본 논문에서는 BIM을 활용한 흙막이 시스템을 개발하고 소개한다. 선행 연구 분석을 통해서 흙막이 BIM 시스템을 이루는 기술들 에 대한 조사를 바탕으로 요소 기술들을 개발하였다. 첫 번째 요소 기술로, 선행 연구 및 표준 등을 활용해 BIM라이브러리를 구축하여 범용성과 재사용성을 확보하였다. 두 번째로, 토공 2D 기반의 토공 물량 산출법들을 분석하고 흙막이 BIM 시스템으로 활용하되 추가 로 IDW 보간법을 활용하여 지형 생성 및 토공량 산출 시스템을 구축하였다. 세 번째로, 물량 산출을 위한 4가지 수식을 제안하여 객체 마다 각각 다르게 물량 산출법을 적용하여 개발하였다. 이후, 시스템에서 산출되는 물량산출서와 2D 기반 물량산출서와의 비교와 검 증을 통해서 시스템이 앞으로 나아가야할 방향과 한계에 대해 알아보았다.

PURPOSES : In this study, a Design Support Automatic Program for NATM (new Austrian tunneling method) tunnels based on BIM that can generate shape information including property information via the development of BIM libraries and the construction of a library design support automatic program is developed. METHODS : In this study, the abovementioned program is developed as an add-in Revit program. AutoDesk's program has the highest utilization rate, and it allows support tools to be added easily. Construction information classification based on WBS(Work Breakdown Structure) is developed. Subsequently, library construction and program development algorithms are developed. RESULTS : The automatic program constructs a library that reflects geometric characteristics through the construction of a library automatic module as well as generates three0-dimensional (3D) shape information by mapping between the constructed library and 3D informal alignment. The proposed program can automatically assemble a constructed library through the development of an algorithm for generating sequences of 3D shape information and automatically place models on a 3D terrain. CONCLUSIONS : The proposed automatic program can be designed and changed easily. It is expected to contribute to improvements in the speed of 3D NATM tunnel modeling and the efficiency of NATM tunnel design.

한국도로공사는 ‘고차원 설계환경 기반의 차세대 고속도로 설계 및 관리역량 강화’, BIM 기반의 건설·운영 프로세스를 정립하기 위하여 EX-BIM 로드맵을 수립하였다(2016. 5). 현재 초기 도입단계로써,「EX-BIM 시공단계 표준모델 구축 연구」(한국도로공사, 건설처, 2017)를 수행하고 있다. 연구의 일환으로 시공단계 BIM 적용방안 마련을 위하여 ‘성남-구리간 고속도로 건설공사’를 대상으로 설계단계 BIM 성과품에 대한 검토 및 효과분석을 시행하고 있다. 성남-구리 노선 5개공구는 모두 설계-시공 일괄입찰방식으로 추진중이며, 수도권 주요 도심지를 우회하고 한강을 횡단하는 노선으로, 대부분 교량과 터널 등 구조물 위주로 설계되어 있다. 설계단계 BIM 성과품은 작성완료단계에 있으며, 이어 시공단계 BIM을 수행할 예정이다. BIM 적용 목표로 공기의 적정성, 수량의 적정성, 주요 시설물에 대한 간섭검토 등을 요구하였다. 그래서, 각 공구별 수행사는 BIM 실행계획서(BEP, BIM Execution Plan)를 작성하여 BIM 활용방안을 제시하고 설계단계 BIM을 수행하였으며, 이를 반영하여 최종 BIM 성과품을 작성하는 절차로 진행하였다 설계단계에서는 공기와 수량의 적정성 검토, 주요 시설물에 대한 간섭검토 위주로 BIM을 적용하였다. 공구별 3D/4D 모델을 작성하여, 일련의 과정과 결과를 BIM 결과보고서에 포함하여 성과품으로 작성하였으며, 이를 근거로, 설계 성과품 품질 향상과 시공단계 BIM 활용을 위하여 설계BIM 성과품을 검토하고 효과분석을 수행하였다. 성과품 검토 결과, 노선 특성에 따라 교량 및 터널 등 구조물 위주로 BIM을 적용하였으며, 도공 자체 WBS 모델 분류 체계에 따라 일부 모델을 구성하였으나, 공종별 주요 수량검토를 수행하기에는 공구 및 대상별 LOD가 다소 상이하고 미흡한 수준이었다. 설계단계 효과분석은 도면오류, 간섭검토, 주요 수량검토 등 설계시 대표업무에 대한 결과를 분석하였으며, 발주처나 시공사 입장에서 가시적 효과는 간섭검토, 도면오류검토 순으로 예상되었다. 추가로, 건설참여자를 대상으로 설계단계 BIM 모델을 시연하고 시공단계 활용성에 대하여 인터뷰를 실시하였는데, 가상현장과 사전시공 등 사업관리 측면에 대해 관심을 보였다. 본 연구는 성남-구리간 건설공사를 대상으로 설계단계 BIM 성과품을 검토하고 효과분석을 시행하여 고속도로 건설공사시 BIM 도입에 대한 타당성을 제시하고자 한다. 이와 함께, 설계단계 ROI 결과를 토대로 시공단계까지 확대 적용할수 있도록 지속적인 BIM 데이터 관리와 BIM 활용 효과에 대한 모니터링이 필요할 것이다.

