[요약]
BIM은 3차원 물체와 그 구성공간이나 각 부재·기기 등의 사양, 비용 등 속성정보를 갖춘 건물 정보모델을 구축하는 것이며, 이 모델을 설계·시공·유지관리 등 건설 라이프사이클 전체과정에 일관된 데이터를 활용함하여 향후 큰 효과가 기대됨. 본 논문에서는 일본 국토교통성의 첫 BIM시행 프로젝트인 "신주쿠 노동 종합청사 설계업무"를 통해 설계단계의 BIM모델 활용에 대해 「설계내용 가시화」 「건물정보 입력·정밀성·적합성 확인」 등 발주자 측의 성과와 향후 과제를 정리함.

1. 서두
· 「국토교통성 CALS/EC액션 프로그램 2008」의 구체적 실시항목으로 「3D 데이터를 활용한 모델 설계·시공은」을 표명함에 따라 영선부에서, 2010년부터 BIM 도입 프로젝트 시행하게 됨.

2. BIM이란? - 종래의 3D모델과의 차이
· Building Information Modeling: 종래 3D모델이 갖는 정보(부재, 형상, 마감재질)에 공간·부재·기기 등의 성능·비용 등 속성정보를 갖춘 건물정보 모델을 구축하는 것.
· 컴퓨터 가상공간상에 실제 건물과 같은 모델을 구축하여 설계·건설·운용 시뮬레이션 수행.
· 모델을 통해 도면도출 및 수량산출 가능하며 상호 연동되어 있어 모델과 도면 등이 서로 이질화가 발생되지 않음.

4. 사업개요
· 신주쿠 노동종합청사 외부설계 업무: 국토교통성 최초 BIM시행 PJ
· 설계자는 평소대로 제안서 공모방식에 추가적으로 BIM 대처방안 제안 요구.
· RC조 지상 6층, 지하 1층, 연면적 약 3,500㎡, 노동기준 감독서 입주의 표준규모의 사무청사,
· 건축 및 구조분야를 대상으로 5개 항목 검토를 중점으로 시행.
(1) 설계요소 조건 가시화.
(2) 설계도서 작성에 필요한 정보가 입력된 BIM모델 작성.
(3) 통상적 설계와 BIM에 의한 설계 업무 프로세스 차이 검증.
(4) BIM모델을 활용한 배치, 입면계획 등 비교 검토.
(5) BIM모델을 활용한 공사비 산출.
 

5. 각 프로세스의 업무실시 내용과 고찰
(1) 요소조건 파악단계

[실시내용]
 a) 법규제에 의한 건축 가능 범위 가시화 모델 작성.
 b) 부지 및 주변환경 정보를 포함한 모델을 작성.
 c) 주변 환경해석에 의해 주변에서 받는 영향을 가시화하여 건물 볼륨·배치검토 등에 반영.

[고찰]
· BIM모델을 활용해 스터디 단계의 정확한 볼륨과 배치계획 등 비교검토.
· 태양과 그림자, 바람 등 시뮬레이션 실시.
· 후속공정의 검토시 유의할 사항 파악.
· 기존, 건축가능 범위에 파악의 난이함 문제 → BIM사용시, 관계자 간 의사결정이 확실하고 신속하게 처리 가능함 검증.
· 당초, 지상 5층·지하 2층 계획 → BIM활용 법규제 중 볼륨 비교검토, 지상 6층, 지하 1층으로 변경하여 코스트 감축.
· 향후 해결이 필요한 사항: 설계업무 수주자로부터 부지주변을 포함한 데이터 입력필요, 부지의 고저차와 도로상황 등 정확한 정보가 필요, 모델작성에 다소의 시간이 소요되어 효율화할 필요성 있음.

(2) 기본방침 책정단계

[실시내용]
 a) 부지형상, 건물볼륨을 BIM모델에 입력.
 b) 볼륨모델에 의한 공간지역설정계획 실시.
 c) 동지·하지의 일영 시뮬레이션 실시, 배치 검토로 반영.
 d) BIM모델에서 수량산출기능을 이용하여 산출한 수량에 의한 비용계산 실시.
 e) BIM모델을 활용해 배치계획·입면계획 등 비교검토 실시. 비교검토시 BIM모델에 의해 산출된 수량을 활용하여 외벽·창문형상 등 전체 공사비에 큰 영향력을 줄 요소를 고려한 비용 비교.
 f) 건물 볼륨이 주변에 미치는 바람·온열·경관에의 영향 시뮬레이션 검토.

