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SMK 기본정보

SMK 기본정보
기술명 인공지능 기반 액티브-패시브 융합 친환경 건축 설계 솔루션 'Eco-Buildit'
개발 배경 및 필요성 전세계적으로 친환경기술에 대한 관심이 높아짐에 따라 국내에서도 2017년부터 제로에너지건축물 인증제가 시행되었음. 2020년부터 공공부문 제로에너지건축물 인증제 의무화, 2025년부터 민간부문까지 인증제가 확대될 예정이지만, 현재 제로에너지건축설계 관련 기술은 전무한 상황임. 제로에너지건축설계관련 기술에서 액티브/패시브 기술이 융합된 인공지능을 활용한 제로에너지건축설계 솔루션 개발은 중요한 부분임.

○ 2017년 1월부터 “제로에너지 건축물 인증제”를 시행
○ 2025년부터 모든 신축 건축물은 제로에너지 인증제 의무화
○ 현실적으로, 현재의 공법 및 설계기술로 이를 구현하기에는 매우 어려움
- 신재생에너지, 즉 액티브 기술을 구현하기 위해서는 초기 투자 비용이 많이 소요됨
- 패시브 기술을 구현하기 위해서는 현재의 현장에서 직접 시공하는 방식으로는 시공의 질 저하와 하자 발생 등 에너지 부하 저감에 한계가 있음
○ 이에 본 BM은 최근 준공된 모듈러 주택에 액티브 및 패시브 기술을 접목시켜 향후 ZEB(Zero Energy Building) 모델 구현에 선험적이고, 선도적인 실증 기술을 구현하고자 함
○ 특히, 액티브 기술과 패시브 기술의 최적화된 융합을 위하여 인공지능 기술을 활용하여 제로에너지 주택 설계 모델 개발
기술 개요 초기 건축 계획설계 시 제로에너지 건축물인증 등급을 예측하여 친환경성을 극대화하기 위한 인공지능 기반 액티브-패시브 융합 친환경 건축설계 솔루션으로써 빅데이터 기반 일조, 일사, 바람길 분석, 최적 에너지 효율을 확보할 수 있는 설계안을 자동으로 도출함


기술 개요
1) 친환경 건물 요소기술 설계
- 모듈러주택 실증단지(천안 두정)에 대한 패시브 / 액티브 디자인 분석 및 친환경 디자인 요소 추출
- 시뮬레이션을 통한 검증 및 친환경 외피 디자인 설계
- 빅데이터 기반 일조, 대기흐름 시뮬레이터 프로토타입 개발
- 에너지 절약형 프리패브 외벽체에대한 인공지능 기반 시뮬레이터 개발
- 모듈 조합된 BIM 설계 시뮬레이터 개발
- 액티브 디자인적용 모듈러건축 프로토타입 설계

2) 인공지능 기반 친환경 모듈러 주택 시뮬레이터 개발 및 1차 검증
- 에너지 절약형 프리패브 외벽체에 대한 인공지능 기반 시뮬레이터 개선
- 인공지능 기반 친환경 모듈 조합 알고리즘 개발
- 친환경 시뮬레이터 테스트 및 천안두정 모듈러 주택단지에 적용
- 천안두정 실증 단지에 친환경 패시브/액티브 디자인 시뮬레이터 검증
- 친환경 모듈러주택을 위한 에너지 절약형 프리패브 외벽체 시스템 제작

3) 인공지능 기반 친환경 모듈러 주택단지 시뮬레이터 개발 및 제작
- 액티브-패시브 융합형 제로에너지건축을 위한 인공지능 배치 설계 솔루션 제작
- 패시브/액티브 디자인 적용된 친환경 모듈러 주택 및 단지 프로토타입 설계
- 중고층 모듈러 실증연구단(2020년 실증 사업 예정)과 협업 및 디자인
- 에너지 절약형 BIPV 외벽체 시스템 및 중고층 모듈러주택 실증단지 설계

기술의 특장점

기술의 특장점
기존 기술 대비 차별성 ？ 기존에 친환경 건축설계 시 일조, 일사, 바람길, 에너지 분석을 개별적으로 수행 할 수 있는 도구는 존재하였으나 이 모든 것을 통합적으로 시뮬레이션하고 자동 설계 할 수 있는 최초의 솔루션
？ 특히 제로에너지건축물인증을 위한 초기 친환경성 검토 솔루션으로써 에너지 자립률 계산을 위한 건물 입면 건물일체형태양광발전(BIPV) 설계 및 건물의 주동계획을 자동으로 생성하는 솔루션
기술 경쟁력 건축 규모별로 차이는 있으나 기존 수작업 시 약 10일 소요되었던 친환경 설계 및 분석 작업을 1일 이내에 자동으로 친환경 설계안을 추천받을 수 있는 솔루션


(3) 사업화 대상 기술의 우수성에 대한 상세 설명 및 근거
(가) 인공지능 건축설계 분야
① 건축 법규에 대한 자동 스크리닝
· 건물의 형태를 결정짓는 용도지역별 건축기준을 만족하는 설계안 도출
· 건폐율, 용적률, 정북일조, 인동거리, 대지안의 공지 등을 자동 추출하여 설계에 반영
② 건축 디자인에 해당하는 요소를 반영한 인공지능 설계
· 계획하고자 하는 건물 타입에 대한 직관적인 사용자 인터페이스
· 디자인에 해당하는 스카이라인, 통경축을 만족하는 설계안 도출

③ 지형공간정보 3차원 자동 모델링
· 계획한 사업영역의 지형 및 주변 건물정보 자동 3차원 모델링
· 정확한 스카이라인과 주변 지형 및 건물과의 형태적 연관성 파악에 용이
④ 쉽고 직관적인 사용성으로 빠르고 정확한 건축 계획설계 검토
· 기존 건축설계 시 사용되는 캐드와 3차원 모델링 도구의 반복적인 작업 최소화
· 기존 수작업으로 설계 시 5일 소요되는 시간을 인공지능 기술로 30분 안에 처리

