[논문]BIM/GIS 기반 도로 개략공사비 산정 프로토타입 연구

박원영; 강태경; 이유섭

doi:10.6106/kjcem.2013.14.6.014

BIM/GIS 기반 도로 개략공사비 산정 프로토타입 연구
Roadway Preliminary Cost Estimation Prototype based on BIM and GIS 원문보기

한국건설관리학회논문집 = Korean journal of construction engineering and management, v.14 no.6, 2013년, pp.14 - 21

박원영 (한국건설기술연구원 건설정책시스템연구본부) , 강태경 (한국건설기술연구원 건설정책시스템연구본부) , 이유섭 (한국건설기술연구원 건설정책시스템연구본부)

초록
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완성된 도면과 시방서를 기초로 산출한 상세한 물량 정보를 토대로 상세 공사비를 예측하는 업무에 비해 도면과 시방서가 완성되기 이전 단계에서 시설제원이나 개략적인 설계 정보 등을 기초로 개략공사비를 예측하는 업무는 공사비 예측 업무 담당자의 주관적인 판단에 의존하는 경향이 크고 객관성이 낮은 실정이다. 본 연구에서는 도로건설공사 초기단계에서의 사업비 예측 모델을 연구하고 이를 토대로 건설공사 개략공사비 예측 시스템을 개발하였다. 이 시스템은 BIM 및 GIS를 이용하여 사업 초기단계 개략적인 노선선정에 따른 개략공사비 추정에 있어 사례기반추론을 기반으로 사업비 예측의 정확성 향상과 업무 선진화에 기여할 것으로 기대된다. 또한 사용자가 인터넷을 통해 편리하게 접근할 수 있고 객관적이면서 일관성 있는 개략공사비 예측 결과를 제공받을 수 있으므로 업무 투명성 측면의 효과도 기대할 수 있을 것이다.

Abstract ▼ AI-Helper

While a detailed cost estimation utilizes the comprehensive quantity information obtained from a complete drawing and specification, an approximate cost estimation heavily relies on the subjective decisions. This phenomenon is because the approximate estimation is usually conducted in early stage of the construction phase where the drawing and specification are not available. This study developed a roadway construction cost estimation system which enables users to estimate the approximated cost of the project in early stage. The system identifies the variation of the construction costs due to the road route change using a cased based reasoning(CBR) method. Overall the system is expected to improves the accuracy and effectiveness of the estimation process, because it would provide users with increased accessability and consistent results in early stage of the project which leaded to the increased work transparency.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

BIM/GIS기반 도로 사업비 예측 시스템은 크게 ‘개략 도로 3D모델링 및 공사비 예측 기초정보 산출 시스템’과 ‘웹 기반 개략공사비 예측 시스템’으로 구성되며 본 연구에서는 후자에 초점을 두고 설명하고자 한다.
BID/GIS기반 도로 3D 모델은 대표적인 상용프로그램인 auto- CAD를 기반으로 하고 있으며, 개략공사비 산정 모델은 웹기반 시스템 형태로 개발하여 사용자들이 접근하기 쉽도록 하였다. 다만 본 논문은 개략공사비 예측모델에 관한 사항을 중심으로 기술하고자 한다.
본 연구에서는 국도건설공사를 대상으로 기획단계의 개략적인 예산 추정이나 설계대안 비교를 위한 개략공사비 예측 등에 대응할 수 있는 개략공사비 예측 시스템을 개발하였다. 개략적인 소요예산 추정은 시설제원과 공사특성을 활용하는 공사비 예측모델을 기초로 하며, 설계대안 비교를 위한 개략공사비 예측모델은 대표공종의 개략물량을 기반으로 하는 모델을 적용하였다.
이에 본 논문에서는 공사비 결정에 중대한 영향을 미치는 사업초기단계에서 BIM/GIS등 공간정보와 객체화된 부위정보등을 토대로 노선관련 현실적인 데이터를 기반으로 하는 사업초기단계의 도로 공사비 예측시스템을 제시하고자 한다. 총 5차년도 4단계에 걸쳐 진행되는 본 연구는 사업비 예측모델, 편익산정모델, 도로3D개략모델을 단계별로 개발하고 이를 융합하여 BIM/ GIS기반 도로 경제성 분석시스템을 완성하는 것을 목표하고 있다 (Fig.
이에 본 논문에서는 공사비 결정에 중대한 영향을 미치는 사업초기단계에서 BIM/GIS등 공간정보와 객체화된 부위정보등을 토대로 노선관련 현실적인 데이터를 기반으로 하는 사업초기단계의 도로 공사비 예측시스템을 제시하고자 한다. 총 5차년도 4단계에 걸쳐 진행되는 본 연구는 사업비 예측모델, 편익산정모델, 도로3D개략모델을 단계별로 개발하고 이를 융합하여 BIM/ GIS기반 도로 경제성 분석시스템을 완성하는 것을 목표하고 있다 (Fig. 1).

