2.1 학교 건물 DB 구축 개요

본 연구의 대상은 2019년도 에너지 절약계획서 관련 건축 허가 도서를 접수순으로 선정된 1,000개의 학교 건물로 생성된 데이터이다. 선정된 학교 건물을 School type(학교 유형), Area(지역), External environment(외부 환경), Internal environment(내부 환경), School building status(학교 건축 현황), Building certification status(건물 인증 현황) 및 Et cetera(기타 사항)의 7가지의 범주와 그에 따른 39개의 세부 항목 선정으로 기본 DB를 구축 한다(Table 1 참고).

2.2 학교 건물 DB 구축

School type(학교 유형)의 School name(학교명)은 학교 이름을 순서대로 입력한다. School type(학교 유형)은 유치원부터 특수학교까지 학교 유형별로 분류하여 입력한다. Building purpose(건물용도)는 일반 교실은 교실로 분류하고, 특별교실 중 활동량이 많은 다목적 강당은 따로 분류한다. 주로 학생들이 재실하는 공간인 교실과 다목적 강당을 중심으로, 나머지 부분은 용도에 따라 분류한다. 급식실과 기숙사도 학생들의 활동량과 재실 시간이 있는 공간이기 때문에 유형 안에 포함한다. 그 외의 나머지 시청각실, 음악실, 미술실 등은 특별교실로 분류한다.

Area(지역)의 School address(주소)는 학교 건물의 소재지 주소를 시군구 순으로 입력한다. 추후 코드 표준화 작업 시 시군구까지의 정보만 사용하기 때문에 도로명 주소와 지번 주소를 혼용하여 입력한다.

External environment(외부 환경)의 Nearby area(인근 지역)는 인근 500 m 이내에 고속도로, 항만, 산단, 시장, 주거, 철도, 공원과 산 순서로 포함된 사항만 분류하여서 입력한다. Adjacent road(인접 도로 폭)는 건물 외부의 인접 도로 중에서 가장 넓은 도로의 폭을 인도를 포함하여서 입력하고 도로의 방향과 함께 입력한다. Altitude (해발고도)는 해당 주소지의 위도, 경도 값을 통하여 고도 값을 추출하여 입력한다. Meteorological station location (기상관측소 위치)은 해당 학교 좌표와 가장 가까운 기상관측소의 위도, 경도 값의 좌표를 찾아 직선거리 값을 입력한다. Roof finish materials(지붕 마감재)는 지붕의 형태별로 경사 지붕, 박공지붕, 아치 지붕, 평지붕 및 여러 동으로 구성된 건물의 경우 해당하는 복합지붕의 크게 5가지로 분류하고 재료의 종류를 같이 입력한다. Exterior wall finish materials(외벽 마감재)는 외벽의 재료를 밖에서부터 안쪽 순서로 입력한다. Floor Finish Materials(바닥 마감재)는 외벽과 마찬가지로 도면에 해당하는 바닥의 재료를 입력한다.

Internal environment(내부 환경)의 Air conditioning method(공조 방식)는 EHP, GHP, 보일러, 바닥 난방 그리고 지열 순서로 포함된 사항을 분류하여서 입력한다. Ventilator(환기장치)는 급배기팬, 배기팬 그리고 필터별 전열 교환기로 분류하여서 입력한다. Entrance location(건물 현관 위치)은 건물 현관은 건물의 형태에 따라 지하 1층, 1층 및 2층에 주로 위치하여 있으므로 동서남북의 방향과 중앙 또는 측면에 위치하여 있는지를 구분하여서 층, 방향, 위치 순서로 입력한다. Main gate(건물 주 출입문)는 건물 현관에 위치하여 있는 건물 주 출입문의 재료와 종류를 입력한다. Stairs and hallway section(계단실과 복도 구분)은 계단실의 구획 여부와 방화문 및 방화 셔터 여부로 분류하여서 입력한다. Classroom or gym location(교실 및 체육관의 위치)은 방향을 입력한다. Classroom or gym door and window(교실 및 체육관의 문과 창호)는 건물 주 출입문과 같이 재료와 종류를 입력한다. Ceiling finish materials(천장 마감재)는 건물 내부 천장 마감재의 재료를 입력한다.

