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문제 정의
- 또한, 디지털 패브리케이션은 기존 건설산업에서 사용하는 재료에 한정적이지 않으며 특수한 재료를 많이 사용하였고, 습식공법에 대한 거푸집에 대해서도 복잡하고 다양한 형상을 구현한 것에 대한 평가 항목이 필요하기 때문에 Material Management의 항목을 추가하였다. 따라서 본 논문은 PMBOK의 지식영역을 토대로 디지털 패브리케이션의 적용에 대한 항목을 총 10개로 지정하고 사례분석에 대한 평가를 실시하였다.
- 본 연구는 과거에 진행된 디지털 패브리케이션을 적용시킨 국내·외 사례를 분석하고, 분석된 사례에 대한 데이터를 PMBOK의 지식분야를 기반으로 항목을 정하고 평가할 것이다.
- 또한, 디지털 패브리케이션의 전문가는 국내에 소수만 존재하기 때문에 데이터 제공 및 인터뷰에 어려움이 따른다. 본 연구에서는 디지털 패브리케이션의 국내와 해외의 27개의 비정형 건축물 프로젝트 사례분석을 진행하고, 사례분석한 데이터를 PMBOK 지식영역 및 전문가 인터뷰를 통하여 평가하고자 한다.
제안 방법
- 앞에서 사례분석에 대하여 PMBOK을 기반으로 평가를 진행하였다. PMBOK에 대한 이론적 고찰을 통해 추출한 항목을 기준으로 프로젝트별 긍정적, 부정적 영향에 대한 점수를 부여하고 합산하였다. Figure 1은 국내와 해외 프로젝트를 구분하여 합산점수를 기준으로 프로젝트별 등급을 상(7점 이상), 중(4점 이상 6점 이하), 하(3점 이하)로 구분하였다.
- 기존 건축물의 재료로 사용하지 않던 UHPC, ETFE, GRCP, GFRC(Galss Fiber Reinforced Concrete) 등을 적용하여 다양하고 복잡한 외피를 표현할 수 있었고, 기존 건설산업에서 지속적으로 사용해 왔던 AL. Panel 이나 Copper Panel 등을 Press Brake Punches and Dies Tool을 이용하여 부재를 구부려서 입체적인 Panel로 외장마감을 하였으며, Exposed Concrete 또는 Concrete Panel 등의 재료는 복잡한 형상의 거푸집을 3D Model을 통하여 추출한 2D 제작 도면으로 CNC Machine을 통하여 공장에서 비정형 거푸집을 제작하고 타설 및 양생과정을 통해 제작한 거푸집 또는 Concrete Panel을 현장으로 운반하여 설치하기도 하였다. Software issues와 Quality Management에서 언급된 긍정적 부분과 연결되어 통합적으로 창출된 결과라고 보면 될 것이다.
- 디지털 패브리케이션의 경우에도 BIM과 겹치는 항목을 확인할 수 있었으며, 선행연구의 분석방법을 기반으로 기존의 항목에서 본 연구의 분석에 해당하는 부분이 적은 Procurement Management에 대한 내용을 제외시키고 Material Management와 Software issues에 대한 항목을 추가하여 디지털 패브리케이션 적용으로 프로젝트에 발생하는 효과에 대하여 평가를 실시하였다. 각 지식영역에 대해서 총 10개의 항목별로 긍정적인 영향, 부정적인 영향으로 나눠서 정량적으로 분석했다. 분석한 결과는 긍정적인 영향을 미친 지식영역이 전체 지식영역의 90%를 차지하였고 부정적인 영향은 10%로 나타났다.
- 다음으로 디지털 패브리케이션이 적용된 프로젝트의 사례분석표를 PMBOK의 지식영역에 대한 이론적 고찰을 통해 추출한 평가에 항목을 디지털 패브리케이션에 맞게 조정하고, 분석 항목에 따라서 평가를 실시하였다.
- 데이터는 국내와 해외로 분류하여 실시하였으며, 연면적, 비정형이 적용된 면적, 재료의 종류, 재료의 수, 비정형이 적용된 부위, 재료의 크기, 생산방식 또는 공법, 공종, 공사기간, 사용한 소프트웨어의 항목으로 데이터를 분류하였다. 그 중에서도 비정형이 적용된 면적, 재료의 종류, 재료의 수, 재료의 크기에 초점을 맞춰서 데이터 수집을 하였다.
