심창수 연구실
중앙대학교 사회기반시스템공학부
심창수 교수
Bridge Information Modeling
Digital Twin
프리캐스트 교량
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심창수 연구실
중앙대학교 사회기반시스템공학부 심창수 교수
심창수 연구실은 합성구조 교량에서 연결부 성능과 손상·유지관리 이력을 데이터 기반으로 모델링하는 연구를 수행합니다. Bridge information modeling과 BrIM을 활용해 기존 교량 정보를 체계화하고, 디지털 트윈으로 성능 저하와 유지관리 의사결정을 예측 모델로 연결합니다. 또한 DfMA 원칙과 parametric BIM을 연계해 프리캐스트·모듈러 상부구조의 조립성 검증과 제작 편차 반영을 수행하며, construction digital twin을 통해 크레인 리프팅 계획을 최적화합니다. 더불어 3D-printed 콘크리트 영구거푸집의 실험 데이터 기반 품질관리 프레임워크를 개발하고 적용합니다.
Bridge Information ModelingDigital Twin프리캐스트 교량DfMAParametric BIM
대표 연구 분야
연구 영역 전체보기
교량 디지털 트윈 기반 유지관리 및 성능예측
Bridge Digital Twin–Driven Maintenance and Performance Prediction
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교량 디지털 트윈 기반 유지관리 및 성능예측
Bridge Digital Twin–Driven Maintenance and Performance Prediction
연구 분야 상세보기
스터드 전단연결부의 신뢰도 기반 피로수명 예측과 디지털 트윈
Reliability-Based Fatigue Life and Digital Twin Modeling of Stud Shear Connections
연구 분야 상세보기
프리캐스트·모듈러 교량 상부구조의 DfMA·BIM 연계 시공오차 저감 및 품질관리
DfMA–BIM Integrated Assembly Error Mitigation and Quality Control for Precast/Modular Bridge Decks
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연구 성과 추이
표시된 성과는 수집된 데이터 기준으로 산출되며, 일부 차이가 있을 수 있습니다.
주요 논문
5
논문 전체보기
1
Article
|
인용수 3
·
2025Digital Twin Framework for Bridge Slab Deterioration: From 2D Inspection Data to Predictive 3D Maintenance Modeling
Hyunhye Song, Ki‐Yeol Kim, Jihun Shin, Gitae Roh, Chang-Su Shim
IF 3.4 (2025)
Buildings
교량 슬래브는 차량 하중을 직접 지지하는 핵심 구조 구성요소로서 일반적으로 교량 구성요소 중 서비스 수명이 가장 짧기 때문에 유지관리 필요성과 비용이 증가한다. 많은 국가에서 손상 및 보수 이력은 4십 년 이상에 걸쳐 체계적으로 기록되어 왔다. 본 연구에서는 장기 점검 데이터의 통합을 통해 교량 슬래브의 향후 성능을 예측하기 위한 디지털 트윈 프레임워크를 제안하였다. 역사적 2D 손상 도면은 YOLOv7 딥러닝 모델을 사용하여 디지털화함으로써 손상 위치의 공간 좌표를 추출하였다. 이 데이터를 바탕으로 서비스 수명 예측을 지원하기 위해 여덟 가지 대표적인 손상 상태를 정의하였다. 손상 및 보수 이력은 고유한 코딩 체계를 통해 3D 교량 모델에 내장하여 시간적 및 공간적 추적이 가능하도록 하였다. 철근의 부식은 육안 점검으로 직접 관찰할 수 없으므로, 그 발달과 진행은 경험적 모델을 통해 추정하였다. 디지털 트윈 개념은 기존 교량 슬래브에 대한 적용 가능성을 입증하기 위해 과거 점검 기록을 이용해 검증하였다. 누적 열화 데이터의 통합은 성능 예측의 정확도를 유의하게 향상시키며, 데이터 기반 유지관리 및 보수·보강 전략을 용이하게 한다.
