[케이스 스터디] 건설 산업에서 언리얼 엔진을 활용한 플랫폼 구축
BIM 데이터와 실시간 3D 기술 결합해 최적의 의사결정 지원
삼성물산과 삼성물산의 IT 개발 협력사인 일레븐스디(11thD)는 에픽게임즈 코리아가 개최한 언리얼 페스트 2023 행사에서 ‘건설 산업에서 언리얼 엔진을 활용한 플랫폼 구축하기’라는 주제의 강연을 통해 건설 산업에서 언리얼 엔진을 활용할 수 있는 방법 중 하나인 플랫폼 구축 예시를 소개했다.
이번 강연에는 삼성물산 데이터센터 기술 Proposal 및 마케팅 총괄 이태관 부장과 일레븐스디 이종걸 대표가 강연자로 나섰으며, S-DCIS(Samsung Data Center Information System)의 개발 배경, 언리얼 엔진 도입 계기, S-DCIS 개발의 기술적 과정 등에 대해 설명하는 시간을 가졌다. ■ 자료 제공 : 에픽게임즈
S-DCIS의 개발 배경
S-DCIS 플랫폼은 삼성물산이 데이터센터에 대한 노하우와 기술력을 바탕으로 삼성물산과 협업하는 고객에게 제공하는 데이터센터 전문 플랫폼이다. 삼성물산은 데이터센터 EPC 사업자로서, 국내외 데이터센터 PM 역할과 시공을 수행하면서 고객들이 추구하는 데이터센터 사업 모델을 함께 고민하고 있다. 이러한 경험을 바탕으로 공조 방식 및 랙(rack) 부하량에 따라 기본 제안 모델 5개 타입과 특화 모델 chiller Free, Liquid Cooling, Immersion Cooling의 3가지 타입을 추가해, 실제 BIM으로 구현해 가며 삼성물산의 EPC 노하우를 반영하여 총 8개 타입의 데이터센터 제안 모델을 개발했다.
삼성물산은 데이터센터 제안 모델 개발 과정에서 고객의 어려움을 실시간으로 해결하고, 적은 인적 오류와 빠른 의사 결정을 위해 사업 검토 자동화라는 목표를 설정했다. 이를 위해 초기에는 BIM을 고려하였으나, 검토하는 과정에서 BIM은 굉장히 디테일하며 강력하지만 다루기 어렵고 무겁다는 단점이 있었다. 이에 BIM을 가볍게 사용하는 방법에 집중하면서, 실시간 규모 검토 및 사업성 분석 그리고 데이터센터 입주사의 의견을 반영하기 위해서 언리얼 엔진 도입을 결정했다.
언리얼 엔진 도입 계기
▲ S-DCIS 언리얼 엔진 도입 계기
삼성물산은 IT 전문이 아니기에 게임 엔진을 통한 BIM 활용 가능성은 보았지만, 어떤 엔진을 사용할지 고민이었다. S-DCIS는 개발자가 BIM, 설계, 건설, 데이터센터 상품 등에 대한 이해가 충분해야 개발이 가능하지만, 건설과 더불어 데이터센터에 대한 지식을 보유한 IT 전문가를 찾는 일은 쉽지 않았다. 특히, 데이터센터는 건설사 중에서도 진입 장벽이 높은 상품으로 국내 건설사 중 실적이 10개 이상인 회사는 2~3개뿐이다. 이렇게 쉽지 않은 과정이었지만 설계와 BIM 전문가이면서 IT 개발도 하는 일레븐스디의 도움으로 진행할 수 있었다.
엔진을 선택하기 위해 많은 IT 전문가들과 협의했고 건설 분야에 적합한, 즉 데이터센터 규모 및 사업성 분석 플랫폼 개발에 적합한 엔진을 선정하는 기준을 마련했다. 첫째는 ‘최종 결과물의 성과품이 건설에서 사용하는 투시도 즉 실사와 같이 고품질이어야 한다’, 둘째는 ‘확장성을 위해 BIM과 호환은 물론 3D 데이터 형식에 구애받지 않고 어느 데이터와도 호환이 쉬워야 하며, 수정 및 확장을 위한 지속적 지원과 오픈소스여야 한다’, 셋째는 ‘건설사가 기존에 사용하는 업무 환경 및 BIM 환경에 적합하고, 추후 스트리밍 서비스 및 타 산업과의 융합을 고려해야 한다’는 것이었다.
