Indoor Environmental Quality Assessment through the Location-based Survey Platform

Abstract

실내환경성능(Indoor Environmental Quality, 이하 IEQ)은 재실자의 건강, 생산성과 연결되는 중요한 요소이다. 거주 후 평가(Post-Occupancy Evaluation, 이하 POE)는 다양한 IEQ 인자들과 재실자 만족도를 향상시키기 위해 체계적으로 사용되어 왔다. 재실자는 건물성능을 말해주는 중요한 요소로 신속하고 비용-효율적으로 재실자 반응과 정보를 알기 위해 일반적으로 POE는 설문조사로 진행해왔다. 하지만, 기존 종이 설문조사는 일회성으로 많은 시간과 비용, 인력이 소요됨에 따라 미국, 영국 연구기관 등에서는 20여 년 전부터 재실자 만족도 조사를 위해 웹 기반 시스템을 구축하였다. 이렇게 축적된 IEQ 데이터 간 비교를 통해 건물의 성능을 파악하는 벤치마크(Benchmark) 기법을 도입하여 건물 소유자와 운영자가 건물 개선에 대한 의사결정에 유용하게 사용되고 있다. 하지만. 국내에서는 일회성, 파편적, 산발적으로 IEQ 데이터가 수집되고 있어 데이터를 축적할 수 없었다. 또한, 디지털 전환 시대에 있어 위치기반서비스(Location-based Service)는 다양한 분야에서 사용되고 있다. 이에 건축환경 분야에서도 공간 기반으로 설문하여 기존에는 파악하지 못했던 재실자 지점의 세부적인 문제점까지 파악하고 입체적인 분석을 할 수 있게 되어 새로운 접근방법을 도입할 필요가 있다. 이에 본 연구에서는 전국적으로 IEQ 재실자 만족도 데이터를 수집하기 위해 저비용-광역적-동시다발적으로 데이터 접근 가능성을 고려한 실내환경성능 평가 플랫폼을 개발하여 실내환경평가에 대한 새로운 접근방식을 제안하고자 한다. 특히, 위치기반 설문(Location-based Survey)을 반영하여 좌표 데이터를 수집하고 IEQ 평가를 공간에 시각화하는 방안을 체계적으로 마련하고자 한다. Chapter 2는 IEQ 평가에 필요한 건물 속성정보를 공공데이터에서 탐색하고 정제 및 연계를 위한 분석과 알고리즘 개발을 다룬다. 첫 번째 알고리즘은 건물 속성정보 연계의 기준이 되는 건축물 주소의 오류를 자동으로 수정한다. 두 번째 알고리즘은 건물 속성정보를 가진 공공데이터 간 상이한 데이터의 형식과 관리체계에서 발생한 문제점을 해결하기 위한 데이터 간 자동 연계 알고리즘 개발이다. 최종적으로 두 알고리즘을 통해 기존 70%의 데이터 간 연계율을 97.7%까지 향상됨을 확인하였다. 본 알고리즘을 통해 IEQ 평가에 활용할 수 있는 건물정보들을 자동으로 신속하게 연결할 수 있게 되었다. Chapter 3은 크게 두 가지로 구성된다. 첫째, 기존 IEQ 설문 문항 문헌 고찰을 통해 위치기반 설문 플랫폼 특성에 맞는 간소화된 IEQ 설문 문항을 설계하였다. 기존 UC Berkeley Center for the Built Environment(CBE) 설문을 바탕으로 레이아웃, 온열 쾌적성, 공기 질, 빛, 음 환경 만족도를 포함한 5가지 핵심 카테고리와 기존 항목들을 재설계하였다. 둘째, 미국의 CBE, 영국의 BUS, 호주의 BOSSA 같은 기존의 재실자 설문조사 시스템 분석과 GIS와 BIM 같은 최근 공간정보를 적용한 시스템 분석을 통해 저비용-광역적-동시다발적으로 데이터 접근 가능성을 가진 위치기반 설문 플랫폼 개발 방향을 6가지로 제안하였다. Chapter 4에서는 Chapter 2의 건물 속성정보와 Chapter 3의 IEQ 재실자 만족도 정보를 공간정보와 연계하는 프로세스와 방법을 제안한다. 또한, 위치기반 설문을 통해 수행된 IEQ 평가 결과를 3D 공간시각화 할 수 있는 플랫폼 설계와 방법에 관해 서술한다. 본 플랫폼은 공공데이터와 오픈소스를 활용함으로써 기존 설문지 수행 대비 저비용이며, 광역적으로 GIS를 활용한 위치기반 설문이 가능하며, 플랫폼을 통해 실시간으로 데이터를 수집할 수 있는 동시다발적인 접근성을 특징으로 한다. 결과적으로 플랫폼을 통해 IEQ 데이터를 축적할 수 있는 기반을 만들고 IEQ 평가 결과를 공간적, 직관적으로 진단할 수 있는 기반을 마련하였다. Chapter 5는 본 플랫폼을 적용한 사례연구를 통해 위치기반 설문 플랫폼의 필요성을 검증하고자 한다. 건물개선사업인 그린리모델링을 진행한 건물을 대상으로 그린리모델링 사업 전과 후, 그린리모델링을 수행한 층과 하지 않은 층 간의 IEQ 평가가 물리량 측정과 설문조사 만족도 사이에 어떠한 차이가 있는지 알아보고자 한다. 이를 위해 그린리모델링 사업 전과 후마다 물리적 센서 측정과 재실자 만족도 조사를 통해 동일 건물 내 수행하였다. 그 결과 IEQ 평가 시 물리량 측정만으로는 그린리모델링 개선사업의 효과를 판단하기 어려웠던 반면, 설문조사 결과로는 사업 효과를 명백히 알 수 있어 설문 플랫폼의 효용성과 중요성이 판단됨을 사례조사를 통해 검증하였다. 또한, 이에 대한 위치기반 데이터 수집으로 인해 기존에는 볼 수 없었던 결과 시각화를 통해 직관적으로 사업 효과를 판단할 수 있게 하였다. 본 연구는 기존 연구들과 달리 다음과 같은 새로운 차별성 및 기여도를 가진다. 첫째, 국내에 일회성, 산발적으로 진행되었던 IEQ 데이터를 축적하기 위해 저비용-광역적-동시다발적으로 접근 가능한 위치기반 설문 데이터 체계 기반을 설계하였다. 둘째, 공공데이터의 건물 속성정보와 공간정보를 자동 정제 및 연계할 수 있는 알고리즘을 개발하여 IEQ 평가 시 필요한 관련 데이터 다양성을 확보하였다. 셋째, GIS 지도 기반 실내 3D 시각화 기능을 연계함으로써 IEQ 결과 분포를 입체적이고 직관적으로 파악할 수 있는 공간분석의 기반을 마련하였다. 넷째, 위치기반 설문 플랫폼의 특성을 반영한 간소화된 IEQ 재실자 만족도 설문조사 항목을 개발하였다. 다섯째, 플랫폼을 적용한 사례연구를 수행하여 IEQ 재실자 만족도 설문 플랫폼의 효용성과 중요성을 검증하였다. 향후 연구에서는 본 플랫폼을 활용하여 공간정보를 활용한 실내환경평가 방법을 개발하고 데이터 수를 늘려서 다양한 분석을 진행하고자 한다. 아울러, 향후 건물 속성정보-공간정보-에너지 정보-실내 환경정보를 연계하여 에너지사용량을 저감하면서 IEQ를 향상할 수 있는 방법론 개발 연구로 이어지길 기대한다.