https://doi.org/10.3390/buildings15121979
Bridge (graph theory)
Structural engineering
Slab
Predictive maintenance
Engineering
Computer science
Forensic engineering
Reliability engineering
2
Article
|
인용수 6
·
2025Simulation-Based Optimization of Crane Lifting Position and Capacity Using a Construction Digital Twin for Prefabricated Bridge Deck Assembly
Dae-Ho Jang, Gitae Roh, Chi-Ho Jeon, Chang-Su Shim
IF 3.4 (2025)
Buildings
현장 외(Off-site) 제작 방식의 도입이 확대됨에 따라 건설 분야에서 이동식 크레인의 중요성이 더욱 커졌다. 본 연구는 조립식 교량 바닥판의 설치를 위한 크레인 양중 위치와 능력을 최적화하기 위해 건설 디지털 트윈(Construction Digital Twin, CDT) 프레임워크를 개발한다. Unity 게임 엔진 내에서 3D 현장 모델링, Building Information Modeling(BIM), 그리고 크레인 시뮬레이션을 통합함으로써, CDT는 기존의 2D 기반 계획이 갖는 한계를 극복하고 현장 조건을 3차원으로 표현하여 제공한다. 포괄적 탐색 방법을 통해 최적의 크레인 구성에 대한 해를 도출함으로써 정밀도와 효율을 향상시킨다. 또한 실제 교량 바닥판 설치 작업에 대한 비디오 분석을 통한 시뮬레이션 보정은 크레인 속도와 사이클 시간을 실제 작업과 일치시키며, 신뢰성을 개선한다. 사례 연구는 CDT가 더 작은 용량의 크레인을 사용하더라도 작업 효율을 유지하면서 크레인 운영 비용을 27%까지 감소시킬 수 있음을 보여준다. 바닥판 치수를 다양하게 하여 DFA에 초점을 둔 추가 시뮬레이션에서는 크레인 운용 및 바닥판 설계 전략을 최적화할 경우 10%의 비용 절감 가능성이 확인되었다. CDT 프레임워크는 초기 단계 계획을 지원하고 운영상의 위험을 줄이며, 비용 효율적이고 더 안전한 건설 관행에 기여함으로써 다양한 건설 시나리오에 적용 가능한 확장성 있는 해법을 제공한다.
https://doi.org/10.3390/buildings15030475
Bridge (graph theory)
Engineering
Deck
SAFER
Reliability (semiconductor)
Scalability
Computer science
Structural engineering
3
Article
|
인용수 44
·
2024BIM-based preassembly analysis for design for manufacturing and assembly of prefabricated bridges
Duy-Cuong Nguyen, Chi-Ho Jeon, Gitae Roh, Chang-Su Shim
IF 11.5 (2024)
Automation in Construction
프리패브(사전제작) 구조물은 품질 관리, 비용 효율성, 공기 단축이 가능한 점으로 인해 교량 건설 분야에서 주목을 받고 있다. 그러나 프리패브 구조물의 조립 과정에서는 흔히 치명적인 오류가 발생하며, 이러한 오류는 실제 시공 현장에서의 조립 중에야 비로소 발견되는 경우가 많다. 이러한 오류는 효과적인 사전 조립 검증 방법의 부재에 기인하며, 여기에 프리패브 부품을 공급하는 다양한 업체의 고유한 제작 편차가 복합적으로 작용한다. 본 논문은 이러한 문제를 해결하기 위해, 제조 및 조립을 위한 설계(Design for Manufacturing and Assembly, DfMA) 원칙과 매개변수 기반 빌딩 정보 모델링(Building Information Modeling, BIM)을 통합하여 사전 조립 분석 시스템(Prefabricated Assembly Analysis System, PAS)을 개발하는 새로운 접근법을 제안한다. DfMA 방법론은 설계–제작–조립 과정 전반에 걸친 원활한 정보 교환을 가능하게 하며, 설계 및 제작 편차 데이터에 근거하여 프리패브 구조물의 조립성(assemblability)을 포괄적으로 분석할 수 있도록 한다. 데이터 기반 BIM 모델링을 활용하여 맞춤형 데이터 템플릿과 사용자 정의 매개변수를 통해 DfMA 요구사항을 BIM 모델에 반영한다. PAS는 프리패브 교량을 대상으로 한 사례 연구를 통해 검증되었으며, 거더의 잠재 조립 오류와 데크-거더 결합부의 결합 오류를 전단 포켓(shear pockets) 및 전단 커넥터(shear connectors)와 같은 연결부의 누적 제작 편차에 기반하여 검토하였다. 그 결과는 PAS가 조립 오류를 식별하고 완화하는 데 있어 효율적임을 보여주었다. 궁극적으로 본 연구는 조립 인지(assembly-aware) 자동화 제작을 위한 중요한 단계로서, DfMA와 매개변수 기반 BIM의 통합을 위한 기반을 마련하며, 이를 통해 향상된 정보 교환과 프리패브 교량 시공 현장의 조립 오류 감소를 가능하게 한다.