제안 방법

본 연구에서는 국도건설공사를 대상으로 기획단계의 개략적인 예산 추정이나 설계대안 비교를 위한 개략공사비 예측 등에 대응할 수 있는 개략공사비 예측 시스템을 개발하였다. 개략적인 소요예산 추정은 시설제원과 공사특성을 활용하는 공사비 예측모델을 기초로 하며, 설계대안 비교를 위한 개략공사비 예측모델은 대표공종의 개략물량을 기반으로 하는 모델을 적용하였다. 다만, 전체공종의 상세물량을 기반으로 하는 공사비 예측모델은 이미 상용 소프트웨어가 예정가격 작성 등 관련실무에 폭넓게 보급되어 있으므로 대상에서 제외하였다.
‘개략 도로 3D모델링 및 공사비 예측 기초정보 산출 시스템’은 Auto CAD 운영환경에서 도로의 시종점, 경유지 등의 노선정보를 바탕으로 지형정보를 활용하여 평면 종단 설계를 통한 토공구간, 교량구간, 터널구간의 3D모델을 제공한다. 구조물의 형식, 연장 등의 기초정보와 함께 지질조사 정보 입력 시 토공구간의 주요물량 등을 추출할 수 있도록 설계되었다. 사용자가 수치지형도에 개략적인 노선 및 구조물에 대한 기초정보를 입력하면 총연장, 토공구간의 연장, 교량/터널의 개소 및 연장 등 기초적인 설계정보와 함께 BIM기반의 개략 3D 평면 및 종단 설계 정보와 지반시추정보 등을 이용한 토공량, 운반(도쟈, 덤프), 구조물(교량, 터널)의 주요물량정보 등 공사비 예측 기초정보(XML형식)가 산출된다.
2). 따라서 초기단계의 개략 공사비 예측모델은 크게 시설제원이나 공사특성 기반 모델과 대표공종의 개략물량(approximate quantities) 기반 모델로 구분할 수 있으며, 본 연구에서 제시한 개략공사비 산출 모델은 사업단계에 따라 각 모델을 구분하여 적용할 수 있는 시스템으로 구성되어진다.
또한 구간별 개략공사비 추정을 위하여 사용자가 교량형식, 가설위치, 경간장, 하부면적 등 교량구간 및 터널형식, 환기방식 등 터널구간에 대한 보다 상세한 변수들을 입력하면 시스템은 과거 유사 교량 및 터널의 공사비를 토대로 당해 공사 구조물의 개략공사비를 별도로 제시할 수 있게 구성되었다.
이와 같은 관점에서 대표공종 개략물량 기반의 개략공사비 예측모델은 파레토의 법칙 개념을 공사비 예측에 적용한 산물이라 할 수 있는데, 비중이 큰 공종은 물량과 공사비 예측시점의 최신 단가를 활용하여 상대적으로 정밀하게 공사비를 예측하고 비중이 낮은 항목은 하나로 묶어서 비율로 약산하는 개념이다. 또한 대표공종의 공종별 단가 산출 시에도 파레토의 법칙을 응용하였다. 단가를 구성하는 여러 세부 항목 중 비중이 낮은 항목의 소요비용은 비율로 계상하는 방법을 채택하고 있는 것이다.
10에서 교량에 대한 개략물량 기반 모델 공사비 산정 과정을 확인할 수 있다. 시설제원 및 공사특성 기반 모델과 마찬가지로 개략3D모델링 시스템에서 산출된 정보를 upload하여 상세 제원을 입력하거나 사용자가 직접 정보를 입력할 수 있도록 하였다.
다만, 전체공종의 상세물량을 기반으로 하는 공사비 예측모델은 이미 상용 소프트웨어가 예정가격 작성 등 관련실무에 폭넓게 보급되어 있으므로 대상에서 제외하였다. 시스템에 적용된 개략공사비 예측모델은 사례기반추론방식을 기본으로 하고 있으며, GIS를 통한 지질정보와 토공, 교량 등에 관한 BIM정보를 활용하여 사업초기단계에서 실물정보를 토대로 가시성과 현실성을 제고하여 최적노선을 검토할 수 있도록 설계되었다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 연구에서 제시하고 있는 개략공사비 예측시스템은 사례기반추론과 파레토의 법칙을 이론적 토대로 개발되었다. 다만, 세부적으로 고려하는 사례기반추론의 변수나 대표공종의 내역 등은 건설공사의 종류와 단계별 특성을 고려하여 차별화하고 있다.

대상 데이터

본 연구의 대상은 내역서를 구성하는 공종별 상세물량과단가에 기초하는 상세 공사비 예측 모델을 활용하기 어려운 초기단계의 모델들이다. 대표단위(unit), 공간(space), 부위(element) 등에 기초한 개략공사비 예측모델들은 모두 시설제원과 공사특성 기반 모델이라 할 수 있으며 형식적으로도 유사한 측면이 있다(Fig.

