외)에서 형상을 단순화하도록 알고리즘 개선 ○ 건물 맞춤형 격자 최적화 및 자동생성 알고리즘 개발 (핵심성과 2) - 세부성과 2-1) 격자독립성 검정 기반의 최적 격자 크기 도출 기술 개발 · OpenFOAM의 격자 생성 스크립트 구조 파악 · BIM 통합 개방형 CFD 전처리 자동화 시스템에 적합한 격자 생성 스크립트 구조 구축 · 분석 대상에 적합한 격자독립성 검정 기준 수립 · 격자독립성 검정을 자동으로 수행하는 알고리즘 구축 · 격자독립성 검정 결과에 따른 최적 격자 크기 도출 - 세부성과 2-2) 격자 품질 기준 기반의 최적 격자 구축 방법론 개발 · 격자독립성 검정으로 도출한 최적 격자 크기를 기반으로 Hexahedral mesh 기반의 격자망 구축 방법론 개발 · 해석 대상 Zone 구분 및 Zone 별 격자 구성 방법론 개발 · Aspect ratio, Orthogonal quality 등 격자 품질 지표 선정 · 격자 품질 지표 비교를 통한 최적 방법론 도출 - 세부성과 2-3) 최적 격자 자동생성 모듈 구축 기술 개발 · 격자독립성 검정 알고리즘 및 최적 격자 구성 방법론 통합한 격자 자동생성 알고리즘 구축 · 최적 격자 자동생성 스크립트 구축 · 최적 격자 자동생성 알고리즘 정확도 검증 ○ BIM 형상 및 속성정보 CFD 매칭 알고리즘 개발 (핵심성과 3) - 세부성과 3-1) CFD 모델 입력 요구정보 정의 · OpenFOAM 기반 CFD 모델의 주요 기능 분석 · OpenFOAM 기반 CFD 모델의 주요 기능에 따른 입력 요구정보 파악 · 건축 BIM 포함 정보 분석 · CFD 입력 요구정보 중 BIM 모델에서 추출 및 적용 가능한 요구정보 정의 - 세부성과 3-2) BIM 형상·속성정보 추출 · 개방형 BIM(IFC) 정보 저장 구조 분석 · CFD 연계를 위한 BIM 형상정보 추출 방법론 정의 · 속성정보 추출을 위한 BIM 모델을 구성부 유형 정의 · BIM 모델 구성재료 및 물성치 추출 방법론 구축 · BIM 모델의 형상·속성정보를 추출하는 알고리즘 개발 - 세부성과 3-3) BIM 추출 데이터 CFD 매칭 알고리즘 구축 · 추출된 BIM 형상정보 데이터를 변환하여 CFD 모델 형상정보 데이터에 매칭 · BIM 모델 및 CFD 모델의 부위별 wall type 매칭 · 부위별 구성재료 및 물성치 데이터 변환 및 매칭 · 자동매칭 알고리즘의 매칭 정확도 평가 및 검증 ○ BIM 통합 개방형 CFD 전처리 자동화 모듈 개발 (핵심성과 4) - 세부성과 4-1) 개발 알고리즘 통합 · 주요 개발 알고리즘의 통합 · 알고리즘을 통해 결정되는 형상 설계, 격자 설계, 경계 조건 설정 외 요소에 대한 OpenFOAM 스크립트 구축 - 세부성과 4-2) BIM 통합 개방형 CFD 전처리 자동화 모듈 개발 · BIM 데이터를 기반으로 개방형 CFD 모델의 전처리 과정을 자동화하는 BIM 통합 개방형 CFD 전처리 자동화 모듈 구축 - 세부성과 4-3) BIM 통합 개방형 CFD 전처리 자동화 모듈 개발 정확도 검증 · CFD 상용소프트웨어를 이용하여 분석한 결과와 BIM 통합 개방형 CFD 전처리 자동화 모듈을 이용하여 분석한 결과의 비교 및 이를 반영한 모듈 개선 |
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| 색인어 | 한글 | 빌딩정보모델링 | 전산유체역학 | 전처리 | 자동화 | 개방형 |
| 영문 | Building Information Model | Computational Fluid Dynamics | Pre processing | Automation | Open Source | |
| 최종보고서 | 2. 최종보고서(보완본)_광운대학교_최창호.pdf | |||||