BIG DATA와 BIM을 응용한 건축문화재 변위진단 System 개발에 관한 연구

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Even if we may forget about our cultural assets, they always remain in the same place cherishing their memories about us. Therefore, in order to keep our memories alive for years to come, the Cultural Heritage Administration has continued to carry out the maintenance of our cultural assets, and it is also currently promoting a project that aims to effectively utilize them.
Architectural heritages are divided into stone and wood structures depending on the nature of applied materials, and building-shaped structures are, in general, made of wooden materials. Wooden buildings are constructed in such a way that the main type of material used is wood and their members are joined together in a traditional manner, rather than using nails to hold the pieces together. Therefore, as structural defects occur as a result of the deterioration that takes place over a long period of time, displacements and damages further arise.
For this issue, actual measurements and repairs of the cultural assets are being repeatedly carried out to maintain the wooden architectural heritages. Although it is a natural phenomenon for the deterioration to affect the structures, it is difficult to diagnose the exact cause to carry out repairs. There have been very few cases in the existing repair reports that have provided the root causes for the repairs so far. Therefore, this study aims to discover the current defects inherent in the wooden architectural heritages and trace back so as to identify their causes.
As the restoration of cultural assets also requires recording, the existing records published prior to the 2000s are scanned and uploaded as PDF files. Afterwards, due to the fact that such PDF files are separately submitted, the data was expected to have been more accessible. However, as the data is highly extensive, the National Archive of Korea has only been sharing such data in the order of precedence. In particular, an access to 2D drawing collections computerized as actual measurement data of cultural assets was limited, and focus has been placed only on the production of the previous data, resulting in somewhat insufficient establishment of a database. Beyond the establishment, the big data has emerged as a hot topic in the field of information and communications. In recent years, the big data has been highlighted for its importance across all fields such as the politics, society, economy, culture, and healthcare, thereby producing remarkable achievements through its utilization.
Therefore, the Cultural Heritage Administration has established a system that allows immediate responses by linking data produced by the Korea Meteorological Administration and the Korea Forest Service and continues to expand the number of installed CCTVs pursuant to its promotion of the 『establishment of an integrated system for the safety management』. However, this is a mere utilization of the direct big data, which forms only part of the disaster information released by the Korea Meteorological Administration and the Korea Forest Service. There is a limit to derive comprehensive results on the safety management of the cultural assets through a complex analysis of the cultural-asset environment. As such, the digital development has brought a transformation to the actual measurement of the cultural assets, and the introduction of 3D scanners and the creation of new data have been increasingly contained in the recent actual measurement and repair reports. Although the accuracy of the actual measurement has been improved, the reading of the records remains to be in a 2D format, making the 3D sound absurd.
The storage and management of such diverse data, as they are today, face additional challenges in terms of utilization. The data should be shared and utilized upon its creation, rather than being simply accumulated and accrued. The current data recording of wooden architectural heritages employs the method of documentation, displaying clear limitations that arise from the existing 2D. The actual measurement and preparing repair reports during the repairing process began because there had been no records of the cultural assets from the beginning. As is the case today, the upcoming issue concerns the omission of the clear data as to the history of the wooden architectural heritages. Accurate records of cultural assets serve as important evidence for the restoration of their original forms. Repairs should not be excluded from being recorded for simply being minor and each process of changes should also be recorded. The current system-based records only allows duplicate data to rise, generating limits to their integration into a single data. Therefore, in order to improve this issue, this study plans to apply the BIM system that has been widely applied to the modern architecture to the cultural assets.
Therefore, this study aims to establish a system module that diagnoses and predicts the displacement of wooden cultural heritages. The types of the displacements and damages have been classified to analyze their causes so as to diagnose the displacements of wooden cultural heritages by building the BIM system and inputting required information.

국문 초록 (Abstract)

