[논문]BIM기반 가설공사 업무지원시스템 개발에 관한 연구

최창훈; 한충희; 이준복

doi:10.6106/kjcem.2020.21.1.061

BIM기반 가설공사 업무지원시스템 개발에 관한 연구
A Study on Development of BIM-based Engineering Management System for Temporary Work 원문보기

한국건설관리학회논문집 = Korean journal of construction engineering and management, v.21 no.1, 2020년, pp.61 - 69

최창훈 (경희대학교 건축공학과) , 한충희 (경희대학교 건축공학과) , 이준복 (경희대학교 건축공학과)

초록
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건설 프로젝트d의 대형화, 복잡화, 다양화로 인해 건설공사에서 발생되는 정보의 양이 기하급수적으로 증가하고 있다. 이에 설계 및 시공 검토가 현장 성공 여부에 치명적인 영향을 미치고 있다는 사실을 인지하고, 이를 위한 다양한 노력들이 학계와 산업에서 활발하게 이뤄져 왔다. 설계, 계획 및 유지관리 등 건설 전 단계에서 BIM의 활용은 늘어나고 있는 추세이고, 현재 건설 산업에서 사용되는 표준 중의 하나로 받아들여지고 있다. 하지만 가시설물을 위한 전문화된 소프트웨어가 없을 뿐만 아니라 전문적인 기술자가 절대적으로 부족하여 BIM기반 가설공사 설계는 2D 설계를 완료한 후 3D로 형상화하여 보조수단으로 활용된다. 이에 본 연구에서는 BIM기반 가시설물 설계 및 물량산출, 현장점검 업무의 인간적인 실수(Human error)를 최소화하고 업무시간을 단축할 수 있도록 하여 업무 효율을 높일 수 있는 BIM기반 업무지원시스템을 개발하고자 한다.

Abstract ▼ AI-Helper

As the amount of information generated in the construction project increases exponentially, design and construction review have a serious impact on the success of the site. For this reason, academic and business circles have been expanding the use of BIM at the whole life, and BIM is now accepted as one of the standards used in the construction industry. However, the BIM-based design for the temporary work is used as an aid to the 2D design because there is no specialized software and there is absolutely lack of a professional engineer. The objective of this research is to develop BIM-based temporary work support system. This system minimizes human errors in BIM-based design, quantity takeoff and inspection and shortens working hours.

주제어

표/그림 (22)

그림 FIg. 1. Research procedure
표 Table 1. Related major research
그림 Fig. 2. As-is vs. to-be for BIM-based work structure of designing temporary
표 Table 2. Classification system for Temporary Work of standard specification code for construction standards (KCS)
그림 Fig. 3. As-is vs. to-be for BIM-based work structure of estimating for temporary work
그림 Fig. 4. As-is vs. to-be for BIM-based work structure of inspecting for temporary work
그림 Fig. 5. As-is vs. to-be for BIM-based work structure of reporting for temporary work
그림 Fig. 6. Concept of BIM-based temporary work support system
그림 Fig. 7. BIM-based work procedure for temporary
그림 Fig. 8. BIM-based temporary work support system – design module
그림 Fig. 9. Checking design standards
그림 Fig. 10. Designing temporary for BIM drawings
그림 Fig. 11. Extraction of attribute data for quantity takeoff
그림 Fig. 12. BIM-based temporary work support system – quantity takeoff module
그림 Fig. 13. Automated quantity takeoff and generating report
그림 Fig. 14. Extraction of attribute data for inspection
그림 Fig. 15. BIM-based temporary work support system – inspection module
그림 Fig. 16. Input inspection results
그림 Fig. 17. Input re-inspection results
그림 Fig. 18. Automated generating inspection report
표 Table 3. The outline of adapted site
표 Table 4. Verification results

