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문제 정의
- 포스코건설은 플랜트 건축공사가 갖는 일반적 리스크인 설계 일정 지연, 설계품질 저하 및 설계변경, 공기 지연, 프로젝트 비용 증가, 프로젝트 품질 저하 등의 문제를 해결하고자 프로세스 혁신을 시도하였으며, 그 방법으로 IPD 발주방식을 적용하여 프로젝트를 수행하였다. 본 기고에서는 이러한 국내 최초 산업 플랜트 IPD 시범사업의 수행경과 및 실적에 대한 소개를 목적으로 한다.
- 세종시 음극재 공장 신축공사는 포스코건설의 Smart Construction 기조를 적용한 시범사업으로 선정된 프로젝트이다. 이 시범사업을 통해, 포스코건설의 IPD 발주 및 운영 프로세스 정립, Lean Construction 기법 체질화, TVD(Target Value Design) 기반 Pre-construction 수행 절차 학습 등의 성과를 거두고자 하였다. 본 프로젝트의 사업 스케쥴은 아래의 그림과 같이 NTP 계약 체결을 시작으로 상세설계 및 Pre-construction 단계를 수행하고, 13개월 간의 시공단계를 수행하는 프로세스로 구성된다.
- 즉, 공장 조기가동을 위한 공기 단축, 생산설비 조기설치를 위한 설계품질 향상 및 시공단계 변경사항 최소화, 최대공사비 약정 등이 있었다. 이러한 다양한 요구조건 충족을 위해 본 프로젝트에서는 Lean construction, Prefabrication, BIM 기반 협업체계 구축, EPC 기반 IPD 계약 시스템 등의 4대 전략을 설정하고, 이를 통해 아래와 같은 공기 및 원가 절감과, 2단계 음극재 공장 신축 프로젝트 수주라는 목표를 설정하였다.
- 설계단계에 서는 Pre-construction 운영을 위해 포스코건설 본사 사옥 내에 Big Room을 설치하고, 설계사와 함께 조기참여한 전문건설업체, 발주처 등과의 협업을 통한 TVD 프로세스 수행, Pull Planning 기반 공정 최적화, BIM 데이터 구축 및 설계품질 최적화 및 시공성 검토 등의 업무를 수행하였다. 이러한 다양한 활동을 통해, 설계변경 최소화, 시공오류 감소, 품질 향상, 공사비 및 공기 단축의 목표를 달성하고자 하였다.
제안 방법
- 이러한 목표를 달성하기 위해, 1) Big room 구성, 2) 2. IPD 프로젝트 운영을 위한 구매조달 프로세스 개편(협력사 선정 및 평가 프로세스 수립, BIM 포함) 등의 사전 작업을 수행하였다. Pre-construction의 주요 업무는 설계, 시공, 공정, BIM 등으로 나뉘며, 시범사업의 일환으로 한양대학교가 컨설팅팀으로 참여하여 실무자 교육, 발주처 교육, 협력사 교육 등의 다양한 교육과, 컨설팅, 시범사업 지원 등의 업무를 수행하였다.
- Pre-construction 단계부터 시행해온 Pull planning을 현장에서 연속적으로 실시하면서 PPC를 추적해나갔으며, 이와 함께 주요 공종 및 패키지에 대한 4D 시뮬레이션을 작성하였다.
- Pre-construction 단계에서의 BIM은 짧은 설계기간과 조기착공, 조기 완공 등의 제약조건으로 인해, 착공도서 품질 검토, 착공 BIM 모델 구축, Big Room에서의 사전 시공성 검토 등을 목표로 설정하고 업무를 수행하였으며, 크게, Design Review, 3D Coordination, Phase Planning, Quantity Take-off, 3D control and Planning, Existing Conditions Modeling 등의 6개로 분야를 나누었다.
- 설계 코디네이션 미팅의 경우, 설계 진도체크, 설계이슈 보고 및 코디네이션, Pre-fab 이슈 검토 등의 업무를 주 1회로 수행하였으며, BIM 코디네이션 미팅은 주 1 회로 수행하여, 주요 안건으로는 BIM 데이터 구축 진도관리, 간섭검토 및 설계품질 검토 및 보고, 주요 부위 물량검토, 주요 이슈사항에 대한 시뮬레이션 및 시공성 검토 등이었다. VE 미팅은 설계사, 전문건설업체, 포스코건설 등이 참여하여 설계 VE 아이템 도출, 설계도서 반영, BIM 간섭검토 및 물량산출, 최종 확정 등의 순으로 이루어졌다.