우리는 문화재를 잊고 있더라도 문화재는 항상 그 자리에서 우리를 기억하고 있다. 그 기억이 오래 유지 될 수 있도록 문화재청은 문화재에 대한 유지관리를 지속적으로 시행하며 이를 활용하는 사업도 추진하고 있다.
건조물문화재는 재료의 특성에 따라 석조와 목조로 나뉘는데 일반적으로 건축물로써 형태를 갖고 있는 것은 목조로 구성되어 있다. 목조건축물은 주재료가 나무로써 못을 사용하지 않고 전통 방식 그대로 부재 간 결구하는 방식으로 축조된다. 이것은 오랜 시간이 흘러 노후화가 진행되고 구조적 결함으로 이어져 변위와 손상이 발생하고 있다.
목조건축문화재의 유지관리를 위해 문화재 실측 및 수리를 반복적으로 진행하고 있다. 건축물 노후화가 건축물에 영향을 주는 것은 당연한 문제지만 수리를 함에 있어서 정확한 원인을 진단하기 어려운 실정이다. 현존하는 수리보고서에는 수리에 대한 근본적인 원인을 작성한 사례는 극히 드물었다. 본 연구에서는 먼저 그 원인을 파악하기 위해서는 목조건축문화재에 대한 현재의 결함양상을 찾아내고 역으로 추적해 나가는 것이라 할 수 있겠다.
문화재의 복원에 있어서도 기록화를 필요로 하는데 현존하는 2000년대 이전에 발행된 기록화자료는 서적을 스캔하여 PDF로 업로드하게 된다. 그 이후에는 PDF를 별도로 제출하기 때문에 자료의 접근성이 높아졌을 거라 예상하였지만 국가기록원에서는 자료들이 방대하여 순차적으로 자료 공유가 진행되고 있는 것에 그쳤다. 특히 문화재 실측자료로 전산화된 2D 도면수집에 대한 접근성이 낮았으며 과거 DATA 생산에 주력하였을 뿐 DB(data base)구축에는 다소 미흡함을 보였다. DB구축을 넘어서 정보통신 분야에서는 BIG DATA가 화두로 등장하였다. 최근 BIG DATA는 정치, 사회, 경제, 문화, 의료와 같은 전 영역에 걸쳐 그 중요성이 부각되어 BIG DATA 활용으로 주목할 만한 성과를 끌어내고 있다.
이에 문화재청은『문화재 안전관리 통합시스템 구축』추진에 따라 기상청, 산림청 등의 데이터를 연계 활용하여 즉각 대응하는 시스템을 구축하고, CCTV 규모를 확대하고 있다. 그러나 이는 단순히 기상청과 산림청의 재난정보라는 한 부분의 직접적인 빅데이터만을 이용한 것이다. 문화재 환경에 관한 복합적인 분석을 통해 문화재 안전관리에 관한 종합적 결과를 도출하는 데에는 한계가 있다. 이와 같이 디지털의 발전은 문화재 실측에 변화를 주었는데 3D 스캐너가 도입되고 새로운 DATA가 생성되면서 최근에 발행하는 실측 및 수리보고서에 수록되었다. 실측의 정확성은 높아졌지만 3D라는 말이 무색할 만큼 기록의 열람은 2D 형태로 가공되어 있었다.
그렇다면 이러한 다양한 DATA의 보관 및 관리는 지금도 그렇듯이 활용적 측면에서 추가적인 문제로 당면하게 된다. DATA는 누적하여 쌓기만 하는 것이 아닌 생성과 동시에 공유하고 활용되어야 한다. 현재의 목조건축문화재 데이터 기록화는 문서화 방식으로 기존의 2D와는 한계성을 보이고 있다. 당초 문화재의 기록이 없었기 때문에 실측을 시작하였고 보수과정에서 수리보고서를 작성하였다. 현재도 그렇듯 앞으로 다가올 문제는 당해 목조건축문화재에 대한 변천사의 명확한 자료가 누락된다는 것이다. 문화재의 정확한 기록은 원형 회복에 있어서 중요한 근거 자료가 된다. 작은 수리라고 하여 기록에서 제외해서는 안 되며 그 변화 과정 또한 기록을 해야 한다. 현재의 시스템 방식의 기록은 중복 자료만 증가될 뿐 하나의 자료로 통합하는데 한계를 갖는다. 이를 보완하기 위해 현대 건축에서 적용되어 지고 있는 BIM시스템을 문화재에 적용해 보고자 한다.
따라서, 본 연구는 목조건축문화재의 변위를 진단하고 이를 예측하는 시스템 모듈을 구축하는 것이다. 변위·손상의 유형을 분류하여 그 요인을 해석하였고, BIM 시스템 구축 및 정보 입력을 통해 목조건축문화재의 변위를 진단하고자 한다.

목차 (Table of Contents)

• 제 1장 서 론 1
• 1.1 연구의 배경 및 목적 1
• 1.2 연구의 내용 7
• 1.3 연구의 방법 및 대상 9
• 1.4 용어의 정의 13
• 제 2장 이론적 고찰 15
• 2.1 선행연구 고찰 15
• 2.2 목조건축문화재의 유지관리 현황 23
• 2.2.1 목조건축문화재의 관리 현황 23
• 2.2.2 목조건축문화재의 점검 한계 29
• 2.3 목조건축문화재의 수리 현황 35
• 2.3.1 목조건축문화재의 수리 35
• 2.3.2 목조건축문화재 기록의 한계성 39
• 2.4 목조건축문화재(국보보물) 현황 41
• 제 3장 목조건축문화재 변위의 BIG DATA 체계구축 48
• 3.1 목조건축문화재의 BIG DATA 48
• 3.1.1 BIG DATA 체계 48
• 3.2 목조건축문화재의 변위 및 손상 현상 52
• 3.2.1 영역별 변위 및 손상 현상 현황 52
• 3.2.2 영역별 변위 및 손상 현상 유형 60
• 3.2.3 영역별 변위 및 손상 현상 요인 95
• 3.3 소결 107
• 제 4장 BIM을 응용한 변위진단 System 개발 110
• 4.1 목조건축문화재 변위 및 손상 현상 분석 110
• 4.1.1 하중 영향에 대한 변위 모형도 110
• 4.1.2 불균형 영향에 대한 변위 모형도 132
• 4.1.3 내구성 저하에 대한 변위 모형도 144
• 4.1.4 종합분석 148
• 4.2 변위진단 System 구축 150
• 4.2.1 변위진단 System 구축체계 150
• 4.2.2 변위진단 System 적용 및 검증 152
• 4.3 목조건축문화재 BIM System Modeler 160
• 4.3.1 목조건축문화재의 BIM 160
• 4.3.2 목조건축문화재의 BIM System 구축 162
• 제 5장 결론 172
• 참고문헌 176
• 부 록 190

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