green bim 을활용한 건물에너지...

Green BIM 을활용한건물에너지평가및설계

Dankook University Architectural Engineering

건물에너지평가및설계

Dankook University Architectural EngineeringHyeun Jun Moon, LEED AP

[email protected]

Dankook University Dankook University Architectural EngineeringArchitectural EngineeringBBuildinguilding SScience and cience and IInformation Lab.nformation Lab.

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ContentsContents

• BIM technologyBIM technology

• Green BIM 과 건축설계

• Green BIM 적용 설계 사례

• Green BIM 기술 동향Green BIM 기술 동향


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BIM t h l ?BIM technology ?


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BIM technology 개념BIM technology -개념

A BIM vs BIMA BIM vs BIM

• As a noun: Building Information Modelg- An instance of a populated data model of buildings that contains

multidisciplinary data specific to a particular building which they d ib bi ldescribe unambiguously

A b B ildi I f ti M d li• As a verb: Building Information Modeling- The act/process of creating a Building Information Model (BIM –a

noun)noun)From Presentation by Vladimir Bazjanac (2010):

→ BIM은 단순히 건물 정보를 포함하고 있는 3D 모델의 의미 뿐만 아니라, 건축물의 설계

데이터를 포함한 관련 모든 정보를 모델링 하여 건축물 설계부터 폐기단계 까지 활용하는 기술


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BIM 이 아닌 것은 ?BIM 이 아닌 것은 ?

• Models that contain 3D data only and no object attributesModels that contain 3D data only and no object attributes.

• Models with no support of behavior[i e models that do not utilize parametric intelligence][i.e. models that do not utilize parametric intelligence]

• Models that are composed of multiple 2D CAD reference files that must be combined to define the buildingmust be combined to define the building

• Models that allow changes … in one view that are not automatically reflected in other viewsreflected in other views

From BIM Handbook (Eastman et al. 2008):


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기존 vs BIM기존 vs BIM

Owner

ArchitectUser

Owner

ArchitectGroups

BIMArchitect

ContractorsSpecialty

Consultants

Engineers

ContractorsSpecialty

ConsultantsEngineers

기존 건축 Team 모델 BIM 기반 건축 Team 통합모델


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BIM 효과BIM 효과

BIM

ffec

t 변경 가능성

Eff

변경 비용

기존 건설 프로세스

BIM통합 건설 프로세스

기획 계획 기본 실시 발주 시공 운영


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BIM의 장점BIM의 장점

건물의 모든 요소를 3차원 표현 + 건물 정보의 호환 및 데이터 베이스 구성

건축분야별 협업 기능 향상, 상호 간섭체크 가능

복잡하고 잦은 설계변경의 신속한 반영

자료의 망실, 재입력 및 중복의 문제 해결

대상건물의 전 생명주기 동안의 모든 정보를 효과적으로 공유 가능


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BIM technology 기반기술BIM technology -기반기술

파라메트릭 모델링 기술파라메트릭 모델링 기술

• 객체를 형상 뿐 만 아니라 비형상적인 속성을 결정짓는 파라미터와 그객체를 형상 뿐 만 아니라 비형상적인 속성을 결정짓는 파라미터와파라미터간의 규칙을 이용하여 정의


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상호운용성(Interoperability)상호운용성(Interoperability)


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상호운용성(Interoperability)상호운용성(Interoperability)

• 다양한 분야에서 사용되는 전문프로그램들간의 데이터 호환이 필요다양한 분야에서 사용되는 전문 램들간의 데이터 환이 필

• 개념 설계에서 유지관리 단계까지 프로그램간의 데이터 호환을 위한통일된 프로토콜

• 각각의 BIM데이터 포맷에서 건물의 생애주기에 관한 모든 정보에대해 공유 필요

표준프로토콜

IFC gbXML


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• IFC (Industry Foundation Classes)IFC (Industry Foundation Classes)

- IAI(International Alliance for Interoperability)에 의해 개발된 표준정보모델

- 응용도구들 간의 데이터 호환을 위해 건물의 생애주기를 다루는 표준 데이터 셋

- IFC는 현재 BIM 데이터를 교환 및 공유하는데 있어 표준 데이터 포맷으로 적용

IFC 스키마 개요 IFC object 정의 예


키마 개 j 정의 예

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• gbXML (green building XML Schema)gbXML (green building XML Schema)

