오늘날 건설 프로젝트는 초고층화, 복잡화, 인텔리전트화 되면서 그에 따른 관리 및 생산성 향상을 위해 린 건설과 같은 업무의 통합 관리 시스템이 요구된다. 특히 건설 정보 통신기술 (Information Technology) 분야에서는 건축물의 전 생애주기 동안에 필요한 데이터를 생산하고 관리하는 프로세스인 건축정보모델링 (Building Information Modeling) 에 대한 관심이 높아지고 있고, 기술적 측면에서는 프로젝트의 목적인 비용-공기-품질을 최적화하기 위해 시공지식과 경험의 통합을 달성하기 위한 시스템인 시공성분석(Constructability)에 대한 연구가 진행되고 있다. 하지만, 현재 진행되는 시공성분석 업무는 기존의 2D 도면이나 문서로 수행되어 각 분야 전문가들이 업무에 활용되는 정보의 일관성과 정확성이 부족하고, 분석된 업무내용을 공유하기 어려우며, 생산된 정보의 활용이 효율적이지 못하다. 본 연구에서는 건설 프로젝트 단계 가장 긴 공기를 차지하는 건축공사의 골조공사단계로 연구범위를 한정하여 골조공사 단계에서 설계와 시공의 협업을 통한 BIM 기반 시공성분석 업무를 실 프로젝트 중심으로 분석하여 업무개선 방법 및 효과를 제시하고자 한다.
오늘날 건설 프로젝트는 초고층화, 복잡화, 인텔리전트화 되면서 그에 따른 관리 및 생산성 향상을 위해 린 건설과 같은 업무의 통합 관리 시스템이 요구된다. 특히 건설 정보 통신기술 (Information Technology) 분야에서는 건축물의 전 생애주기 동안에 필요한 데이터를 생산하고 관리하는 프로세스인 건축정보모델링 (Building Information Modeling) 에 대한 관심이 높아지고 있고, 기술적 측면에서는 프로젝트의 목적인 비용-공기-품질을 최적화하기 위해 시공지식과 경험의 통합을 달성하기 위한 시스템인 시공성분석(Constructability)에 대한 연구가 진행되고 있다. 하지만, 현재 진행되는 시공성분석 업무는 기존의 2D 도면이나 문서로 수행되어 각 분야 전문가들이 업무에 활용되는 정보의 일관성과 정확성이 부족하고, 분석된 업무내용을 공유하기 어려우며, 생산된 정보의 활용이 효율적이지 못하다. 본 연구에서는 건설 프로젝트 단계 가장 긴 공기를 차지하는 건축공사의 골조공사단계로 연구범위를 한정하여 골조공사 단계에서 설계와 시공의 협업을 통한 BIM 기반 시공성분석 업무를 실 프로젝트 중심으로 분석하여 업무개선 방법 및 효과를 제시하고자 한다.
Recently more and more construction projects have become high-rise, complex and intelligent. Accordingly, such projects require an integrated management system for tasks, with a lean approach to construction with work processes for management and productivity. In particular, Construction Information...
Recently more and more construction projects have become high-rise, complex and intelligent. Accordingly, such projects require an integrated management system for tasks, with a lean approach to construction with work processes for management and productivity. In particular, Construction Information Technology (CIT) fields are concerned with Building Information Modeling (BIM), which represents the process of generating and managing building data during its life cycle. Constructability research has progressed for the project goal which is a cost-time-quality of optimization by integrated construction knowledge and experience. However, the current constructability process has not been performed efficiently, as the existing 2D drawings and papers lack consistent and accurate information, it is difficult to share the contents of work, and the use of information is inefficient. This study proposes that the reformation and enhancement of BIM-based constructability work process can lead to brilliant performance in the framework of the construction phase through achieving collaboration between the design team and the workers at the site.
