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        • 첨단 최적화 기술과 토목공학상의 응용

          김종우(Zong Woo Geem),김원배(Won Bae Geem),우효섭 대한토목학회 2007 대한토목학회지 Vol.55 No.2

          토목사업은 국가차원에서 막대한 재원이 투입되므로 보다 효율적인 설계를 통해 그 성능을 제고하고 국민의 세금을 절감하는 것이 설계자에 있어 중요한 덕목이라 볼 수 있다. 비용절감을 도모하는 최적화 설계는 전통적으로 수학의 미분을 이용하는 방법(예를 들어, 라그랑지 승수법이나 BFGS법)이나 방향을 선택하여 나열하는 방법(예를 들어, 분지한계법) 등 이 널리 사용되어 왔다. 하지만, 다변수를 가진 대규모 설계나 미분이 불가능한 이산변수를 가진 설계에서는 이러한 방법의 사용이 불가능하다. 해서, 근자에는 자연현상이나 행동현상을 모방한 진화연산(예를 들어, 유전알고리즘, 모의담금질, 혹은 개미군집 알고리즘)이 각광받기 시작했다. 본 연구에서는 음악가들의 즉흥연주에서 아이디어를 얻어 새로이 개발된 하모니써치 알고리즘을 소개하고, 토목공학의 다양한 분야에 적용예를 알아보며, 기존의 진화연산 알고리즘과도 연산능력을 비교하였다. 특히, 예제수준이 아닌, 대규모 토목시설의 설계문제에 적용하여 기존의 유전알고리즘보다 월등히 좋은 결과를 얻었는데, 그 이유를 설명하기 위해 미분도함수가 아닌 하모니써치가 가진 새로운 형태의 추계 도함수를 제시 하였다. 또한, 보다 수월히 최적화를 도모할 수 있도록 IT기술을 활용한 웹기반 최적화 연산툴을 만들었으며, 다른 연구자들이 보다 용이하게 하모니써치 알고리즘에 접근할 수 있게 하기 위하여 논문과 프로그래밍 예제를 제공하는 웹사이트도 구축하였다. Cost-savings in civil engineering projects can be one of the cardinal virtues for design engineers because the projects require enormous budget paid by tax payers. Optimization, which seeks efficient and economical design, has traditionally adopted mathematical differentiation (ex, Lagrangian multiplier, BFGS techniques, etc) or reduced enumeration (ex, branch and bound method). However, for a design with numerous variables or that with discrete variables (instead of continuous variables), the above-mentioned techniques have failed to search desirable solutions. Hence, researchers have turned their interests to evolutionary algorithms (ex, genetic algorithm, simulated annealing, and ant colony algorithm) that mimic natural or behavioral phenomenon. This study introduced another phenomenon-based algorithm (harmony search) which mimics the improvization process of musicians, then compared its performance with other algorithms in various civil engineering problems. Especially, when applied to large-scale real-world problem, the harmony search algorithm found much better results than those of genetic algorithm because it has a novel stochastic derivative which is different from traditional calculus-based one. In addition, a web-based optimal computing tool and informative website have been developed in order for other researchers to easily understand and utilize the harmony search algorithm.

        • 원전구조물의 내진설계 시 고정기초해석 판단기준에 대한 평가

          김재민(Kim Jae-Min),현창헌(Hyun Chang-Hun),김원희(Kim Won-Hee),정연석(Chung Yun-Suk) 대한토목학회 2006 대한토목학회 학술대회 Vol.2006 No.10

          이 연구에서는 원전구조물의 내진설계 시 지반-구조물 상호작용해석 여부를 판단하기 위한 기준에 대해 검토하였다. 검토결과를 요약하면 다음과 같다. 1. 예제 구조물에 대한 ASCE 4-98 기준을 적용한 결과, 일반적으로 암반으로 분류하는 전단파속도가 1,100㎧인 지반에 대해서도 고정기초해석에 의한 내진설계를 할 수 없다. 2. ASCE 4-98에 따른 고정기초해석이 가능한 지반을 추정한 결과, Hualien 지진시험구조물에서는 2,000㎧, 울진 3,4호기 원전 격납구조물에서는 1,735㎧ 이상으로서 현행 국내 기준인 1,100㎧보다 값으서 ASCE 4-98 기준은 현행 국내 기준보다 강화된 기준이라고 할 수 있다. 3. 예제 구조물에 대한 지진응답해석결과, ASCE 4-98의 SSI 해석여부에 대한 기준은 현행 실무와 비교하여 기초가 암반 상에 건설될 경우 보수적이지 않을 수 있으므로 재검토가 필요하며, 용범위에 대한 추가적인 연구가 필요하다.

