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문제 정의
- 특히 유닛모듈러 건축의 공업화 시스템을 개발하기 위해서는 표준화가 전제되어야 하나 최근의 활용도가 증가하고 있는 Building Information Modeling(이하 BIM)의 라이브러리 개발을 통한 부품의 표준화에 대한 연구는 미비한 상태이다. 따라서 유닛모듈러 건축의 설계 단계에서 부품의 너비와 높이 같은 3차원적인 특성과 조립기준면이 적용된 BIM 라이브러리 구축을 통한 도시형 생활주택 설계의 보급 및 활성화에 기여하고자 한다.
- 본 연구에서 도시형 생활주택의 대표적인 부품 종류에 따른 일반적인 유형 3가지 타입의 BIM 기반 표준 컴퍼넌트 패밀리7)를 개발하였다. 이 BIM 라이브러리에는 조립기준면을 적용하기 위해 틈값에 대한 카테고리가 추가되어 부품과 자재가 만나는 부분에 서로의 영역을 침범하지 않고, 각자의 조립기준면을 지키며 표준화와 부품화를 이룰 수 있다.
가설 설정
- 틈값은 시공오차와 시공여유의 합으로 조립기준면 치수에서 제작치수를 뺀 치수를 양분한 치수이다. 일반적으로 틈값은 양방향에서 동일한 값을 가지고 있다고 가정하며, 시공오차가 발생하지 않을 경우 최대 틈값이 발생되고, 시공오차가 최대로 발생되는 경우 시공여유만 틈값으로 남게 되어 최소값이 된다.
제안 방법
- 이와 같은 시스템키친의 치수는 앞서 살펴본 KS F 1523의 1 M 또는 1/2 M의 증분으로 이루어진 정합치수와는 상이한 부분이 있다.9) 시스템키친의 BIM 라이브러리는 K1, K2, K3형으로 KS F 1523의 기준을 적용하였는데 유형창에 조립기준면이 반영될 수 있도록 규모를 입력하고, 틈값을 입력하여 Library의 설정 구성을 바꾸어 객체(Object definitions)를 정의하였다. 시스템키친은 물이 내부로 흘러내리지 않도록 양측의 틈값을 최소로 하며 바닥부분은 고려하지 않고 상부에서 조립기준면을 조절하는 것으로 한다.
- 기존의 붙박이장 업체들의 제작치수는 개략적으로 기본 치수에서 20 mm의 차이를 확보하는 것으로 사용하고 있으나 본 연구에서는 틈값을 매개변수로 설정하여 수평 방향 양측은 10 mm, 배면은 20 mm, 위는 10 mm, 아래는 20 mm로 기준을 정하였다. BIM 패밀리 유형창에서 조립기준면이 반영될 수 있도록 붙박이장의 너비, 폭, 높이 등의 사이즈를 입력하고, 두께값 등을 설정한 후, 틈값을 입력할 수 있도록 Library의 설정 구성을 바꾸었다. 이러한 과정으로 생성된 3차원 객체를 직접 도면에 삽입하여 설계에 반영할 수 있다.
- 물이 내부로 흘러내리지 않도록 양측의 틈값을 5 mm로 한정하였고 바닥부분의 틈값은 고려하지 않고 상부에서 조립기준면을 조절하는 것으로 설정하였다. 그리고 조립식 욕실은 배관이 설치되지 않는 곳의 틈값은 40 mm를 설정하고 배관이 설치되는 곳은 배관지름 및 시공여유 공간 확보를 위해서 80 mm로 틈값의 매개 변수를 설정하였고 창문은 건식공법의 특성을 반영하고 기밀성을 높이기 위해 창과 벽이 접합되는 부분의 틈값은 5 mm로 매개 변수를 설정한다.
- 기존의 붙박이장 업체들의 제작치수는 개략적으로 기본 치수에서 20 mm의 차이를 확보하는 것으로 사용하고 있으나 본 연구에서는 틈값을 매개변수로 설정하여 수평 방향 양측은 10 mm, 배면은 20 mm, 위는 10 mm, 아래는 20 mm로 기준을 정하였다. BIM 패밀리 유형창에서 조립기준면이 반영될 수 있도록 붙박이장의 너비, 폭, 높이 등의 사이즈를 입력하고, 두께값 등을 설정한 후, 틈값을 입력할 수 있도록 Library의 설정 구성을 바꾸었다.