SOC 분야에서도 설계·시공·유지관리단계에 이르는 3D 기반의 BIM 프로세스를 적용하기 위하여, 한국도로공사에서는 EX-BIM 로드맵을 수립하고 관련 시범사업과 연구를 진행 중에 있다. 「EX-BIM 가이드라인」을 작성하여 BIM 적용방안을 제시하였으며, 시공단계BIM과의 효과적인 연계를 위하여 설계성과품 작성단계에서부터「EX-BIM 시공단계 표준모델 구축 연구」(한국도로공사, 건설처, 2017)를 수행하고 있다. 해당 연구는 성남-구리간 고속도로 건설공사의 설계단계 BIM 수행결과를 근거로 BIM 적용 및 시공단계 BIM 적용 효과를 제시함으로 향후, 한국도로공사에서 수행하는 사업에 대한 BIM 도입에 대한 기틀을 마련하고자 한다. 국토부에서는 국도75호선 설악-청평간 도로건설공사(2016년)에 시공BIM을 적용한 사례가 있으나, 발주청 및 시공사의 요구에 따라 설계변경 지원, 시공상세 및 수량 검토 등 크게 3가지로 구분하여 적용하였다. 따라서, 본 연구는 성남-구리간 건설공사 10∼14공구를 대상으로, 설계단계 BIM 성과품을 검토하고, 설계BIM 수행자와 시공사 현장 담당자를 대상으로 의견조회를 실시하여 효과를 산정함으로써, 성남-구리간 건설공사의 시공단계 BIM 활용방안을 제시하고자 한다. 기존 고속도로 업무중 BIM 적용이 가능한 부분을 찾고, 실제 건설참여자를 대상으로 설계단계 BIM 성과품을 시연하고 시공단계 적용시 기대효과에 대한 인터뷰도 진행하였다. 검토결과, 설계단계에서 발주처와 시공사에게 가시적인 결과는 도면검토, 간섭검토 위주로 도출되었으며, 시공단계에서는 BIM의 시각적 특성을 활용한 사업관리와 안전관리 측면에서 가장 활용도가 높을 것으로 조사되었다. 또한, 시공상세도 작성시 비용절감과 좌표검토 및 시공검측을 위한 추가적인 측량 작업도 대체할 수 있을 것으로 제시되었으며, AR(Augmented Reality) / AMG(Automated Machine Guidance)기술과 BIM을 연계함으로써 현장관리에도 효율적으로 활용할 수 있을 것으로 기대되고 있다. 그러나, 현장의 지속적인 설계변경과 모델 검토, BIM 기술지원에 대응하기 위해서 전담직원 배치 등 추가적인 지원사항이 수반되어야 하며, 유지관리단계 활용을 위해서라도 BIM 운영과 지속적인 데이터 관리를 수행해야 할 것이다. 따라서, 지속적으로 시공단계 BIM 활용방안을 찾는 동시에 모니터링을 통하여 EX-BIM 기반의 도로건설 프로세스를 정립해야 할 것이다.