Recently more and more construction projects have become high-rise, complex and intelligent. Accordingly, such projects require an integrated management system for tasks, with a lean approach to construction with work processes for management and productivity. In particular, Construction Information Technology (CIT) fields are concerned with Building Information Modeling (BIM), which represents the process of generating and managing building data during its life cycle. Constructability research has progressed for the project goal which is a cost-time-quality of optimization by integrated construction knowledge and experience. However, the current constructability process has not been performed efficiently, as the existing 2D drawings and papers lack consistent and accurate information, it is difficult to share the contents of work, and the use of information is inefficient. This study proposes that the reformation and enhancement of BIM-based constructability work process can lead to brilliant performance in the framework of the construction phase through achieving collaboration between the design team and the workers at the site.
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문제 정의
따라서, 본 연구에서는 가상시공(Virtual Construction)을 통한 건축물의 데이터를 생산하고 관리하는 프로세스인 BIM의 개념과 프로젝트의 전체 목적을 달성하기 위한 계획, 설계, 조달 및 시공단계에서 시공지식과 경험의 통합을 달성하기 위한 시스템인 시공성분석(Constructability) [2,3,4,5]의 개념을 이용하여 보완함으로써 효율적인 프로젝트 업무 방안을 제시하고자 한다.
본 연구에서는 건설프로젝트단계에서 가장 긴 공기를 차지하는 시공단계의 골조공사부분에 가상시공을 통한 BIM 프로세스를 적용하여 시공성분석 업무를 진행함으로써 업무의 효율성 및 효과를 다음과 같이 정리 하였다.
본 연구에서는 비정형 건축물의 골조공사 부분에 대해 BIM 을 적용하여 시공성분석 업무를 진행하였다. 기존의 시공성분석 업무는 2D 기반의 설계도면과 문서로 수행되어 업무에 필요한 정보를 신속하고 정확하게 공유하기 힘들고, 도면의 정보를 구체화하기 위해 많은 재작업이 요구되며, 현장에 맞는 정보의 활용이나 의사결정의 합의가 힘들고, 생성된 정보의 일관성이나 정확성이 부족하여 활용이 효율적이지 못한 실정이었다.
본 프로젝트는 박물관이라는 특성상 다양한 동선과 슬래브의 단차로 바닥 슬래브의 레벨을 파악하는데 많은 어려움을 겪었다. 2D 도면을 기준으로 상·하 레벨정보를 바닥 부재의 속성정보에 입력하고, 입력된 레벨정보를 필터링하여 Figure 10과 같이 레벨별로 바닥 부재를 구분하여 각 실의 정확한 레벨정보를 얻을 수 있었다.
하지만, 제안된 프로세스 모델이나 시스템은 기존의 2D 설계도면과 문서를 기반으로 업무를 진행하고 있어 각 분야 전문가들이 업무 내용을 공유하기 어려우며, 생산된 정보의 활용도 효율적이지 못한 실정이다. 이에 기존 시공성분석 업무의 개선방안으로 3D 가상시공 (Virtual Construction)을 통한 BIM 프로세스를 적용하여 시공성분석 업무를 진행함으로써 업무의 효율성 및 효과를 제시하고자 한다.
비정형 건축물의 경우 기존 2D 기반 시공성분석 업무로는 업무수행에 필요한 다양한 정보를 정확히 전달할 수 있는 유연성이 부족하고, 설계도면의 정보를 구체화하기 위한 많은 재작업이 요구되며, 신속한 의사결정을 위한 시간과 합의가 어려운 실정이다. 이에 본 연구에서는 BIM 기반 골조공사의 시공성분석 업무 적용사례를 제시하고자 한다.
비정형 건축물의 경우 기존의 2D 기반 시공성 분석 업무로는 업무에 필요한 다양한 정보를 정확히 전달할수 있는 유연성이 부족하고, 도면의 정보를 구체화하기 위한 많은 재작업이 요구되며, 신속한 의사결정을 위한 시간과 합의가 어려운 실정이다. 이에 본 연구에서는 건축공사 중 골조공사단계에서 BIM을 적용하여 시공성분석 업무를 수행하였다.
