철근 공사에는 원청 건설사, 골조 전문건설사, 배근시공도 작성자, 철근 가공장, 감독/감리사, 구조설계자 등 다수의 업무 주체가 참여하고 있으나 이들간의 합리적인 협업이 이루어질 수 있는 업무 프로세스가 구축되어 있지 않아 비효율을 초래할 가능성이 높다. 특히 철근공사는 RC골조 품질에 결정적 영향을 주는 업무이지만 참여 주체간 원활한 협업 부재로 인하여 골조의 품질 저하, 생산성 감소, 공기 지연 등 많은 문제를 야기하고 있다. 그러므로 RC골조공사는 혁신이 매우 시급한 분야라 하겠다. 최근 BIM은 건설산업의 기술 환경 패러다임을 전환시키는 기술로 인식되고 확산되고 있다. 그런데 3차원 모델 상에서 방대한 양의 철근상세정보를 모델링하기 위해서는 많은 시간과 노력이 소요되고, 모델링 후에도 데이터량의 방대함으로 인하여 프로그램 성능이 원활하게 발현되지 않기에 BIM 기술의 확산에도 불구하고 배근 설계와 시공과 관련하여 BIM 기술이 활용되고 있지 않은 상황이다. 본 기술은 3차원 BIM 환경 하에서 골조상세정보 모델링과 배근상세설계, 정밀물량산출 및 공사관리까지를 지원하는 Rebar HUB를 개발하여 RC 골조 설계 및 공사 프로세스를 합리화할 수 있는 실용적 기술 개발을 목표로 하였다.
철근 공사에는 원청 건설사, 골조 전문건설사, 배근시공도 작성자, 철근 가공장, 감독/감리사, 구조설계자 등 다수의 업무 주체가 참여하고 있으나 이들간의 합리적인 협업이 이루어질 수 있는 업무 프로세스가 구축되어 있지 않아 비효율을 초래할 가능성이 높다. 특히 철근공사는 RC골조 품질에 결정적 영향을 주는 업무이지만 참여 주체간 원활한 협업 부재로 인하여 골조의 품질 저하, 생산성 감소, 공기 지연 등 많은 문제를 야기하고 있다. 그러므로 RC골조공사는 혁신이 매우 시급한 분야라 하겠다. 최근 BIM은 건설산업의 기술 환경 패러다임을 전환시키는 기술로 인식되고 확산되고 있다. 그런데 3차원 모델 상에서 방대한 양의 철근상세정보를 모델링하기 위해서는 많은 시간과 노력이 소요되고, 모델링 후에도 데이터량의 방대함으로 인하여 프로그램 성능이 원활하게 발현되지 않기에 BIM 기술의 확산에도 불구하고 배근 설계와 시공과 관련하여 BIM 기술이 활용되고 있지 않은 상황이다. 본 기술은 3차원 BIM 환경 하에서 골조상세정보 모델링과 배근상세설계, 정밀물량산출 및 공사관리까지를 지원하는 Rebar HUB를 개발하여 RC 골조 설계 및 공사 프로세스를 합리화할 수 있는 실용적 기술 개발을 목표로 하였다.
The rebar detailing is an important work influencing the final performance and quality of RC structures. But it is one of the most irrational and illogical activity in construction site. Many groups of workers, including main contractors, structural engineers, shop drawers, rebar fabricators, and et...
The rebar detailing is an important work influencing the final performance and quality of RC structures. But it is one of the most irrational and illogical activity in construction site. Many groups of workers, including main contractors, structural engineers, shop drawers, rebar fabricators, and etc., participate in this activity. A loosely-organized process for this activity is apt to produce a big amount of rebar loss or even degraded structures. A 3-dimensional rebar auto-placing system, called as Rebar Hub, has been designed and implemented in this research. Rebar Hub provides a totally integrated service from 3D structural modeling of buildings to rebar auto-placing considering anchorage, splice, and the length of ordered rebar. In addition, Rebar Hub can recognize the 2D drawing CAD files and then build 3D structural models which are used for the start point of 3D rebar auto-placing. After rebar auto-placing, each members of the 3D structural model have rebar information belonging to them. It means that the rebar information can be used for the afterward works such as quantity-survey, manufacturing and fabrication of rebars. Rebar Hub is showing outstanding performance while applying to practical projects. It has almost five times productivity and reduces the rebar loss up to 3~8% of the initially-surveyed amount of rebar.