|Indoor Environmental Quality (IEQ) is an important factor that is linked to the health and productivity of occupants. Post-Occupancy Evaluation (POE) has been systematically used to improve various IEQ factors and occupant satisfaction. Occupants are an important factor that tells building performance, and surveys have generally been conducted to quickly and cost-effectively obtain occupant reactions and information. However, existing paper surveys are one-offs and require a large number of time, money, and manpower, so the research institutes of the United States and the United Kingdom have built web-based survey systems for occupant satisfaction for about 20 years. Building owners and operators can now make decisions regarding building improvements due to the implementation of a benchmark methodology that evaluates a building's performance by comparing the accumulated IEQ data. However, still, in Korea, IEQ data were collected one-off, fragmented, and sporadically, so data could not be accumulated. Therefore, in this study, in order to collect IEQ occupant satisfaction data nationwide, we develop an IEQ assessment platform that considers data accessibility at low cost, wide area, and simultaneously. In particular, we collect data spatially with the location-based survey and visualize the IEQ evaluation in indoor space. Since IEQ assessment is based on building information and IEQ questionnaire, we propose a location-based occupant survey collection system that links building information, spatial information, and IEQ questionnaire using low-cost open data and open sources. In this study, in terms of low-cost development, physical IEQ measurement information collection was excluded. Chapter 2 explores building information necessary for IEQ evaluation in open data, and introduces the algorithm development for refinement and linkage of open data. The first algorithm automatically corrects errors in the address of a building, which is the standard for linking building information. The second algorithm is the development of an automatic linkage algorithm among data to solve the problems arising from the different data formats and management systems among open data related to building information. Finally, it was confirmed that the 70% linkage rate between the original data was improved to 97.7% through the development of two algorithms. Through this algorithm, it is possible to automatically and quickly connect building information that can be used for IEQ evaluation. Chapter 3 consists of two main parts. First, simplified IEQ questionnaires suitable for the location-based survey platform were designed through a literature review and existing IEQ questionnaires. Based on the UC Berkeley Center for the Built Environment (CBE) questionnaires, five key categories including layout, thermal comfort, air quality, lighting, and acoustic environment satisfaction, and other questions were redesigned via expert interviews. Second, we analyzed the existing occupant survey systems such as the CBE in the US, the Building Evaluation Survey Use Studies(BUS) in the UK, and the Building Occupants Survey System Australia(BOSSA) in Australia, as well as systems applying recent spatial information such as Geographic Information System(GIS) and Building information modeling(BIM). As a result, six directions for developing a location-based