- 디지털 생산방식은 오차범위가 최소화 되어야 높은 품질의 비정형 형상의 구현이 가능하기 때문에 대부분의 프로젝트는 BIM Software인 CATIA를 적용하였으며, 상황에 따라서 다른 프로그램도 복합적으로 적용하였다.
- 사례분석은 건물 연면적, 비정형 면적, 재료의 종류, 재료의 수, 비정형 적용 부위, 재료의 사이즈, 건설기간, 프로젝트에 사용한 소프트웨어를 항목으로 선정하여 진행하였다. 디지털 패브리케이션을 적용한 비정형 건축물은 기존 건축물의 재료로 많이 쓰이던 콘크리트, 유리, 벽돌, 철 등도 각 프로젝트에 맞게 사용자화하거나, 부재화하여 공장에서 제작하고 현장에서 설치하는 방식으로 진행하였다. 더 나아가 디지털 패브리케이션의 적용으로 사용할 수 있는 재료의 범위가 넓어져 기존 건설산업에서 사용하지 않던 ETFE, PTFE, GFRP, UHPC 등 다양한 재료로 건축물의 비정형 부분을 구현하고 있음을 알 수 있었다.
- PMBOK의 지식영역을 토대로 BIM 사용에 대한 프로젝트에 발생하는 효과를 분석한 연구가 존재하였다. 디지털 패브리케이션의 경우에도 BIM과 겹치는 항목을 확인할 수 있었으며, 선행연구의 분석방법을 기반으로 기존의 항목에서 본 연구의 분석에 해당하는 부분이 적은 Procurement Management에 대한 내용을 제외시키고 Material Management와 Software issues에 대한 항목을 추가하여 디지털 패브리케이션 적용으로 프로젝트에 발생하는 효과에 대하여 평가를 실시하였다. 각 지식영역에 대해서 총 10개의 항목별로 긍정적인 영향, 부정적인 영향으로 나눠서 정량적으로 분석했다.
- 전문 건설업체인 Withworks에서 실제로 진행한 프로젝트의 데이터를 지원받아 국내·외의 디지털 패브리케이션을 적용시킨 약 5개 프로젝트의 상세한 데이터를 분석하였다. 또한 Withworks에서 한국 시공학회 및 한국BIM학회에 발표를 진행하였던 자료를 참고하여 추가로 사례분석을 실시하였고 전문가 인터뷰를 통하여 누락된 프로젝트를 추가 및 적절하지 않은 프로젝트는 제거하고 사례분석을 완료하였다.
- 디지털 패브리케이션을 적용하기 위해서는 소프트웨어의 사용은 기본적으로 포함되며, 소프트웨어의 종류 및 적용 범위에 대한 평가 내용이 필요하기 때문에 Software issues에 대한 평가 항목을 추가하였다. 또한, 디지털 패브리케이션은 기존 건설산업에서 사용하는 재료에 한정적이지 않으며 특수한 재료를 많이 사용하였고, 습식공법에 대한 거푸집에 대해서도 복잡하고 다양한 형상을 구현한 것에 대한 평가 항목이 필요하기 때문에 Material Management의 항목을 추가하였다. 따라서 본 논문은 PMBOK의 지식영역을 토대로 디지털 패브리케이션의 적용에 대한 항목을 총 10개로 지정하고 사례분석에 대한 평가를 실시하였다.
- 마지막으로 평가 결과를 기반으로 건설 프로젝트가 디지털 패브리케이션의 적용으로 PM(Project Manager)의 관점에서 얻을 수 있는 이점을 분석하고 나아갈 방향에 대한 시사점을 도출하였다.
- 본 연구는 AIA BIM TAP AWARDS, 각종 학회 발표자료 및 해당 프로젝트 웹 사이트, 보고서, 전문 건설업체의 실제 프로젝트 진행 자료 등을 토대로 데이터 분석을 실시하였다. 기존에는 디지털 패브리케이션에 대한 데이터 축적이 이루어진 것을 찾아보기 힘들었으며, 각 프로젝트별 상세한 데이터 수집을 하는데 한계가 있었다.