(나) 친환경 건축설계 분야
① 일조, 일사, 바람길, 에너지를 고려한 건물의 형태 및 배치 계획
· 건물의 형태와 배치는 건축설계 초기 단계에서 결정
· 건축설계 단계가 높아질수록 형태 및 배치 디자인 변경이 어려워짐
· 초기단계부터 친환경적 요소를 고려한 건물의 형태와 배치 도출
② 건축 디자인의 친환경적 성능을 향상
· 친환경성 건물 모델링을 위해 겨울에 햇빛이 잘 도달하는 위치로 건물을 배치
· 겨울철 난방에너지요구량 최소화를 위한 친환경 채광창 계획
· 여름철 건물 내 통풍을 위한 친환경 바람길 계획
③ 자동화된 친환경 건축설계 기술로 디자인 도구의 직관성 강화
· 기존 친환경 분석 도구는 사전지식 및 복잡한 사용법으로 전문 엔지니어가 수행
· 본 과제의 결과물을 활용하면 간단한 조작만으로 초기 건물의 형태와 배치안을 도출
· 초기설계 단계부터 형태와 배치안에 대한 다양한 친환경성을 분석 수행 가능
· 다양한 친환경 설계안을 고려하여 설계자가 직접 계획안을 개선할 수 있는 환경 제공
· 직관적인 친환경 도구를 적용하여 건축물의 품질 및 설계 시간의 혁신적인 절감 예상
경제적 효과 - 경제적 측면
·건축설계의 단순 반복적인 작업을 자동화 기술로 개발하여 업무 생산성 향상
·자동화 설계 및 모듈러 공법을 통한 공기 단축, 그로 인한 비용 절감
·액티브/패시브 디자인이 적용된 친환경 건축설계로 국민들의 주거의 질 향상 뿐만 아니라 에너지절감과 같은 경제적 효과가 있을 것으로 기대

시장성

시장성
시장규모 및 성장성 (1) 인공지능 건축설계 시장
○ 세계 인공지능 시장규모는 2017년 약 1,650억 달러로 연평균 14%의 고성장 전망
○ 인공지능 관련 건축설계는 Aditazz, Katerra, Alice Technologies, Spacemaker 등의 기업이 소프트웨어를 통한 건축설계를 수행
○ 전세계적으로 스마트건설 기술에 대규모 투자가 진행되고 있으며, Katerra의 경우 1조 5000억원, Spacemaker의 경우 300억원의 투자금 확보
○ 국내에서 추진하고 있는 인공지능 기술응용 분야는 제조업 및 서비스업 분야에 집중되어 있어 건축분야의 인공지능 연구가 매우 뒤쳐진 상황

(2) 글로벌 친환경 건축설계 시장
○ 2015년 녹색건축 시장은 167조원 규모
○ 미국은 건축무의 에너지 효율화 관련 연방정부, 주정부, 지방정부 등 다양한 지원제도 실시, 10만 달러 이상의 보조금과 융자지원 정책이 전체의 40% 이상 차지
○ 독일 재건은행은 1%대 융자지원 사업으로 2.2조원의 재원을 갖고 가구당 최대 25%까지 그린 리모델링 공사비 지원
○ 영국, 일본도 친환경건축에 대한 국가적 재원을 이용하여 친환경 건축 지원정책 운영
응용분야(수요처) ？ 인공지능 건축설계 분야
: 건축사무소, 건설사, 공공기관, 시행사, 연구기관
？ 친환경 인공지능 건축설계 분야
: 건축사무소, 건설사, 공공기관, 엔지니어링사, 연구기관
？ 친환경 모듈러 시스템
: 건축사무소, 건설사, 공공기관, 개인, 법인

연구성과 정보

* 지재권현황
순번 발명의 명칭 출원번호 관리현황
1 면 분할 방식을 이용한 상세한 건축물의 일사량 계산 방법 1019525870000
2 건축물의 동 평면 생성 방법 1019677290000
3 최대 발전량을 가지는 BIPV 설계 시뮬레이션 방법 1020838800000
4 건축물의 설계 방법 1020973700000
5 주택세대별 조망점수 산정방법 1021163170000
6 건축물의 방향결정을 위한 최적 개방향 탐색장치 10-2020-0090685
7 건축물의 조망 평가장치 10-2020-0090686
8 다층형 조립식 유닛을 갖는 조립식 건축물용 클럽 샌드위치 방식의 조립방법 10-2020-0090687
9 모듈러 건축물의 조립방법 10-2020-0115921
10 건축물의 에너지 효율화 시스템 10-2020-0136617
11 딥러닝 기반 기류분석을 이용한 친환경 건축물 배치방법 10-2020-0186968

시공실적 및 시제품 현황
시공실적 및 시제품 현황 ？ 시험성적서
: 3차원 지형공간정보 기반 일조 시뮬레이션 속도 비교
: 건물 입면 일사 시뮬레이터 정확도 검증
: BIM 설계안 자동 생성

？ 제품판매실적
: 건설사, 건축사무소, 엔지니어링사 포함 다수 제품 사용
기술준비도(TRL) 기술개념확립  연구실환경검증  시제품제작  실제환경검증  신뢰성평가  상용품제작
R&D 수행이력 사업명 국토교통기술사업화지원
과제명 제로에너지 건축물 인증 등급 3단계 구현을 위한 인공지능 기반 액티브-패시브 융합 친환경 건축 설계 솔루션 개발
총연구기간 2020-01-01 ~ 2020-12-31
총연구비 3,080,934,000원

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