제안 방법
2) 국내·외 BIM 적용현황과 기술문서(White Paper)를 통해 BIM의 주요기능 및 효과, 적용단계를 각국의 법규(Law), 기준(Standard), 규정(Code)에 따라 나우어 정리 하였다.
3) 실 프로젝트를 통해 BIM을 적용한 시공성분석 업무를 수행하여 BIM 요소기술인 상호운용성 기법(csv file)을 활용하여 기성품인 철골부재의 정보를 입력하고 생성, 관리하였다.
4) 지상층 철골 골조 프레임을 파라메트릭 모델로 작성하여 경사기둥과 보의 접합부의 정확한 위치정보와 접합부 시공가능성을 분석하였다. 경사벽과 이중곡면벽의 분석을 통해서 기존 2D 설계도면을 이용한 시공성분석의 어려움을 제시하였고, BIM 기반 시공성분석을 통해 이중곡면벽의 경우는 주문 제작이 아닌 현장시공을 위해 현장 상황에 맞는 공법을 제안 하였다.
영국에서는 CPIC(Construction Project Information Committee)가 영국 건설 산업 전반에 걸쳐서 참여하는 주체들의 토의를 통해 건설 산업에 필요한 최적의 지침서를 제공하고 공식화 하였다. AEC(UK) BIM Standard와 AEC(UK) BIM Standard for Revit[21]을 통해서 BIM을 정의하고 작업에 필요한 기준 및 요구사항을 정리하였다.
BIM에 대한 이론적 고찰과 국내·외 적용현황, 각종 기술 문서(White Paper)를 통해 BIM의 주요 기능 및 활용에 따른 효과를 정리한 것으로, 현재 건축실무에서 적용되는 범위와 각국의 법규(Law), 기준(Standard), 규정(Code)의 차이로 연구 단계이거나 제한적으로 적용되고 있어 향후 적용 가능한 범위로 나누어 정리하였다.
아산배방 Y-city는 구조 엔지니어링 중심의 BIM 적용 사례이다. Y-city 주상복합아파트는 철근 콘크리트 구조로서 철근콘크리트 구조에 한국형 철근 배근 생성에 관한 해결책을 모색하였으며 BIM 모델을 기반으로 방대한 양의 철근 정보를 통합관리하기 용이하게 사용자 정의 매크로 구축을 통하여 시공성을 고려한 철근 배근 디테일 모델을 구현하였다. 그러나 현장에서는 BIM의 인식부족과 작업 프로세스 변경의 문제로 실제 철근 제작 및 배근 작업에는 활용되지 못 했다.
4) 지상층 철골 골조 프레임을 파라메트릭 모델로 작성하여 경사기둥과 보의 접합부의 정확한 위치정보와 접합부 시공가능성을 분석하였다. 경사벽과 이중곡면벽의 분석을 통해서 기존 2D 설계도면을 이용한 시공성분석의 어려움을 제시하였고, BIM 기반 시공성분석을 통해 이중곡면벽의 경우는 주문 제작이 아닌 현장시공을 위해 현장 상황에 맞는 공법을 제안 하였다. 슬래브 단차에 따른 접합부에 위치한 보의 정보를 분석하여 설계 및 도면오류를 제시하여 재시공에 따른 공사비 증가를 미연에 방지할 수 있었다.
동대문 디자인 플라자는 시공사 중심의 BIM 적용 사례로서 기존 2D 설계와 지금까지의 시공 공법만으로는 다양한 곡률의 노출콘크리트와 외장패녈, 패널 지지 스페이스 프레임, 비정형의 내부 공간 시공의 어려움을 해결하기 위해 BIM을 프로젝트에 도입하였다. 시공정보가 포함된 3D 모델링 데이터를 활용하여 각 공종 간 간섭사항과 문제점을 사전에 파악하고 시공단계에서 발생할 수 있는 위험요소를 사전에 도출하여 대책을 세우고 체계적으로 관리할 수 있었다.