https://doi.org/10.1016/j.autcon.2024.105338
Bridge (graph theory)
Engineering
Toolbox
Process (computing)
Information exchange
Parametric statistics
Data exchange
Building information modeling
Prefabrication
Fabrication
최신 정부 과제
6
과제 전체보기
1
협동|
2020년 4월-2025년 12월
|4,279,625,000원디지털 기반 도로구조물 설계-제작-시공 지원기술 개발
스마트 프리팹 구조의 실용화를 위해 디지털 설계모델-디지털제작모델-물류모델-가설모델-성능모델로 이어지는 정보전달체계를 개발하고 자동화 생산 설비와 고정밀 품질관리기술에 기반한 프리팹 생산기술을 개발하고 이를 자체 실증과 통합 테스트베드를 통해 사업화함. 3개의 구성기술로 이루어진 연구를 수행하여 공통적인 원천기술과 프리팹 구조의 스마트화 기술을 개발함
(구성기술 1) 프리팹 도로구조물의 설계와 제작을 지원하는 디지털 엔지니어링 모델 개발 및 실증
- 도로선형에 맞춰 프리팹 구조의 자동 배치 및 형상 설계(철근 상세, 피복 두께 등) 등이 가능한 디지털 설계 모델링 기술 개발
- 프리팹 구조의 미학적 형상 구현을 위한 알고리즘 및 미학적 프리팹 거푸집 생산 기술
- 디지털 설계 모델과 제작장비(로봇, 프린팅, 가공장비 등) 간 데이터 연동 및 원격·자동화 시공 지원(프리팹 구조 제작 정보 제공)을 위한 디지털 제작 모델 개발
- 프리팹 구조의 제품 성능 피드백을 위한 센싱기반 핵심구조 AI 모듈 및 성능 모델 시스템 개발
- 프리팹 구조프리팹 구조 선형연동 기술 및 제작 지원을 위한 데이터(제작 절차, 소요시간, 물량 등) 분석 알고리즘 개발
- 가상의 고속도로를 대상으로 디지털 설계 모델 적용 및 도로구조물 프리팹 부재의 디지털 설계 모델 / 제작/가설 실증
- 도로구조물 프리팹 구조의 DfMA를 위한 디지털 설계 모델 / 제작 모델 간 정보전달 체계서 개발
○ (구성기술 2) 콘크리트 프리팹 제작/시공 혁신 기술 개발
- 콘크리트 프리팹 부재 고정밀 생산을 위한 자동화 시스템 구축
- 구조용 용접철근매트 스마트 생산시스템 및 생산/물류관리 시스템 구축
- 프리팹 제작 공정의 금형, 철근 배근, 완성 프리팹 부재의 실시간 검측을 위한 3D 메쉬정합을 이용한 형상계측 기술 개발
- 프리팹 구조 및 연결부에 대한 성능검증 표준절차 및 지침 개발
○ (구성기술 3) 강구조 프리팹 제작/시공 혁신 기술 개발
- 강거더의 설계, 제작 및 시공 전 과정을 연계하여 최적화한 프리팹 강거더 기술
- 프리팹 강구조물 디지털 모델에 기반한 프리팹 강구조물 자동화 제작 기술 개발 및 실증
- 프리팹 강합성 거더교 조립시공 촉진을 위한 연결구조, 인테그랄 부재, 시공자동화 공정 및 강구조물 실시간 품질검사 기술 개발 및 실증