- 설계도서 완료시점 별로 갱신되는 BIM 모델을 통해 설계 Coordination Meeting에서의 공간검토, 간섭검토, 디자인 대안 검토 등에 활용되었으며, 전체동 배치계획(Site Layout)의 이슈 도출 미 해결방안을 마련할 수 있었다. 또한, 공장동 외부의 파이프랙 하단의 트럭 출입가능성 검토, 파이프랙 공장동 인입부위 최적화, 파이프랙 모듈화 가능성 검토(CBA) 등 다양한 분야에 활용되어 성과를 도출하였다.
- 매주별 설계 코디네이션 미팅에서 BIM 데이터 기반 계획 대비 실적 관리를 통해 공종별 진도율 체크를 실시하였다. 이를 통해, 공사 초기단계에서 70.
- 이 시범사업을 통해, 포스코건설의 IPD 발주 및 운영 프로세스 정립, Lean Construction 기법 체질화, TVD(Target Value Design) 기반 Pre-construction 수행 절차 학습 등의 성과를 거두고자 하였다. 본 프로젝트의 사업 스케쥴은 아래의 그림과 같이 NTP 계약 체결을 시작으로 상세설계 및 Pre-construction 단계를 수행하고, 13개월 간의 시공단계를 수행하는 프로세스로 구성된다. IPD 계약 및 Pre-construction을 수행하기 위해, 계약 단계에서 Pre-GMP 및 Post-GMP 기반 Open Book 계약, 전문 건설업체의 Pre-construction단계 조기 참여(Pre-con + 시공단계 본계약 연계), 하도급사의 공사비절감 노력 동기부여 및 달성시 Profit Sharing 등이 가능한 절차를 마련하였다.
- IPD 계약 및 Pre-construction을 수행하기 위해, 계약 단계에서 Pre-GMP 및 Post-GMP 기반 Open Book 계약, 전문 건설업체의 Pre-construction단계 조기 참여(Pre-con + 시공단계 본계약 연계), 하도급사의 공사비절감 노력 동기부여 및 달성시 Profit Sharing 등이 가능한 절차를 마련하였다. 설계단계에 서는 Pre-construction 운영을 위해 포스코건설 본사 사옥 내에 Big Room을 설치하고, 설계사와 함께 조기참여한 전문건설업체, 발주처 등과의 협업을 통한 TVD 프로세스 수행, Pull Planning 기반 공정 최적화, BIM 데이터 구축 및 설계품질 최적화 및 시공성 검토 등의 업무를 수행하였다. 이러한 다양한 활동을 통해, 설계변경 최소화, 시공오류 감소, 품질 향상, 공사비 및 공기 단축의 목표를 달성하고자 하였다.
- Pre-construction 단계에서의 시공참여자들의 사전 시공성 검토를 통해 부지정지 및 항타공사에서 공사기간을 5일 단축하였으며, 철골 협력사의 제작도 사전 승인으로 철골 조기 납품으로 공기 단축 및 품질 향상이 되었다. 시공 스케줄은 협력사의 의견 반영으로 정밀 공정 수립하였으며, 협력사와의 협업이 용이한 Big room 구성도 하였다.
- 시범사업의 Pre-construction 단계에서의 가장 큰 주안점은 전체 공사비의 확정 및 GMP 계약에 있다. 이 목표를 달성하기 위해, 포스코 케미칼과 포스코건설은 주기적인 협의 및 미팅을 통해 EPC+IPD 계약과 GMP(최대공사비 약정) 방식으로 수행할 것을 합의하였으며, GMP 추정 프로세스를 기반으로 각각의 단계에서 VE를 수행하고 반영하는 TVD 방식을 적용하였다.
- 이러한 다양한 요구조건을 충족시키기 위해서 본 프로젝트는 2장에서 기술한 Level 2 IPD 방식과 EPC 계약방식을 결합한 Hybrid 발주방식을 적용하였다. 이는 기존의 플랜트 프로젝트에서 주로 활용하는 EPC 계약방식에 시공단계의 주요 협력사가 설계단계에 Design Assistant로써 참여하고, 수행성과평가에 따라 시공본계약을 수주하는 방식이었다.
