System integration framework through development of STEP-based information model for steel bridges = STEP 기반의 강교량 정보모델 개발을 통한 시스템 통합 프레임워크

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Development of information systems such as intelligent monitoring systems, decision making systems, and bridge management systems for supporting life-cycle processes of bridges has made considerable progress. However, since these information systems cannot encompass engineering information of structures, it is difficult to solve practical engineering problems related to bridge structures. This study presents a new strategy, which can guarantee the consistency of engineering information of steel bridges, for the prompt and accurate information service to support quick assessment of structural safety and usability of bridges in an integrated computing environment.This study developed the information model that electronically represent information on project plan, structural analysis and structural design of steel bridges. The information model is based on the STEP standard, which is an open standard, so it can be used as data structures for building a database. Since the information model includes integrated resources of STEP to represent 3D geometric shape and structural analysis information of steel bridges, the built database allows end-users to use the output data of existing systems. The model represents the structural design information of steel bridges into part and assembly information in accordance with product configuration defined by the manufacturing domain. This development method for defining product configuration gives flexibility to the model developers in representing structural design information of steel bridges. This integrated database based on the information model is expected to provide practical engineering information of steel bridge structures to information systems for operation and maintenance of facilities.This study presents the framework for integration of application programs such as the existing CAD/CAE/CAx programs used in practice by applying the STEP-based information model and information technologies. With the system integration framework composed of the information model, data repository, application program, and application programming interface, the physical data generated by each field of civil engineering can be used in practice. This study developed a prototype system according to the system integration framework so that end-users can manage information of steel bridges in an integrated computing environment. Especially, application programs of the prototype system can perform structural analysis and design of steel bridge on the commercial CAD program with an ACIS solid modeling kernel, providing 3D solid modeling capability. With this application program, end-users can collaborate by accessing a remote database via the internet and TCP/IP protocol.This study also presents the method to automatically generate a structural analysis model from structural design information. This method is performed by the full connection between structural analysis and structural design information by using the structured information models. The structural design information of a steel bridge should be updated during the lifetime of the bridge, as a result of maintenance works such as retrofitting, restoration, rehabilitation, etc. Whenever structural design information is changed, the structural analysis information should also be changed and maintained in preparation against emergent situations, e.g. earthquakes, floods, terrors, etc. The automatic generated model is useful not only for performing structural analysis in periodic evaluations of steel bridges, but also for quick assessment of bridges in emergent situations.By using these technologies, this study is expected to present a better computing environment for supporting work processes over the life-cycle of bridges.

국문 초록 (Abstract)

교량의 유지관리를 목적으로 지능형모니터링시스템, 의사결정시스템 및 교량유지관리시스템과 같이 다양한 정보시스템들에 대한 연구개발이 상당히 진전되어 오고 있다. 그러나 이러한 정보시스템들은 교량 구조물의 엔지니어링 정보를 다룰 수 없기 때문에 구조물과 관련된 실질적인 문제를 해결하기는 여전히 어렵다. 따라서 본 연구에서는 통합된 전산환경 하에서 교량의 사용성 및 구조물의 안전성 평가를 신속하게 지원하고 정확한 정보 서비스가 가능하도록 정보의 일관성을 보장할 수 있는 새로운 전략을 제시한다.통합된 전산환경 구축을 위한 핵심기술은 표준화된 정보를 기반으로 한 데이터베이스이다. 이에 본 연구에서는 강교량의 프로젝트 정보, 구조해석정보 및 구조설계정보를 전자적으로 표현하는 정보모델을 개발하였다. 정보모델은 개방형 표준인 STEP을 기반으로 개발되었으며 통합 데이터베이스를 구축하기 위한 데이터구조로 사용된다. 개발된 정보모델은 강교량의 구조해석정보와 3차원 기하형상정보를 표현하기 위해서 STEP의 통합자원을 포함하였기 때문에, 구축된 통합 데이터베이스는 사용자로 하여금 기존 시스템의 결과로 생성된 정보를 사용할 수 있도록 해준다. 강교량 정보모델은 제조산업에서 정의하는 제품의 구성체계에 입각하여 구조설계정보를 단품과 조립품으로 표현하였다. 제품의 구성체계에 따른 정보모델 개발 방법은 특히, 모델 개발자로 하여금 강교량의 구조설계정보를 유연하게 표현할 수 있도록 해준다. 이와 같은 정보모델에 기반한 통합 데이터베이스는 사회기반시설물의 운용 및 관리를 위한 정보시스템에 강교량 구조물의 실질적인 엔지니어링 정보를 제공할 것으로 기대된다.본 연구에서는 STEP을 기반으로 개발된 정보모델과 정보기술들을 이용하여 실무에서 사용되는 기존의 CAD/CAE/CAx 프로그램과 같은 응용프로그램들을 통합하기 위한 프레임워크를 제시하였다. 정보모델, 데이터저장소, 프로그래밍 인터페이스 및 응용프로그램으로 구성된 프레임워크는 토목 엔지니어링에서 발생하는 물리적 데이터를 실무에서 사용할 수 있는 환경을 구축해 준다. 본 연구에서는 사용자가 통합 전산환경에서 강교량 정보를 관리할 수 있도록 시스템 통합 프레임워크에 따른 프로토타입 시스템을 개발하였다. 특히, 프로토타입 시스템의 응용프로그램들은 3차원 솔리드모델링 기능을 제공하는 ACIS 커널을 장착한 AutoCAD 프로그램에서 구조해석과 구조설계를 수행한다. 이러한 응용프로그램을 이용하여, 사용자는 인터넷을 경유하여 원격지 통합 데이터베이스에 접근함으로써 강교량 정보를 사용할 수 있다.본 연구에서는 구조설계정보로부터 구조해석모델을 자동생성하기 위한 방법을 또한 제시한다. 강교량의 구조설계정보는 유지보수로 인해 교량의 생애주기 동안에 업데이트 되어야 한다. 구조설계정보가 변경될 때마다, 구조해석정보가 긴급한 상황에 대처할 수 있도록 또한 변경되어야 한다. 이러한 문제점에 대처하기 위해서, 자동생성된 구조해석정보는 강교량의 주기적 평가에서 구조해석을 수행하기 위해서 사용될 뿐 아니라, 긴급한 상황 시에 신속한 평가를 위해서도 사용될 수 있다.마지막으로, 본 연구는 다른 구조물이이나 다른 분야로부터 생성된 정보를 STEP과 같은 개방형 표준을 기반으로 한 시스템 통합 프레임워크에 적용한다. 이러한 기술들을 이용함으로써, 본 연구는 교량의 생애주기 동안에 업무프로세스를 지원하기 위한 향상된 전산환경을 제공할 것으로 기대된다.