- 현재 유닛모듈러의 설계는 CAD 기반의 2D 위주로 설계가 이뤄져 3R을 실현하기 위한 자재 및 부품의 정보화가 이뤄지지 않고 있으며 유닛모듈러 건축의 공업화 시스템을 개발하기 위해서는 표준화가 전제되어야 하나 최근에 정보기반 자동설계시스템으로 활용도가 증가하고 있는 BIM의 라이브러리 개발을 통한 부품의 표준화에 대한 연구는 미비한 상태이다. 따라서 본 연구에서는 도시형 생활주택의 대표적인 부품인 붙박이창, 조립식 욕실, 시스템키친, 창문 등의 유형별 3가지 타입을 KS 표준에 적용하여 BIM 기반 표준 컴포넌트 패밀리를 개발하였다.
- 아래의 도면은 도시형 생활주택 원룸형 Proto-type의 기준층 평면이다. 붉은색 부분에 부품을 적용하기 위해 BIM 라이브러리를 개발 하였다.
- 유닛모듈러 공법을 기반으로 하는 도시형 생활주택의 부품 중에서 창문, 붙박이장, 시스템키친, 조립식 욕실 등의 BIM 라이브러리를 개발하고 이를 이용하여 원룸형 도시형 생활주택의 가상 모델링을 실시하고 2차원으로 설계한 도시형 생활주택 원룸형의 유닛을 BIM 데이터로 변환하였다. 작성된 라이브러리는 향후 설계에 재사용될 수 있도록 공간 형태의 변수 모델(Prametric models of space types)을 이용한다.
- 유닛모듈러 기반 도시형 생활주택의 BIM 라이브러리를 개발을 위한 연구의 진행은 이론적 고찰부분에서 도시형 생활주택, 유닛모듈러 공법의 개요 및 조립기준면의 개념, 유닛모듈러 공법의 BIM 설계의 필요성에 대하여 분석하고 유닛모듈러 공법을 기반으로 하는 도시형 생활주택의 부품 중에서 창문, 붙박이장, 시스템키친, 조립식 욕실 등의 BIM 라이브러리를 개발하고 결론을 도출하는 순서로 연구를 진행하였다.
- 창문 역시 마찬가지로 대표적인 세 가지 타입을 선정하여 BIM 라이브러리를 개발하였다. KS F 1515에서는 창문의 시공오차를 5 mm로 설정하고 있으며 조립기준면과 벽체와의 틈은 5 mm이며 최대한계치수는 이들의 합인 10 mm로 설정하고 있다.
- 최근 소규모 가구를 위한 소형주택 제공의 일환으로 공업화 주택의 보급 확대를 꾀하는 도시형 생활주택을 대상으로 기존에 연구가 진행되어진 4개의 공동주택 대표 부품인 창문, 붙박이장, 시스템키친, 조립식 욕실에 조립기준면을 적용하여 부품 라이브러리를 개발하였다. 본 연구에서는 BIM을 활용한 유닛모듈러 적용부품 라이브러리를 개발하기 위해 기존에 개발된 도시형 생활주택 Prototype2)을 기반으로 하여 연구를 진행하였고 BIM 모델링은 Autodesk Revit Architecture 2011을 사용하였다.
- 도시형 생활주택은 주택건설 사업계획 승인을 받아 건설하는 경우 건축법상 건축물의 용도로는 일반 공동주택과 같이 공동주택에 해당한다. 쾌적성과 안전성이 보장되면서도, 공급의 활성화를 도모하기 위해 건설기준 완화 및 공급절차 단순화하였다. 일반 공동주택과 도시형 생활주택의 건설기준과 법령을 비교하면 일반 공동주택에 비해 도시시형 생활주택은 분양가 상한제를 적용하지 않으나 입지지역은 도시지역 중 허용지역으로 한정하였다.