- 데이터 수집 결과는 국내 10개의 프로젝트, 해외 17개의 프로젝트로 총 27개의 프로젝트를 사례분석을 했다. 사례분석은 건물 연면적, 비정형 면적, 재료의 종류, 재료의 수, 비정형 적용 부위, 재료의 사이즈, 건설기간, 프로젝트에 사용한 소프트웨어를 항목으로 선정하여 진행하였다. 디지털 패브리케이션을 적용한 비정형 건축물은 기존 건축물의 재료로 많이 쓰이던 콘크리트, 유리, 벽돌, 철 등도 각 프로젝트에 맞게 사용자화하거나, 부재화하여 공장에서 제작하고 현장에서 설치하는 방식으로 진행하였다.
- 2000년도 이후에 완공된 국내와 해외의 BIM이 적용된 프로젝트 중에서 디지털 기술이 적용된 27개의 프로젝트를 선별하여 데이터를 수집하고 사례분석을 진행했다. 사례분석한 데이터를 PMBOK의 지식영역을 기반으로 평가를 실시했다. 도출된 결과를 디지털 패브리케이션 전문업체의 전문가 인터뷰를 통하여 얻은 최종결과는 Table 3과 같다.
- 앞에서 사례분석에 대하여 PMBOK을 기반으로 평가를 진행하였다. PMBOK에 대한 이론적 고찰을 통해 추출한 항목을 기준으로 프로젝트별 긍정적, 부정적 영향에 대한 점수를 부여하고 합산하였다.
- 우선 디지털 패브리케이션을 적용하여 시공한 비정형 건축물에 대하여 과거부터 현재까지 사례들을 전체적으로 분석하기 위하여 대표적인 국내·외 사례들의 데이터를 수집하였으며, 수집한 데이터를 기반으로 각 프로젝트별로 디지털 패브리케이션을 적용한 비정형 면적, 재료의 종류, 재료의 수, 생산방법, 업무범위, 기간, 적용 소프트웨어 등으로 분류하여 사례분석을 하였다.
- 다음으로는 Integration Management의 지식영역에 대해서는 모두 긍정적인 영향이 나타났다. 이 지식영역에서는 비정형 프로젝트의 각각 크기가 다른 부재들을 최적화하여 생산성을 높이는 과정을 포함하였으며, 설계 최적화를 통하여 부재의 크기 및 종류를 한정시켜서 생산성을 높였다. 대표적으로 P8의 사례를 통하여 확인해보면 Table 5와 같이 진행이 되었다.
- 과거의 재료들 이외에도 ETFE(Ethylene Tetra Fluoro Ethylene)를 사용한 프로젝트는 3개(11%)이고, PTFE(Poly Tetra Fluoro Ethylene)를 사용한 프로젝트는 1개(4%)이고, GFRP(Glass Fiber Reinforced Polymer)를 사용한 프로젝트는 3개(11%)이고, UHPC(Ultra High Performance Concrete)를 사용한 프로젝트는 1개(4%)이다. 전체 프로젝트에서 7개(26%)가 과거의 한정적인 재료가 아닌 재료로 비정형 형태를 구현하였다.
대상 데이터
- 2000년도 이후에 완공된 국내와 해외의 BIM이 적용된 프로젝트 중에서 디지털 기술이 적용된 27개의 프로젝트를 선별하여 데이터를 수집하고 사례분석을 진행했다. 사례분석한 데이터를 PMBOK의 지식영역을 기반으로 평가를 실시했다.
- 데이터는 국내와 해외로 분류하여 실시하였으며, 연면적, 비정형이 적용된 면적, 재료의 종류, 재료의 수, 비정형이 적용된 부위, 재료의 크기, 생산방식 또는 공법, 공종, 공사기간, 사용한 소프트웨어의 항목으로 데이터를 분류하였다. 그 중에서도 비정형이 적용된 면적, 재료의 종류, 재료의 수, 재료의 크기에 초점을 맞춰서 데이터 수집을 하였다. 데이터 수집의 부족한 부분은 전문가 인터뷰를 통하여 사례분석을 완료할 수 있었으며, 그 중에서도 데이터 수집의 한계로 약 15개 정도의 데이터의 누락이 존재하였다.