AI 본문요약
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문제 정의

표준시방코드(KCS)의 경우 각 소분류 항목에서는 해당 가설공사를 세부공종별로 일반사항, 재료, 시공측면으로 분류하여 정보를 제공하고 있다. 따라서 본 연구에서는 가설공사 업무수행 시 기초가 되는 제기준을 건설기준 코드를 활용하여 연구를 진행하고자 한다.
이는 가시설물을 위한 전문화된 소프트웨어가 없을 뿐만 아니라 전문적인 기술자가 절대적으로 부족하기 때문이다. 따라서 본 연구에서는 대형화되며 복잡해지는 건설 프로젝트에서 가설공사에 대한 업무를 효율적으로 수행하기 위해 활용할 수 있는 가설공사 BIM기반 업무지원시스템을 개발하였다. 가설공사 BIM기반 업무지원시스템은 가시설물 BIM 라이브러리를 활용하여 BIM 비전문가도 쉽고 빠르게 설계업무를 수행할 수 있게 지원하는 설계모듈과 물량산출 및 점검 업무를 자동화하여 오류를 줄이고 빠르게 업무를 수행할 수 있게 지원하는 물량산출모듈 및 현장점검모듈로 이루어져 있다.
그리고 기존 BIM 적용 사례 및 연구의 대부분은 본 구조물을 중심으로 이루어졌으며, 가설공사에 대한 BIM적용 연구는 설계, 물량산출, 검증 각각의 업무를 수행하는 연구만 이루어졌을 뿐 전체 업무를 통합하여 체계적으로 수행할 수 있는 방안에 대한 연구는 미비하다. 이에 본 연구에서는 BIM 라이브러리(Library)를 활용하여 BIM기반 가시설물 설계를 수행하며, 설계된 BIM 모델을 활용하여 물량산출 및 현장점검 업무를 수행할 수 있는 BIM기반 업무지원시스템을 개발하고자 한다.
이에 본 연구의 목적은 BIM 라이브러리기반 가설공사 설계와 물량산출 및 현장점검 업무의 자동화를 통하여 인간적인 실수(Human error)를 최소화하여 업무 정확도를 향상시키고 업무시간 단축을 도모하여 업무 효율을 높일 수 있는 BIM기반 업무지원시스템을 개발하는 것이다.
5]와 같이 점검에 따른 결과를 작성·검토하며 이를 바탕으로 점검결과 보고서를 작성하는 것이다. 점검결과를 처리하는 과정에서 실무자는 관련된 모든 업무를 수작업으로 실시해야 하기 때문에 이를 자동화하여 정보의 오류를 최소화하고 업무의 효율성을 증진시키고자 한다.
4]와 같다. 점검하는 대상의 제기준을 확인하고 점검표를 작성하여 점검에 필요한 서류를 준비하는 것이다. 실무자는 점검하는 대상의 제기준만을 확인하기 위해 여러 관련서류를 광범위하게 검색·확인해야하기 때문에 업무를 비효율적으로 수행하고 있다.

