1. 서론 (p, 1)

본 보고서는 교통기반시설(Transportation Infrastructure) 사업을 위한 교통관리계획 (TMP, Traffic Management Plan)의 개발, 검토 및 의사소통(Communication) 을 위해 3차원(3D) 및 4차원(3D와 시간) 캐드(CAD)모델을 적용 시 발생하는 편익을 분석함

교통관리계획(Traffic Management Plans)은 도로 이용자 및 작업자의 안전과 이동성 확보를 가장 중요한 요소로 다루는 기반시설 사업의 핵심적인 부분임

이 업무는 사업초기에 시간과 노력이 대단히 많이 소요되는 대단히 복잡한 사업임

프로젝트의 전과정을 통해서 해당사업의 문제점을 도출하고, 해당사업의 건설행위가 주변교통에 어떠한 영향을 미치는지, 역으로 주변교통이 건설사업에 어떠한 영향을 미치는지에 대해 분석하기 위해 설계, 시공, 교통엔지니어는 물론 일반 대중들의 노력과 공조가 필요함

여러 건설단계 및 설계 대안에 대한 최적의 사업설계 대안(Alternative)을 개발하고 분석하기 위해 상호 협력하는 것이 사업의 편익을 가장 극대화 할 수 있는 방향이라고 할 수 있음

2. 현행 운용방식 (p.2)

최적의 사업설계 대안 도출을 위한 교통관리계획과 관련된 많은 도구(tool)들과 연구들이 이미 개발되고 수행되었으며, 본 보고서에 제시될 것임

이러한 도구들 중 하나가 3D 및 4D 캐드 모델링 임

교통사업에 3D 및 4D 모델과 같은 도구들을 적용함으로서 교통관리계획(TMPs)이 개발하는데 필요한 충분한 정보를 이해관계자들(Stakeholder)이 상호 공유하는데 필요한 체계(Frame)를 제공할 수 있도록 함

또한 대상사업에 대해 비정적(Non-Static)인 표현을 제공하는 해당 도구의 동적 특성과 관련된 시각화 기능(Visualization)은 재래적인 2D설계 성과품에서는 간과하기 쉬운 설계, 시공, 안전 및 교통상황에 대해 향후 발생가능한 문제점을 도출할 수 있도록 함

이러한 3D/4D 모델링은 서로 다른 목적으로 설계된 수단들(Measures), 즉 우회도로 계획 및 교통/안전 문제들 간의 상호 연계방안의 가시화(Envision)가 대단히 용이하며, 이해를 쉽게 할 수 있도록 하고, 보다 많은 토론의 여지를 줌

< 그림 2.1 TMP 개발절차 (미교통국, 연방 고속도로 관리소, 2005) >

< 그림 2.3 시공중 차량통행에 대한 운전자 시각의 3D 애니메이션 (Liopi, 2003) >

3. 3D/4D 모델링의 검토 및 연구방법 (p. 2)

본 장에서는 전체적인 TMP/TCP(Traffic Control Plan) 수립, 검토 및 실행절차에 있어서 3D/4D 도구들이 어떻게 사용되는지를 소개하고, 이전 장에서 개선이 필요한 것으로 도출된 분야에 대해서 현재의 교통관리 지식에 3D/4D 모델이 어떤 방식으로 기여할 수 있을지를 상세히 설명함

이와 더불어 사례분석의 목적 설명을 위해 연구방법론에 대해 기술함

4. 교통관리계획을 위한 3D/4D 모델링 : 사례분석 (p.2, 91~94)

본 장에서는 미국 달라스(Dallas)에서 브라이언(Bryan) 지역을 연결하는 TxDOT(미국 텍사스 교통국) 에서 수행한 3개의 사업의 사례분석을 통해 3D/4D 모델링을 기반시설 사업에 적용시 내포된 편익을 설명함

< 그림 4.1 FM2347, George Bush 인터체인지 사업의 현황도 >

FM2347 George Bush Drive 인터체인지 사업은 초기계획 및 설계단계가 대단히 복잡하고, 다층(Multi-Level)구조를 내포하고 있는 사업에 대해 3D/4D 도구들이 해당 사업 교통관리계획의 구체화(Elaborated) 및 검토에 어떻게 활용하는지를 보여줌

Horseshoe 사업은 교통관리계획의 개정 및 검토수행을 신속하게 수행하도록 하는 용도로서 3D/4D 모델링 적용 시 확보할 수 있는 이점을 보여줌

마지막으로, LBJ 고속도로 사업은 건설공사 기간 동안 교통관리계획을 대중들과 공유하고 소통하는데 3D/4D 모델링이 상당히 효율적임을 보여줌

< 그림 4.2 과업범위를 나타내는 대한 2D 도면 >

1) 계획 및 설계

계획 및 설계단계에서는 사업과 관련된 정보들이 취합되고 단일 플랫폼으로 정리되어 이를 통해서 교통관리계획이 건설 공사팀에 전달되기 이전에 구체화되고 검토됨