- 본 연구의 사례분석의 데이터 수집은 AIA BIM TAP AWARDS(현 AIA/TAP Innovation Awards Program)을 2005년부터 2017년까지의 발행물에 포함된 프로젝트의 데이터를 수집했다. 다음으로 수집한 데이터에서 비정형이 포함된 프로젝트를 추출하고, 추출된 프로젝트에서 디지털 패브리케이션을 적용하여 설계, 제작 및 시공을 진행한 프로젝트에 대해서 데이터를 수집하였다. 부족한 데이터는 학술지 및 학회 발표자료, 각 프로젝트를 설계한 설계회사, 시공을 진행한 시공사, 그리고 부재를 제작한 제작회사 등의 웹 홈페이지를 통해서 부족한 데이터를 수집하였다.
- 본 연구는 BIM이 적용된 건설 프로젝트 중에서 디지털 패브리케이션이 적용된 비정형 건축물 프로젝트를 중심으로 데이터를 수집하여 사례분석을 실시하였다. 데이터 수집 결과는 국내 10개의 프로젝트, 해외 17개의 프로젝트로 총 27개의 프로젝트를 사례분석을 했다. 사례분석은 건물 연면적, 비정형 면적, 재료의 종류, 재료의 수, 비정형 적용 부위, 재료의 사이즈, 건설기간, 프로젝트에 사용한 소프트웨어를 항목으로 선정하여 진행하였다.
- 본 연구는 BIM이 적용된 건설 프로젝트 중에서 디지털 패브리케이션이 적용된 비정형 건축물 프로젝트를 중심으로 데이터를 수집하여 사례분석을 실시하였다. 데이터 수집 결과는 국내 10개의 프로젝트, 해외 17개의 프로젝트로 총 27개의 프로젝트를 사례분석을 했다.
- 본 연구는 국내·외 디지털 패브리케이션을 적용한 비정형 건축물 프로젝트 27개의 사례조사 및 평가를 진행하였다.
- 본 연구의 사례분석의 데이터 수집은 AIA BIM TAP AWARDS(현 AIA/TAP Innovation Awards Program)을 2005년부터 2017년까지의 발행물에 포함된 프로젝트의 데이터를 수집했다. 다음으로 수집한 데이터에서 비정형이 포함된 프로젝트를 추출하고, 추출된 프로젝트에서 디지털 패브리케이션을 적용하여 설계, 제작 및 시공을 진행한 프로젝트에 대해서 데이터를 수집하였다.
- 다음으로 수집한 데이터에서 비정형이 포함된 프로젝트를 추출하고, 추출된 프로젝트에서 디지털 패브리케이션을 적용하여 설계, 제작 및 시공을 진행한 프로젝트에 대해서 데이터를 수집하였다. 부족한 데이터는 학술지 및 학회 발표자료, 각 프로젝트를 설계한 설계회사, 시공을 진행한 시공사, 그리고 부재를 제작한 제작회사 등의 웹 홈페이지를 통해서 부족한 데이터를 수집하였다. AIA BIM TAP AWARDS의 발행물에 포함된 프로젝트만으로는 사례분석의 목표치에 도달하지 못하였다.
- 사례분석 결과는 총 27건의 국내·외 디지털 패브리케이션을 적용한 비정형 건축물 프로젝트에 대한 데이터를 수집할 수 있었다.
- 전문 건설업체인 Withworks에서 실제로 진행한 프로젝트의 데이터를 지원받아 국내·외의 디지털 패브리케이션을 적용시킨 약 5개 프로젝트의 상세한 데이터를 분석하였다.
성능/효과
- 반면에 해외 프로젝트의 경우에는 등급별로 상 등급이 2개(12%), 중 등급은 8개(47%), 하 등급은 7개(41%)이다. BIM 및 디지털 패브리케이션에 대한 관심 및 연구가 활발하게 진행되는 해외의 프로젝트가 국내의 프로젝트에 비해 높은 등급이 다소 많이 부여되었으며, 국내에는 존재하지 않는 상 등급의 프로젝트도 2개로 나타났다.