본 연구는 건설 프로젝트 각 단계별 업무 중 건축공사의 골조공사단계로 연구범위를 한정하여 골조공사에서 실시설계 이후 현장에서 골조공사 전 BIM기반 시공성분석 업무를 실 프로젝트 중심으로 분석하였다. 대상 프로젝트는 지하층은 철근콘크리트(RC)구조, 지상층은 철골(Steel), 철골철근콘크리트 (SRC)구조인 복합구조의 박물관 건축물로서 기둥, 보, 벽의 골조가 경사지게 구성된 비정형 건축물이다.
본 프로젝트에서는 Figure 7과 같이 기성품인 철골부재를 구조 계산서를 기준으로 멤버 리스트를 정리하고 각 부재의 정보를 입력하여 관리하는 방식으로 데이터를 관리하였다.
셋째, 실 프로젝트의 사례를 통해서 BIM요소기술과 시공성 분석, 골조공사단계에서 BIM 기반 시공성분석 업무 적용사례, 마지막으로 BIM을 적용한 시공성분석의 업무 효과를 제시하고자 한다.
이에 대해 기존의 2D 설계도면으로는 형상 및 위치를 알기 힘들고, 기둥과 보 접합부의 제작도 작성을 위한 정보, 설계 이후 단계인 철골 공장제작, 시공을 위한 철골 현장배치 및 접합부 시공도 현실적으로 어려운 상황이었다. 이에 경사기둥을 기존 설계도면을 바탕으로 파라 메트릭 모델로 작성하고, 작성된 모델을 X, Y, Z축 좌표에 맞게 배치하여 기준을 잡아 보를 배치하는 방식으로 실제적으로 현장에서 공사하여야 할 접합부의 정확한 위치정보를 얻었다. 그리고 시공 가능성 및 난이도를 분석하여 철골부재의 샾 드로잉(Shop Drawing) 및 제작에 필요한 데이터로 활용하였다.
기존의 시공성분석 업무는 2D 기반의 설계도면과 문서로 수행되어 업무에 필요한 정보를 신속하고 정확하게 공유하기 힘들고, 도면의 정보를 구체화하기 위해 많은 재작업이 요구되며, 현장에 맞는 정보의 활용이나 의사결정의 합의가 힘들고, 생성된 정보의 일관성이나 정확성이 부족하여 활용이 효율적이지 못한 실정이었다. 이에 실 프로젝트를 통해 BIM 프로세스를 시공성분석 업무에 적용하여 시공성분석의 목적인 비용절감, 공기단축, 성능 개선의 수단으로 활용되었으며, BIM모델은 건축부재 각각의 속성정보 연계로 도면오류 검토, 설계변경에 대한 즉각적인 대처, 부재 간 간섭검토, 공정 및 시공공법의 결정 등 시공성분석 업무에 참여하는 주체간의 효율적 의사결정의 도구로 활용되었다.
이중 곡면벽의 시공을 위해서는 프리케스트(Precast) 콘크리트의 일종인 곡면의 스티로폼 모델 (Styrofoam Model)을 제작하거나, 자유 곡면 거푸집을 주문 제작해야 하는 시공상의 어려움이 있다. 이에 이중 곡면벽에 임의의 선을 그어 경사각을 부여함으로써 이중곡면의 형태는 유지하면서 현장에서 거푸집을 제작하여 시공할 수 있는 이중 곡면벽의 형태를 제안하였다.
대상 데이터
이에 경사기둥을 기존 설계도면을 바탕으로 파라 메트릭 모델로 작성하고, 작성된 모델을 X, Y, Z축 좌표에 맞게 배치하여 기준을 잡아 보를 배치하는 방식으로 실제적으로 현장에서 공사하여야 할 접합부의 정확한 위치정보를 얻었다. 그리고 시공 가능성 및 난이도를 분석하여 철골부재의 샾 드로잉(Shop Drawing) 및 제작에 필요한 데이터로 활용하였다.