- 이에 따라 BIM 팀의 Big Room 입주단계부터 BIM 수행계획 및 일정을 상호협의 하에 세밀하게 조정한 후, 약 4개월 간의 용역 기간 동안 이를 추적, 갱신하며 최적의 BIM 성과를 거두기 위해 노력하였다. 아래의 그림 7은 BIM 수행일정을 정리한 내용이다.
- 포스코 케미칼 음극재 공장은 국내의 주요 배터리 관련 소재 생산 플랜트로써, 건축공사의 의미를 넘어, 발주처가 추구하는 가치가 매우 큰 현장이다. 이에 포스코건설과의 긴밀한 협의 및 설득 끝에 IPD 발주방식을 채택하고 이를 실현하기 위해 포스코 건설의 Smart Construction 기법을 채택, 프로세스 전반에 걸쳐 적용하였다. 포스코건설은 포스코 케미칼을 설득하기 위한 전략으로 Open Book을 제시하여 발주처의 신뢰를 확보하였으며, GMP 계약을 통해 발주처의 사업비를 보존할 수 있었다.
- 이와 함께, BIM Dash Board를 운영하여, Pre-construction 단계에서 조정되는 설계이슈 및 간섭들에 대한 추적관리를 수행하였다.
- 추가 이윤 확보를 위한 동기 부여가 있어, POST GMP 계약 이후에도 포스코건설의 현장 직원들은 VE활동을 적극적으로 수행하였다. 특히 공사 초기 단계에 각 공종 CE(Construction Engineer)가 현장 및 생산 공정의 특성을 파악하고, 시공 협력사들과 시공성 검토를 수행한 후 VE Item을 발굴하여 시공 VE에 반영할 수 있었다. 예를 들어, 생산설비 및 utility 장비를 고려한 수배전반 재배치 및 부하용량 변경을 통해 전력간선 케이블 사이즈 및 route를 절감할 수 있었다.
- 포스코건설의 “포스코 케미칼 세종 음극재 공장 프로젝트”는 이러한 IPD 프로세스가 발주처의 가치 상승, 시공사의 이익 극대화뿐만 아니라, 장기적으로 기업의 기술경쟁력 및 사업관리 경쟁력을 강화시킬 수 있는 매우 혁신적인 시스템이라는 것을 증명하는 사례이다. 포스코건설은 플랜트 건축공사가 갖는 일반적 리스크인 설계 일정 지연, 설계품질 저하 및 설계변경, 공기 지연, 프로젝트 비용 증가, 프로젝트 품질 저하 등의 문제를 해결하고자 프로세스 혁신을 시도하였으며, 그 방법으로 IPD 발주방식을 적용하여 프로젝트를 수행하였다. 본 기고에서는 이러한 국내 최초 산업 플랜트 IPD 시범사업의 수행경과 및 실적에 대한 소개를 목적으로 한다.
- 현장설치 비용 감소, 품질 향상, 공기 절감, 안전 사고율 감소 등을 주요 Advantage 요소로 선정하고 중요도에 따라 배점을 배분하여, 소성로를 Pre-fab Item으로 선정하였다. 해당 Item은 중국에서 제작하여, 해상 운송을 통해 수입되어, 현장으로 반입되는 것으로, 설계단계부터, 해상운송 및 내륙운송을 고려한 Container 최대 반입 사이즈로 설계하고, 현장 설치분을 최대한 감소하고, 품질 향상을 위해, 공장 제작량을 증대시켰다. 그로 인해, 현장 설치비용이 감소하고, 현장 설치 기간이 대폭 감소하였다.
- - CBA (Pre-fab Item 선정) Pre-fab Item을 선정하기 위해 CBA(Choosing By Advantage) 기법을 적용하였다. 현장설치 비용 감소, 품질 향상, 공기 절감, 안전 사고율 감소 등을 주요 Advantage 요소로 선정하고 중요도에 따라 배점을 배분하여, 소성로를 Pre-fab Item으로 선정하였다. 해당 Item은 중국에서 제작하여, 해상 운송을 통해 수입되어, 현장으로 반입되는 것으로, 설계단계부터, 해상운송 및 내륙운송을 고려한 Container 최대 반입 사이즈로 설계하고, 현장 설치분을 최대한 감소하고, 품질 향상을 위해, 공장 제작량을 증대시켰다.