최근에 각광받고 있는 3D BIM기반 철근 물량 산출 현황을 살펴보면 상용 BIM 도구들이 철근 모델링 기능을 제공하지만 그 기능을 이용해서 철근을 모델링하려고 하면 방대한 양의 모델링 시간이 소요가 되어 현재 실용적으로 사용할 수 있는 BIM 소프트웨어는 없다. 본 연구에서는 BIM 기반 설계 현업에서 실용적인 철근 물량 산출 프로세스를 정리 및 제시하고, 초기설계단계의 단면 정보가 없는 상태에서 기존의 2D방식에 비하여 보다 정확하게 기동, 보, 슬래브, 벽체의 철근 단면 정 보를 자동으로 배근해주는 프로그램인 Rebar Automatic Arrangement Program(이하 RAAP)을 개발하였다. 본 연구 결과는 건설프로젝트의 초기 설계단계에서 설계 진행상 구조 부재 단면 설계가 완료되지 않은 상태의 골조 물량 산출 시 적은 노력 으로 기존의 2D기반 방식보다 신뢰성을 향상시킨 물량을 산출할 수 있는 기술로 발전시키는데 의미가 있으며, 합리적인 초 기 설계단계의 물량 산출 프로그램을 구축할 수 있는 기초 연구로서 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