The rebar detailing is an important work influencing the final performance and quality of RC structures. But it is one of the most irrational and illogical activity in construction site. Many groups of workers, including main contractors, structural engineers, shop drawers, rebar fabricators, and etc., participate in this activity. A loosely-organized process for this activity is apt to produce a big amount of rebar loss or even degraded structures. A 3-dimensional rebar auto-placing system, called as Rebar Hub, has been designed and implemented in this research. Rebar Hub provides a totally integrated service from 3D structural modeling of buildings to rebar auto-placing considering anchorage, splice, and the length of ordered rebar. In addition, Rebar Hub can recognize the 2D drawing CAD files and then build 3D structural models which are used for the start point of 3D rebar auto-placing. After rebar auto-placing, each members of the 3D structural model have rebar information belonging to them. It means that the rebar information can be used for the afterward works such as quantity-survey, manufacturing and fabrication of rebars. Rebar Hub is showing outstanding performance while applying to practical projects. It has almost five times productivity and reduces the rebar loss up to 3~8% of the initially-surveyed amount of rebar.
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문제 정의
2차원 도면을 인식하는 과정에서 Rebar HUB는 도면 오류를 내용을 파악하여 보고하는 기능을 제공한다. 즉 구조평면도에 기입된 부재명(C1, G1, B1, W1 등)이 부재일람표에 누락되었거나, 구조평면도에 그려진 부재 크기와 부재일람표에 제시된 크기가 다를 경우 등의 오류를 Rebar HUB는 인식 과정에서 찾아낸다.
본 기술은 3차원 BIM 환경 하에서 골조상세정보 모델링과 배근상세설계 및 배근시공도 작성을 통합 지원하는 시스템 Rebar HUB 개발을 목적으로 수행되었다.
본 논문에서는 3차원 BIM 환경 안에서 배근상세설계와 철근공사를 지원할 수 있는 전산 프로그램 Rebar HUB의 기능설계와 구현, 그리고 적용 사례에 대하여 기술하였다. 본 연구를 통한 결론은 다음과 같다.
본 연구에서는 골조공사 비용의 많은 부분을 차지하며, BIM 기술의 기술적 한계로 지적되고 있는 철근공사에 적용되고 있는 상용 BIM도구의 활용도를 분석하였다.
제안 방법
기존 프로세스 대비 골조공사 물량산출에 대한 정확성 검증을 위해 각 부재별 기존방식과 Rebar HUB를 이용한 산출 결과에 대해 분석을 실시하였다.
본 장에서는 아파트 1개 프로젝트, 청사건물 1개 프로젝트에 대한 Rebar HUB 적용 결과를 물량 비교 중심으로 제시한다. 프로젝트 개요는 다음 표와 같다.
이를 위하여 본 기술에서는 BIM 국제표준 형식인 IFC로 골조정보를 입출력할 수 있는 기능을 개발하였다. 즉, 골조상세정보를 IFC로 저장하면 Revit, ArchiCAD 등 IFC 형식을 지원하는 상용 저작도구에 골조정보를 그대로 전달 받을 수 있으며 설비 및 마감 모델과 결합되어 통합 BIM 모델이 구성된다.
성능/효과
1) Rebar HUB는 2D 도면 인식을 통한 3차원 골조 모델링 기능을 제공함으로써 골조 모델링 효율과 정확성을 크게 향상시킬 수 있었다.
2) 3차원 골조모델이 완성되면 관련 기준 및 현장 관행을 반영한 철근의 이음/정착 설계를 포함한 자동배근 기능을 제공함으로써 배근설계의 효율과 정확성을 크게 향상시킬 수 있었다.
4) 적용 사례를 통하여 견적 물량과 Rebar HUB에 의한 물량 비교 결과 수작업에 의한 물량 산출에 비하여 오류 가능성을 낮출 수 있는 장점이 확인되었다.
0%)가 발생하는 것을 확인할 수 있었다. Rebar HUB 적용시 시공성이 반영되어 산출되어야 하는 거푸집 부위(지하 흙막이벽 또는 독립기초 헌치 거푸집등)에 대해 사전 고려가 필요할 것으로 분석되었다(Table 2,3).