대상 데이터
- 포스코 케미칼의 “천연흑연 음극재 2공장 신축공사”는 세종특별자치시 소정면에 위치하였으며, 연면적 1X, XXX평의 규모로, 공장동, 사무동, 변전실, UT동, 자동창고동, 정비동 등으로 구성되어 있다. 2018년 9월부터 12월까지 약 4개월간 실시설계 및 Pre-construction 단계를 거쳤으며, 18년 11월 조기 착공하여 올해 11월 준공을 목전에 두고 있다.
- 실무자 사전교육, 협력사 및 BIM 업체 선정기준 마련, 발주처 IPD 계약방식 소개 및 협의 등의 활동을 통해 시범사업 시작을 위한 기틀을 마련하였다. 2018년 9월을 기점으로 Big Room 설치가 완료되고, Big Room에 상주할 설계사, 엔지니어링사, 전문시공협력사를 선정하여 투입하였다. 이와 함께 조기 BIM 데이터 구축을 위한 BIM 전문업체 선정이 완료되었다.
- 또한, BIM 데이터 구축 및 BIM 코디네이션 미팅을 위한 서버, 스크린, 전용 BIM PC 등이 구비되었다. Big Room에는 시공사 9명, 협력사 6 명, BIM 3명, 지원인력 4명 등 총 22명이 참여하였다.
이론/모형
- - CBA (Pre-fab Item 선정) Pre-fab Item을 선정하기 위해 CBA(Choosing By Advantage) 기법을 적용하였다. 현장설치 비용 감소, 품질 향상, 공기 절감, 안전 사고율 감소 등을 주요 Advantage 요소로 선정하고 중요도에 따라 배점을 배분하여, 소성로를 Pre-fab Item으로 선정하였다.
성능/효과
- 따라서 시범사업의 Pre-construction 단계에서는 한양대학교 컨설팅 팀의 주도로 참여자 교육 및 Preconstruction 단계 공정 최적화를 위한 Pull Planning이 단계적으로 이루어졌다. 1차 교육, 2차 시범 Pull Planning, 3차 설계사 및 엔지니어링사 참여 전체 Pull Planning, 4차 전체 Pull Planning 등 단계별로 수행하여 참여자들의 학습과 Pull Planning에 대한 이해, 참여자별 PPC1) 및 RFV2) 작성 등의 성과를 거둘 수 있었다.
- 4%까지 향상되었으며, 선 후행 공정간 간섭체크를 하여, 제약사항을 사전에 확인하고 제거할 수 있었다. 기존 공정표는 Excel, MS-Project, Primavera P6 등의 프로그램을 활용하여 Gantt Chart로 표기되어, 각 공종 담당자들만 이해하였던 부분에 대해, 타 공종의 공정 상황을 BIM을 통해 3D 모델링 및 시뮬레이션으로 시각화하여 상호간의 이해도 및 협업 능률이 증진됨을 체감할 수 있었다.
- 또한, 시범사업을 통해 조직 문화, 인력, 제도 등의 내부문제를 발견할 수 있었고, IPD 수행을 위한 경쟁력 있는 외부 참여자(발주처, 설계사, 전문건설업체, BIM 등)의 선별, 그들과의 협업의 어려움, 법규 적용의 한계 등의 극복해야 할 이슈들도 발견할 수 있었다.
- 매주별 설계 코디네이션 미팅에서 BIM 데이터 기반 계획 대비 실적 관리를 통해 공종별 진도율 체크를 실시하였다. 이를 통해, 공사 초기단계에서 70.1%에 그쳤던 PPC가 87.4%까지 향상되었으며, 선 후행 공정간 간섭체크를 하여, 제약사항을 사전에 확인하고 제거할 수 있었다. 기존 공정표는 Excel, MS-Project, Primavera P6 등의 프로그램을 활용하여 Gantt Chart로 표기되어, 각 공종 담당자들만 이해하였던 부분에 대해, 타 공종의 공정 상황을 BIM을 통해 3D 모델링 및 시뮬레이션으로 시각화하여 상호간의 이해도 및 협업 능률이 증진됨을 체감할 수 있었다.
