1. 서론 (p.1)

· 2010년 5월 미국 메사추세츠 주의 Worcester에 위치한 Worcester Polytechnic Institute의 캠퍼스내에 최신설비와 최첨단 기능을 가진 최신식의 레크레이션 시설의 건설공사가 시작됨

· 이 $53,000,000 에 달하는 건물에는 29,000ft2 넓이의 체육관과 25m 길이의 수영경기시설, 실내 조정연습장(Rowing Tank), 스쿼시 경기장, 로봇 경기장 등이 포함된 실내수영장, 11,000ft2 규모의 피트니스 공간 및 5,000ft2 넓이의 다목적 시설로 구성되어 있음

· 이러한 시설물의 엄청난 규모와 복잡성에도 불구하고 해당사업은 2년 이내에 완공이 되어야 함

· 이러한 레크레이션 센터와 같은 대규모 구조물이 대단히 짧은 기간에 수행될 수 있는 요인은 컴퓨터 모델링 소프트웨어의 도입 등을 포함하는 최근 수년간의 광범위한 건설사업의 변화에 기인함

· BIM과 연관된 여러 가지 소프트웨어들을 건설사업에 적용하는 것이 이러한 변화를 가능하도록 함

· 비록 BIM관련 소프트웨어들이 지난 1980년대 이후부터 등장하긴 했지만 건설산업에서 받아들여진 것은 최근의 일이며, 전문가들은 수년 이내에 이러한 BIM기법의 적용이 건설업계의 표준으로 자리 잡을 것으로 예상하고 있음

· BIM모델은 컴퓨터로 구현한 3차원 모델로서 사용자로 하여금 3차원적 물리량을 표현하는 차원을 넘어서 시간 및 비용까지 포함한 정보를 시각적 표현으로 제공함

· 이러한 “시간”차원의 도입을 통해 BIM 모델은 “4D" 차원을 가지게 되며 건설사업 기간 동안 사업개시부터 완료시 까지 작업진척상황을 파악하는 것이 가능

· 또한 이러한 “4D"모델을 이용하여 사업조직은 건설공사의 척공 이전에 대상시설물의 여러 공정에 대한 상세검토 및 공정계획을 수립할 수 있음

· 이러한 작업은 사업 참여자들이 보다 해당사업의 건설공정에 대한 이해도를 증진시키고, 공간적 상충사항 등과 같은 문제점들을 미리 파악하여 사업기간을 감소하는데 도움을 줌

· BIM 기법에 각 시설물 대상요소에 대한 비용을 적용하여 전 공정에 걸친 발생비용 추적기능을 포함시킬 수 있는데 이렇게 하면 5D 모델이 생성됨

· 이러한 5D 모델을 사용하면 발주자가 사업의 공정별 투입되는 비용현황을 파악하기 쉽게 하며, 건설 단계별로 자금투입 계획을 수립하는데 도움을 줌

· 레크레이션 센터의 설계 및 시공 중 BIM은 설계공정에서 설계도서를 작성하기 위한 3D 모델 생성 및 시공단계에서 기계/전기/공정 및 소방설비 업무조정 등과 같은 한정적인 분야에 적용됨

 

 

< 그림 1. WPI(Worcester Polytechnic Institute) 레크레이션 센터 3D 전경 >

 

· 본 과업은 WPI(Worcester Polytechnic Institute) 레크레이션 센터에 대한 4D, 5D 모델을 개발하여 BIM 모델의 확장성을 검토하는데 주목적을 둠

· 이러한 목적은 WPI 레크레이션 센터 건설 진척단계를 2010년 8월 7일 콘크리트 최초 타설일로 부터, 2012년 3월 건물 외장마감이 완료된 시점까지 지속적으로 추적함으로서 달성됨

· 하지만 이러한 4D, 5D 모델만으로는 사업의 정확한 추적이 불충분하며, 추가적으로 사업관리자들과의 면담, 현장에 비치된 웹카메라 기록의 검토 및 매주 개최되는 발주자 회의에 참여하는 등의 업무수행을 통하여 건설기간동안 매주 발생하는 사업의 의사결정 현황을 파악할 수 있었음

· 본 사업으로 인하여 확보한 가장 중요한 사항은 시간과 비용관리를 포함한 5차원 BIM 모델의 잠재적인 편익이라고 할 수 있음

· 또한 본 레크레이션 센터 건설공사 중 흥미있는 부분은 향후 Harrington 강당과 레크레이션 센터 두 건물을 연결하고 로봇 경기 시에는 통로로 사용되는 두 건물의 연결부 건설사업임

2. 결론 및 권고사항 (P. 94)