이 같은 기준으로 선택한 엔진이 언리얼 엔진이었고, 삼성물산은 IT 개발 협력사인 일레븐스디와 언리얼 엔진을 통해 S-DCIS의 개발을 진행했다.
S-DCIS 사업 개요
▲ S-DCIS 사업 개요
S-DCIS의 개발 목표는 세 가지였다. 첫 번째는 BIM과 언리얼 엔진을 활용한 규모 검토 알고리즘 구축, 두 번째는 사업을 운영할 수 있는 사업성 검토 알고리즘 구축, 마지막은 규모 검토와 사업성 검토를 잘 활용하고 삼성물산과 데이터센터 발주처가 이 시스템을 통해 최적의 결정을 내릴 수 있는 플랫폼 구축이었다.
총 9개월동안 진행된 이번 프로젝트의 가장 중요한 성과는 데이터 센터 기획, 검토 단계에서의 각 전문가들의 모든 전문 지식 활용에 대한 프로세스 정형화와 시스템 개발 가능성에 대한 검토를 완료했다는 점이다.
최종 성과물 다섯 가지에 대해 살펴보면 다음과 같다. 우선 ‘GIS 정보조회 플랫폼’은 기획자가 발주처와 협의 시 위치 정보, 입지조건이 포함된 대지 검토를 언리얼 엔진으로 개발된 플랫폼에서 확인하면서 최적의 결정을 내릴 수 있도록 한다.
최적의 대지, 사이트가 결정된 후에는 엔지니어들이 각자의 노하우가 포함돼 있는 ‘규모 검토 시스템 Part 1’과 ‘Part 2’를 통해 기획, 검토, 설계를 진행한다. 전문지식을 바탕으로 진행된 검토안은 네 번째 성과물인 ‘규모 검토 보고서’로 전달되는데, 이는 앞에서 검토된 모든 내용을 인터랙티브한 보고서 형식으로 정리한 보고서이다.
이러한 절차로 결정된 사항을 마케팅, 홍보 차원에서도 적극 활용할 수 있도록 개발한 것이 마지막 성과물인 ‘통합 정보 시각화 대시보드’이다.
다섯 개의 성과물이 선형적으로 연계된 만큼 데이터의 흐름도 및 구축 시스템도 중요하다. 처음과 마지막을 구성하는 ‘GIS 정보조회 플랫폼’과 ‘통합 정보 시각화 대시보드’ 시스템은 언리얼 엔진을 기반으로 개발되었다. 2, 3, 4번째에 해당되는 전문적 산식이나 보고서처럼 분석된 자료 등의 시각화 작업 등은 닷넷 프레임워크(.NET Framework)로 진행되었고, 3번째 설계 프로세스가 필요한 시스템은 레빗(Revit) 애드인으로 개발되었다.
GIS 정보조회 플랫폼
▲ GIS 정보조회 플랫폼
GIS 정보조회 플랫폼은 일레븐스디에서 언리얼 엔진을 이용해서 자체 개발한 3D 맵 시스템에, 삼성물산에서 제공하는 데이터센터 특화 정보를 임베드해서 만든 데이터센터 특화 플랫폼이다. 최적의 결정을 내리기 위한 정보 조회를 하는 만큼, 플랫폼에서의 조회 결과에 대한 저장하기, 가져오기, 공유하기 기능까지 추가 개발했다
예를 들어, 삼성 데이터센터 프로젝트를 위해 커스터마이즈된 UI/UX와 필요한 기능에 맞춘 글로벌 내비게이션 바는 모든 지형과 건물, 인프라를 공공기관에서 제공하는 공신력 있는 데이터만을 변환시켜 스트리밍으로 빠르고 정확하게 자동 피드되도록 자체 개발했다. 3D 맵이다 보니 지번 조회 기능 및 맵을 둘러보다가 대지를 선택할 수 있는 기능을 추가했으며, 선택된 대지의 건폐율과 연면적, 고도 제한에 맞춰서 최대로 개발 가능한 알고리즘 매싱(massing) 구현을 통해 시각적으로도 프로젝트 적합성 검토의 효율성과 정확도를 향상시켰다.