거푸집의 경우 Rebar HUB의 상세 모델링 수준과 합벽등 시공성을 고려한 산출방식을 고려하지 못한 Rebar HUB의 산출결과가 기존 산출방식에 비해 오차(1.0%)가 발생하는 것을 확인할 수 있었다. Rebar HUB 적용시 시공성이 반영되어 산출되어야 하는 거푸집 부위(지하 흙막이벽 또는 독립기초 헌치 거푸집등)에 대해 사전 고려가 필요할 것으로 분석되었다(Table 2,3).
차이가 발생하는 원인은 콘크리트의 경우 Rebar HUB에서 모델링하지 않는 버림 콘크리트 물량 차이가 큰 부분을 차지했다. 실제 1차 적용 프로젝트인 아파트 프로젝트의 경우 위와 같은 원인으로 인하여 4%의 콘크리트 물량차이를 보였으나, 버림콘크리트 물량산출 부분에 대해 Rebar HUB의 기능을 보완한 결과 2차 적용 프로젝트인 신청사 프로젝트의 경우 그 차이가 0.5%로 감소하였다.
실제 프로젝트에 Rebar HUB를 적용해 본 결과 3D 모델링을 통한 골조 물량 산출 누락 부재 검토에 충분히 효과적인 부분이 있으나, 3D 모델링 객체의 단순한 체적 및 면적을 통한 거푸집ㆍ콘크리트 물량산출에는 문제점이 있는 것으로 파악되었다. 하지만 골조공사의 BIM 적용시 가장 문제로 지적된 철근 물량에 대한 정확성은 기존 방식보다 Rebar HUB를 이용한 산출방식이 철근 가공계획까지 고려한 물량산출이 가능하며 그 정확성이 높은 것으로 분석되었다.
103동의 물량 차이가 18%이상 보이는 이유는 기존 방식을 이용한 산출시 단위세대 벽체 물량을 누락하는 실수가 발생했기 때문이다. 이와 같이 엔지니어에 의한 수작업 물량 산출의 경우 단순반복작업의 특성 상 오류 가능성이 항상 내재되어 있음에 반하여, Rebar HUB를 이용한 자동배근과 정밀 물량 산출을 통하여 오류 가능성을 낮출 수 있는 장점을 확인할 수 있었다.
콘크리트와 거푸집에 의한 물량 차이는 기존 결과와 Rebar HUB를 이용한 산출 결과에 큰 차이가 없는 것을 확인 할 수 있었다. 차이가 발생하는 원인은 콘크리트의 경우 Rebar HUB에서 모델링하지 않는 버림 콘크리트 물량 차이가 큰 부분을 차지했다.
실제 프로젝트에 Rebar HUB를 적용해 본 결과 3D 모델링을 통한 골조 물량 산출 누락 부재 검토에 충분히 효과적인 부분이 있으나, 3D 모델링 객체의 단순한 체적 및 면적을 통한 거푸집ㆍ콘크리트 물량산출에는 문제점이 있는 것으로 파악되었다. 하지만 골조공사의 BIM 적용시 가장 문제로 지적된 철근 물량에 대한 정확성은 기존 방식보다 Rebar HUB를 이용한 산출방식이 철근 가공계획까지 고려한 물량산출이 가능하며 그 정확성이 높은 것으로 분석되었다. 따라서 앞으로 실제 시공현장에서 BIM을 통한 물량 산출결과와 실행물량에 대한 분석을 통하여 시공단계에서 해당 정보의 신뢰성 부분을 검증할 수 있다면, 골조공사에 대한 국내 Rebar HUB 적용이 가능할 것으로 판단된다.
현황 분석 결과, 구조 안전성 향상과 공사비 절감에 대한 요구가 증대하고 있는 시점에 골조 품질 및 경제성에 지대한 영향을 주는 배근상세설계 및 철근공사의 합리화, 효율화할 수 있는 기술 개발이 시급한 것으로 분석되었다.
