| 2차년도 |
○ 주관연구기관(광운대학교 산학협력단) : 형상정보 판단 및 단순화 알고리즘 개발 (핵심성과 1) 1-1) 불필요한 형상정보 판단 및 단순화 방법론 도출 1-2) 형상정보 단순화 알고리즘 구축 1-3) 형상정보 단순화 알고리즘의 적합성 검증○ 공동연구기관((주)미래환경플랜건축사사무소) : 건물 맞춤형 격자 최적화 및 자동생성 알고리즘 개발 (핵심성과 2) 2-1) 격자독립성 검정 기반의 최적 격자 크기 도출 기술 개발 2-2) 격자 품질 기준 기반의 최적 격자 구축 방법론 개발 2-3) 최적 격자 자동생성 모듈 구축 기술 개발
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○ 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
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| 연구성과 |
기술적 기대성과 |
○ 기술적 측면- 본 연구 개발기술을 통해 기존에 많은 작업 시간이 요구되던 CFD 모델의 전처리 과정을 자동화하여 인력 및 자원 투입의 효율화 가능- CFD 모델 전처리 과정에서 사용자 경험 의존에 의해 발생하던 해석 오차를 본 개발성과물을 통해 상쇄하여 신뢰성 높은 시뮬레이션 결과의 제공이 가능함.- BIM 형상·속성정보를 매칭하여 CFD 전처리 과정을 자동화하는 기초원천 기술의 최초 확보로 BIM 기반 CFD 시뮬레이션 기술의 국산화 및 기술 선점이 가능함.- CFD 분석의 효율화로 실내공기질 평가, 기류 영향 평가, 연돌 평가, 온열 환경 평가, 화재 피난 분석 등 다양한 분야에서 업무 편리성과 효율성 확보가 가능함.- 자동화 기술을 통한 설계 변경에 대한 즉각적인 평가 가능- CFD 분석의 효율화 및 자동화로 다양한 환경에서의 공기 유동 분석 결과의 빅데이터 구축 가능 및 이를 활용한 새로운 신기술 개척 가능
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| 사회 경제적 파급효과 |
○ 사회적 측면- 본 연구의 BIM 통합 개방형 CFD 전처리 자동화 모듈을 통해 설계단계에서부터 실내공기질을 포함한 기류, 온열 환경 평가가 용이해지므로, 기존 대비 최소한의 시간과 비용으로 최적 설계안을 도출 가능함. 이를 통해, 거주자의 건강뿐만 아니라 쾌적한 실내 환경을 제공함으로써 국민 삶의 질 향상에 기여함.- 본 연구의 개발성과물을 통하여 BIM 모델이 존재하는 기존건축물의 공기역학 평가 과정이 간소화 되고 업무의 효율성이 증가됨. 이를 통해, 기존 대비 적은 시간과 비용으로 건축물 공기역학적 환경 개선사업을 수행할 수 있음.- BIM과 CFD 연계 기술의 개발을 통한 BIM 기반 지능형 설계 확산 기반 조성- 건축물의 공기역학적 분석의 자동화를 통한 새로운 건축 시스템 도입에 대한 실패 확률 감소○ 경제적·산업적 측면- 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.- 빅데이터 기반 건축물 공기환경 컨설팅 온/오프라인 서비스 시장 창출 가능.- 빅데이터 기반 건축물 맞춤형 컨설팅 인력 및 전문가 양성 가능.- 외산 소프트웨어 중심의 기존 CFD 분석 시장 재편 가능.
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| 활용방안 |
○ 실무 분야에서의 활용방안- 실내공기질, 온열환경, 기류 영향 등 건축물에 발생하는 공기역학적 문제점을 개발 기술을 이용하여 즉각적으로 파악하고, 다양한 시뮬레이션을 통한 최적의 해결방안 도출이 가능하므로 건축물 유지관리에 활용 가능함.- 기존건축물의 성능 개선을 위한 리모델링 사업 진행 시, 사업 종류에 따른 내외부 공기역학적 평가가 신속하고 정확하게 이루어지므로 기존건축물의 그린리모델링 의사결정 지표로 활용 가능함.- 개방형 BIM 포맷인 표준 IFC 코드를 BIM 입력 형식으로 지정하여 기존 건축물 설계 작업에서 사용되고 있는 다양한 BIM 소프트웨어들과 연계가 자유로우며, 이를 통해 기존 BIM 사용자가 설계단계에서 쉽게 개발기술을 활용할 수 있음.- 신축 건축물의 실내공기질 및 온열 환경 평가를 위한 분석 도구로 활용- 친환경 건축물 컨설팅 업무 및 친환경 인증 업무에 활용○ 정책 분야에서의 활용방안- 건축물의 공기역학적 평가의 활성화 도모 및 정부기관의 건축물 공기역학 관련 새로운 정책 제언의 기초 자료로 활용- BIM-CFD 데이터 연동 표준화로 BIM 확대 정책에 부합하는 R&D 정책 추진의 기초 자료로 활용○ 연구 분야에서의 활용방안- BIM을 활용하는 새로운 융합기술 개척에 기초 자료로 활용 및 협업을 통한 기술 고도화 도모- 개방형 CFD 활용 고도화로 개방형 CFD 시뮬레이션을 이용한 R&D 개발의 기초 자료로 활용- BIM 및 CFD를 활용하는 관련 연구기관과의 기술 교류를 통한 기술 향상- 형상 단순화 작업이 필요한 시뮬레이션 기술들의 단순화 알고리즘 개발에 기초 자료로 활용- 관련 국내외 학회 논문발표 등을 통한 기술 향상 도모 (논문 게재, 학술발표, 심포지움 등)- 가상현실·증강현실 기술과 결합하여 화재 피난, 리모델링 사업효과 체험 등 다양하게 활용이 가능한 3차원 공기역학 시뮬레이터 개발의 기초 기술로 활용
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