[고찰]
· 입주조직과의 초기미팅시, BIM모델을 활용한 면적표와 평면계획 등이 연동되는 계획안을 제시할 수 있어 관계자 간 의사소통이 가능하여 업무 효율화 실감.
· 기본계획 단계부터 가격통제가 가능, 빠른 단계의 금액산출의 정밀도 향상 기대. 이후 예산과부족에 의해 대폭적 설계변경 회피, 비용절감 방안제시에 대한 신속한 수량의 도출이 가능하여 업무 효율화로 이어진다는 결과도출.

(3) 기본설계 단계

[실시내용]
 a) 각 부재를 입력한 일반지도(1/100)정도의 BIM모델 작성.
 b) 의장모델, 구조모델을 중첩시켜 정밀성과 적합성 확인.
 c) BIM모델의 수량산출기능을 이용하여 산출한 수량에 의한 비용산출 실시.
 d) 환경 시뮬레이션(채광·통풍) 실시, 개구부 검토에 반영.
 e) 의장, 구조, 설비모델 상호 간섭여부 검사.

[고찰]
· 설계 초기단계부터 각 분야의 면밀한 의사소통과 조정이 가능한 점 등 프런트 로딩의 이점확인.
· 시뮬레이션의 수월한 수행 → 계획상 피드백이 용이하며 채광과 통풍 등 환경적 영향이 가시화됨으로 다양한 패턴검토가 가능.
· 담당자 간 인식공유가 용이함. (예, 사무실 안으로 자연채광을 끌어들이기 위한 라이트셀프 채용여부 검토문제에서, 시뮬레이션 결과에 의한 효과가 적은 것을 확인하여 계획상 이를 취소. / 자연환기 검토에서 남향의 창문만을 두고 시뮬레이션 수행하여 효과가 미미한 점을 확인하여 서쪽 창문도 자연환기가 가능하도록 계획변경. / 외부계단실에서 보이는 방법과 리프레쉬 스페이스의 위치를 계획하는 등, 회의시 모델을 자유롭게 조율하며 토론함으로 최적값을 도출, 가시화의 장점 확인)
· 간섭체크시, 건축, 구조, 설비의 간섭되는 부분이 드러나므로 쉽게 파악하고 신속하게 대응이할 수 있었음, 다만 설비모델의 작성 시간이 소요되어 부담이 큰 것으로 확인. 구조모델은 일괄 계산 소프트웨어를 통해 생성이 가능하나 구조계산상 모델이 실제의 구조체 형상과 정밀한 일치를 도모할 필요가 있어 모델 조정에 일정시간이 소요되는 것으로 드러남.

(4) 실시설계 단계

[실시내용]
 a) 기본설계에서 작성한 BIM모델에 각종 상세정보(1/50정도) 입력.
 b) 가시화에 의한 사양 디테일 확인.
 c) 의장모델, 구조모델을 중첩시켜 정밀성과 적합성 확인.
 d) BIM모델에서 각종 실시설계도(각종 신청도 모두) 출력. 출력조정은 BIM모델 내에서 실시.
 e) BIM모델의 수량산출 기능을 이용, 산출수량에 의한 적산 실시.
 f) 휘도, 조도, 기류 시뮬레이션 실시, 창호형상, 조명계획, 공조계획 등에 피드백.
 g) BIM모델을 이용시 효율적인 공통 도면포맷 제안.

[고찰]
· 전체 건축도면 중 70~80%를 BIM으로 작성, 부분상세도는 BIM에서 추출하여 2D로 정리.
· 기본설계 BIM모델 데이터를 실시설계에서도 공유할 수 있어 작도를 위한 작업시간 감소.
· 도면 간의 부정합 발생이 거의 없고 도면 간 체크시간 단축.
· 계획수정 발생시 모델을 수정함으로 도면도 동시에 수정되어 효과적.
· 담당자 간의 상세정보 입력 수준을 공유할 필요성이 있음.

 (5) 적산단계

[실시내용]
BIM모델의 수량산출 기능을 이용하여 산출한 수량과 통상의 적산업무의 수치 비교고찰.

[고찰]
· BIM모델은 도면수정에 의해 수량도 함께 변경되어 실수가 발생하지 않음.
· BIM 소프트웨어에 따라 각 부위의 수량도출 방법이 기준과 달라서 건축 부위별로 비교하기 어려운 문제점이 있음.
· BIM을 통한 수량과 기존 적산업무로 산출한 수량비교 결과 큰 차이는 없었는 결과 도출.

