그림 1. 미국 건설업과 비농업산업의 생산성 비교(1964~2003)

새로운 기술을 포함한 핵심 역량의 강화는 건설산업의 생산성을 향상시킬 수 있으나, 현재는 핵심 역량을 갖춘 전문 기술인력이 부족한 실정이며, 향후에는 더욱 심화될 것으로 예상된다. FIATECH은 이에 대한 근본적인 원인을 생산성을 향상시킬 수 있는 핵심 기술과 이것을 실제로 활용하는 기술인력에게 요구되는 핵심 역량에 대한 산업계와 학계의 공통된 이해 부족으로 보았다.

FIATECH은 건축, 설계, 엔지니어링 서비스의 공급자와 발전 플랜트, 제조시설, 대형 상업 빌딩과 같은 주요 시설물의 발주자 등으로 구성된 산업과 기업들의 컨소시엄이다(http://fiatech.org/index.php). 이들은 9개의 관리 영역으로 구성된 Capital Project Technology Roadmap(그림 2)을 근거로 프로젝트의 생애주기에 걸쳐 핵심 기술들을 개발하고 이들이 통합 적용될 수 있도록 기술의 혁신을 추구하고 있다. 9개의 관리 영역은 1) 계획(Planning), 2) 설계(Design), 3) 조달(Procurement & Supply Network), 4) 시공(Construction), 5) 유지관리(Operation & Maintenance), 6) 사업관리(Project Management & Controls), 7) 신공법(New Materials, Methods, & Equipment), 8) 역량(Workforce & Training), 9) 정보통합관리(Lifecycle Data Management & Information Integration)이다.

                그림 2. FIATECH Capital Project Technology Roadmap Vision

본 보고서는 이중 8번째 관리 영역인 역량에 관한 기술과 지식 기반의 인력(Technology and Knowledge-enabled Workforce)에 초점을 두고 산업계에서 기술인력에서 요구하는 핵심 역량이 무엇이며, 산업계의 요구를 충족시키기 위한 학계의 교육 지원 방안에 관한 조사를 아래와 같이 수행하였다.

첫째로 전통적인 건설사업 수행 방식(설계-시공 분리 방식: Design-Bid-Build)보다 참여주체간 효율적이고 협력적인 사업 수행을 통한 생산성 향상이 가능한 설계-시공 일괄 방식(Design-Bid)을 구현할 수 있는 핵심 기술로써 BIM(Building Information Modeling)을 지목하였다. 둘째로 산업계를 대상으로 BIM의 활용 현황을 조사하고, 학계를 대상으로 BIM관련 교육 과정 현황에 대한 설문 조사를 수행하였다. 또한 보다 구체적인 학계의 BIM 교육 현황을 파악하기 위해 대표적인 교육기관에 대한 심화 조사를 실시하였다. 마지막으로 일련의 조사 결과를 토대로 핵심 기술 및 역량 확보를 위한 산∙학계의 파트너쉽 구축에 대한 주안점을 제시하고 있다.

1.2 건설사업 수행방식과 BIM(Building Information Modeling)

전통적인 건설사업 수행 방식은 설계-시공 분리 방식으로 건축가(엔지니지어)가 설계를 완료하면 최저가 낙찰 등으로 별도의 시공사가 정해지고 주어진 도면과 시방서에 따라 시공되는 방식으로, 초기 설계단계에서 건축가와 시공사의 협업이 용이하지 않다. 오늘날에는 설계-시공 일괄 방식 또는 CM at risk 방식을 통해 분리되었던 설계와 시공을 동시에 진행(fast track)하고 사업 초기부터 참여자간의 협업을 유도하여 사업 기간 단축 및 원가 절감을 추구하고 있으며, 이는 IPD(Integrated Project Delivery) 개념을 통해 이해될 수 있다(그림 3).

                     그림 3. IPD 개념 및 건설 사업 프로세스에 대한 영향도

전체 건설사업에 대한 영향력이 큰 초기단계(기획 및 설계)부터 설계, 엔지니어링, 시공 등에 대한 참여 주체가 협업(그림 3의 4번 그래프)하여 향후 야기될 수 있는 문제점을 최소화 한 보다 효율화된 사업 수행을 통해 궁극적인 생산성 향상이 가능한데, 이를 구현하는 핵심 기술 중 하나가 BIM이다.