- GreenBuildingXML, 친환경 건물 확장 마크업 언어

- gbXML은 빌딩의 운용 및 유지관리, 그리고 리사이클을

위한 해결 기능과 빌딩 설계자들이 무엇을 원하는지에

포커스를 맞추어 개발포커스를 맞추어 개발

- 최초의 에너지 분석의 솔루션 공급 업체인

GeoPraxis사에 의해 개발

- 3D-CAD모델링 툴에 에너지 시뮬레이션 프로그램

(예:DOE-2나 EnergyPlus)을 결합하려는 목적으로 개발

- 2000년 첫 정식버전 발표, 현재 0.37버전까지 발표

gbXML Schema(0.37)


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BIM technology 설계도구BIM technology -설계도구

Revit (2011)Revit (2011)

• Revit에서는 도형요소(선, 원 등) 뿐만 아니라 건축요소가 가지고 있는 모든건축·구조·설비의 비도형 요소(벽, 바닥, 보, 지붕, 문, 창문 등) 까지 포함

비 형 요 는 패밀리 기능을 사용하여 구성 가능• 비도형 요소는 패밀리 기능을 사용하여 구성 가능

Revit은 파라메트릭 모델링 기법을 지원• Revit은 파라메트릭 모델링 기법을 지원( 예, 건물의 레벨을 수정하면 그 층의 벽의 높이도 수정 됨)

• Revit은 양방향 호환성을 지님( 예, 평면도, 입면도, 단면도의 한 뷰를 수정하면 다른 뷰들에 반영 됨)


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ArchiCADArchiCAD

• 건축/인테리어 전용 프로그램건축/인테리어 전용 램

• 기본 개념은 Virtual Building(건물을 구축하는 요소의 모든 것을 재현하는 3D 디지털 데이터베이스)로서 건축데이터를 빌딩 파일로 관리

Obj t 개념(객체 지향)의 라이브러리 사용으로 도면 수정/편집 간단• Object 개념(객체 지향)의 라이브러리 사용으로 도면 수정/편집 간단

BIM 데이터 포맷인 IFC 는 직접 호환 가능• BIM 데이터 포맷인 IFC 는 직접 호환 가능

•

• gbXML로 export 하기 위해서는 Add-Ons 필요• gbXML로 export 하기 위해서는 Add Ons 필요

(Encina)


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Digital ProjectDigital Project

• 항공, 자동차 산업에서 가장 광범위하게 사용되는 파라메트릭 모델링 도구항공, 자동차 산업에서 가장 광범위하게 사용되는 파라메 릭 델링 구CATIA를 건축과 시공에 맞도록 Gehry Technology에서 개발

매우 강력한 파라메트릭 모델링 능력• 매우 강력한 파라메트릭 모델링 능력

• 모든 종류의 곡면과 복잡한 구조의 사용자 정의 객체 생성 가능

• BIM 데이터 호환 포맷은 현재 IFC만 지원 가능


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Google SketchUpGoogle SketchUp

• 쉽고 간단한 3D 모델링 프로그램쉽 간단한 델링 램

• SketchUp Pro(유료)와 SketchUp(무료) 두 가지 버전

• Google Earth와 연동하여 사용 가능

• 3D 모델 공유 가능(3D Warehouse)

BIM 데이터 표준 포맷(IFC bXML)은 지원하지 않음• BIM 데이터 표준 포맷(IFC, gbXML)은 지원하지 않음

• 그러나, Plug-In을 통해서 에너지분석 프로그램 IES/VE 와 EnergyPlus와 연동 가능g gy


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G BIM t h l ?Green BIM technology ?


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Green BIM 지속가능건축물과 Green BIMGreen BIM –지속가능건축물과 Green BIM

친환경 건축물 에너지 평가친환경 건축물 에너지 평가

• 영국 18,000개 공공건축물 이산화탄소 배출 등급 A~G 분류영국 , 개 공공건축물 이산화탄 배출 등급 분류

• 1% 미만의 22개 건물만 A등급 판정

▶ 친환경 건축물로 각광 받던 일부 건축물들이 실제로는 에너지 과소비형

건물로 판명Dankook University Dankook University Architectural EngineeringArchitectural EngineeringBBuildinguilding SScience and cience and IInformation Lab.nformation Lab.