대상 프로젝트는 문화 및 집회시설인 박물관 건축물로서 지하 3개층은 철근콘크리트(RC)구조이고, 지상 2개층은 철골 (Steel)구조와 철골철근콘크리트(SRC)구조의 복합구조로 구성되었으며, 기둥, 보, 벽 등의 골조가 경사지게 이루어진 비정형 건축물이다. 비정형 건축물의 경우 기존의 2D 기반 시공성 분석 업무로는 업무에 필요한 다양한 정보를 정확히 전달할수 있는 유연성이 부족하고, 도면의 정보를 구체화하기 위한 많은 재작업이 요구되며, 신속한 의사결정을 위한 시간과 합의가 어려운 실정이다.
본 연구는 건설 프로젝트 각 단계별 업무 중 건축공사의 골조공사단계로 연구범위를 한정하여 골조공사에서 실시설계 이후 현장에서 골조공사 전 BIM기반 시공성분석 업무를 실 프로젝트 중심으로 분석하였다. 대상 프로젝트는 지하층은 철근콘크리트(RC)구조, 지상층은 철골(Steel), 철골철근콘크리트 (SRC)구조인 복합구조의 박물관 건축물로서 기둥, 보, 벽의 골조가 경사지게 구성된 비정형 건축물이다. 비정형 건축물의 경우 기존 2D 기반 시공성분석 업무로는 업무수행에 필요한 다양한 정보를 정확히 전달할 수 있는 유연성이 부족하고, 설계도면의 정보를 구체화하기 위한 많은 재작업이 요구되며, 신속한 의사결정을 위한 시간과 합의가 어려운 실정이다.
성능/효과
1) 건축정보모델링(BIM)과 시공성분석(Constructability)의 개념과 목적을 통해 BIM 프로세스를 적용한 시공성 분석 업무 연계 가능성을 제시하였다.
BIM 모델을 통해 발견된 오류를 수정·보완함으로써 재시공에 따른 공사비 증가를 미연에 방지할 수 있었다.
BIM 요소기술인 상호운용성 기법을 통하여 건축부재를 생성, 관리함으로써 시공성분석 업무에 효율성을 높일 수 있었다. 데이터베이스, 표 계산 소프트웨어 데이터를 보존하는 형식의 하나인 csv file(comman separate value)[29][30]을 통하여 데이터의 점검 및 관리가 가능하였다.
이과 같이 BIM은 건축, 엔지니어링 및 시공업체 간에 원활하게 정보를 전달할 수 있는 혁신적인 방법이다. BIM을 통해서 건축가와 엔지니어는 정보를 효과적으로 생성 및 교환하고 실제 결과를 시뮬레이션 함으로써 업무과정을 능률화하고 생산성 및 품질을 향상 시킬 수 있다.
둘째, 시공성분석(Constructability)에 대한 개념, 시공성 분석의 업무내용 및 현행 시공성분석의 문제점 및 BIM 기반 시공성분석의 필요성을 언급하였다.
비정형 건축물의 설계와 도면작성을 위해 3D CAD를 적용하였으며, 시공분야에서는 간섭체크, 좌표 값 도출, 엔지니어의 이해도 향상 부분에서는 기대치 이상의 효과가 있었으나, 설계 전 분야를 3D 기반으로 진행하는데 한계를 나타냈고, 도면 수정 기간의 단축의 경우 기대치 대비 50% 정도의 달성하였고, 구조·설비 분야와의 협업은 호환성 및 저변문제로 제대로 적용하기에는 한계가 있는 것으로 조사되었다.
경사벽과 이중곡면벽의 분석을 통해서 기존 2D 설계도면을 이용한 시공성분석의 어려움을 제시하였고, BIM 기반 시공성분석을 통해 이중곡면벽의 경우는 주문 제작이 아닌 현장시공을 위해 현장 상황에 맞는 공법을 제안 하였다. 슬래브 단차에 따른 접합부에 위치한 보의 정보를 분석하여 설계 및 도면오류를 제시하여 재시공에 따른 공사비 증가를 미연에 방지할 수 있었다.
