BIM 기반 연속보 철근 배치를 위한 다단계 NSGA-II 최적화

Abstract

BIM(Building Information Modeling)은 3D 모델링 기능을 확장하여 건설공사의 진행과정을 혁신할 수 있는 핵심기술로 자리잡고 있고, BIM 도구를 활용한 철근의 모델링은 설계단계에부터 복잡한 배근 기준과 시공의 용이성을 검토할 수 있는 수단을 제공할 수 있다. 본 논문은 구조설계도면에 확정된 이후 단계에서 BIM을 기반으로 철근콘크리트 부재의 철근 상세 모델을 자동으로 생성하는 연구의 일환으로서 철근의 간섭을 회피하면서 구조적인 안정성과 시공의 효율성을 확보할 수 있 는 최적 위치를 탐색할 수 있는 방안을 제시하였다. 이를 위해 부재 단면에서의 철근의 위치를 3D 그리드 방식 좌표로 탐색 하는 방안을 활용하였으며 보 부재와 같이 연속적으로 배치된 보 부재를 그룹화하여 순차적으로 최적화하는 방식을 제시하 였다. 기존의 다목적 최적화 방법론인 NSGA-II(Non-dominated Sorting Genetic Algorithm II)를 철근 배치 최적화 문제에 적용할 수 있도록 구조적 효율성, 시공의 균질성, 충돌 위험도를 반영할 수 있는 목적함수와 제약조건을 제시하였으며, 다양한 유전연산자를 도입하여 진화과정에서 최적해의 다양성을 활보할 수 있도록 하였다. 본 연구에서 제시한 알고리즘을 중 규모 건축물에 적용한 결과 기둥-보, 보-보 부재간 철근의 충돌을 회피하면서 구조적인 효율성 등을 달성할 수 있는 최적의 배근 위치를 탐색하는 것으로 나타났다. 향후 배치된 철근의 순간격 등을 검토하는 등 구조기준을 충족할 수 없는 부위 등의 문제를 자동으로 진단하고 해결방안을 제시하는 등 알고리즘을 확장할 수 있을 것으로 판단된다.