건물로 판명

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친환경 건축물 에너지 평가친환경 건축물 에너지 평가

• 용인 시청사, 성남 시청사 등 친환경건축물 우수등급, 지능형 건축물 1등급인용인 시청사, 성남 시청사 등 친환경건축물 우수등급, 지능형 건축물 등급인

건축물들이 실제로는 에너지 과소비 과다 청사로 판명

▶ 따라서, 국내에서 건축물 에너지효율 등급제 도입

( 모든 공공건축물 에너지 효율 1등급 의무화 )( 모든 공공건축물 에너지 효율 1등급 의무화 )

▶ 건물 에너지 평가 중요성 증대


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Green BIMGreen BIM

• BIM기반 설계지원 프로그램을 이용하여 만들어진 BIM 모델 (에너지 해석에기반 설계지원 램을 이용하여 만들어진 델 (에너지 해석에

필요한 정보들을 포함한 모델) 을 활용하여 건물의 환경성능분석을 실시함으로써

친환경, Green 건축물을 설계하는 기술을 의미


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Green BIM 시장Green BIM 시장

• Green BIM 시장 침투 예상 시점 :시 투 예 시

- 1Year 40.9 % / 1~3 Years 61%

• LEED Projects 와의 BIM 사용 예상 : j 와의 사용 예상

- High Increase 34.6 % / Very high Increase 11.5%

From MC Graw-Hill Construction, 2010


,

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• Current / Future Use of BIM to Simulate Energy Performance :

→ 에너지성능분석의 BIM 사용 프로젝트 증가 예상

From MC Graw-Hill Construction, 2010


,

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• BIM 기반 에너지 분석 결과→ BIM 에너지 분석 프로그램을 이용하여

냉방 및 조명에너지 감소 및 펌프와 난방에너지저감으로 19 6 % 에너지 절감 효과에너지저감으로 19. 6 % 에너지 절감 효과

From MC Graw-Hill Construction, o C G a Co st uct o ,Building Information Modeling, 2008


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Green BIM BIM기반설계및분석프로세스Green BIM – BIM 기반설계및분석프로세스

기존 vs BIM 기반 설계 분석 프로세스기존 vs BIM 기반 설계 분석 프로세스

기기존프로세세스

BI

M기반프로세스


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Green BIM BIM기반환경분석프로그램Green BIM – BIM기반환경분석프로그램

IES/VEIES/VE

• Integrated Environment Solution 사의 Virtual Environment의 약자로teg ated o e t So ut o 사의 tua o e t의 약자로환경성능분석 도구임

CUI(C U I f )와 IDM(I d D M d l)에 의해 통합된• CUI(Common User Interface)와 IDM(Integrated Data Model)에 의해 통합된응용프로그램들의 모음

• ApacheSim (열부하시뮬레이션), Radiance (조명시뮬레이션), SunCast (태양음영해석), ModelIT (3-D 기하하 모델)

• BIM 데이터 포맷인 gbXML import 가능


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EcotectEcotect

• 에너지 효율과 지속 가능한 디자인을 위한 건물 성능의 다양한 요소들의 분석을에너지 율과 지속 가능한 디자인을 위한 건물 성능의 다양한 들의 분석을통하여 건축가의 설계를 지원하는 프로그램

태양에 대한 노출 단열효과 조명 방음 차양 등 다양한 요소들의 분석 가능• 태양에 대한 노출, 단열효과, 조명, 방음, 차양 등 다양한 요소들의 분석 가능

• 설계 초기단계에서의 의사결정을 위한 프로그램

• BIM 데이터 포맷 gbXML과 IFC 모두 지원하지만불안정함불안정함


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GreenBuildingStudio(GBS)GreenBuildingStudio(GBS)

• Revit 등의 BIM based 설계 프로그램으로 작성된 모델의 에너지 분석을 위한Web기반의 분석 도구

• gbXML 파일을 이용하여 GBS에서 건물의 위치, 날씨, HVAC 시스템 등의 정보를입력 후 시뮬레이션을 실시, 결과를 얻을 수 있음

• 시뮬레이션 엔진은 DOE-2 사용

• 시뮬레이션 후 eQUEST, EnergyPlus 의 input 파일로 다운로드 가능시뮬레이션 후 Q , gy 의 p 파일 다운 가능

• 또한 Design Alternatives 의 기능이 있어 초기 설계 단계에 매우 유용


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EnergyPlusEnergyPlus

• 건물 & HVAC 통합 시뮬레이션 프로그램건물 통합 시뮬레이션 램

• BLAST 와 DOE-2 의 장점만을 모아 만듦

• 직접 BIM 모델을 불러오지 못함 (IFC, gbXML)

• 그러나, 다른 프로그램들을 통해서 데이터 호환 가능- IFC : IDFGenerator

bXML GBS E t t D i B ild- gbXML : GBS, Ecotect, DesignBuilder

• EnergyPlus는 시뮬레이션 엔진에 해당하며, 개발자가 인터페이스를 개발, 이용 할수 있도록 구성


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Green BIM gbXML기반건물에너지분석프로세스Green BIM – gbXML기반건물에너지분석프로세스

Revit – gbXML – GBS - eQUEST (동영상)Revit gbXML GBS eQUEST (동영상)


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G BIM 적용 설계 사례Green BIM 적용 설계 사례


