국내에서 BIM의 실무 활용은 건축공사 중심으로 적용되고 있다. 건축공사의 부위별 객체 특성이 정형적, 수직적, 반복적인 형태를 갖는 반면에 토목공사의 객체 특성은 비정형적, 수평적, 비반복적인 형태를 갖으므로 3D객체 구성이 어렵기 때문이다. 본 연구에서는 토목공사의 기획단계부터 설계단계까지의 업무 및 정보관리의 문제점을 파악한 후 BIM기반에서의 적용 프로세스를 제안하며, 제시한 프로세스를 기반으로 BIM시스템을 구축하여 교량공사를 대상으로 실무 적용성을 검토한다.
국내에서 BIM의 실무 활용은 건축공사 중심으로 적용되고 있다. 건축공사의 부위별 객체 특성이 정형적, 수직적, 반복적인 형태를 갖는 반면에 토목공사의 객체 특성은 비정형적, 수평적, 비반복적인 형태를 갖으므로 3D객체 구성이 어렵기 때문이다. 본 연구에서는 토목공사의 기획단계부터 설계단계까지의 업무 및 정보관리의 문제점을 파악한 후 BIM기반에서의 적용 프로세스를 제안하며, 제시한 프로세스를 기반으로 BIM시스템을 구축하여 교량공사를 대상으로 실무 적용성을 검토한다.
Due to the characteristics of 3D objects of building construction projects which have regular, vertical and repetitive shapes, the most practical utilization of BIM in the country is focused on building projects. The characteristics of 3D objects of civil engineering project have irregular, horizont...
Due to the characteristics of 3D objects of building construction projects which have regular, vertical and repetitive shapes, the most practical utilization of BIM in the country is focused on building projects. The characteristics of 3D objects of civil engineering project have irregular, horizontal and non-repetitive shapes. Therefore, consisting of a practical BIM model is difficult comparing with building project. This study suggests an application process of BIM for the planning and design phases for civil engineering project. A BIM system is developed based on suggested BIM process and it is verified through a bridge construction project.
Due to the characteristics of 3D objects of building construction projects which have regular, vertical and repetitive shapes, the most practical utilization of BIM in the country is focused on building projects. The characteristics of 3D objects of civil engineering project have irregular, horizontal and non-repetitive shapes. Therefore, consisting of a practical BIM model is difficult comparing with building project. This study suggests an application process of BIM for the planning and design phases for civil engineering project. A BIM system is developed based on suggested BIM process and it is verified through a bridge construction project.
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문제 정의
이로 인해 BIM (Building Information Modeling)구축을 위한 초기 투자비용의 부담과 실무 활용성에 대한 업무적 부담을 갖고 있다. 본 연구에서는 토목공사에서의 BIM 도입의 활성화를 위해서 기획 및 설계단계에서의 BIM 적용 프로세스를 제안한다. 또한 이를 기반으로 BIM 시스템을 구축하고 교량공사를 대상으로 사례 적용함으로써 실무 적용성을 검증한다.
본 연구에서는 토목공사의 기획 및 설계단계에서 BIM을 효율적으로 활용할 수 있도록 BIM 적용 프로세스를 제시하였다. 본 연구의 결론은 다음과 같다.
본 연구에서는 토목공사의 기획단계 및 설계단계에 활용한 BIM 적용 시스템 시안을 구축하였다. 연구에서 구축된 시스템은 메인메뉴상에서 기획 및 설계단계의 기능이 독자적으로 수행될 수 있다.
본 장에서는 BIM의 실무적 활용성을 높이기 위해서 BIM에서 기획 및 설계단계에 활용 가능한 기능들을 제시하고 이를 시스템화할 수 있도록 방법론을 제시한다.