BIM은 속성 정보를 포함하는 3D 객체의 모델링을 통해 생성된 정보를 데이터베이스로 관리하며 각 사업 단계에서 시각화된 설계검토, 도면 및 물량산출, 각종 시뮬레이션 등 참여주체가 요구하는 다양한 기능을 구현하는 건설 프로세스의 혁신이다. 초기 기획 및 설계 단계에서부터 차츰 상세화 되는 3D BIM 정보 모델을 근거로 시각화된 3D 설계검토를 통해 시공 중 발생할 수 있는 간섭 사항을 최소화하고 설계 대안에 따른 개략적인 비용과 에너지 소비량 시뮬레이션 등의 수행이 가능하여 설계 품질을 향상시킬 수 있다. 이를 근거로 시공 단계에서는 철골 등 주요 부재 제작에 필요한 정보를 제공하고, 공정과 연계한 4D 시뮬레이션, 나아가 비용정보와 연계한 5D 시뮬레이션 등을 이용한 시공 관리를 통해 공기단축 및 원가 절감이 가능하다(그림 4).

                  그림 4. 4D 공정 시뮬레이션(좌) 및 물량 연계(우) 예시

Parsons Brinckerhoff는 Manhattan과 Long Island를 연결하는 New York Metro Transit 조성 사업에 BIM을 활용하여 시설물에 요구되는 건축물의 성능과 환기 시스템 및 이용자의 동선 시뮬레이션을 수행하였다. Skanska는 Meadowlands Stadium 조성 사업에 철골 부재 모델링에 특화된 BIM 소프트웨어를 사용하여 철골 부재의 제작 및 설치의 정확도를 향상시키고 실시간으로 참여자간 시공 현황을 공유하여 10일의 공기 단축을 통한 US$100만을 절감하였다.

2. 본론

2.1 건설산업 핵심 역량에 관한 산업계 및 학계 설문조사

우선 건설 산업계의 BIM 활용 현황 및 기술인력에게 요구하는 기술역량에 관하여 2008년 9~10월에 걸쳐 설문조사를 수행하였다. 응답자 77명(회사) 중 대부분은 미국, 캐나다, 유럽 지역의 대형 시공, 엔지니어링 회사이며, 조사 결과를 요약하면 아래와 같다.

■ 56%가 현재 BIM을 사용하고 있으며, 사용 계획을 포함하면 향후 77%가 BIM을 사용할 것으로 예상된다.

■ BIM 소프트웨어는 Bentley제품군이 85%로 가장 많으며, 이후 Autodesk 제품군이 48%이며, Graphisoft, VICO 등이 뒤를 있고 있다.

■ 대부분의 회사가 BIM을 주로 설계 단계의 도면화(Design Development, Construction Documentation)에 활용(72%)하고 있으며, 입찰(Pre-construction) 및 시공(construction) 단계에서 공정관리(50%)와 견적(57%) 등에 대한 활용빈도는 낮아 아직은 BIM의 활용범위가 제한적이다.

■ 이에 따라 요구되는 기술역량도 아직은 BIM기반의 협업 모델링(36%)보다 2D 기반의 도면화(70%) 역량이 요구되고 있는 실정이다.

이후 ASC(Associate Schools of Construction), ACCE(American Council of Construction Education) 등의 교육 단체와 주요 건축학/공학 대학교에 속한 59명을 대상으로 학계의 BIM 관련 교육 과정 현황을 조사하였으며, 요약된 결과는 아래와 같다.

■ 현재 70%가 BIM을 교육과정 내 포함하고 있으며, 예정 사항을 포함하면 향후 97%가 교육과정에 BIM을 포함할 것으로 예상된다.

■ 30%는 1개의 BIM 관련 교육과정을 운영하고 있으며, 2~3개의 BIM 관련 교육과정을 운영하는 비율은 각 18%이며, 나머지는 4개 이상의 BIM 관련 교육과정을 운영하고 있다.

■ BIM은 대부분 설계와 건설관리 분야(각 50%와 47%), 그리고 견적(40%), 공정관리(24%) 등의 기존 교과목 내에서 통합되어 운영된다.