또한, 검토하고자 하는 해당 대지의 법규 검토, 데이터센터 특화 정보, 대지정합성 검토를 동시에 가능하게 하였고, 더 필요한 정보는 토지이음 링크를 통해 확인할 수 있도록 구축했다. 해당 대지에 관한 정보뿐 아니라, 데이터센터를 기획하는 데 있어서 무엇보다 중요한 주변 환경, 입지 조건 정보까지도 함께 검토할 수 있도록 구현했다.
무엇보다 수없이 많은 대지를 검토하는 과정에서 각 팀원들의 검토 내용을 수집, 활용하는 게 필요했는데, 이를 위해 검토 사항을 북마크 형식으로 저장할 수 있도록 하고, 회사 차원에서 최종 결정을 내리기 위한 ‘우선 선택 대지’를 결정권자에게 ‘공유항목’ 기능을 통해 보고 공유하는 기능 또한 추가했다.
일레븐스디의 3D 맵 개발 배경 및 구현 프로세스
▲ 일레븐스디의 3D 맵 구현 프로세스
3D 맵을 제작 및 개발하면서, 효율성 향상을 위해 차별화를 뒀던 점은 크게 세 가지다. 첫 번째는 언리얼 엔진에서 제공하는 블루프린트를 최대한 활용하면서도, 건설산업에 필요한 설계 BIM 툴과의 연계성을 위해서 비주얼 스크립팅 외의 C++ 스크립팅까지 도입하면서 개발했다는 점이다.
두 번째는 데이터의 호환성과 지속적으로 업데이트가 필요한 환경에 맞춰서 맵과 관련된 형상 데이터 서버와 공간 함수 데이터 서버를 이원화해서 시스템을 구축했다는 점이다. 이를 통해, 필요한 데이터나 맵 정보만 별도로 분리해서 가볍고 빠른 업데이트가 가능하게 됐을 뿐 아니라, 보안에 민감한 데이터만 저장, 활용할 수 있는 서버를 따로 구축해서 삼성의 개발 조건에 충족할 수 있는지도 검토했다.
세 번째는 3D 맵의 성과품 구현 최적화를 위해, 별도 서버에 저장된 데이터들을 불러오기 위한 ‘RestAPI’ 기능을 자체 설계하여 시스템을 개발했다는 점이다.
3D 맵의 구현 프로세스에 대해 알아보면, 공공데이터 수집, 취합, 정제, 활용과 관련해 NASA의 지형(terrain) 데이터와 국토교통부에서 제공하는 공공데이터를 취합하고, 일레븐스디만의 데이터 분석 기준에 맞춘 데이터베이스 설계서를 작성해서 프로젝트에 적용했다. 형상 데이터와 공간 함수 데이터는 언리얼 엔진과의 통합이 잘 호환되는 조건으로 데이터베이스 설계서를 작성했으며, 이렇게 정의된 데이터베이스 설계서를 중심으로 형상화 서버와 공간 함수 서버를 이원 분리하여 작업했다.
일레븐스디만의 데이터베이스 설계서를 기본으로 이원화된 2개의 서버까지 구축한 후에 데이터 활용을 위한 자체 기능인 RestAPI를 설계했다. 여기에는 기능에 따라 ‘형상화된 3D 데이터 추출’, ‘지번 주소 검색 기능’, ‘선택 대지의 예상 규모 자동생성’ 등이 있다.
마지막으로, RestAPI로 설계된 기능을 언리얼 엔진 기반으로 작성된 데이터센터 플랫폼에 구현하기 위해서, 자체 설계된 RestAPI을 호출할 수 있는 C++ 클래스를 개발한 후 블루프린트 노드화를 통해 일레븐스디 자체 데이터베이스와 연결된 RestAPI를 언리얼 엔진 내에 구현할 수 있었다.
이렇게 언리얼 엔진으로 개발된 일레븐스디만의 ‘위치기반 공간정보 3D 맵 시스템’이 구성되어 있는 상태에서 삼성물산 데이터센터 규모 검토 시스템 S-DCIS에 필요한 정보와 노하우를 연계하는 작업을 진행했다.
삼성물산 데이터센터 시스템에 특화된 추가 개발 내용 중 중요한 부분으로는 첫 번째로 선택된 대지의 건설 적합성 검토와 데이터센터만의 고유한 개발/기획 특성상 교통 인프라, 민원 우려 시설, 소방서 위치, 화재 위험 시설과 같은 주변 인프라 검토를 수반하는 개발이 있었다. 그리고 두 번째는 매싱 자동 생성 알고리즘 작업과 결정 프로세스의 원활화를 위한 저장, 공유, 결정 내용 정보 가져오기 등의 기능 개발이었다.