6. 시행결과 정리
· BIM의 「가시화」, 「정밀성·적합성」 정리.

(1) 설계 초기단계에서의 효과와 성능확인
· 일반적으로 설계단계에서 건물 준공 이후의 기대성능 예측이 곤란하며, 이를 위해 시공단계에서 모형작성 및 목업시공 등을 실시하나 기대효과를 얻기 어려운 경우가 많으며 설계변경이 발생.
· BIM 활용시 설계단계에서 시뮬레이션을 수행하여 설계 초기단계에서 효과 확인이 가능. 신주쿠 노동 종합청사 설계에서, 환경 시뮬레이션을 기본설계 단계부터 활용하여 효과를 수치적으로 확인할 수 있음 검증. 시설정비 전체의 재작업 리스크 저감으로 효율적임.

(2) 정보공유-커뮤니케이션 도구로서
· 신주쿠 노동 종합청사 설계에서 설계자와 발주자(영선기술자) 간에 작성된 BIM모델을 빔프로젝터로 스크린에 비추며 협의함.
· 협의중 나온 제안은 그 자리에서 즉각 BIM모델에 반영하여 개선 방안을 구체적으로 표현.
· 협의 과정에서 드러나는 다양한 제안을 신속하게 검토할 수 있어 더 나은 설계가 가능.
· 협의시 관계자 일동이 모델을 둘러싸고 논의하여 각종 아이디어가 표출되었고 구두로 하지 않고 BIM을 통해 구체적으로 시각화하므로 확실한 정보공유가 가능.
· 설계 관계자 간의 정보공유, 입주예정 부처 담당자 등 건축 비전문가도 쉽게 이해할 수 있는 프레젠테이션이 가능.

(3) 업무관리가 용이하게
· 금번 업무를 통해, 건축도면이 단일한 BIM모델로 출력되므로 도면 간 부정합이 없음 확인.
· 일반업무에서 도면 간의 상이성·오류 정정을 위한 작업이 생략.
· 작성중인 BIM모델에서도 언제든 즉각 2D도면 출력이 가능하여 실무자뿐만 아니라 발주자의 업무관리도 보다 용이하게 됨.

7. 시공 단계에서의 BIM도입 시행
· 신주쿠 노동 종합청사 건축공사(2011년도말~)에서 설계단계에 작성된 BIM모델을 활용해 아래 항목을 시공단계에서 시행 BIM도입의 효과와 과제 검증.
(1) 설계단계에서 작성된 BIM모델을 활용한 기준층 시공도 작성.
(2) 기준층 천장 내 주요 설비실과 지하 피트 내부 등 부위에서 건축·설비 간섭체크에 의한 정합성 확인.

8. 확인된 과제
· 설계단계의 작업 진행이 기존보다 빨라지면서 의사결정 단계가 앞당겨 짐, 발주자 측의 설계조건 정리가 불충분하거나 판단이 늦어지면 후속 작업이 연기됨. BIM도입 메리트인 프런트 로딩을 실현하기 위해서 초기단계에서의 적절한 조건 정리, 기획 입안, 신속한 판단이 중요한 포인트임, BIM의 활용을 위해 설계자뿐만 아니라, 발주자의 기획력과 판단력도 필요함.
· BIM모델은 다양한 건축부재, 설비기기 등의 형상·속성 정보로 구성되어 있는데 이들 데이터를 설계의 어느 단계에서 어떤 내용을 어느 정도 상세하게 입력할지와 관계자 공동으로 데이터 입력할 경우 최소한의 기준을 설정할 필요가 있음. 금번 신주쿠 프로젝트 시행에서 기본적으로 「발주도가 필요함」으로 밖에 요구하지 않았으나, 설계 이후의 시공 및 유지관리 단계를 연결하기 위해 설계단계에서 필요하지 않은 정보까지 입력할 필요성이 있음. 모델링 데이터 일원화에 대한 문제로 드러남.

9. 마지막으로
· 영선부는 설계·공사 발주자뿐만 아니라 관청시설의 기획·계획, 설계감리, 시공관리·검사, 보전 및 지시 등을 통해, 건물 라이프사이클 전반을 아우르는 입장에 있음. 설계업무에서의 BIM도입을 통한 검증을 계속적으로 진행하며, 시공, 유지관리·운영 등 건축 프로세스 전반에 걸쳐 BIM의 가능성을 검토할 계획임.