School building status(학교 건축 현황)의 Construction range(신축/증축/증․개축)는 건축 인허가 시의 현황을 입력한다. Construction year(건축 연도)는 개교 연도와 증·개축한 연도를 분류하여서 입력한다. Land area and total area(대지면적과 연면적)는 각각의 면적을 입력한다. Total floors and number of floors(전체 층수와 해당 건물 층수)는 지하층과 지상층의 순서로 구분하여서 입력한다. Overall building layout(전체 건물 배치 형태)은 건물의 배치 형태를 일자형, ㄴ자형, ㄷ자형, ㅁ자형과 앞의 배치 형태가 2가지 이상 복합된 복합형으로 구분하여서 입력한다. Classroom and gym area(교실과 체육관 단위면적)는 도면을 바탕으로 면적을 입력한다. Classroom and gym drawings(교실과 체육관 도면)는 도면의 자료 여부를 입력한다. Classroom and gym capacity(교실과 체육관 수용인원)는 단위면적을 바탕으로 한 수용인원을 입력한다. 도면상에 도시되어 있지 않으면 교실은 면적에서 1.9를 나누고, 체육관은 면적에서 4.6을 나누어서 입력한다.⁽⁸⁾

Building certification status(건물 인증 현황)의 Green building certification(녹색 건축 인증), Building energy efficiency rating(건축물 에너지효율등급), Energy conservation plan(에너지 절약계획서)은 해당 사항의 등급 또는 점수를 입력한다. 에너지 절약계획서는 의무 사항일 경우 의무 사항이라고 표기한다.

Et cetera(기타 사항)의 Secured drawings(도서 확보)는 앞서 학교 건축 현황에 나왔던 도면의 여부 개수를 입력한다. Education support office(해당 교육지원청)는 학교 주소에 따른 교육지원청을 입력한다.^(1,2)

본 연구에서는 1,000개소의 학교 건물 DB 중 유형 및 용도가 각기 다른 10개 학교를 선정하여 활용방안을 제시하고자 한다(Fig. 1 참조).

Fig. 1 Sample data from 10 schools.

3.1 QR코드의 정의 및 활용사례

QR코드는 흑백 격자무늬 패턴으로 정보를 나타내는 매트릭스 형식의 이차원 바코드이다. QR은 ‘Quick Response’의 약자로 빠른 응답을 얻을 수 있다는 의미이다. 기존 바코드가 용량 제한에 따라 가격과 상품명 등 한정된 정보만 담는 데 비하여 QR코드는 넉넉한 용량을 강점으로 3차원적인 다양한 정보를 담을 수 있다. 흔히 보는 바코드와 비슷한데, 활용성이나 정보성 면에서 기존의 바코드보다는 한층 발전한 코드 체계이다. 기존의 바코드는 기본적으로 가로 배열에 최대 20여 자의 숫자 정보만 넣을 수 있는 1차원적 구성이지만, QR코드는 가로, 세로를 활용하여 숫자는 최대 7,089자, 문자는 최대 4,296자, 한자도 최대 1,817자 정도를 기록할 수 있고, 한글도 한자와 비슷한 분량인 1,700자 정도까지 저장 가능한 2차원적 구성이다. 이 때문에 기존 바코드는 특정 상품명이나 제조사 등의 정보만 기록할 수 있었지만, QR코드에는 긴 문장의 인터넷 주소(URL)나 사진 및 동영상 정보, 지도 정보, 등을 모두 담을 수 있다. QR코드는 오염 및 손상이 되어도 인식할 수 있는 장점이 있으며, QR코드를 인식하기 위하여 별도의 스캐너를 이용할 수도 있지만, 스마트폰에 관련 애플리케이션을 설치하여 사용할 수 있다는 장점이 있다. 이러한 이유로 QR코드가 급속도로 확산하면서 2차원 코드의 실질적인 표준으로 부상하고 있다.