이 단계에서 사업진행이 어떻게 수행되는지를 FM2347 및 Horseshoe 사업을 이용하여 자세히 설명함

< 그림 4.5 단계 3 : 상세 시공단계 묘사 >

(1) 데이터의 축적 및 통합

3D/4D 모델은 사업관련 데이터를 수집하여 하나의 플랫폼으로 편집하는데 대단히 효율적인 방법임이 증명됨

소프트웨어의 기능이 여러 가지 다른 형식의 파일과 자료들에 대한 상호 연계기능을 강화시켜 해당 사업에 대한 종합적 개괄상황(Overview)을 제공하는데 기여함

사업조건(Context)과 함께 기존현황 및 계획현황에 대한 설계도서, 편의시설 정보 및 ROW(도로 이용권한)의 제한 등은 전체사업에 대해 여러 가지 다른 각도로 파악하고, 사용자가 정의한 원칙(필요 공간규모, 배치반경, 필요 구조물)에 따라 입수된 정보를 검토하는데 대단히 많은 도움을 줌

시간(Time)은 공사기간(Schedule) 이라는 요소로서 4번째 차원(Dimnension)으로 표현됨

최종 성과품은 사업의 전반적인 정보를 전달하기 어려운 2차원적인 문서와 공사기간 정보 등을 기록한 기존형식의 성과품 대신 광범위하고 독특한(Unique) 성과물파일로 구성됨

FM2347 George Bush 인터체인지 사업과 Horseshoe 사업의 사례분석은 해당 모델을 통해 각 사업의 완벽한 내용을 제공할 수 있으며, 이러한 내용들을 하나의 공통적이며 독립적인 플랫폼을 이용하여 접근이 가능하다는 사실을 보여줌

(2) 구체화 (Elaboration)

3D/4D 모델에 포함된 정보들을 이용하여 설계, 시공기술자 및 교통기술자들은 교통관리계획 즉, 우회로계획(Detour)/임시포장, 추가받침구조물 및 공사기간 등을 해당모델 내부에서 구체화 시키는 것이 가능함

이 단계에서 전달요소(Transition Element)는 1차 단계에 포함된 모든 요소들 간에 각각에 적합한 연계성을 갖도록 해줌

이에 해당되는 1차 단계의 요소들로는 다양한 지형고도 및 사업과 연관된 제반 상황정보들(relevant Context information)과 같은 사업진행시 다양한 환경조건을 고려할 수 있도록 해주는 요소들임

시간요소는 별도로 구성되지 않고, 3D 모델과 연계되어 구성되며, 대단히 중요한 사항임

즉, 공사기간과 3D 요소들은 일반적 인터페이스 내에서 TMP를 개발하는데 함께 사용됨

< 그림 4.6 4D 성과 검토후 오류 수정- 받침구조물 누락부분 추가 >

< 그림 4.12 완공 단계의 전경 >

< 그림 4.14 설계오류 예시 좌:굴착공간 부재, 우:신설교량 위치 오류 >

(3) 검토

이 단계는 그 이전단계에서 상세히 계획된 아이디어와 전략들을 검토하여 잠재적 안전사고, 시공성 문제 또는 제거가 가능한 대형 교통영향요소들을 도출하는 대단히 중요한 단계임

3D/4D 모델을 사용하여 여러 가지 대안 시나리오를 적용해 보거나, 단순히 설계오류를 검토하는 이러한 행위는 대단히 필수적인 사항임

신속한 대안 및 단계별 신규(New)전략의 제시를 가능하게 하는 정보모델링의 장점인 시각적 능력은 엄청난 가치를 지님

3D 및 4D 모델의 특징은 사업의 각 단계마다 서로 다른 각도에서(문어적 표현 뿐 만 아니라 기하적인 표현으로도 마찬가지로)사업을 검토할 수 있도록 함

도로 차단으로 인한 지역경제에 미치는 영향과 도로 운영사업자의 차로 임대비용에 미치는 영향, 특정한 활동이 교통상황에 미치는 영향, 공사기간, 주변 활동, 도로 이용자 및 건설근로자들의 안전 등이 단계별 검토 요소임

TMP의 관련법규 준수여부에 대한 사항을 단계별, 영역별로 아무리 복잡한 설계영역 일지라도 명확하게 평가가 가능함

(4) 정보공유 및 피드백

관련 규정에 순응하도록 현행 TMP가 3D/4D 모델 내에서 구현되었다면 발생 가능한 상충요소 및 개선요소를 도출하기 위해 다른 이해관계집단(Stakeholder)들과 공동으로 수행하는 정보공유 작업이 대단히 용이하게 됨