규모 검토 시스템
▲ 규모 검토 시스템 Part 1
규모 검토 시스템 Part 1에서 살펴볼 점은 삼성물산의 표준 모델을 기반으로 데이터센터 규모 검토 수행 프로세스 시스템을 구축한 부분과, 표준 모델에서 건물의 가로-세로 길이 조절을 통해 규모 검토의 세분화를 이루게 한 점, 이렇게 추출된 최종 기획안을 다시 언리얼 엔진으로 가져와 플랫폼 안에서 검토한 내용을 컨펌할 수 있도록 개발된 부분 등이다.
GIS 정보조회 플랫폼에서 선택된 대지 정보와 알고리즘으로 구성된 예상 최대 건축 규모 매싱을 가져오는데, 이를 기준으로 삼성물산 표준 모델 중 기준 타입을 추천하게 된다. 추천받은 표준 모델 기준 타입을 선택된 대지에 이동, 회전 등을 통해 원하는 자리에 배치할 수 있도록 개발했고, 배치가 완료된 후 본격적인 규모 산정 시스템과 연동되면서 검토가 시작된다.
규모 산정은 층수 조절부터 시작해서 가로-세로 조절을 통한 레이아웃 조정하기로 이루어져 있고, 무엇보다 중요한 건 ‘랙 당 전력밀도’, ‘랙 개수’ ‘수전용량’을 계속 확인하면서 규모 검토를 진행할 수 있게 개발했다는 점이다. 또한, 엔지니어가 검토, 기획하는 중에 최적의 규모 산정 조건을 초과했을 경우 경고가 나오도록 개발됐다.
이렇게 레이아웃 조정이 마무리된 후 MEP 용량 검토하기를 진행한다. 규모 검토를 마무리하는 단계에서는 건축, 기계, 전기, 구조 등 모든 공종의 검토 내용을 다시 한 번 확인할 수 있도록 했다. 확인 작업까지 마무리된 최종 규모 검토 모델을 다시 언리얼 엔진 기반 플랫폼에 가져와서 대지 정보와 주변 환경 조건에 맞춰 검토한다.
▲ 규모 검토 시스템 Part 2
규모 검토 시스템 Part 2는 규모 검토 시스템 Part 1에서 결정된 검토 결과를 BIM 데이터로 전환 및 MEP 장비 배치 검토를 수행하는 과정으로, 검토 결과를 기반으로 BIM 데이터 자동 생성 및 장비 배치 시 인적 오류 방지에 초점을 두고 있다. 여기에서 사용되는 레빗 애드인은 시스템상에서 검토된 기획안을 레빗이라고 하는 BIM 툴로 가지고 와서 건설 환경에 필요한 설계안으로 발전시킬 수 있다.
시스템 내에서 규모 검토를 마친 기획안을 레빗으로 불러오기하면 가져오기를 함과 동시에 대지경계선, 건축한계선, 각 층고 레벨, GIS 기반 정북방위, 그리드 등이 검토안에 맞춰 자동 생성된다. 그리고 검토된 데이터에 맞춰 층별 라이브러리가 조정되고, 건물 전체 가로-세로 길이도 조정돼 자동으로 들어오게 된다.
자동으로 배치된 건물에 필요한 실을 구성한 후에는 데이터센터 장비를 배치하는데, 일레븐스디에서 자체 개발한 BIM 라이브러리 매니징 시스템을 활용해 시각적으로 필요한 장비를 체크하는 동시에 선택한 장비를 드래그앤드롭 방식으로 손쉽게 각 층, 각 실에 배치할 수 있다.
레빗 애드인의 주요 목적은 어려운 건축 설계 BIM 툴을 모르더라도 손쉽게 작업하면서 정확한 설계안을 도출할 수 있게 하는 것이다. 중간에 사람의 수작업이 조금은 필요한데 이는 장비 배치를 하는 과정에서 개수가 초과했을 경우 경고 빨간색 창이 뜰 수 있도록 개발해서, 어떠한 상황에서도 인적 오류를 방지하면서 정확하고 신뢰도 있는 설계 검토안을 도출할 수 있도록 하는 것이 목적이었다.