- Communication Management의 지식영역인의 긍정적인 영향은 3점을 획득하였으며, 전체 프로젝트 중에서 3개(11%)에서 긍정적인 언급을 했고, 부정적인 언급은 없었다. BIM을 사용하여 작성된 3D Model로 의사소통이 향상됐고, 그로 인해 발생한 긍정적인 영향으로는 기획단계와 설계단계에 초점을 맞춘 BIM에 대한 언급이 있었다. 하지만 디지털 패브리케이션을 통한 의사소통 향상에 대한 언급은 찾아보기 어려웠다.
- PMBOK을 기반으로 진행한 평가의 결과는 긍정적인 영향을 미친 지식영역은 10개의 영역 중 9개인 90%에 달했으며 부정적인 영향을 미친 것은 1개로 10%였다. 전체 프로젝트 점수에 대한 평균은 2.
- Risk (uncertainty) Management의 지식영역은 긍정적인 영향에서 7점을 획득하였으며, 전체에서 5개(19%)의 프로젝트에서 긍정적인 영향을 미쳤고, 3개(11%)의 프로젝트에서는 -3점의 부정적인 영향이 나타났다. 디지털 패브리케이션을 적용할 경우에는 3D Model을 통하여 시공에 대한 시뮬레이션 또는 여러 차례에 걸칠 Mock-up을 통하여 부재 제작 및 시공에 대한 잠재적인 리스크를 검토한 후에 제작 및 시공을 진행한다.
- Scope management의 지식영역의 긍정적인 영향은 총 4점이며 부정적인 영향은 발생하지 않았고, 모두 긍정적인 영향이 발생했으나 발생의 빈도는 전체에서 4개(15%)의 프로젝트에서 언급되어 낮은 수준이다. 디지털 패브리케이션이 적용되는 프로젝트에서는 건축물의 어느 부위에 디지털 패브리케이션을 적용하는지가 가장 중요하다.
- 가장 높은 점수를 획득한 Quality Management의 지식영역은 긍정적인 영향은 총 26점을 획득하였으며, 전체에서 17개(63%)의 프로젝트에서 긍정적인 언급이 있었으나 부정적인 언급은 없었다. 최근 국내·외에서 비정형 건축물에 대한 관심이 높아지고 다양하고 복잡한 프로젝트들이 증가하고 있다.
- 공종은 적용 부위와 비슷한 결과를 확인할 수 있으며, 전체 프로젝트의 26개(96%)가 커튼월 공사, 외부마감 공사에 포함되었으며, 내부마감 공사는 1개(4%)이다.
- 두 번째로 큰 점수를 획득한 Software issues이다. 긍정적인 영향은 총 20점의 점수를 획득하였고, 전체에서 16개(59%)의 프로젝트에서 긍정적인 언급이 있었고, 소프트웨어 프로그래밍의 경험부족으로 인하여 발생한 1개의 부정적인 언급이 있었다. 디지털 패브리케이션을 적용하기 위해서는 BIM 3D Model에서 시작하기 때문에 모든 프로젝트에서 BIM Software가 적용되었다.
- 디지털 패브리케이션을 적용한 비정형 건축물은 기존 건축물의 재료로 많이 쓰이던 콘크리트, 유리, 벽돌, 철 등도 각 프로젝트에 맞게 사용자화하거나, 부재화하여 공장에서 제작하고 현장에서 설치하는 방식으로 진행하였다. 더 나아가 디지털 패브리케이션의 적용으로 사용할 수 있는 재료의 범위가 넓어져 기존 건설산업에서 사용하지 않던 ETFE, PTFE, GFRP, UHPC 등 다양한 재료로 건축물의 비정형 부분을 구현하고 있음을 알 수 있었다.
- 하지만 디지털 패브리케이션을 통한 의사소통 향상에 대한 언급은 찾아보기 어려웠다. 또한, 3D Model을 통하여 추출하는 2D 제작 도면이나 단면, 조감도 등의 사항들은 Software의 지식영역에 포함시켰기 때문에 긍정적인 영향이 상대적으로 적게 나타났다. 이 결과는 디지털 패브리케이션을 적용하는 부위의 시공이 진행되기 이전단계인 기획단계에서부터 건축물의 전체적인 프로세스가 진행될 때 3D Model을 의사소통의 수단으로 사용했기 때문에 디지털 패브리케이션의 적용단계에서는 긍정적인 효과가 미미하게 나온 것으로 판단된다.