- 프리팹 강구조의 LRFD(한계상태설계법)기반 설계 툴 및 제작 구조전개 자동화 기술개발
디지털엔지니어링모델
프리팹
자동화
연결부
품질관리
2
주관|
2020년 4월-2025년 12월
|2,702,000,000원디지털 기반 도로구조물 설계-제작-시공 지원기술 개발
스마트 프리팹 구조의 실용화를 위해 디지털 설계모델-디지털제작모델-물류모델-가설모델-성능모델로 이어지는 정보전달체계를 개발하고 자동화 생산 설비와 고정밀 품질관리기술에 기반한 프리팹 생산기술을 개발하고 이를 자체 실증과 통합 테스트베드를 통해 사업화함. 3개의 구성기술로 이루어진 연구를 수행하여 공통적인 원천기술과 프리팹 구조의 스마트화 기술을 개발함
(구성기술 1) 프리팹 도로구조물의 설계와 제작을 지원하는 디지털 엔지니어링 모델 개발 및 실증
- 도로선형에 맞춰 프리팹 구조의 자동 배치 및 형상 설계(철근 상세, 피복 두께 등) 등이 가능한 디지털 설계 모델링 기술 개발
- 프리팹 구조의 미학적 형상 구현을 위한 알고리즘 및 미학적 프리팹 거푸집 생산 기술
- 디지털 설계 모델과 제작장비(로봇, 프린팅, 가공장비 등) 간 데이터 연동 및 원격·자동화 시공 지원(프리팹 구조 제작 정보 제공)을 위한 디지털 제작 모델 개발
- 프리팹 구조의 제품 성능 피드백을 위한 센싱기반 핵심구조 AI 모듈 및 성능 모델 시스템 개발
- 프리팹 구조프리팹 구조 선형연동 기술 및 제작 지원을 위한 데이터(제작 절차, 소요시간, 물량 등) 분석 알고리즘 개발
- 가상의 고속도로를 대상으로 디지털 설계 모델 적용 및 도로구조물 프리팹 부재의 디지털 설계 모델 / 제작/가설 실증
- 도로구조물 프리팹 구조의 DfMA를 위한 디지털 설계 모델 / 제작 모델 간 정보전달 체계서 개발
○ (구성기술 2) 콘크리트 프리팹 제작/시공 혁신 기술 개발
- 콘크리트 프리팹 부재 고정밀 생산을 위한 자동화 시스템 구축
- 구조용 용접철근매트 스마트 생산시스템 및 생산/물류관리 시스템 구축
- 프리팹 제작 공정의 금형, 철근 배근, 완성 프리팹 부재의 실시간 검측을 위한 3D 메쉬정합을 이용한 형상계측 기술 개발
- 프리팹 구조 및 연결부에 대한 성능검증 표준절차 및 지침 개발
○ (구성기술 3) 강구조 프리팹 제작/시공 혁신 기술 개발
- 강거더의 설계, 제작 및 시공 전 과정을 연계하여 최적화한 프리팹 강거더 기술
- 프리팹 강구조물 디지털 모델에 기반한 프리팹 강구조물 자동화 제작 기술 개발 및 실증
- 프리팹 강합성 거더교 조립시공 촉진을 위한 연결구조, 인테그랄 부재, 시공자동화 공정 및 강구조물 실시간 품질검사 기술 개발 및 실증
- 프리팹 강구조의 LRFD(한계상태설계법)기반 설계 툴 및 제작 구조전개 자동화 기술개발
디지털엔지니어링모델
프리팹
자동화
연결부
품질관리
3
협동|
2020년 4월-2025년 12월
|4,156,800,000원디지털 기반 도로구조물 설계-제작-시공 지원기술 개발