규모 검토 보고서
▲ 규모 검토 보고서
규모 검토 보고서는 규모 검토 시스템 Part 2에서 생성된 BIM 데이터를 기반으로 모든 검토 내용과 설계안을 지능적이고 인터랙티브한 보고서로 구성해, 사용자가 원하는 정보를 직접 클릭·조회하여 정보를 취득할 수 있다.
또한, 이 보고서에서는 삼성물산의 노하우 및 데이터센터의 SDCPET 시스템을 통해 얻은 데이터 등을 활용하여 CAPEX, OPEX, 공기까지도 검토할 수 있으며, 이러한 특징을 통해 초기 사업성을 검토할 수 있다.
통합 정보 시각화 대시보드
▲ 통합 정보 시각화 대시보드
앞서 설명한 네 가지의 시스템은 선형적으로 데이터 흐름이 연결되면서 각 시스템이 연계되지만, 마지막 ‘통합 정보 시각화 대시보드’ 시스템은 조금 다르다. 규모 검토 보고서가 인터랙티브한 보고서라면, 통합 정보 시각화 대시보드는 추가 작업이 된 대시보드 형태의 ‘규모 검토 체험형 보고서’라고 할 수 있다. 비주얼 스크립팅 시스템인 블루프린트, UI 제작을 위한 UMG 등 언리얼 엔진의 장점을 살려서 최종 의사결정권자의 최적 의사결정 지원 및 마케팅, 홍보에 초점을 맞췄다.
첫 번째 성과물인 언리얼 기반의 ‘GIS 정보조회 플랫폼’과는 다르게 고품질화, 안정화, 경량화 작업을 통해서 스트리밍 상태에서도 문제 없이 실사와 같은 검토 자료 및 기획 설계안을 확인할 수 있도록 개발돼 정보 전달이 더욱 용이하도록 만들어졌다.
타일셋(tileset)으로 자동 배치되는 대지와 공공데이터로 구성된 건물/인프라 모델은 스트리밍으로 피드되며, 주변 GIS 정보 및 주변 환경 정보 또한 자동으로 피드되도록 했다. 중요한 검토 자료 중 하나인 선택된 대지로부터 변전소 간의 거리 표현도 언리얼 엔진의 블루프린트를 활용해 자체 제작됐으며, 이러한 기본 정보 위에 데이터센터만의 특화된 규모 검토 자료와 검토를 통한 최적화된 설계안이 선택된 대지 위에 배치된다.
또한, 삼성물산의 표준 모델에서 시작된 규모 검토안이 어떻게 대지 조건에 맞춰 수정 및 보완되었는지 더 자세하고 정확하게 확인할 수 있도록 층별 검토 부분에 대해서 더 집중했다. 이는 언리얼 엔진의 데이터스미스로 BIM 데이터를 가져와 언리얼 엔진의 블루프린트, UMG 등을 활용해 구현했으며, 층별 레이아웃을 3D Axon으로 확인할 수 있을 뿐 아니라 각 실에 지정된 장비들 개수와 스펙까지도 클릭하면서 더 자세히 확인할 수 있도록 했다.
통합 정보 시각화 대시보드는 언리얼 엔진의 리얼타임 3D 기술을 통해 렌더링이나 동영상의 개념이 아닌 게임과 같이 최종사용자가 카메라를 돌려보기도 하고, 원하는 정보를 선택적으로 조합하여 볼 수 있는 일종의 체험형 가상공간 대시보드로 개발할 수 있었다.
S-DCIS를 통해 보는 향후 비전
▲ 일레븐스디의 향후 비전
일레븐스디는 삼성물산과 규모 검토 시스템 플랫폼을 개발하면서 현재 다섯 개의 시스템으로 연계되어 있는 플랫폼을 몰입형 연결 경험을 위하여 하나의 플랫폼으로 통합해야 할 필요성을 느꼈으며, 사용자 편의를 위한 원 플랫폼 제작을 추후 개발 방향으로 정했다.
또한, ‘데이터 기반 글로벌 위치정보 및 공간정보 활용 플랫폼 개발’이란 소신을 갖고 있는 일레븐스디는 대지 정보 활용 영역을 확장하고, 데이터 활용 기술 개발 또한 꾸준히 진행할 예정이다.
■ 기사 내용은 PDF로도 제공됩니다.
정수진
작성일 : 2023-11-02
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