후속연구
이 때 철근의 이음 및 정착을 비롯한 KBC2009에 규정되어 있는 배근상세 규정과 내진보강상세를 반영하며, 또한 원철근의 길이 등을 포함한 다양한 선택사항을 엔지니어가 결정하여 반영할 수 있다. 각 가공철근 정보는 부재 각각에 연결되어 있어 추후 부위별, 부재별 등 다양한 관점에서 정보를 정리하는 데에 활용될 수 있다.
하지만 골조공사의 BIM 적용시 가장 문제로 지적된 철근 물량에 대한 정확성은 기존 방식보다 Rebar HUB를 이용한 산출방식이 철근 가공계획까지 고려한 물량산출이 가능하며 그 정확성이 높은 것으로 분석되었다. 따라서 앞으로 실제 시공현장에서 BIM을 통한 물량 산출결과와 실행물량에 대한 분석을 통하여 시공단계에서 해당 정보의 신뢰성 부분을 검증할 수 있다면, 골조공사에 대한 국내 Rebar HUB 적용이 가능할 것으로 판단된다.
또한 3차원 뷰어 상에서 특정 부위를 선택하여 해당 부위의 물량 산출, 공사 일정 등 다양한 정보를 모델 상에서 확인할 수 있으며, 사전 시공 시뮬레이션 기능을 활용하여 시공 과정에서의 오류 가능성을 사전에 파악하여 대책을 세울 수 있는 기회를 제공한다.
BIM 환경에서의 설계와 시공은 건설산업에서 차세대 기술로서 주목받고 있다. 본 기술의 적용에 의하여 구축된 골조상세정보와 배근정보는 배근시공도 작성에만 활용될 뿐 아니라, 설비 및 마감 설계와 연계된 통합 BIM 모델 구축에 골조정보로 활용된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
철근공사는 건설현장에서 기술적으로 가장 낙후된 공정인 이유는?
그럼에도 불구하고 철근공사는 건설현장에서 기술적으로 가장 낙후된 공정이다. 구조적 지식이 부족한 엔지니어에 의하여 철근배근시공도가 작성되는 경우도 있고 도면 완성 후 검토 절차도 미흡한 상황이다. 또한 원청건설사, 골조전문건설사, 철근배근시공도 작성자, 철근가공장, 감리/감독관 등 다수 참여주체간 합리적인 협업 프로세스 및 엔지니어링 시스템이 부재하여 배근상세설계와 철근공사는 전체 공정을 지연시키는 중요한 원인이 되곤 한다. 특히 철근공사의 경우 발주자 및 원청건설사에 의한 품질 및 물량관리 방안이 부재한 경우가 많고, 공정-공사비 관리시스템의 기술적 한계로 인하여 정확한 예산 수립과 실행예산관리가 어려움을 겪고 있는 상황이다.
철근공사 시 참여하는 잠여자는 누가 있는가?
그 결과 배근 설계와 시공은 건설현장에서 가장 불합리한 공정으로 알려져 있다. 철근공사에는 원청 건설사, 골조 전문 건설사, 배근시공도 작성자, 철근 가공장, 감독/감리사, 구조 설계자 등 다수의 업무 주체가 참여하고 있으나 이들간의 합리적인 협업이 이루어질 수 있는 업무 프로세스가 구축되어 있지 않아 비효율을 초래할 가능성이 높다. 특히 철근공사는 RC골조 품질에 결정적 영향을 주는 업무이지만 참여 주체간 원활한 협업 부재로 인하여 골조의 품질 저하, 생산성 감소, 공기 지연 등 많은 문제를 야기하고 있다.
철근배근상세설계와 시공은 어떤 요소인가?
이러한 상황에서 철근배근상세설계와 시공은 철근콘크리트 골조의 품질과 경제성을 좌우하는 중요한 요소이다. 철근의 이음/정착은 철근배근상세의 핵심으로서 골조의 품질 확보에 중요한 요소이다.
참고문헌 (3)
Cho, K.J., Lee, J.H. (2009) An Efficient Algorithm for Rebar Element Generation Using 3D CAD Data, Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea, 22(5), pp.475-486.
Goh, I.D., Choi, J.H., Kim, E.D., Lee, J.M. (2009) Extracting Building Element Geometry from BIM/IFC Physical Files, Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea, 22(2), pp.163-172.
Lee, K.W. (1999) Principle of CAD/CAM/CAE systems, Addison Wesley, USA.
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