1) BIM/4D/5D 결론 및 권고사항

· 본 검증사업은 BIM기법이 건설관리 도구로서의 효율성을 검토하기 위해 다양한 방법을 적용함

· 본 과업의 결과로 도출된 주요한 진전사항은 BIM모델과 공사 스케쥴을 접목시키는 방법론의 개발임

· 건축가 입장에서는 BIM을 이용하여 자신의 전물 디자인을 타인에게 보다 심도 있게 이해시킬 수 있으며, 사업에 대한 모든 개념을 포함한 보다 명백한 이해에 입각한 최종 결과물을 생성하는 것이 가능하도록 함

· 건설관리자의 입장에서는 BIM을 통하여 산업의 시각화가 가능하고 필요한 자재의 정확한 산출, 사업이 어떻게 수행되는지와 어느 위치에서 시공문제점이 발생할 것인지를 예측하는 것이 가능하도록 함

· 시설물 발주자의 입장에서는 BIM을 이용하여 건축가와 의사소통 수단을 제공함으로서 사업의 진전상황을 보다 완벽히 이해하고 필요한 예산을 정확히 준비하는 것이 가능하도록 함

 

사업 추적도구로서의 BIM

· 본 과업의 주요한 결론은 사업 추적도구로서의 BIM기법의 정립이라고 할 수 있음

· 3D 모델과 공사 수행일정을 연동시킴으로서 건설사업의 진척사항의 시각적인 모델화가 가능함

· 또한 자재의 견적사항을 추가시킴으로서 사업의 시공되었을 경우 발생하는 비용을 정확히 추정할 수 있도록 함

· 가장 중요한 사항은 사업발주자가 사업의 공사 수행일정, 자재 및 비용의 진행사항을 시각적으로 추적이 가능하다는 점임

BIM 사용의 필요성 증대

· BIM의 비용 효율성은 대단히 중요한 문제이며, 건설사업의 의사결정 절차에서 BIM을 능가하는 기법은 현 시점에서는 없는 상황임

· 현재 매주 개최되는 발주자회의 시 회의 참석자들은 2D 기반의 문서 및 도면들을 가지고 구두 의사전달에 의존하는 상황을 보여주고 있음

· 그러나 전산도면을 이용할 경우 이러한 의사결정은 단지 몇 분이 채 소요되지 않을 정도로 신속히 이루어짐

· 사업이 보다 복잡해짐에 따라 사업참여자 모두가 사업이 어떻게 진행되는지 숙지하는데 BIM의 필요성이 점점 증대되고 있음

· 결국, 효율적인 의사결정과 사업진행 변경사항의 감소 등으로 인한 비용 절감액이 BIM 상세모델을 유지하는데 소요되는 비용을 상쇄시킴

· 이러한 이유로 인해 본 연구에서는 건설사업 관리에 대한 모든 기능에 BIM 기법을 적용하는 점진적인 투자를 권유함

 

향후 BIM 연구과제

· 본 사업이 완료될 즈음 본 과업참여자들은 BIM에서 향후 보다 연구가 집중되어야만 하는 분야를 인지하게 됨

· 이러한 추가 연구가 필요한 분야는 건설관리도구로서의 BIM의 비용 효율성을 파악하는 분야임

· 현재 건설사업의 생애주기 동안 BIM을 적용하였을 경우와 그렇지 않았을 경우에 대한 잠재적 비용 절감액 추정을 위한 간편한 방법이 없는 실정임

· 3D M/E/P(기계/전기/공정)협업절차는 BIM 기법이 공간적으로 복잡하게 얽혀있는 문제에 대해 상호 소통과 이해를 강화하는데 대단히 큰 효과를 주는 좋은 사례임

· 이렇게 BIM을 적용할 시 얻을 수 있는 정확한 비용절감액을 파악하는 것은 건설관리 기업들로 하여금 BIM 기법을 사업에 적용시킬 경우 재정적 및 공기적 편익을 확보할 수 있다는 신념을 제공하는 핵심적인 사항임

 

2) Harrington 강당 연결공사

· Harrington 강당과 신설 스포츠 레크레이션 센터 연결공사에 대한 검토 및 분석작업 결과 지반, 구조 및 건축/기능 과 같은 주요 3분야에 대한 대안설계 권고사항을 도출함

 

지반설계

· 본 설계의 지반분야는 Harrington 강당 서측 기초구조 하부의 지지계획(Underpiining Layout)분석과 대안설계안을 제시하는 것임

· 이 지역은 공사시행 중 굴착으로 인해 직접적인 영향을 받는 곳이며, 지속적 안전성 확보를 위해서는 지반공학적 보강방안이 필요한 곳임

· 대안설계 현황은 전체 기초폭에 균등한 간격의 8개의 마이크로 파일이 설계되어 있고, 이들은 지반에 길이 9ft, 유효각도 40° 로서 매설되어 있음