스마트 프리팹 구조의 실용화를 위해 디지털 설계모델-디지털제작모델-물류모델-가설모델-성능모델로 이어지는 정보전달체계를 개발하고 자동화 생산 설비와 고정밀 품질관리기술에 기반한 프리팹 생산기술을 개발하고 이를 자체 실증과 통합 테스트베드를 통해 사업화함. 3개의 구성기술로 이루어진 연구를 수행하여 공통적인 원천기술과 프리팹 구조의 스마트화 기술을 개발함
？ (구성기술 1) 프리팹 도로구조물의 설계와 제작을 지원하는 디지털 엔지니어링 모델 개발 및 실증
- 도로선형에 맞춰 프리팹 구조의 자동 배치 및 형상 설계(철근 상세, 피복 두께 등) 등이 가능한 디지털 설계 모델링 기술 개발
- 프리팹 구조의 미학적 형상 구현을 위한 알고리즘 및 미학적 프리팹 거푸집 생산 기술
- 디지털 설계 모델과 제작장비(로봇, 프린팅, 가공장비 등) 간 데이터 연동 및 원격·자동화 시공 지원(프리팹 구조 제작 정보 제공)을 위한 디지털 제작 모델 개발
- 프리팹 구조의 제품 성능 피드백을 위한 센싱기반 핵심구조 AI 모듈 및 성능 모델 시스템 개발
- 프리팹 구조프리팹 구조 선형연동 기술 및 제작 지원을 위한 데이터(제작 절차, 소요시간, 물량 등) 분석 알고리즘 개발
- 가상의 고속도로를 대상으로 디지털 설계 모델 적용 및 도로구조물 프리팹 부재의 디지털 설계 모델 / 제작/가설 실증
- 도로구조물 프리팹 구조의 DfMA를 위한 디지털 설계 모델 / 제작 모델 간 정보전달 체계서 개발
○ (구성기술 2) 콘크리트 프리팹 제작/시공 혁신 기술 개발
- 콘크리트 프리팹 부재 고정밀 생산을 위한 자동화 시스템 구축
- 구조용 용접철근매트 스마트 생산시스템 및 생산/물류관리 시스템 구축
- 프리팹 제작 공정의 금형, 철근 배근, 완성 프리팹 부재의 실시간 검측을 위한 3D 메쉬정합을 이용한 형상계측 기술 개발
- 프리팹 구조 및 연결부에 대한 성능검증 표준절차 및 지침 개발
○ (구성기술 3) 강구조 프리팹 제작/시공 혁신 기술 개발
- 강거더의 설계, 제작 및 시공 전 과정을 연계하여 최적화한 프리팹 강거더 기술
- 프리팹 강구조물 디지털 모델에 기반한 프리팹 강구조물 자동화 제작 기술 개발 및 실증
- 프리팹 강합성 거더교 조립시공 촉진을 위한 연결구조, 인테그랄 부재, 시공자동화 공정 및 강구조물 실시간 품질검사 기술 개발 및 실증
- 프리팹 강구조의 LRFD(한계상태설계법)기반 설계 툴 및 제작 구조전개 자동화 기술개발
디지털엔지니어링모델
프리팹
자동화
연결부
품질관리
최신 특허
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전체 특허
스마트 프리팹 모듈러 바닥판 공법 및 이를 통해 시공된 교량 상부 구조체
상태
등록출원연도
2023출원번호
1020230191636프리팹 가로보 사전가설성 검토 시스템, 검토 방법, 및 이를 이용한 가로보 가설방법
상태
공개출원연도
2023출원번호
1020230056567손상객체 정의를 통한 구조물 손상관리시스템 및 관리방법
상태
공개출원연도
2023출원번호
1020230037286