현재 건설 산업의 프로세스는 2D기반으로 설계, 시공, 유지관리 등 시설물의 총 생애주기 동안 관리 및 시행 주체가 상이하다. 또한 건설 산업 참여주체들은 전문성에 따른 독립된 작업으로 인해 총 생애주기 동 안 건설정보의 전달방법의 통일성이 부족한 상황이다. 이러한 정보단절로 인해 건설 산업의 생산성은 타 산 업과 비교해 낙후되어 있는 실정이다. 이러한 문제점을 극복하기 위해서는 건설 공종정보의 DB화 및 이를 활용하여 4D, 5D, nD-BIM 구현이 가능하도록 표준화된 BIM기반의 건설정보 분류체계가 필요하다. 이를 위해 국내·외 건설산업에서는 BIM기반의 설계/시공/유지관리의 건설 전 생애주기 단계에서 보다 효율적인 업무수행과 성공적인 프로젝트 성과를 위해 다양한 연구개발 및 정책도입이 진행되고 있다. 본 연구에서는 고속도로공사의 시범설계로 각 공종별 BIM설계를 수행 하고, 기존의 2D설계와 BIM설계의 물량차이를 비교 하고, 향후 토목BIM의 발전을 위해 BIM설계의 신뢰성을 분석하였다. 설계단계-BIM(Building Information Modeling)의 근간이 되는 물량산출의 접근성에 있어서 BIM에 대한 국내외 건설 산업의 신뢰도가 만족할 만한 수준은 아니다. 토목분야보다 10년가량 먼저 BIM 도입이 추진된 건축분야에서도 물량산출의 접근성 측면에 있어서는 비정형 구조물에 대한 시각화 정도에 머무르는 수준이 다. 국내 건축분야에서는 이미 단계적으로 BIM 납품의무화가 추진되고 있는 반면 토목분야는 BIM 도입의 초기단계임에도 불구하고 향후 3~4년 내 BIM 납품의무화를 위해 여러 공공기관에서 BIM 납품의무화 도입 을 준비 중에 있으며, BIM 납품의무화 시행을 위한 사전준비로서 부분적인 BIM설계 도입을 진행 중에 있다. 이에 본 연구에서는 BIM 도로설계를 시행하기에 앞서 기존의 2D기반 물량산출 결과와 BIM기반 물량산 출결과의 오차를 비교·분석하여 그 신뢰성을 분석하고, 향후 시행될 BIM설계의 확대 적용을 위한 기초자 료로 제공하고자 한다. 이를 위해 도로공사에 필요한 공사 중 구조물공인 교량공, 터널공, 옹벽공, 배수공, 부대공과 비구조물공인 토공, 포장공 등을 대상으로 신뢰성 분석결과를 제시 한다. BIM설계와 2D설계간의 물량 비교를 위해, 도로구간 중 이설도로, 부채도로, 확장부 등 기존도로는 제외 하고 본선 및 램프구간 토공 BIM 모델링을 수행하였으며, 교량은 확장교량의 기존교량은 형상만을 구현하 였으며 그 외의 모든 교량은 BIM으로 모델링하여 물량을 산출하였다. 터널은 모든 터널을 대상으로 BIM 모 델링을 수행하여 물량을 산출하였다. 배수공은 측구, 배수구조물, 암거 등 모든 배수공을 대상으로 BIM 모 델링을 수행하는 동시에 한국도로공사 배수공 표준도 적용하여 물량을 산출하는 방식으로 진행하였다. 옹벽 은 L형옹벽, RC옹벽, 프리케스트옹벽 등을 BIM 모델링을 통하여 물량을 산출하였으나 보강토 옹벽은 BIM 모델링을 통한 물량산출이 곤란하여 형상만을 구현하고 물량산출은 기존의 2D방식으로 진행하였다. 포장공 은 도로 토공구간과 연계된 사항으로 도로구간 중 이설도로, 부채도로, 확장부 등 기존도로는 제외하고 본 선 및 분기점, 터널 등을 대상으로 BIM 모델링을 수행하였다. 부대공은 표지판 등 부대 시설물에 라이브러 리를 구축하였으며, 이를 통합 모델링에 구현하여 부대시설 계획도에 반영함에 있어 향후 자동화 프로그램 개발 이후에 적용하는 것으로 업무를 합리화하였다. 모델링을 통한 BIM 물량과 기존 2D기반의 물량과의 오 차를 비교·분석함으로써 BIM 설계의 신뢰성과 우수성을 검증하였다. BIM기반의 물량산출 방식은 다양하 지만 본 과업에서는 여러 가지 BIM Tool 중에서 터널, 교량 등 구조물공은 Autodesk사의 Revit을 토공과 같이 지형 및 선형에 영향을 받는 비구조물공은 Autodesk사의 Civil3D를 적용하여 BIM 모델링 및 물량산 출을 진행하였다.

본 연구에서는 이미 개발된 BIM 기반 건축물 구조 안전점검 및 유지관리용 COBie(Construction Operations Building information exchange) 문서 및 기록 체계를 검증하기 위한 테스트베드 수행에 앞서, 대상 건축물의 선정 및 안전점검 수준을 결정하고 테스트베드를 수행하는데 필요한 정보를 수집‧기록‧검토할 수 있는 시나리오를 제안하였다.

Since existing modular construction designs are 2D based, they cannot reflect the characteristics of modular buildings built by a dry construction method, in which objects are assembled and constructed as a unit. This study aims to develop a BIM library information system of modular buildings by utilizing the “Construction Information Classification System” developed already in Korea.

Recently, in the field of design and construction, the use of three-dimensional information modeling technology using BIM design has been increasing. But there is a limitation in its library for efficient design. In particular, the library totally lacks vibration control system for special elements. In this study, for the implementation of the vibration control system, it has been created a library of out-of-plan buckling resistance steel damper using custom component. Further more, the developed system and its properties were defined by the design module.