그러나 기존의 2D 설계도면의 전개도나 상세도는 각각의 부재별로 작성되어 경사기둥과 경사벽이 만나는 경사각에 대한 정보가 부족하고, 도면상에 오류를 범하기 쉽다. 위와 같은 문제점을 해결하기 위하여 파라메트릭 기법을 적용한 상세 모델을 통해서 시공성 분석을 수행하였으며 검토 결과 기존 도면상의 전개도에 많은 오류가 발견되었다.
객체를 고정된 형상과 속성으로 표현하지 않고 파라미터간의 규칙을 이용하여 정의하며 사용자는 객체를 주변의 변화에 따라 자동으로 조정할 수 있는 사용자 정의 파라메트릭 모델(User-defined Parametric Model)을 생성할 수 있다. 이 기술은 과거 2D 기반 도면과 수작업 위주의 기술에서 디지털 모델 기반기술로 전환됨에 따라서 건물의 설계, 분석, 시공, 제조, 운영 등을 위해 건축 디지털 모델로부터 형상이나 속성에 관련된 정보를 추출해서 활용 할 수 있게 되었다.
첫째, 건축정보모델링(BIM)의 개념 및 정의, BIM 요소기술인 파라메트릭 모델링(Parametric Modeling), 상호운용성(Interoperability), BIM의 국내·외 적용현황 및 기능·효과를 제시하였다.
후속연구
5) 마지막으로 기존의 시공성분석 업무의 한계와 문제점을 제시하고 BIM 프로세스를 적용한 시공성분석 업무를 통해 도면오류 검토, 설계 변경에 대한 대처, 부재 간 간섭 검토, 공정 및 시공공법의 결정 등 시공성분석 업무에 참여하는 주체간의 효율적 의사결정 도구로 활용될 것으로 판단된다.
본 연구는 건축물의 전 생애주기를 다루는 BIM과 시공성분석 업무 중에서 건축공사의 골조공사단계에 대한 연구로 한계를 가진다. 향후 연구에서는 BIM 기반 시공성분석의 범위를 실무 단계에서 기획 및 설계 단계부터 반영하여 효과를 극대화하고, 공정정보 분석, 견적정보 분석 및 유지관리에 대한 추가적인 작업과 연구가 필요할 것으로 사료된다.
본 연구는 건축물의 전 생애주기를 다루는 BIM과 시공성분석 업무 중에서 건축공사의 골조공사단계에 대한 연구로 한계를 가진다. 향후 연구에서는 BIM 기반 시공성분석의 범위를 실무 단계에서 기획 및 설계 단계부터 반영하여 효과를 극대화하고, 공정정보 분석, 견적정보 분석 및 유지관리에 대한 추가적인 작업과 연구가 필요할 것으로 사료된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
BIM이란?
특히, 건설 IT 기술을 바탕으로 한 건축정보모델링(Building Information Modeling 이하 BIM)[1]에 대한 관심이 점차 높아지고 있다. BIM이란 건축물의 전 생애주기 동안에 건축물에 필요한 데이터를 생산하고 관리하는 프로세스를 말한다. BIM은 건축물의 설계와 시공에 있어서 생산성을 높이기 위해 n-차원의 실시간 모델링 소프트웨어를 사용하여 건축물의 형상, 공간적 관계, 물량, 지형정보 같은 속성정보를 포함한다.
BIM의 특징은?
BIM이란 건축물의 전 생애주기 동안에 건축물에 필요한 데이터를 생산하고 관리하는 프로세스를 말한다. BIM은 건축물의 설계와 시공에 있어서 생산성을 높이기 위해 n-차원의 실시간 모델링 소프트웨어를 사용하여 건축물의 형상, 공간적 관계, 물량, 지형정보 같은 속성정보를 포함한다.
참고문헌 (30)
Building Information Modeling, From Wikipedia,
Eastman C, Teicholz P, Sacks R, Liston K. BIM Handbook
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