        • KCI등재

          토목시설물 공사관리 시각화를 위한 4D시스템 적용방안

          강인석(Kang Leen Seok),지상복(Jee Sang Bok) 대한토목학회 2006 대한토목학회논문집 D Vol.26 No.1D

          수치적 공정정보들을 시각적 정보로 표현하는 기능은 4D시스템 활용목적 중의 하나로서 기본적 기능에 속한다. 기존의 4D시스템은 수직적으로 공정이 진행되는 건축물공사에 적합한 활용성을 갖고 있으나, 이러한 기본적 기능들이 도로나 철도 시설과 같이 수평적으로 공사가 진행되고 자연지형 조건하에서 작업이 진행되는 토목공사에 직접적으로 적용될 때는 제약점을 갖게 된다. 본 연구에서는 토목공사 시설물에 적용 가능한 4D시스템 개발을 위한 새로운 방법론들을 구성하며, 이러한 방법론에 근거하여 토공사, 터널공사 등의 수평적 시설물의 4D객체 구현이 기능한 4D시스템 개발을 시도하고 있다. 특히 연구에서는 자연지형 조건하에서 작업이 진행되는 성토, 절토작업 등의 토공 작업을 일정과 연동된 4D객체로 구현하기 위해 몰핑기법을 개발하여 적용하였다. 이러한 연구결과는 독자적 구성 방법론들로서 토목공사의 4D시스템 적용을 활성화하기 위한 도구로서 적용이 기대된다. One of the main functions of the 4D system includes visualizing numerical schedule data in construction. The existing 4D tools have an excellent function for simulating building projects that all activities are progressed according to vertical work zone. However, it is not easy to implement all of it in the civil engineering project because the construction activities of highway and railway projects are progressed on the horizontal work zone and the 4D simulation for those projects should include earthwork objects that depend on the natural ground condition. This study suggests a new methodology for improving those limitations of 4D system for the civil engineering project and develops a new system by the suggested methodology. To verify the developed system, this study attempts to simulate 4D object for horizontal elements such as earthwork, paving work and tunneling work. The morphing and multi-texturing techniques developed in the study can be new approaches to simulate 4D object for the earthwork such as cutting and banking whose activities are progressed on the natural ground condition. The research results can be expected as a draft function for improving the application of 4D system in civil engineering projects.

        • KCI등재

          토목공사 개념설계단계의 가상현실(VR) 기능 구축방안 연구

          강인석(Kang Leen Seok),문진석(Moon Jin Seok),권중희(Kwon Jung Hui) 대한토목학회 2007 대한토목학회논문집 D Vol.27 No.6D

          국내외 건설공사에서 시공 및 유지관리 단계의 가상건설(Virtual Reality, VR) 활용 방안에 관한 연구 및 시스템 개발은 다양하게 진행 중이나, 개념설계단계에서의 VR 활용성 분석과 적용성 검토에 관련한 연구는 미흡한 실정이다. 개념설계단계에서 VR을 활용할 경우 정량화된 건설 구조물의 형식 제안 및 대안설계에 대한 효율적인 관리가 가능해진다. 본 연구는 토목공사관리를 위해 3D모델을 활용한 VR시스템을 개념설계단계에 연계시키고 이에 따른 설계단계의 VR활용방안에 관한 연구를 수행한다. 이를 통하여 개념설계단계의 VR조감도의 필요기능을 도출하고, 주요기능이 연계된 기능구현 절차도를 IDEF모형으로 구축한다. IDEF모형은 VR조감도 기능 구성을 위한 주요 4개 모듈로 구성된다. 즉, 레이어 시뮬레이션(Layer Simulation), 공정 시뮬레이션(Master Schedule Simulation), 구조형식 검증(Structure Type/Scale Review), 2D단면 검증 (2D Simulation)의 4가지 모듈에 대한 구성방안을 제시한 후, 모듈별 시스템 구성 결과를 제시하고 있다. 이러한 VR조감도는 토목사업의 개념설계단계 시각화 도구로 활용함으로서 시각적인 토목 구조물의 구현, 다수대안의 도출, 실시설계 단계로의 연계 효율화 등의 구성효과를 얻을 수 있다. Many researches for virtual reality (VR) in the construction and maintenance phases are going on the construction industry. However, the applicability researches of VR in the concept design phase are insufficient for practical use. This study suggests a VR system that can be used in the pre-design phase for civil engineering project. For the study, 4 main modules and procedures for bird's eye view system based on VR were deduced by using IDEF model. The modules consist of layer simulation, master schedule simulation, structure type/scale review and 2D simulation. The suggested methodology and VR system can be used for visualizing design information and for managing structural types and numbers of alternative designs.

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