대상 데이터
- 친환경설계 및 건설정보화에 대한 관심 증가로 BIM에 대한 연구들이 최근에 활발히 진행되고 있다. 2008년 이후 국내 BIM 설계에 관련한 논문을 대상으로 분석 및 검토하였다.
- Proto-type은 4개 타입의 유닛이 5개로 구성되어 있으며, 유닛은 크게 거실/침실 및 주방을 구성하는 기본유닛과 다용도실을 구성하는 1/3유닛, 복도 및 발코니 유닛으로 구분하였다. 4개 타입은 [Table 4]와 같이 유닛의 크기는 안목치수를 사용하여 정확하게 300 mm의 배수를 사용하였고 복도유닛 및 발코니유닛 등에서 300 mm의 사용이 어려운 경우는 100 mm의 보조모듈을 사용한다.
- 도시형 생활주택 원룸형 Proto-type은 세대구성원이 1~2인 정도로 도심지 내 대지활용도를 높일 수 있는 곳에 적합한 모델이다. 원룸형 주택의 세대별 전용면적은 24 m2이고 기준층 기준 10호 조합으로 층수는 15층으로 총 세대수는 150세대이다.
- 유닛의 구성은 3600×900의 기본유닛과 3600×900의 1/3유닛, 3600×1500의 복도형 유닛, 발코니유닛으로 구성되었다.
- 쾌적성과 안전성이 보장되면서도, 공급의 활성화를 도모하기 위해 건설기준 완화 및 공급절차 단순화하였다. 일반 공동주택과 도시형 생활주택의 건설기준과 법령을 비교하면 일반 공동주택에 비해 도시시형 생활주택은 분양가 상한제를 적용하지 않으나 입지지역은 도시지역 중 허용지역으로 한정하였다. 면적에서는 단지형 연립주택에서는 1개동 바닥면적합계가 660 m2, 단지형 다세대는 1개동 바닥면적 합계가 660 m2 이하, 원룸형은 12~50 m2로 면적을 제한하였다.
이론/모형
- 배관이 설치되지 않는 곳의 틈값은 모두 40 mm를 설정하고 배관이 설치되는 곳은 80 mm로 틈값의 매개 변수를 미리 설정하여 안목치수가 KS F 2222의 기준에 적합하도록 하였다.
- 최근 소규모 가구를 위한 소형주택 제공의 일환으로 공업화 주택의 보급 확대를 꾀하는 도시형 생활주택을 대상으로 기존에 연구가 진행되어진 4개의 공동주택 대표 부품인 창문, 붙박이장, 시스템키친, 조립식 욕실에 조립기준면을 적용하여 부품 라이브러리를 개발하였다. 본 연구에서는 BIM을 활용한 유닛모듈러 적용부품 라이브러리를 개발하기 위해 기존에 개발된 도시형 생활주택 Prototype2)을 기반으로 하여 연구를 진행하였고 BIM 모델링은 Autodesk Revit Architecture 2011을 사용하였다.
- 붙박이장은 KS F 2224(주택용 수납 벽체시스템)에 따라서 치수를 결정하고 틈값을 매개변수로 설정하여 수평 방향 양측은 10 mm, 배면은 20 mm, 위는 10 mm, 아래는 20 mm로 기준을 정하였고 시스템키친은 KS F 1523(주택용 주방설비의 정합치수)의 기준에 따라 규모를 결정하였다. 물이 내부로 흘러내리지 않도록 양측의 틈값을 5 mm로 한정하였고 바닥부분의 틈값은 고려하지 않고 상부에서 조립기준면을 조절하는 것으로 설정하였다.
- KS F 2222(주택용 조립식 욕실의 표준 모듈 호칭 치수)의 기준에서 장변은 1400에서 2400 mm까지 50 mm 증분치수 단위로 치수를 규정하고, 단변은 1200~1800 mm까지 호칭치수를 규정하고 있다. 수직방향으로는 2000~2400 mm 이상으로 규정하고 있는데 본 연구에서도 KS F 2222의 기준을 적용하여 조립식 욕실의 규모를 정하였다.