이론/모형

3에서 사례기반추론 개념을 활용한 국도의 개략공사비 예측 절차를 예시하고 있으며, 시설물의 종류에 따라 고려되는 변수와 절차상 차이는 있다. 한편, 과거 사례의 유사도 점수 산정에 있어서 가중치 결정이 중요한 이슈가 되는데 본 연구에서는 유전자알고리즘(Genetic Algorithm; GA) 방법론을 적용하여 가중치를 제시하였다. 다만, 구체적인 CBR 알고리즘이나 가중치 산출 모델은 본 논문의 주제가 아니므로 본 논문에서 언급하지 않았다

성능/효과

축적된 과거 사례를 신규 사례의 문제해결과 검증에 활용하는 사례기반추론(Case Based Reasoning; CBR) 개념은 본 연구에서 제안하고 있는 개략공사비 예측모델 전체를 관통하는 근간이라 할 수 있다.

후속연구

다만 현재 사용되는‘도로업무편람’ 등과 비교하여 3D모델링 등을 통하여 가시적으로 설계정보를 확인할 수 있다는 점과 기 수행된 유사 형태의 공사정보만을 선택적으로 추출하여 공사비를 예측할 수 있다는 점에 있어서 도로공사 사업비 예측에 보다 유용한 정보를 제공할 수 있을 것이다.
무엇보다 이 시스템을 개략공사비 예측업무에 관한 가이드라인으로 활용함으로써 개략공사비 예측업무의 투명성, 객관성, 일관성 제고를 기대할 수 있고, 웹기반 시스템 형태로 개발되었으므로 사용자의 접근성과 활용성도 클 것으로 기대된다. 또한 본 시스템은 공사비 예측뿐만 아니라 BIM 및 GIS를 활용한 노선 선정, 지질정보를 활용한 보다 정확한 토공물량 산정, 편입용지면적 및 지가정보를 활용한 용지비 산정, 유지관리비 예측 등 도로건설 프로젝트의 전반에 대한 사업비를 산정할 수 있도록 연계시스템을 개발․보완 중에 있으며, 이를 통하여 도로 건설사업 기획 및 계획단계에서 사업비 예측 업무 전반의 선진화를 위한 기반이 마련될 것으로 기대된다.
BIM/GIS기반 도로 3D모델링 및 예측 기초정보 산출 시스템은 보완 및 추가개발 과정에 있으며 건설공사 개략공사비 예측 시스템은 사업초기단계 의사결정 도구로 현재 시・군・구 지자체 등 전문 관리 인력이 부족한 중소 발주기관을 중심으로 보급 중에 있다. 무엇보다 이 시스템을 개략공사비 예측업무에 관한 가이드라인으로 활용함으로써 개략공사비 예측업무의 투명성, 객관성, 일관성 제고를 기대할 수 있고, 웹기반 시스템 형태로 개발되었으므로 사용자의 접근성과 활용성도 클 것으로 기대된다. 또한 본 시스템은 공사비 예측뿐만 아니라 BIM 및 GIS를 활용한 노선 선정, 지질정보를 활용한 보다 정확한 토공물량 산정, 편입용지면적 및 지가정보를 활용한 용지비 산정, 유지관리비 예측 등 도로건설 프로젝트의 전반에 대한 사업비를 산정할 수 있도록 연계시스템을 개발․보완 중에 있으며, 이를 통하여 도로 건설사업 기획 및 계획단계에서 사업비 예측 업무 전반의 선진화를 위한 기반이 마련될 것으로 기대된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	CBR 모델의 특징은 무엇인가?	웹기반 개략공사비 예측 시스템의 세부 프로세스와 인터페이스는 시설별 특성에 따라 다소 차이가 있지만, 기본이 되는 알고리즘은 시설제원 등 속성정보를 활용하는 CBR모델과 대표공종의 물량에 현재시점의 단가를 적용하는 대표 물량 기반 모델로 크게 구분된다. CBR 모델은 대표물량 기반 모델에 비해 상대적으로 시설에 관한 정보가 구체화되지 않은 경우에 대응하기 위한 것으로 대표물량 기반 모델에 비해 정확도는 다소 낮지만 몇 가지 사업 속성 변수만으로 공사비를 간편하게 예측할 수 있다는 장점이 있다. 반면에 대표물량 기반 모델은 대표 공종별 물량을 예측하여 공종별로 현재시점의 단가를 적용하는 만큼 CBR 모델에 비해서는 상대적으로 정확도가 높다
	대표공종의 공종별 단가 산출 시 파레토의 법칙이 어떻게 응용되었는가?	또한 대표공종의 공종별 단가 산출 시에도 파레토의 법칙을 응용하였다. 단가를 구성하는 여러 세부 항목 중 비중이 낮은 항목의 소요비용은 비율로 계상하는 방법을 채택하고 있는 것이다.
	BIM/GIS기반 도로 사업비 예측 시스템은 무엇으로 구성되는가?	BIM/GIS기반 도로 사업비 예측 시스템은 크게 ‘개략 도로 3D모델링 및 공사비 예측 기초정보 산출 시스템’과 ‘웹 기반 개략공사비 예측 시스템’으로 구성되며 본 연구에서는 후자에 초점을 두고 설명하고자 한다.

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