- 포스코 건설의 측면에서는 IPD 프로세스가 전사 차원에서의 최초 실행 사례였으므로 이를 실현하기 위한 대내외적인 체질개선 및 프로세스 혁신작업을 동시에 수행하였다. 이를 통해, 구매조달 프로세스 개선, 파트너스 평가제도 개선, 포스코건설 BIM 역량 및 사업관리 역량 강화 등의 효과를 볼 수 있었다.
- 이 방식은 설계품질 고도화 작업의 각 단계에서 VE 활동 수행, 설계안 반영, 공사비 산출을 통해 예비비의 variance를 줄여나감으로써 최종 GMP를 확정하는 방식이다. 이를 통해, 발주처의 사업비 보존, 최적의 설계품질 확정, 시공성 사전검토를 통한 시공 낭비요소 제거 등의 다양한 효과를 거둘 수 있었다.
- 예를 들어, 생산설비 및 utility 장비를 고려한 수배전반 재배치 및 부하용량 변경을 통해 전력간선 케이블 사이즈 및 route를 절감할 수 있었다. 이를 포함하여 시공 VE Item을 통 12건 발굴하고, 공사비의 2%를 절감할 수 있었다.
- 이상으로 소개한 포스코 케미칼 세종 음극재 프로젝트는 최초 사업비 대비 Target Cost로 설정한 7% 비용절감의 성과를 거두었다. 최초 설정된 사업비는 설계 및 인허가, 건축공사비, 프로세스 설비비, 자동화 창고 및 기타 공사비, 간접비 및 영업이익 등의 각 패키지 별로 Pre-construction 단계 TVD 적용, VE 활동, 시공성 최적화 등의 다양한 노력을 통해 순차적으로 절감되었다.
- 발주처인 포스코 케미칼은 본 프로젝트를 수행함에 있어 다양한 요구조건을 제시하였다. 즉, 공장 조기가동을 위한 공기 단축, 생산설비 조기설치를 위한 설계품질 향상 및 시공단계 변경사항 최소화, 최대공사비 약정 등이 있었다. 이러한 다양한 요구조건 충족을 위해 본 프로젝트에서는 Lean construction, Prefabrication, BIM 기반 협업체계 구축, EPC 기반 IPD 계약 시스템 등의 4대 전략을 설정하고, 이를 통해 아래와 같은 공기 및 원가 절감과, 2단계 음극재 공장 신축 프로젝트 수주라는 목표를 설정하였다.
- 이상으로 소개한 포스코 케미칼 세종 음극재 프로젝트는 최초 사업비 대비 Target Cost로 설정한 7% 비용절감의 성과를 거두었다. 최초 설정된 사업비는 설계 및 인허가, 건축공사비, 프로세스 설비비, 자동화 창고 및 기타 공사비, 간접비 및 영업이익 등의 각 패키지 별로 Pre-construction 단계 TVD 적용, VE 활동, 시공성 최적화 등의 다양한 노력을 통해 순차적으로 절감되었다. 이러한 비용절감의 효과는 내부조직의 적극적인 프로젝트 참여, 외부 협력사 조기 참여 및 협업, 발주처의 적극적 지원, Big Room 기반 Pre-construction 운영, Process Mapping 기반 공정 최적화, 한양대학교 컨설팅 팀의 교육, 시범사업 지원 및 컨설팅 등 다양한 노력을 통해 가능했다.
- 이에 포스코건설과의 긴밀한 협의 및 설득 끝에 IPD 발주방식을 채택하고 이를 실현하기 위해 포스코 건설의 Smart Construction 기법을 채택, 프로세스 전반에 걸쳐 적용하였다. 포스코건설은 포스코 케미칼을 설득하기 위한 전략으로 Open Book을 제시하여 발주처의 신뢰를 확보하였으며, GMP 계약을 통해 발주처의 사업비를 보존할 수 있었다. 포스코 건설의 측면에서는 IPD 프로세스가 전사 차원에서의 최초 실행 사례였으므로 이를 실현하기 위한 대내외적인 체질개선 및 프로세스 혁신작업을 동시에 수행하였다.
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