QR코드의 특허권을 가진 덴소웨이브는 특허권을 행사하지 않겠다고 선언하여 최근에는 QR코드가 제조, 물류, 유통 및 홍보 그리고 서비스 방면으로 온/오프라인을 걸쳐 폭넓게 활용되고 있다. PDF 417, 데이터매트릭스(Data martix), 맥시코드(Maxi code)처럼 국제 표준으로 채택되어 있어 누구나 사용할 수 있다. QR코드가 기업이나 공공기관에서 주목받는 이유는 스마트폰의 확산 덕분이다. 스마트폰용 QR코드 스캔 애플리케이션을 무료 제공으로 URL, 전화번호, 명함, 동영상 등 여러 분야에 이용되고 있다. 일본 도쿄 긴자의 건물에서는 대형 QR코드를 걸고 사람들이 길을 지나가다 스마트폰으로 읽으면 기업의 마케팅 및 홍보 웹사이트로 연결되게 했다. 또한 일본 농산물 유통업체는 농가와 계약을 맺어 생산부터 유통에 이르는 전 과정의 정보를 담고 있는 QR코드를 부착하여 스마트폰으로 소비자가 정보를 알 수 있게 하였다. 또한 비석 판매 회사는 비석에 QR코드를 부착하여 고인의 사진이나 생전의 기록을 볼 수 있는 모델을 출시하기도 하였다. 또한 우리나라에서는 은행과 신용카드 회사에서 QR코드를 사용한 결제서비스가 제공되고 있고 종이 청구서에 QR코드를 인쇄시켜 자동으로 결제를 수행하는 서비스를 시행하고 있다.⁽⁹⁾ 최근 코로나 확산으로 인하여 개인의 동선 파악을 위하여 다중이용시설 출입 시 출입자 명부 작성 대신에 개개인의 고유 QR코드를 사용하고 있다.

3.2 QR코드 생성방안

QR코드의 제작은 인터넷 포털 사이트인 ‘N’사에서 간단한 정보만 입력한 후 QR코드를 생성할 수 있고 ‘Q’, ‘S’ 및 ‘Z’사 등의 사이트에서도 무료로 QR코드 생성 프로그램을 제공하고 있다. 인터넷 포털 사이트에서는 텍스트나 이미지를 입력하면 별도의 URL이 생성되어 간편하고 수정이 용이하지만, 텍스트의 수가 매우 제한적이라는 단점이 있다. 따라서 본 연구에서는 다양한 결괏값을 얻기 위하여 ‘Z’사 및 ‘N’사의 사이트에서 생성된 QR코드를 활용한다. 국문 및 영문 데이터 출력 시에는 ‘Z’사에서, URL 경로 지정 및 이미지 출력 시에는 ‘N’사에서 QR코드를 생성한다. QR코드 스캔을 위한 애플리케이션을 스마트폰에 다운로드 받아 설치하는데 이렇게 스캔한 코드는 스마트폰에 QR코드 생성 시 저장된 내용을 보여준다.

4.1 QR코드 출력

2019년도 에너지 절약계획서 관련 건축 허가 도서를 바탕으로 선정된 1,000개의 학교 건물 DB 중 Fig. 1과 같이 비슷한 학교 유형 및 건물 용도별로 학교 10개를 묶어서 대표성을 띨 수 있는 10개의 학교를 선정하여 5개는 국문, 나머지 5개는 영문 출력으로 분류한다. URL과 이미지 출력은 선정된 10개의 학교 중 대표적으로 예시 하나를 출력한다.