■ BIM 활용에 관한 구체적인 교육 내용은 3D 조율(82%)이 가장 많으며, 4D 공정관리(46%)와 견적(35%)이 뒤를 있고 있다. 유지관리나 건축물 에너지 성능평가 등에 대한 내용을 교육하는 기관은 거의 없는 실정이다.

■ BIM 교육 시 사용되는 소프트웨어는 Autodesk 제품군이 90%로 가장 많으며, 이후 Graphisoft(23%), VICO(18%), Bentley(15%) 등으로 나타났다.

2.2 건설산업 핵심 역량 강화를 위한 학계의 교육 프로그램에 관한 심화 조사

BIM관련 교육 과정은 기존 교과목에 BIM 관련 내용을 첨가하여 통합(fully integrated programs) 하거나 BIM을 중심으로 독립 교과목을 신설(stand alone courses)하는 두 가지로 구분될 수 있다. 전자와 후자에 있어 대표적인 교육 기관인 Penn State와 Arizona State University의 BIM 관련 교육 과정 및 현황에 대하여 심화 조사를 수행하였다.

Penn State의 경우 초기 2년까지는 설계 일반 사항(basic design, CAD)에 관한 교과목에서 BIM을 이용한 설계(모델링)에 관한 내용의 일부를 포함하며, 이후에는 견적, 공정 등의 개별 교과목에서 생성된 BIM 정보의 활용에 관한 통합된 교육이 수행된다. 예를 들어 기초 일부가 모델링 되어 있지 않은 건축물의 BIM 데이터가 제공되면, 학생들은 기초부분은 수작업으로 견적을 하고, 나머지 부분은 BIM 정보를 이용해 견적을 수행하며 두 방법의 차이와 BIM 기반 견적의 효용성을 인지하게 된다. 또한 Immersive Construction Lab(그림 5)을 설치하여 건축, 구조, 설비 등이 통합된 3D BIM 모델을 3D 안경을 쓰고 실제로 3차원으로 인지하며, 설치된 Smart board를 통해 손으로 직접 운용하며 공정과 연계된 프로젝트를 실제처럼 체험할 수 있도록 운영하고 있다.

                      그림 5. Immersive Construction Lab Projection Screens

반면 Arizona State University는 하나 또는 두 개의 교과목에서 대지 계획, 3D 조율, 4D 공정 시뮬레이션, 5D 견적 등을 통합하고 단원별로 구분하여 교육한다. 학생들은 주변 시설물을 개략적으로 모델링한 대지 BIM 모델을 가지고 장비 및 자재의 이동 계획을 수립하고, 이후 해당 건축물에 대하여 2D 도면을 근거로 3D BIM 모델링을 수행하고, 이를 가지고 3D 조율, 공정과의 연계, 물량 산출 등을 수행한다.

3. 결론

3.1 산업계 및 학계의 시사점

이미 산업계는 BIM을 통한 설계, 엔지니어링, 시공 등 건설 사업 참여주체간 보다 협력적이고 효율적인 사업 수행을 위해 나아가고 있다. 이에 본 보고서는 산업계에서 기술인력에게 요구하는 BIM관련 핵심 역량과 이를 위한 학계의 교육과정에 대해 조사하였으며, 실무에서의 BIM활용과 문제해결중심학습(problem based learning)은 건설산업계와 잠재적 기술인력인 학생 모두에게 긍정적이며, 이를 위해서는 산업계와 학계의 파트너쉽이 요구된다. 우선 산업계는 그들의 요구사항과 실무 경험이 전달될 수 있도록 교육기관을 방문하여 실무의 기술 동향에 대한 강의를 하고, BIM 관련 교육 과정에서 될 수 있는 실무 BIM 모델을 제공하는 등의 투자를 해야 한다. 학계에서는 단순한 소프트웨어의 기능 구현을 통한 3D 모델링 수준이 아닌 3D BIM 정보를 가지고 공종별로 조율하며 시공성을 검토하고, 물량을 산출하고, 공정과 연계하는 등 건설 사업의 프로세스 혁신의 관점에서 BIM을 통합 운영할 수 있는 능력을 배양해야 할 것이다.