- 각 지식영역에 대해서 총 10개의 항목별로 긍정적인 영향, 부정적인 영향으로 나눠서 정량적으로 분석했다. 분석한 결과는 긍정적인 영향을 미친 지식영역이 전체 지식영역의 90%를 차지하였고 부정적인 영향은 10%로 나타났다. 부정적인 영향을 미친 영역은 Cost Management의 지식영역이었으며, 평가 결과를 살펴보면 단순 비용적인 측면이기 때문에 디지털 패브리케이션을 적용하면서 품질적인 측면이 증가하기 때문에 불가피한 문제라고 사료된다.
- 하지만 12개의 거푸집을 제작하는 것은 경제성의 하락이 예상되었으며 설계단계에서 최적화 과정을 거쳐 부재 생산을 위한 거푸집을 8개의 타입으로 조정하였다. 이처럼 27개의 프로젝트 중에서 13개(48%)의 프로젝트에서 17번의 긍정적인 효과가 나타났다. Ryu(2013)는 디지털 설계의 최적화 연구를 통하여 최적화 설계 프로세스를 제시하고 이를 통하여 시공품질 향상과 공기단축 및 시공비 상승의 문제점을 해결할 수 있었다.
- Material improvement의 긍정적인 영향은 총 16점으로 나타났다. 전체 프로젝트 중에서 13개(48%)에서 긍정적인 효과가 있었고, 부정적인 영향은 없었다. 기존 정형 건축물에 제한된 재료와 다르게 디지털 패브리케이션을 적용한 비정형 건축물 프로젝트의 경우에는 부재를 프로젝트에 맞춰 사용자화해서 3D Model을 통해 추출한 2D 제작 도면을 통하여 CNC Machine, MPSF, MSV, Pressure 등을 이용하여 제작하기 때문에 다양한 부재를 사용할 수 있었다.
후속연구
- 본 연구를 토대로 건설산업에서 지속적으로 발생하는 디지털 패브리케이션을 적용하는 프로젝트에 대한 데이터 축적이 이루어지길 기대한다. 더 나아가 축적된 데이터를 통하여 디지털 패브리케이션의 적용에 대한 의사결정을 지원하고, 프로젝트에서 성공적인 성과물을 얻을 것으로 기대한다.
- 본 연구는 국내·외 디지털 패브리케이션을 적용한 비정형 건축물 프로젝트 27개의 사례조사 및 평가를 진행하였다. 본 연구를 토대로 건설산업에서 지속적으로 발생하는 디지털 패브리케이션을 적용하는 프로젝트에 대한 데이터 축적이 이루어지길 기대한다. 더 나아가 축적된 데이터를 통하여 디지털 패브리케이션의 적용에 대한 의사결정을 지원하고, 프로젝트에서 성공적인 성과물을 얻을 것으로 기대한다.
- 또한, 사례분석을 진행하는 과정에서도 전문 건설업체에서 제공받은 자료 외에는 프로젝트별로 상세한 데이터가 명시된 자료를 쉽게 찾을 수 없었으며, 체계적으로 다양한 프로젝트에 대한 사례조사 및 분석이 이루어진 연구는 찾아보기 힘들었다. 본 연구를 통하여 국내에서도 비교적 높은 등급이 부여된 프로젝트의 사례를 참고하여 디지털 패브리케이션에 대한 적절한 적용에 대한 의사결정에 도움을 줄 것으로 기대하며, 더 나아가 디지털 패브리케이션에 대한 연구가 지속적으로 이루어진다면 국내에서도 상 등급의 프로젝트가 가능할 것으로 판단된다.
- 본 연구에서는 디지털 패브리케이션을 적용한 비정형 건축물의 국내·외 사례를 분석하고 실제 적용한 사례의 자료를 전문업체로부터 지원받아 분석을 진행하고 PMBOK을 기반으로한 평가를 진행함으로써 향후 건설산업에서 비정형 건축물 시공 시 디지털 패브리케이션의 적용에 대한 의사결정을 지원하는 연구가 될 것으로 사료된다.
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