4.1.2 영문데이터로 출력

영문데이터는 국문 데이터에서 출력하지 않은 Fig. 1의 F 학교부터 J학교까지 QR코드로 출력한다. QR코드 스캔 무료 애플리케이션을 설치하여 스캔을 통하여 다음의 QR코드로 학교 건물 데이터를 확인할 수 있다. 국내 학교 정보이기 때문에 국문 데이터보다 접근성이 떨어지는 단점이 있다. 또한 국문 데이터로 출력하는 경우와 마찬가지로 크기를 축소하면 인식이 어렵다는 단점도 가지고 있다. 위의 QR코드는 ‘Z’사의 사이트에서 F학교 부터 J학교까지를 영문데이터를 기반으로 생성한 QR코드이다(Table 3 참조). 또한, 생성된 QR코드를 QR코드 리더 애플리케이션으로 출력했을 때의 데이터는 Fig. 2와 같이 나타낼 수 있다.

Table 2 QR code printed as Korean data from A to E

School Name	A	B	C	D	E
Printed as Korean Data
School Type	High school	Elementary school	Middle school	High school	Elementary school
Building Purpose	Schoolroom	Gymnasium	Gymnasium	Multipurpose schoolroom	Gymnasium

Table 3 QR code printed as English data from F to J

School Name	F	G	H	I	J
Printed as English Data
School Type	Middle school	Elementary school	Elementary school	High school	Elementary school
Building Purpose	Gymnasium	Audiovisual room	Gymnasium	Gymnasium	Cafeteria

Fig. 2 QR code printed in English data.

4.1.4 이미지로 출력

Fig. 3 QR code specified by URL path.

Fig. 4 QR code printed as an image.

Table 4 QR code utilization plan

	Printed as Korean Data	Printed in English Data	Specified by URL Path	Printed as an Image
QR Code
Characteristic	- Easy to view printed data - QR code is complex	- Printed data is easy to see and more characters can be printed than Korean. - QR code is complex	- Mainly used in QR code utilization plan - QR code is simple - Related website should be produced.	- Images can be displayed visually - QR code is simple - Concerned about data breaches
Supplementation	Outputs by screening sensitive information		Only authorized users access QR code through ID and password

학교 건물 도면이나 사진을 이미지 형태로 QR코드에 입력하여 출력하는 방식이다. 건물 도면이나 더 세부적인 정보이며 문자 데이터로 표현할 수 없는 부분 및 학교 내외부의 사진 등에 대하여 시각적으로 보여줄 수 있는 장점이 있으나, 공개되어 있지 않은 정보인 학교 도면 데이터를 보여준다는 점에서 보안상의 문제가 우려된다. QR코드는 D 중학교를 ‘N’사의 사이트에서 생성된 QR코드이다(Fig. 4 참조). ‘N’사의 QR코드 생성 사이트에서 제공하는 QR코드 자체에 간단한 문구(최대 11자)를 삽입하여 코드 자체를 확인했을 때 어떤 학교에 대한 데이터 인지 식별이 쉽다.

4.2 QR코드 활용 방법론

학교 건물 DB를 보이기 쉽게 QR코드로 활용하는 방법을 국문 데이터 출력, 영문데이터 출력, URL 경로 지정 그리고 이미지로 출력하는 4가지를 제시하였다.

첫 번째 국문 데이터로 출력하는 방법은 출력된 데이터를 보기 쉬운 장점이 있으나 많은 양의 데이터로 인하여 QR코드가 매우 복잡해진다는 단점이 있다. 두 번째 영문데이터로 출력하는 방법은 국문 데이터와 같은 양상을 띠고 있고, 국문 데이터와 비교해 더 많은 문자를 출력할 수 있다는 장점이 있다. 세 번째 URL 경로 지정하기는 텍스트나 이미지만으로 표현하기 어려운 정보가 많은 경우 등에 관하여 주로 사용하는 방식이다. 데이터를 시각적으로 보여줄 수 있고, 데이터가 입력된 주소로 연결되는 방식이기 때문에 QR코드가 단순화된다는 장점이 있다. 관련 홈페이지를 제작해야 한다는 단점이 수반된다. 마지막으로 이미지로 출력하는 방식은 학교 건물이나 교실의 이미지를 시각적으로 보여줄 수 있고, 비교적 단순화된 QR코드라는 장점이 있다. 건물 도면이나 유출하기 어려운 데이터를 보여준다는 점에서 보안상의 문제가 우려된다. 위의 4가지 방법의 장단점을 확인하여 추후 활용 시에는 국문 및 영문데이터의 단점인 QR코드가 복잡해져 해상도가 저하되는 부분은 학교 데이터 중 모든 정보를 보여주기보다는 중요한 데이터를 선별(내부 환경 및 외부 환경) 하여 출력할 수 있게 하여 보완이 가능하고, 보안상의 문제는 권한자만 아이디와 패스워드를 통하여 QR코드 또는 URL에 접속하는 방법을 사용하여 보완할 수 있다(Table 4 참고).