가설 설정
기획단계에서의 데이터 구성은 그림 6과 같이 개념적인 계획이 수립 되었다는 가정 하에 구조물 및 공사 현장 지형을 3D 형상 모델로 구축하였다. 앞서 기획단계에 명시한 업무들을 수행하기 위해서 개략적 공정검토를 위한 월별 및 년별 단위의 대략적인 마일스톤 공정계획 정보와 상위 레벨로만 구성된 WBS 정보를 입력하였다.
제안 방법
1) 기획단계에서 BIM을 통해 대안별 조감도, 개략 일정 및 공사비 산정 등의 보다 상세한 프로젝트 정보를 사용자에게 제공할 수 있도록 구성하였다. 이를 통해 기존의 통상적 기획단계 업무에서 시공단계 등을 고려한 보다 능동적인 기획업무의 정보처리가 가능해 지고, 생애주기를 고려한 실용적인 프로젝트 기획이 가능하게 할 수 있다.
2) 설계단계에서 BIM을 통해 구조물의 상세설계부터 시각적 시뮬레이션을 통한 설계 오류 검토 기능 등을 제시함으로써 효율적으로 BIM 설계안을 구성할 수 있도록 하였다. 또한 BIM의 속성정보를 통해 정확한 공사비 및 물량 산출과 설계대안 검증업무 등의 시행이 가능함을 제시하였다.
3D 지형 형상 모델은 Autodesk의 3D MAX로 구성하여 사용하였으며, 마일스톤 공정 및 WBS은 본 연구진이 자체적으로 개발한 ‘Schedule Modeler' 와 ’WBS Generator‘를 통해 생성하였다.
그리고 기존의 마일스톤 공정계획을 일별 단위로 관리할 수 있도록 ‘Schedule Modeler'을 통해 공정일정을 보완하였다.
교량 공사의 경우, 기본계획은 교량의 연장, 지간분할, 지지 지반의 선정, 가설 공법 등을 말한다. 그리고 수립된 기본계획의 현장 수치 정보를 통해 기획단계에서 지형 3D 모델을 보완하거나, 새로운 지형 3D 모델을 구축한다.
끝으로 네 번째 단계에서는 마일스톤 계획 일정 그리고 상위 WBS을 구성하여 3D 모델과 연계함으로써 개략 일정에 따른 시공성을 검토 한다. 이를 통해 최적의 설계안을 선정하고, 이를 기반으로 사업계획 서를 작성한다.
네 번째 단계에서는 공정계획을 수립하기 위해 3D 객체, WBS코드 및 일정정보를 연계함으로써 주요 공정별 공기를 분석한다. 연계 방식은 WBS코드와 3D 객체 명을 동일하게 구성함으로써 자동으로 연계된다.
두 번째 단계에서는 발주자의 요구사항, 유사 프로젝트 수행사례의 설계데이터를 바탕으로 설계자는 2D 및 3D 설계를 한다. 그리고 도면 설계 시에는 공사 조건에 맞는 주요 공법과 자재선정을 고려하여 작성한다.
또한 BIM의 속성정보를 통해 정확한 공사비 및 물량 산출과 설계대안 검증업무 등의 시행이 가능함을 제시하였다. 또한 연구에서는 제시한 BIM 프로세스를 기반으로 시스템을 구축하고, 이를 교량공사를 대상으로 사례 적용함으로써 시스템의 활용성을 부분적으로 검증하였다.
본 연구에서는 토목공사에서의 BIM 도입의 활성화를 위해서 기획 및 설계단계에서의 BIM 적용 프로세스를 제안한다. 또한 이를 기반으로 BIM 시스템을 구축하고 교량공사를 대상으로 사례 적용함으로써 실무 적용성을 검증한다.
실시설계단계에서는 시설물의 상세설계와 정확한 공사비 산출 및 공사 시방서 작성을 수행한다. 또한 지질 및 지반조사 보고와 상세한 구조 및 수리 계산서와 2D 상세설계도면을 작성한다. 이와 같이 설계 단계에서 수행되는 업무는 다양하고, 발생되는 정보들 또한 방대하기 때문에 이를 효과적으로 통합 관리할 수 있는 방안이 요구된다.