제안 방법

가시설물 BIM기반 물량산출은 [Fig. 11]과 같이 Revit의 Dynamo를 활용하여 물량산출에 필요한 속성정보인 품명, 규격, 수량을 Excel로 자동 추출한다. Dynamo는 건물 정보 워크플로우를 사용자화 할 수 있는 그래픽 프로그래밍 인터페이스로 Revit 설치 시 함께 설치되는데, 이를 활용하면 반복 작업을 자동화할 수 있고 BIM 워크플로우를 간소화할 수 있다.
샘플 프로젝트에 대한 검증은 업무수행 결과의 정확성 및 업무 수행속도에 대한 평가를 실시하였다. 결과의 정확성은 모델링 누락 유무, 물량산출 및 내역서 작성 오류 유무, 점검대상 및 항목 누락 유무, 점검 결과 취합 및 보고서 작성 오류 유무를 실제 현장에서 수행했던 데이터와 비교하여 평가하였고, 업무 수행속도는 업무수행 시 소요된 시간을 측정하여 평가하였다.
기수행된 프로젝트의 가설공사 중 이동식 비계에 대하여 설계, 물량산출 및 현장점검 업무를 샘플 프로젝트로 수행하였으며, 대상현장에 대한 개요는 [Table 3]과 같다.
그러므로 비효율적인 업무로 인하여 실무자가 형식적인 업무수행을 하게 되고 이에 따라 점검 수준이 낮아지고 시설물의 품질이 저하되는 원인이 된다. 따라서 이에 대한 문제해결방법으로 BIM을 활용하여 가시설물에 대한 제기준을 자동 추출하고 점검표를 자동생성 할 수 있도록 한다.
1%를 차지하고 있는 주거건축물의 70%이상을 차지하고 있는 공동주택공사로 연구범위를 한정한다. 또한 자체점검의 대상으로서 가설건축구조물은 국토교통부 건설기준 표준시방코드(KCS)에서 규정한 가설공사에 속한 항목으로 한정하여 연구를 진행한다.
또한 현장점검을 위해 물량산출 시와 동일하게 가시설물 BIM 모델에서 속성정보를 내보내고 현장점검 모듈에서 이를 호출한다. 호출된 속성정보를 기준으로 제기준 데이터베이스 또는 점검표 생성을 위한 점검문항 데이터베이스에서 관련 데이터를 추출할 수 있도록 하여 점검표를 자동으로 생성하도록 한다.
1]과같이 첫째, 이론적 고찰로서 연구의 당위성 및 차별성을 도출하기 위하여 선행연구 분석을 실시하고, 국토교통부 건설기준 표준시방코드(KCS)의 가설공사 분류체계를 분석한다. 또한 현행 가설공사의 설계, 물량산출 및 현장점검 업무프로세스 분석을 통해 기존 업무의 문제점을 도출한다. 둘째, 가설공사 직접가설 분류체계 및 관련 제기준을 도출하고 가설공사 BIM기반 업무프로세스를 정립하여 가설공사 BIM기반 업무지원체계를 정립한다.
본 연구의 BIM기반 가설공사 업무지원시스템은 [Fig. 6]과 같이 설계, 물량산출, 점검이 각각의 독립된 모듈형태로 3가지 모듈이 연계되어 업무를 수행한다. 설계모듈은 BIM 라이브러리(Library)를 활용하여 BIM기반 가시설물 설계를 쉽고 빠르게 수행할 수 있도록 하며, 물량산출 모듈과 점검 모듈은 BIM기반으로 업무를 수행하여 인간적인 실수를 최소화함으로써 재작업을 최소화하고 일부 업무의 자동화를 통해 업무 효율을 높일 수 있도록 한다.
본 연구의 목적을 달성하기 위한 연구 방법은 [Fig. 1]과같이 첫째, 이론적 고찰로서 연구의 당위성 및 차별성을 도출하기 위하여 선행연구 분석을 실시하고, 국토교통부 건설기준 표준시방코드(KCS)의 가설공사 분류체계를 분석한다. 또한 현행 가설공사의 설계, 물량산출 및 현장점검 업무프로세스 분석을 통해 기존 업무의 문제점을 도출한다.
샘플 프로젝트에 대한 검증은 업무수행 결과의 정확성 및 업무 수행속도에 대한 평가를 실시하였다. 결과의 정확성은 모델링 누락 유무, 물량산출 및 내역서 작성 오류 유무, 점검대상 및 항목 누락 유무, 점검 결과 취합 및 보고서 작성 오류 유무를 실제 현장에서 수행했던 데이터와 비교하여 평가하였고, 업무 수행속도는 업무수행 시 소요된 시간을 측정하여 평가하였다.
둘째, 가설공사 직접가설 분류체계 및 관련 제기준을 도출하고 가설공사 BIM기반 업무프로세스를 정립하여 가설공사 BIM기반 업무지원체계를 정립한다. 셋째, 정립된 체계를 기반으로 가설시설물 업무를 지원할 수 있는 알고리즘을 정립하고 이를 활용하여 BIM기반 가설공사 업무지원시스템을 개발하며, 개발된 시스템은 샘플 프로젝트를 통해 검증하고자 한다.
따라서 이와 같은 라이브러리는 사용자들이 BIM 모델에 쉽게 삽입할 수 있으며, 구축된 정보는 설계 시 공종 간의 간섭검토와 설계오류, 물량산출, 2D도면 작성 등에 활용된다(Lee & Ku, 2011). 이에 본 연구에서는 내역서 상 철근콘크리트 공사에 포함이 되는 거푸집을 제외한 동바리, 비계, 추락재해 방지시설, 낙하물재해 방지시설에 대하여 가장 사용빈도가 높은 아이템을 3가지씩 총 12가지 라이브러리를 작성하여 연구를 진행한다.
이후 ③의 라이브러리 미리보기를 통해 재원을 확인한 후 ④의 라이브러리 호출을 클릭하여 가시설물 라이브러리 데이터베이스에서 라이브러리를 호출하고, ⑤의 관련 제기준 버튼들을 클릭하여 가시설물 제기준 데이터베이스에서 자동으로 매칭되는 가시설물 설계 일반사항 및 [Fig. 9]와 같이 각 아이템별로 적용되는 제기준을 확인하여 설계를 진행한다.
3]과 같다. 평면도, 단면도 등의 설계도서를 분석하여 물량을 산출해야하는 아이템들을 도출하고 이에 대한 물량을 산출하여 수량산출서를 작성한 이후 산출된 각 항목들에 대한 단가를 산출하여 일위대가를 작성하고 최종적으로 수량산출서와 일위대가를 활용하여 내역서를 작성한다. 상기 일련의 과정들에서 물량산출 항목 누락이나 산출된 물량 취합 오류 등의 인간적인 실수(Human error)로 인해 인력과 시간의 낭비가 빈번히 발생한다.
2]와 같다. 평면도, 입면도, 배치도, 단면도 등의 필수 도면을 확보하여 도면에서의 각 라인이 무엇을 의미하는지 파악하고 중신선, 치수선, 텍스트 등 불필요한 요소를 최대한 제거하여 부재를 모델링하고 속성정보를 입력하여 도면에 배치한다. 상기 일련의 과정들은 BIM 설계 전문가들은 단시간 내에 무리 없이 수행이 가능하지만 비전문가들은 많은 인력과 시간을 투입하여야만 하는 문제점이 발생한다.
또한 현장점검을 위해 물량산출 시와 동일하게 가시설물 BIM 모델에서 속성정보를 내보내고 현장점검 모듈에서 이를 호출한다. 호출된 속성정보를 기준으로 제기준 데이터베이스 또는 점검표 생성을 위한 점검문항 데이터베이스에서 관련 데이터를 추출할 수 있도록 하여 점검표를 자동으로 생성하도록 한다. 또한 점검을 실시한 후 생성되는 점검결과정보를 점검 모듈에 입력하면 최종적으로는 점검결과보고서를 자동으로 생성한다.