4.3 QR코드와 Python Excel 활용방안 비교

앞선 연구에서⁽²⁾ Excel에서는 그래프를 통해 데이터를 출력할 수도 있고 그래프에 다양한 서식이 있고 수정이 용이하다는 장점이 있지만, 구축된 Excel sheet DB를 그대로 사용하는 방식이 아니라 원하는 데이터를 따로 추출하여 그래프를 출력하는 방식이기 때문에 데이터의 범위가 넓어질수록 반영이 매우 어렵고 정확성이 떨어진다는 단점이 있다.

Table 5 School building data utilization plan

Python을 기반으로 한 데이터 출력은 데이터 시트의 처리를 위하여 기본적으로 Pandas library를 사용한다. Excel sheet를 그대로 사용하여 원하는 조건을 입력으로 받아 조건을 만족하는 인덱스를 누적하여 저장한 뒤, 해당 인덱스의 학교 코드를 출력한다. 처리된 데이터 시트를 시각화하기 위하여 Matplotlib를 사용한다. Matplotlib으로 원하는 그래프를 쉽게 얻을 수 있다. 또한 한번 코딩을 프로그래밍해두면 약간의 수정만으로 현재보다 데이터가 더 축적되어도 이미 코딩된 방식으로 데이터를 출력할 수 있는 장점이 있다. 필요한 조건에서의 학교를 출력하고 싶을 때 사용할 수 있다. 따라서 현재 가지고 있는 학교 데이터뿐만 아니라 앞으로 추가될 데이터를 반영하여 활용하기 위하여 Python을 활용하는 방안을 제시하였다.

본 연구에서 QR코드를 활용한 데이터 출력은 하나의 학교 데이터를 보여주기는 국문 및 영문데이터로 출력되는 방식을 활용할 수 있으나 데이터의 양이 많아 QR코드가 복잡해져서 인식이 어렵다는 단점이 있다. URL 경로 지정 및 이미지 출력은 데이터를 하나의 홈페이지 또는 이미지 파일로 변환하였기 때문에 QR코드가 복잡하지 않고 간단하다는 장점이 있으나 별도의 플랫폼을 구축하여야 한다는 단점과 개인이 운영하기에는 보안의 우려가 따른다는 단점이 있다. 위 단점들을 보완할 방법으로 학교 데이터 중 모든 정보를 보여주기보다는 중요한 정보를 선별하여 출력하여 해상도를 높이고, 권한자만 아이디와 패스워드를 통하여 QR코드 또는 URL에 접속하여 보안상의 문제를 보완한다.

이전 연구와 결합하여 Excel을 활용한 방식인 코드 표준화를 통하여 데이터를 범주화 및 단순화시키고 그러한 데이터를 Python을 활용하여 원하는 데이터를 그래프 등의 시각적인 자료로 보여준다. 또한 QR코드를 활용하여 구축된 DB를 정리하고 출력하여 구축된 학교 건물 DB를 단순화할 수 있다. 이러한 시각화 및 단순화된 활용방안이 학교 실내 미세먼지 문제 해결 방법을 위한 기반 기술을 개발하는 기초자료로 활용됨이 예상된다(Table 5 참조).