먼저 ’WBS Generator‘을 통해 교량 공사의 WBS를 세분화하여 구성하고, 각각의 공정에 해당하는 3D모델을 생성하였다.
먼저, 첫 번째 단계에서는 사회적 요구에 따라 환경적, 경제적 효과를 고려한 타당성 평가를 실시한다. 이는 관련 법규 및 제도를 토대로 장래 교통 수요 예측과 경제 현황, 도로망, 교통망 조사가 이루어지고, 이에 따라 프로젝트의 범위 및 목표를 도출한다.
연구에서 구축된 시스템은 메인메뉴상에서 기획 및 설계단계의 기능이 독자적으로 수행될 수 있다. 본 장에서는 개발된 시스템의 기능을 교량 공사를 대상으로 적용함으로써 실무 적용성을 검증한다. 모든 기능에 적용되는 3D객체는 Autocad 또는 Microstation 등에서 작성된 객체들이며, 본 시스템에서는 이들 외부 객체들을 자체 변환하여 활용하는 기능을 갖고 있다.
설계단계는 기본설계와 실시설계로 나뉘는데 기본설계단계에서는 교통수요를 재검증하고 보완한다. 도로공사의 경우는 관계기관과 노선을 합의하여 최적 노선을 선정하고 주요 구조물의 위치 및 형식을 결정한다.
토목공사 설계단계에서 통합설계정보관리를 위한 BIM기반 업무를 그림 4와 같이 나타내었다. 설계단계의 역학적 해석, 공사비작성, 공사일정관리 등의 업무가 BIM기반으로 통합할 수 있도록 구성하였다. 또한 그림 5는 BIM기반의 설계단계 업무 흐름을 IDEF0로 구성하여 업무 프로세스별 입 · 출력 정보를 나타내었다.
기획단계에서의 데이터 구성은 그림 6과 같이 개념적인 계획이 수립 되었다는 가정 하에 구조물 및 공사 현장 지형을 3D 형상 모델로 구축하였다. 앞서 기획단계에 명시한 업무들을 수행하기 위해서 개략적 공정검토를 위한 월별 및 년별 단위의 대략적인 마일스톤 공정계획 정보와 상위 레벨로만 구성된 WBS 정보를 입력하였다. 3D 지형 형상 모델은 Autodesk의 3D MAX로 구성하여 사용하였으며, 마일스톤 공정 및 WBS은 본 연구진이 자체적으로 개발한 ‘Schedule Modeler' 와 ’WBS Generator‘를 통해 생성하였다.
끝으로 네 번째 단계에서는 마일스톤 계획 일정 그리고 상위 WBS을 구성하여 3D 모델과 연계함으로써 개략 일정에 따른 시공성을 검토 한다. 이를 통해 최적의 설계안을 선정하고, 이를 기반으로 사업계획 서를 작성한다. 또한 유사 프로젝트 사례의 3D 객체 데이터를 통해 기존에 개념설계단계에서 가능한 개략 공사비를 도출함으로써 보다 정확한 투자 계획을 반영한 사업계획서의 작성이 가능하다.
첫 번째 단계에서는 기획단계에서 3D기반 대안별 위치 적정성, 경제성 등의 분석 자료를 기본 정보로 활용하여 현장분석을 실시한다. 현장분석은 공사에 적용되는 법규 및 현장 조사 그리고 기획단계에서의 환경영향평가 자료를 통해 수행되고, 이를 통해 기본계획을 수립한다.
