A Study on the Development Direction of earthwork BIM Software for Creating Target Models for Automatic Equipment

Abstract

Earthwork BIM is drawing attention to its utilization in construction planning, design, and process management, and is the most important source of smart technology in earthwork automation. Automation systems such as machine guidance or machine control must have a planning model. Planning models are divided into target models containing construction information for the equipment to work on, and path models, which show the area and path for the equipment to work on. Earthwork BIM software technology must be used to create these models. Meanwhile, BIM technology is receiving attention for smart construction technology and earthwork BIM software is also developing to create target models and path models. However, most of the major users of commercial earthwork BIM software, such as Autodesk's Civil 3D and Bentley's OpenRoads, are designers, while most of the users who want to build the planning model are contractors, contractors, or construction equipment operators. In addition to simple design and 3D modeling capabilities, designers use a wide range of features to create design documents, which complicates the software's interface and feature utilization sequence, but the user who wants to create the planning model is non-professional like designers and thus has difficulty using the high-level BIM software used by designers. In addition, earthwork BIM software requires hardware with expensive, high-level specifications as the functionality performs well. These complex uses of earthwork BIM software and high-performance hardware hinder the activation of construction automation equipment such as MG and MC systems. Therefore, in order to increase the utilization of construction automation equipment and reach the automation stage for earthwork, non-experts need earthwork BIM software for creating planning model easily and conveniently In this study, it would like to present a direction for developing earthwork BIM software that allows non-experts such as managers and construction equipment operators to easily produce target models and path models for automation equipment. First, this paper analyzes the following three points to define the requirements for software development and propose a system architecture. First, it analyze the feature, entities and data format of the planning model of commercialization automation equipment to extract commonalities. Second, it analyzed the interface and system structure of existing earthwork BIM software and found the core features for creating planning models. Third, it analyze the features and system structure of cloud-based BIM software to find driving conditions on low-specification hardware. Through analysis, it would like to present functional requirements definitions and propose a concept model of earthwork BIM software that can be easily used by automation equipment managers and pilots.|토공 BIM은 건설 사업에 있어 건설 계획, 설계, 시공, 공정 관리 등에 있어서 그 활용성을 주목받고 있으며, 특히 토공 자동화에 있어서 가장 핵심이 되는 원천 기술이다. 머신가이던스 혹은 머신컨트롤과 같은 자동화 시스템은 반드시 계획모델이 필요하다. 계획모델은 장비가 작업해야할 시공 정보를 포함하고 있는 3차원 도면인 타겟모델과 장비가 작업해야할 구역과 경로를 알려주는 모델인 경로모델로 구분되며 이 모델들을 작성하기 위해서는 토공 BIM 소프트웨어 기술을 이용해야 한다. 한편, 국내외에서 스마트 건설기술을 위해 BIM 기술이 관심을 받으며 타겟모델과 경로모델을 작성하기 위한 토공 BIM 소프트웨어 역시 발전하고 있다. 그러나 오토데스크 사의 Civil 3D, 벤틀리 사의 OpenRoads 등 대표적인 상용화 토공 BIM 소프트웨어의 주요 사용자는 설계자인 반면, 실제로 계획모델을 제작하고자 하는 사용자는 발주자, 시공사 혹은 건설장비 조종자가 대부분이다. 설계자는 단순 설계 및 3차원 모델링 기능 이외에도 설계도서를 작성하기 위해 폭넓은 기능을 사용하기 때문에 소프트웨어의 인터페이스와 기능 활용 순서가 복잡하지만, 계획모델을 작성하고자 하는 사용자는 비전문가이기 때문에 설계자가 사용하는 높은 수준의 BIM 소프트웨어를 사용하기에 어려움을 겪는다. 또한, 토공 BIM 소프트웨어는 기능의 성능이 우수한 만큼 고가의 높은 수준의 사양을 가진 하드웨어를 필요로 한다. 이처럼 토공 BIM 소프트웨어의 복잡한 사용법과 고성능 하드웨어는 건설 자동화 장비의 활성화를 저해하는 요인이 된다. 따라서 건설 자동화 장비의 활용성을 높이고 토공사 자동화 단계에 이르기 위해서는 비전문가가 손쉽게 계획모델을 작성할 수 있고 사용성이 우수한 계획모델 작성용 토공 BIM 소프트웨어가 필요하다. 본 연구에서는 관리자, 건설장비 조종자와 같은 비전문가가 쉽게 자동화 장비를 위한 타겟모델과 경로모델을 제작할 수 있는 토공 BIM 소프트웨어를 개발방향을 제시하고자 한다. 먼저 소프트웨어 개발을 위한 요구사항을 정의하고 시스템 아키텍처를 제안하기 위해 다음 3가지 사항을 분석하였다. 첫째, 상용화 자동화 장비의 계획모델의 형상 및 데이터 포맷을 분석하여 공통사항을 추출하였다. 둘째, 기존 토공 BIM 소프트웨어의 인터페이스와 시스템 구조를 분석하였으며, 계획모델을 작성하기 위한 핵심적인 기능을 찾아냈다. 셋째, 클라우드 기반의 BIM 소프트웨어의 기능 및 시스템 구조를 분석하여 저사양 하드웨어에서 구동 가능한 조건을 찾아내었다. 분석을 통해 기능 요구사항 정의서를 제시하고, 자동화 장비 관리자 및 조종자가 쉽게 사용할 수 있는 타겟모델 제작 가능한 토공 BIM 소프트웨어 모델을 제안하고자 한다.