인간 증강 루프 모델링 (HELM): 콘크리트 교량 방호벽의 에이전트 기반 유한 요소 모델링

Human-Enhanced Loop Modeling (HELM): Agent-Based Finite Element Modeling of Concrete Bridge Barriers

교량 방호벽과 같은 안전 관련 중요 인프라의 유한 요소(FE) 모델링은 고정밀 비선형 동적 분석을 요구하지만, 현재 FE 모델링 프로세스는 여전히 많은 노동력을 필요로 하며 자동화가 부족합니다. 본 논문에서는 인간-에이전트 협업 프로토콜인 '인간 증강 루프 모델링 (HELM)' 프레임워크를 제시합니다. 이 프레임워크는 복잡한 FE 모델링 과정을 기하학 생성, 경계 조건 정의, 재료 할당 등과 관련된 개별적인 시각적으로 검증 가능한 단계로 분해하여 진행합니다. 본 연구에서는 MASH TL-4 및 TL-5 측면 하중 조건을 받는 20개의 보강 콘크리트 교량 방호벽 사례를 사용하여 HELM 프레임워크를 시연하고, ANSYS 및 LS-PrePost와 같은 상용 FE 소프트웨어와 특수 에이전트를 연동했습니다. 실험 결과는 HELM이 기존의 자율 모델링 성공률을 20%에서 75%로 향상시켰으며, 기하학 및 경계 조건 작업에 대한 에이전트 수준의 합격률이 약 두 배 증가했음을 보여줍니다. 오류 분석 결과, 공간 추론 및 대수 논리적 한계가 주요 실패 원인임을 알 수 있으며, 이는 모델링 자동화를 위한 체계적인 인간 개입의 중요성을 강조합니다. HELM에 사용된 에이전트 설계 코드 및 프롬프트는 오픈 소스로 제공되며 다음 위치에서 액세스할 수 있습니다: https://github.com/SimAgentDev/Ansys-LSPP-AgentKit.

Finite element (FE) modeling of safety-critical infrastructure such as bridge barriers requires high-fidelity nonlinear dynamic analysis, yet the current FE modeling process remains labor-intensive and lacks automation. This paper presents the Human-Enhanced Loop Modeling (HELM) framework, a collaborative human-agent protocol that decomposes long-sequence finite element modeling into discrete, visually verifiable checkpoints across geometry generation, boundary condition definition, and material assignment. The framework is demonstrated through a 20-case matrix of reinforced concrete bridge barriers under MASH TL-4 and TL-5 lateral loading conditions, interfacing specialized agents with two widely used commercial FE softwares, i.e., ANSYS and LS-PrePost. Experimental results show that HELM improves the baseline autonomous modeling success rate from 20% to 75%, with agent-level pass rates for geometry and boundary condition tasks approximately doubling. Error analysis reveals that spatial reasoning and algebraic logic limitations constitute the primary failure modes, underscoring the value of structured human-in-the-loop intervention for modeling automation. The complete agent design code and prompts are open-sourced and can be accessed at: https://github.com/SimAgentDev/Ansys-LSPP-AgentKit.