· 이들 파일의 제원은 단면직경 6”의 #7 Grade 75 강재 Core 철근으로 보강됨

· 해당 설계는 기존 설계안 대비 강재량을 31.6% 절감이 가능함

· 검토 과정 중 이보다 더 많은 양의 강재량을 절감할 수 있는 대안도 도출하였으나, 다른 대안의 경우 절감되는 강재량으로 인해 구조성능 저감폭이 커서 강재량을 31.6% 절감함에도 불구하고 필요 구조성능의 2배를 확보하는 것이 가능한 본 대안을 채택함

· 현재 대안 설계에서는 일반적으로 많이 사용되는 5,000psi 강도의 그라우팅 재료와 75,000psi 강도의 철근을 사용하여 설계하였음

· 그러나 과업대상을 보다 넓힐 경우 매우 다양한 적용가능한 건설재료가 많으므로 보다 비용 효율적이며 성능이 우수한 재료를 적용하는 것이 가능할 것으로 판단됨

< 그림 51. 대안설계의 지반설계 >

 

 

구조적 연결부 설계

· 대안설계의 구조분야에는 스포츠 및 레크레이션 센터와 Harrington 강당 연결구조의 시공성 및 실용성 측면에서의 지지구조의 개발도 포함됨

· 이 두 건물은 Harrington 강당의 트레이너실 외벽으로 “연결”되며, 이 외벽은 벽돌과 콘크리트 벽체(CMU)로 구성되어 있음

· 해당 벽돌판(brick veneer)은 L-4X4X1/2 규격의 상인방으로 지지하는 형식을 채택함

· 10개 이상의 각각 다른 크기의 상인방에 대해 시험을 수행하고 적용하중 조건에 대해 충분한 저항능력이 있는지에 대한 계산을 수행함

· 거의 모든 상인방 형식이 시험기준을 만족하였으나, 가장 실용적이고 경제적인 부재규모로 판단되는 4X4X1/2 상인방 형식을 채용함

· 콘크리트 벽체(CMU)는 천정부까지 완전히 제거하는 방식을 선정함

· Harrington 강당 건물의 콘크리트 벽체구조는 건물 전체에 하나의 구조로 지지하는 벽돌구조와 달리 층별로 형성되어 있음

· 따라서 층별로 한 개씩 콘크리트 벽체층을 지지하기 위한 상인방을 설치하는 대신 연결부의 전체 폭 만큼의 콘크리트 벽체부분을 천정부 까지 전체적으로 제거하기로 함

· 이러한 방법이 일부 콘크리트 벽체구조를 위한 상인방을 설치하는 것 보다 훨씬 경제적임

 

기능/건축설계

· Harrington 강당 트레이너실의 공간계획에 대한 재검토를 수행함

· 이 트레이너실은 로봇 경연대회 개최시 각 건물간 이동통로로 쓰이게 될 복도 및 연결부 설치를 위해 재설계가 필요함

· 트레이너실과 복도 계획에 대해 3가지의 형식을 검토한 후 복도의 필요 공간기준을 만족하면서 트레이너실의 공간을 최대화 하고 건설방법이 수월한 안을 선정함

< 그림 52. 트레이너실 변경 제안 평면도 >

 

3. 과업 총괄결론 (p. 100)

· 본 과업 진행 전 과정에 대해 BIM기법을 이용하여 대상 구조물의 3D 모델을 4D 로 변경하여 콘크리트구조, 외벽, 지붕 및 강재구조물에 대한 추적검토를 수행함

· 그 다음으로 해당모델을 이용하여 레크레이션 센터 건설사업의 기성고 분석(Earned Value Analysis)을 수행하여 사업의 월별 비용증가분을 예측함

· 본 과업은 BIM의 사회적 영향분석도 수행하였는데, 특히 발주자 회의에 BIM을 적용하는 방안에 대해 검토를 수행함

· 연구결과 회의진행시 BIM의 시각화 기능은 각 참여주체간의 혼란을 감소시켜, 의사결정과정을 가속화 시켜줌

· 본 과업에 대한 기능적 검토를 수행하여 마이크로 파일에 대한 대안을 제시하여 총 강재물량을 31.6% 감소시킴

· 건물 연결부에 대한 구조적 측면에서는 벽돌판의 하중 전달이 가능한 상인방을 도입하였고 이로서 시멘트 벽돌벽체를 완전히 제거함

· 연결부의 건축부문에서는 Harrington 강당의 트레이너실의 평면을 재 계획하여 시공물량을 최소화 하고 로봇 경연장 복도의 필요기준을 만족하도록 함