대상 데이터

본 연구의 효과적인 수행을 위하여 국토교통부가 국토교통 통계누리에서 공시한 “2017년 건축물 현황”에서 국내 건축물 중 65.1%를 차지하고 있는 주거건축물의 70%이상을 차지하고 있는 공동주택공사로 연구범위를 한정한다.
평가는 1차로 건설현장 실무 경력이 10년 이상이지만 BIM을 활용하여 사업을 진행해본 경험이 없는 전문가 3인을 대상으로 실시되었고 이후 2차로 대학생 및 대학원생 28인을 대상으로 실시되었으며, 각 평가는 동일한 업무를 3회 반복하여 진행되었다. 정확성에 대한 업무처리결과 여부는 정확한 업무를 수행한 횟수로 결과치를 비교하였으며, 수행속도는 업무 수행에 소요된 시간의 평균값을 구하여 결과치를 비교하였다.

데이터처리

평가는 1차로 건설현장 실무 경력이 10년 이상이지만 BIM을 활용하여 사업을 진행해본 경험이 없는 전문가 3인을 대상으로 실시되었고 이후 2차로 대학생 및 대학원생 28인을 대상으로 실시되었으며, 각 평가는 동일한 업무를 3회 반복하여 진행되었다. 정확성에 대한 업무처리결과 여부는 정확한 업무를 수행한 횟수로 결과치를 비교하였으며, 수행속도는 업무 수행에 소요된 시간의 평균값을 구하여 결과치를 비교하였다. [Table 4]의 결과에서 나타나듯이 업무 수행결과의 정확성은 설계모듈이 기존 방법과 비교하여 정확도가 1차에서 66.