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G BIM 기술 동향Green BIM 기술 동향


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BIM기술개발동향BIM 기술개발동향

BIM기반 건물에너지 분석용 설계지원 인터페이스 개발BIM기반 건물에너지 분석용 설계지원 인터페이스 개발(수행: 단국대학교, 지원: 교육과학기술부 지원)

• BIM기반 설계지원 프로그램들이 BIM 표준 프로토콜의 한계 극복(예, Revit Architecture의 경우 gbXML의 건물형상만 호환)

• 설계 프로그램과 에너지 분석 프로그램의 상호운영성능 향상 목표

→ BIM 기반 설계 지원 프로그램과 환경성능 분석 툴과의 상호호환성을 향상시키기위한 인터페이스 필요건물 에너지 성능 분석용으로 개발→ 건물 에너지 성능 분석용으로 개발

→ 현재 표준 데이터 포맷인 gbXML을 기반으로 Web기반의 인터페이스 개발


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gbXML기반의 에너지 성능분석 인터페이스 개발gbXML기반의 에너지 성능분석 인터페이스 개발( Energy Design Interface : EDI )

1. BIM2. gbXML export3 gbXML to IDF3. gbXML to IDF4. Auto Simulation


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gbXML기반의 에너지 성능분석 인터페이스 개발gbXML기반의 에너지 성능분석 인터페이스 개발- EnergyPlus 6.0 엔진 사용- 사용자는 분석 프로그램 없이 BIM 데이터(gbXML)를 웹에 업로드 함으로써

에너지분석 가능- 현재 연간 단위면적당 냉난방 부하 계산 가능

<step1 gbXML uploading> <step2 Data transformation><step1. gbXML uploading> <step2. Data transformation>


<step3. Simulation> <step4. Result view>

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초고층 건축물의 BIM기반 에너지성능 최적화초고층 건축물의 BIM기반 에너지성능 최적화(수행: 단국대학교, 지원: 초고층국책연구사업단 지원)

초고층 건물의증가추세

초고층 건물의 에너지과다 사용 및환경문제 대두

건설의 규모가 커지고복잡화에 따른 정보의 양

방대화증가추세

환경문제 대두 방대화

Energy 및 Cost 절감디자인 초기단계 분석→ 설계변경 문제 해결

지속가능 친환경 설계


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Genetic Algorithm을 통한 에너지 성능 최적화Genetic Algorithm을 통한 에너지 성능 최적화- 생물 진화를 모방한 기법으로 건물 최적화 문제를 해결하는 기법으로 활용

- 주어진 환경에 적합한 요소를 선택, 조합, 변화 시킴으로써 최적화된 형태 생성주어 에 적 택 화 시 써 최적화 형태

- 컴퓨터 시뮬레이션을 이용해 에너지 최소화를 위한 초고층 건물의 형태

디자인의 자동화 생성

Genetic Algorithm을 이용한 초고층 건축물의 최적화


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• Step1. Parametric Design ModelingStep1. Parametric Design Modeling

Rhinoceros Grasshopper이용XML포맷 파라메트릭 모델링 파일 제작

- Rhinoceros Grasshopper를 이용한 건물 디자인pp모델 생성 → XML포맷 파일 생성

- XML파일 구조 분석 후 에너지 분석 모델 생성을 위한파라미터 추출


파라미터 추출

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BIM기술개발동향BIM 기술개발동향• 비정형 초고층 건물의 에너지 성능 최적화 도출비정형 층 건물의 에너지 성능 최적화 출- 변수 파라미터 : Twisted Angle, Window/Wall Ratio, Azimuth

Twisted Angle Window/Wall Ratio Azimuthg(Degrees) (percentage) (Degrees)

Constant Parameters

04590

303540

04590

13540 90


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해외 기술 동향해외 기술 동향

• Lawrence Berkeley National Laboratory• Semi-Automatic Building Energy Performance(BEP)

Simulation• IFC → IDF → EnergyPlus Simulation• IFC → IDF → EnergyPlus Simulation


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Building Simulation ForumBuilding Simulation Forum

Building Simulation & BIM ForumBuilding Simulation & BIM Forum- http://cafe.naver.com/buildingsimulation


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SummarySummary

BIM technologyBIM technology

• -> BIM is not a magic wand!

Green BIM

> BIM helps make green/sustainable buildings-> BIM helps make green/sustainable buildings

Green BIM Application

-> Green BIM becomes popular in Practice

G BIM h Green BIM research

-> Integrated Design & Analysis will be the next major g g y jresearch issue in Building Simulation


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fThank you for your attention!your attention!

Any Questions?Any Questions?

[email protected]

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