survey platform with low-cost, wide-area, and simultaneous data accessibility were proposed. In Chapter 4, the building information from Chapter 2 and the IEQ occupant satisfaction survey from Chapter 3 are linked with spatial information. This chapter describes the platform design and method for three-dimensional (3D) spatial visualization of the IEQ assessment results performed through the location-based questionnaire. By utilizing open data and open sources, the platform is low-cost compared to conducting existing paper surveys. Additionally, a location-based survey using GIS enables a wide area and is characterized by simultaneous accessibility to collect data in real-time. As a result, we created a location-based survey structure to accumulate IEQ data through the platform and to assess IEQ results in a 3D and intuitive way. Chapter 5 aims to verify the necessity of a location-based survey platform through a case study. This case study aims to find out what difference there is between physical IEQ measurement and occupant satisfaction with IEQ between floors that have undergone green remodeling and those that have not, before and after the green remodeling project. It was conducted in the same building through physical IEQ measurements and occupant satisfaction surveys before and after the green remodeling project respectively. As a result, it was difficult to judge the effect of the green remodeling improvement project only by physical IEQ measurements, while the green remodeling effect was clearly evident from the results of the survey. Through a case study, it was verified that the effectiveness and importance of the survey platform were essential for IEQ assessment. In addition, due to location-based data collection, it was possible to intuitively judge the differences in IEQ assessment through visualization of results that could not be seen before. Unlike previous studies, this study has the following novelties and contributions. First, a low-cost, wide-area, and simultaneously accessible location-based survey platform was designed to accumulate IEQ data, which had been conducted one-off and sporadically in Korea. Second, by developing algorithms that can automatically refine and link building information and spatial information of open data, the diverse building-related data necessary for IEQ assessment would be secured. Third, by linking the indoor 3D visualization function based on the GIS map, an indoor spatial analysis was prepared to grasp the distribution of IEQ results in a three-dimensional and intuitive way. Fourth, simplified IEQ survey items reflecting the characteristics of the location-based survey platform were developed. Fifth, a case study using the platform was conducted to verify the effectiveness and importance of the occupant satisfaction survey platform for IEQ assessment. In future research, we plan to develop IEQ methods using indoor spatial information and to conduct various analyzes by increasing the number of IEQ data. In addition, it is expected that it will lead to research on developing a methodology that can improve IEQ while reducing energy consumption by linking building information, spatial information, energy information, and IEQ data.