성능/효과

정확성에 대한 업무처리결과 여부는 정확한 업무를 수행한 횟수로 결과치를 비교하였으며, 수행속도는 업무 수행에 소요된 시간의 평균값을 구하여 결과치를 비교하였다. [Table 4]의 결과에서 나타나듯이 업무 수행결과의 정확성은 설계모듈이 기존 방법과 비교하여 정확도가 1차에서 66.7% 상승했고 2차에서 58.3% 상승했으며, 물량산출모듈은 기존 방법과 비교하여 정확도가 1차에서 55.6% 상승했고 2창서 65.5% 상승했으며, 현장점검모듈은 기존 방법과 비교하여 정확도가 1차에서 33.3% 상승했고, 2차에서 36.9% 상승했다. 또한 업무수행에 소요된 시간은 설계모듈의 경우 기존 방법에 비해 1차에서 86.
또한 현행 가설공사의 설계, 물량산출 및 현장점검 업무프로세스 분석을 통해 기존 업무의 문제점을 도출한다. 둘째, 가설공사 직접가설 분류체계 및 관련 제기준을 도출하고 가설공사 BIM기반 업무프로세스를 정립하여 가설공사 BIM기반 업무지원체계를 정립한다. 셋째, 정립된 체계를 기반으로 가설시설물 업무를 지원할 수 있는 알고리즘을 정립하고 이를 활용하여 BIM기반 가설공사 업무지원시스템을 개발하며, 개발된 시스템은 샘플 프로젝트를 통해 검증하고자 한다.
9% 상승했다. 또한 업무수행에 소요된 시간은 설계모듈의 경우 기존 방법에 비해 1차에서 86.8% 단축되었고 2차에서 90.1% 단축되었으며, 물량모듈의 경우 기존 방법에 비해 1차에서 90.4% 단축되었고 2차에서 90.0% 단축되었으며, 현장점검모듈의 경우 기존 방법에 비해 1차에서 74.6% 단축되었고 2차에서 76.2% 단축되었다. 따라서 기존 방법으로 업무를 수행하는 것보다 가설공사 BIM기반 업무지원시스템을 사용하는 것이 업무를 보다 빠르고 정확하게 수행할 수 있다.
가설공사 BIM기반 업무지원시스템은 가시설물 BIM 라이브러리를 활용하여 BIM 비전문가도 쉽고 빠르게 설계업무를 수행할 수 있게 지원하는 설계모듈과 물량산출 및 점검 업무를 자동화하여 오류를 줄이고 빠르게 업무를 수행할 수 있게 지원하는 물량산출모듈 및 현장점검모듈로 이루어져 있다. 이에 본 연구의 결과물인 가설공사 BIM기반 업무지원 시스템을 활용하면 가설공사 업무를 기존에 비해 빠르고 정확하게 수행할 수 있어 업무 효율이 향상된다. 하지만 본 시스템은 가설공사 가시설물 중 사용 빈도가 높은 12가지 아이템에 대하여 라이브러리가 작성되어 시스템이 개발되었다는 한계를 가진다.

후속연구

하지만 본 시스템은 가설공사 가시설물 중 사용 빈도가 높은 12가지 아이템에 대하여 라이브러리가 작성되어 시스템이 개발되었다는 한계를 가진다. 따라서 향후 모든 가시설물에 대한 라이브러리를 작성하여 시스템을 활용할 수 있도록 연구를 진행할 것이다.
이에 본 연구의 결과물인 가설공사 BIM기반 업무지원 시스템을 활용하면 가설공사 업무를 기존에 비해 빠르고 정확하게 수행할 수 있어 업무 효율이 향상된다. 하지만 본 시스템은 가설공사 가시설물 중 사용 빈도가 높은 12가지 아이템에 대하여 라이브러리가 작성되어 시스템이 개발되었다는 한계를 가진다. 따라서 향후 모든 가시설물에 대한 라이브러리를 작성하여 시스템을 활용할 수 있도록 연구를 진행할 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	가설공사란 무엇인가?	가설공사는 “건설공사에서 본 공사를 수행하기 위해 필요한 조사, 측량, 제반 규준틀의 준비공사, 현장사무소, 창고, 공사용 도로, 동력설비, 플랜트, 모터풀, 급수배수시설, 안전설비, 가건축물 등을 축조 및 철거하는 것으로서 목적물의 준공 후 철거되는 것”으로 정의된다. 이러한 가설공사는 가설건물, 가설펜스, 가설도로 등의 공통가설과 비계, 거푸집 및 동바리, 작업발판 등의 직접가설로 나누어진다.
	건축설계에서 2D 기반의 CAD 작업을 사용하여 생긴 장점은?	1980년대부터 현재에 이르기까지 대다수의 실무에서 사용되고 있는 2D 기반의 CAD (Computer Aided Design) 작업은 건축설계에서 작업시간의 단축, 인력의 효율적 배치, 방대한 설계 자료의 재활용, 경제적인 이익, 설계품질의 향상 등을 가져왔다(Kim et al., 2013).
	일반적인 가시설물 물량산출 체계는 어떻게 되는가?	3]과 같다. 평면도, 단면도 등의 설계도서를 분석하여 물량을 산출해야하는 아이템들을 도출하고 이에 대한 물량을 산출하여 수량산출서를 작성한 이후 산출된 각 항목들에 대한 단가를 산출하여 일위대가를 작성하고 최종적으로 수량산출서와 일위대가를 활용하여 내역서를 작성한다. 상기 일련의 과정들에서 물량산출 항목 누락이나 산출된 물량 취합 오류 등의 인간적인 실수(Human error)로 인해 인력과 시간의 낭비가 빈번히 발생한다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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