A Study on the Improvement of the Interoperability between Building Information Modeling (BIM) and Energy Analysis Programs

국문 초록 (Abstract)

최근, 건물 에너지 성능분석의 중요성은 점점 증대되고 있으며, BIM(Building Information Modeling) 기술은 건물 에너지 성능평가 방법으로 사용되고 있다. BIM 기반 성능분석을 위해서는 BIM모델과 성능분석 프로그램과의 상호운용성이 뒷받침되어야 한다. 그러나 현재 상호운용성에 있어서 문제점이 많이 나타나고 있으며, 개선하기 위해 많은 연구 및 개발이 이루어지고 있다.
먼저 본 연구에서는 BIM 모델(gbXML)과 에너지 성능 분석 프로그램들(EnergyPlus, eQUEST, VE, Ecotect)과의 상호운용성 평가를 위해 사례분석을 실시하였고, 현재 상호운용성에 있어서 문제점과 제한사항을 확인할 수 있었다. 사례분석을 바탕으로 본 연구에서는 BIM 모델과 에너지성능분석 프로그램과의 상호운용성을 강화하기 위해 Energy Design Interface(EDI)를 개발하였다. BIM 모델로는 gbXML을 사용하였으며, 에너지 분석 프로그램으로는 EnergyPlus가 사용되었다. EDI는 gbXML 파일을 EnergyPlus의 Input 파일인
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IDF파일로 변환하기 위하여 자바 프로그래밍 언어를 이용하여 개발되었다.
현재, EDI는 web기반의 인터페이스로써. 사용자는 웹을 통해 gbXML 파일을 업로드 함으로써 건물 단위면적당 냉·난방 부하 및 연간 냉난방에너지 요구량을 계산할 수 있다. 따라서 사용자는 에너지 분석 프로그램 없이도 웹을 통해 BIM모델만 있으면 쉽게 건물 에너지 분석을 실시할 수 있다. 따라서 본 연구에서 개발된 EDI는 BIM기반 에너지 분석 인터페이스로써 저에너지건물 설계에 기여 할 것으로 예상되며, 추후 EDI가 국내의 건물에너지효율등급 제도를 적용하여 개발된다면, 그 활용가능성은 더욱 더 증대될 것으로 판단된다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Building energy performance analysis that uses Building Information Modeling (BIM) technology has recently grown in significance. Furthermore, this type of analysis should use conceptual design in order to draw optimization models of low-energy building. Linking the BIM model with energy analysis tools allows for the evaluation of energy used during the early phases of design. This is not possible using traditional 2D tools, which require a separate energy analysis at the end of the design process. Additionally, BIM based energy analysis could save time and enable more accurate analysis.
In order to perform a successful BIM based energy analysis, it is necessary to secure the interoperability between the BIM model and the energy analysis programs.
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However, there are problems that exist related to interoperability. For example, most programs only support building geometry among building information and several programs do not support BIM at all. Furthermore, the BIM model and the energy analysis model are not perfectly compatible in areas such as window construction, space boundary, and so on.
This study evaluated the interoperability between the BIM model (gbXML) and energy analysis programs (EnergyPlus, eQUEST, VE, Ecotect) and confirmed current limitations and problems of interoperability. Therefore, this paper developed the Energy Design Interface (EDI) in order to enhance the interoperability of the BIM model and analysis programs. The BIM model used in this study was gbXML (0.37), and the energy analysis program was EnergyPlus (6.0). The EDI used java programming in order to convert gbXML to EnergyPlus input file (IDF).
Currently, the EDI is able to calculate heating/cooling energy demand and heating/cooling load by uploading the gbXML file via the web. In this way, the user can easily analyze building energy without the energy analysis program. It is expected that the EDI developed in this paper will contribute to low-energy building design as a BIM-based energy analysis interface.

목차 (Table of Contents)

• I. INTRODUCTION 1
• 1. Backgrounds 1
• 2. Objectives 2
• 3. Organization 3
• II. BIM-BASED BUILDING ENERGY ANALYSIS AND INTEROPERABILITY 5
• 1. BIM-based building energy analysis 5
• 2. Interoperability 6
• 2.1 BIM Data Format 6
• 2.2 Interoperability between BIM and Energy Analysis Programs 11
• 2.3 Discussion 13
• III EVALUATION OF THE INTEROPERABILITY: CASE STUDY. 15
• 1. Case Study 15
• 1.1 CASE 1: EnergyPlus 18
• 1.2 CASE 2: eQUEST 20
• 1.3 CASE 3: IES/VE 22
• 1.4 CASE 4: Ecotect 25
• 2. Discussion 27
• IV. DEVELOPMENT OF ENERGY DESIGN INTERFACE (EDI) 29
• 1. The EDI architecture 29
• 1.1 Data transformation (gbXML to IDF) 30
• 1.2 Automatic Simulation 37
• 1.3 User Interface (Web based) 38
• 2. Validation of EDI. 40
• 3. Discussion 49
• V. CONCLUSIONS AND FUTURE RESEARCH 51