토목공사의 기획단계에서 효율적으로 BIM을 활용하기 위해 도로공사를 사례로 업무 프로세스를 그림 2와 같이 나타내었다. 타당성 검토부터 최종 설계안 결정 단계까지 4단계로 구성하였으며, 프로젝트가 기획 의도에 맞게 수행될 수 있도록 설계, 시공 그리고 유지관리 단계 까지 고려하여 입ㆍ출력 정보를 구성하였다. 그림 3은 동일한 기획단계 업무들의 상호간 관계도를 IDEF0로 나타낸 것이다.
첫 번째 단계에서는 기획단계에서 3D기반 대안별 위치 적정성, 경제성 등의 분석 자료를 기본 정보로 활용하여 현장분석을 실시한다. 현장분석은 공사에 적용되는 법규 및 현장 조사 그리고 기획단계에서의 환경영향평가 자료를 통해 수행되고, 이를 통해 기본계획을 수립한다. 교량 공사의 경우, 기본계획은 교량의 연장, 지간분할, 지지 지반의 선정, 가설 공법 등을 말한다.
성능/효과
2) 설계단계에서 BIM을 통해 구조물의 상세설계부터 시각적 시뮬레이션을 통한 설계 오류 검토 기능 등을 제시함으로써 효율적으로 BIM 설계안을 구성할 수 있도록 하였다. 또한 BIM의 속성정보를 통해 정확한 공사비 및 물량 산출과 설계대안 검증업무 등의 시행이 가능함을 제시하였다. 또한 연구에서는 제시한 BIM 프로세스를 기반으로 시스템을 구축하고, 이를 교량공사를 대상으로 사례 적용함으로써 시스템의 활용성을 부분적으로 검증하였다.
또한, 주요 시설물 구간의 지형 및 노선도를 통해 지형의 개략적인 성 · 절토 및 주변 노선을 3D형태로 고려한 교량의 최적방안을 확인할 수 있다.
후속연구
따라서 설계단계 업무의 효율성 향상을 위해서는 각각의 업무에서 발생하는 방대한 정보를 효과적으로 관리하기 위해서 상호 호환성 및 연동성을 고려한 통합된 정보관리가 요구된다. BIM 은 건설공사 생애주기의 발생정보들을 3차원기반으로 통합 관리하는 프로세스 및 활용 도구이므로, 이러한 기획 및 설계단계의 정보 단절 문제를 해소할 수 있을 것으로 기대된다.
본 연구는 향후 BIM관련 어플리케이션의 개발과 통합된 정보관리환경 구축을 위한 기초자료로서 활용성이 있을 것으로 기대된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
현장분석의 어떤 과정을 통해 기본계획을 수립할 수 있나?
첫 번째 단계에서는 기획단계에서 3D기반 대안별 위치 적정성, 경제성 등의 분석 자료를 기본 정보로 활용하여 현장분석을 실시한다. 현장분석은 공사에 적용되는 법규 및 현장 조사 그리고 기획단계에서의 환경영향평가 자료를 통해 수행되고, 이를 통해 기본계획을 수립한다. 교량 공사의 경우, 기본계획은 교량의 연장, 지간분할, 지지 지반의 선정, 가설 공법 등을 말한다.
기획단계에서 사용되는 기본 정보는 무엇이 있나?
첫 번째 단계에서는 기획단계에서 3D기반 대안별 위치 적정성, 경제성 등의 분석 자료를 기본 정보로 활용하여 현장분석을 실시한다. 현장분석은 공사에 적용되는 법규 및 현장 조사 그리고 기획단계에서의 환경영향평가 자료를 통해 수행되고, 이를 통해 기본계획을 수립한다.
개발된 시스템의 기능에 적용되는 3D객체는 어떤 도구를 통해 작성됐나?
본 장에서는 개발된 시스템의 기능을 교량 공사를 대상으로 적용함으로써 실무 적용성을 검증한다. 모든 기능에 적용되는 3D객체는 Autocad 또는 Microstation 등에서 작성된 객체들이며, 본 시스템에서는 이들 외부 객체들을 자체 변환하여 활용하는 기능을 갖고 있다.
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