- 유닛모듈러 공법을 기반으로 하는 도시형 생활주택의 부품 중에서 창문, 붙박이장, 시스템키친, 조립식 욕실 등의 BIM 라이브러리를 개발하고 이를 이용하여 원룸형 도시형 생활주택의 가상 모델링을 실시하고 2차원으로 설계한 도시형 생활주택 원룸형의 유닛을 BIM 데이터로 변환하였다. 작성된 라이브러리는 향후 설계에 재사용될 수 있도록 공간 형태의 변수 모델(Prametric models of space types)을 이용한다.
성능/효과
- 이러한 문제점을 해결하고 모델링할 수 있는 소프트웨어 개발이 요구되고 있는 실정이다.5) 그러나 건식 기반의 조립시스템인 유닛모듈러 공법은 부재간의 물리적 영역이 명확하여 BIM 설계 활용이 일반 RC 라멘공법에 비해 효과적이라고 할 수 있다.
- 그리고 도심 밀집지역에 건설되는 것을 감안하여 일부 건설기준과 부대 · 복리시설 적용제외 및 주차장 확보를 일부 완화하였다.
후속연구
- 현재 공동주택의 부재 및 부품은 제작 업체별의 각각의 기준에 따라서 설계되어 있기 때문에 조립기준면 및 틈값이 설정되지 않고 MC 설계기준이 반영되어 있지 않은 실정이다. 따라서 건설 전체 과정에 통합적으로 적용 가능한 조립기준면을 활용하여 공동주택의 주요 부품 및 부재의 표준화를 도모해야 할 것으로 판단된다. 특히 BIM 기반 설계에 이용할 수 있도록 조립기준면과 틈값 카테고리를 포함한 BIM 라이브러리를 개발함으로서 설계 단계부터 자동적으로 부품 표준화 설계를 적용할 수 있다.
- BIM 라이브러리는 부품의 크기나 틈값을 변경하여 활용할 수 있고, 틈값과 관련된 카테고리를 BIM 라이브러리에 추가하고 데이터 값을 입력하면 자동으로 조립기준면이 생성된다. 이 연구를 통해 도시형 생활주택 뿐 아니라 공동주택에 사용하는 부품의 부품화 방안을 제시할 수 있고, 설계자들은 이 BIM 라이브러리를 공동주택 설계에 활용할 수 있을 것이다. 최근에 현장작업에서 발생하는 인건비상승 및 건축폐기물을 줄이려는 프리패브 방식이 건축에 일반화되어가고 있다.
- 특히 당초 설계의도에서 벗어나 표준화 비율이 낮아져 향후 리모델링 및 유지관리 시에 공가기간의 연장, 건축비 상승 등의 문제점을 안고 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서는 설계 단계부터 창문의 조립기준면 및틈값을 매개 변수로 입력하여 부재의 표준화를 높이고 시공성을 확보하는 BIM 설계 방식이 도입되어야 할 것이다.
- BIM을 이용한 설계는 부재 및 부품의 정보를 설계자 및 건설업체간에 미리 공유하여 시간 및 재료, 하자를 줄일 수 있는데 조립기준면 및 틈값이 설정된 BIM 라이브러리 개발은 부품제조사와의 협업을 통해 건식시스템의 구축방법의 효과를 극대화시킬 것으로 판단된다. 이와 같은 방법을 통해 공동주택 부품을 한 단계 발전시키는 것은 물론, 부품화 및 표준화된 BIM 부품 라이브러리의 제공으로 평면의 안목치수 적용에도 도움이 될 수 있으며 각 부품업체별로 다른 기준을 적용하지 않고 통일된 기준을 설정함으로써 업체들의 BIM 라이브러리 활용에 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 사료된다.
- 그러나 BIM 설계는 라이브러리 객체정보를 활용하여 여러 설계에서 활용이 가능하다. 특히 조립기준면 및 틈값을 패밀리 매개 변수를 통하여 미리 정의함으로서 설계의 효율성을 극대화시킬 수 있으며 향후 증축과 시설 유지관리, 생애주기 전반에 걸쳐 정보를 활용할 수 있다.
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