하나의 통합파일로 부터 사진이나 비디오 등의 형태로 추출하기 때문에 피드백을 요청하기 위해 기술자 및 비기술자들을 막론하고 모든 사람들과 정보의 공유가 가능함

대안(Alternative)적 해법의 내용을 보다 명확하고 간단하게 제시하여 대안을 이해하기 위해 많은 시간을 허비하는 대신 올바른 선택을 하기 위한 판단에 사고(思考)의 역량을 집중하도록 함

특정 3D 부재에 대해 특정한 공사 진행시점에 대해서 쉽게 피드백 사항(Feedback comment)을 첨부할 수 있어 당초 TMP 설계자로 하여금 손쉽게 설계변경을 수행하거나 공사 진행단계에 따라 상세설계 내용을 추가하는 행위가 가능함

2) 시공단계

설계와 시공이 일부 중복되는 Design-Build 형식과 같은 사업에서 일단 설계자가 TMP의 구체화가 전체 또는 일부만이라도 마치게 되면 해당 성과품은 시공팀으로 이관되게 됨

이 단계에서의 3D/4D 모델들은 일반 대중들에게 실제 적용하게 되는 전략과 이로 인해 초래하게 될 결과에 대해 설명하는 의사소통 도구로서 사용되게 됨

또한 대상 모델은 시공팀이 현장에서 사용하게 될 보다 상세하고 실제적인 성과품을 작성하기 이전에 참조하게 되는 향후 수행해야 할 업무 또는 해결하여야 할 문제점에 대해서 개략적으로 검토하는 과업착수용 도구로서 사용이 가능함

(1) 의사소통

3D/4D 모델의 가장 효과적인 측면은 대중들에게 사업의 각 단계별로 의도하는 전략을 설명하는 도구로서 사용될 수 있다는 점임

단기적 또는 장기적으로 해당 사업의 비디오와 3D 랜더링 자료는 비전문가들에게 의도한 목적과 그로 인해 어떠한 결과가 향후 도래하는지 명확하게 표현해 주게 됨

<그림 4. 24 우회로 계획의 오류, 우회로의 형하공간 확보 필요 >

(2) 사업 개시

3D/4D 모델들은 공사 착수시점에서 일시적으로 사용하는 상세한 계획성과물의 작성 이전에 수행되어야 하는 필요사항 및 해결과제를 예측하도록 하고 시공팀과 상세작업내용의 업무협의가 가능하도록 해줌

건설작업 기간 중 변경사항 발생시 대상모델에 언제든지 반영하여 항상 최신의 모델을 유지하여 일반 대중들과 건설팀 들이 지속적으로 의사소통이 가능하도록 함

(3) 성능평가

사업이 완료되면 상세히 계획되었던 모델들, 검토서 및 시공순서 등을 기록한 문서들은 취합되어 전체적으로 최선의 실행방안 도출을 위해 재분석될 수 있음

3D/4D 모델 포멧은 이러한 정보들을 쉽게 추출할 수 있도록 해 주고, 이러한 정보들을 사례집에 취합하여 보존이 가능함

TMP 개발과정 중 여러 단계별 일정부재에 대한 여러 개의 추출된 모델 자료들은 향후 미래의 설계자들이 설계변경, 변경사유 및 변경결과 등을 이해할 수 있도록 하고 최종적인 성과를 새로운 과업에 적용하는 것을 가능하도록 함

< 그림 4. 26 도로횡단 교량의 상판 거치 후 바닥판 타설 모델링 >

5. 결론 (p. 95)

본 연구는 교통관리계획에 대해 여러 가지 3D/4D 모델링 사용시 시공활동과 교통관리 사이의 연관성을 파악하기 위한 모델링 도구로서 사용할 때 발생되는 문헌정보내용과 실제 적용시의 차이점 및 모순사항을 줄이기 위해 수행됨

GIS 데이터베이스와 같은 도구들은 교통관리계획을 상세히 수립시 교통기술자들에게 유용한 정보를 제공하는 목적으로 만들어 지긴 했지만 이러한 도구들은 건설시공 단계를 자세히 분석하는 능력이 떨어지고 시공작업을 지연시키는 시공성 문제를 도출하지는 못함

반면에, 3D 및 4D CAD 모델링 도구들에 대한 이전의 연구자료는 시공활동이 교통에 미치는 영향을 분석하는 능력에 대해서는 많은 검토가 이루어 졌으나 이러한 모델을 이용하여 계획의 검토 뿐 만 아니라 교통관리계획의 상세수립도 가능하다는 잠재적 가치를 평가하지 못함

시공현장에 사용되는 GIS 기반의 도구들과 고차원적으로 상세한 임시 교통제어 계획 사이에서 3D 및 4D 모델은 사업의 초기 설계단계에서 시공단계 까지 모든 이해관계자들과 교통관리계획을 손쉽고 효율적으로 소통하고 검토하고 개발할 수 있도록 함