◼ 일과 생활의 균형을 추구하고, 안전하고 행복한 건설환경을 만드는 스마트건설기술
이인혁 더부엔지니어링 부사장
생명을 유지하기 위한 3대 기본 요소인 의식주 중의 하나 ‘집’. 즉 건축물은 사람의 삶에서 필요한 공간과 보호처를 제공하기 위해 기나긴 역사 속에서 인류와 더불어 발전해 왔다.
현재는 더욱 더 다양한 용도의 건축물이 세워지고 있다.
이집트의 피라미드, 프랑스의 에펠탑, 영국의 국회의사당, 이탈리아의 콜로세움, 중국의 만리장성 등 역사적인 건축물부터 미국의 엠파이어스테이트빌딩, 두바이의 부르카 칼리퍼, 한국의 롯데월드타워, 시드니의 오페라하우스 등 현대식 건축물도 그 이름만으로도 그 나라를 상징하는 키워드가 되고 있다.
롯데월드타워. 사진 제공 = 더부엔지니어링
하지만 이런 위대한 인류의 역사적･기술적 집약의 상징 이면에는 수많은 사람의 노력과 고통이 수반되고 있다. 권력의 상징과 종교의 권위를 보이기 위해 인류의 고통과 생명을 바치는 예도 있었지만, 일반적인 건축 과정에도 수많은 사람의 피와 땀이 수반되고 있다.
물론 건축물의 역사가 깊은 만큼 건설기술도 많이 발전하기는 했지만, 다른 첨단업종에 비하면 기술 발전의 속도가 느리고 아직도 사람의 손이 많이 필요한 업종이다.
게다가 공사 중의 불안전한 환경과 구조물로 인한 사망 사고, 구조물 붕괴, 소음･먼지･진동･교통 등의 환경 피해가 끊임없이 발생하고 있어서 사람들이 꺼리는 3D 업종으로 치부되고 있다.
◼ 4차 산업혁명이라고 일컫는 현재의 건설 분야의 화두 ‘스마트건설’
이제는 사람을 위한 건축물을 위해 사람의 희생이 따르는 일은 없어야 한다.
스마트건설기술은 이를 해결하기 위한 한 방법이라고 생각한다. 4차 산업혁명이라고 일컫는 현재의 건설 분야의 화두는 스마트건설이다.
스마트건설은 BIM, ICT, 로봇, 드론, 3D 프린터, VR･AR 등의 첨단 기술과 장비를 이용해 더욱 생산적이고 안전하고 신속하게 건축물을 완성하는 과정이다.
스마트건설은 글로벌 관심사이며 미래 건설시장의 경쟁력을 좌우할 국가적 기술이기도 하다.
스마트건설은 설계, 제조, 시공 및 준공 후 건물의 유지관리 단계까지 폭넓게 활용될 수 있는 밸류 체인의 역할을 할 것이다.
건설현장에서의 시공 과정 및 근로자의 투입을 최소화해 안전재해를 줄일 수 있고, 디지털 공간에서 건축물의 가상 시공으로 문제점을 해결하고, 관련자들의 이해와 간접 경험을 통해 건설현장의 공기 단축을 실현할 수 있으며, 설계나 시공 단계에서 발생할 하자나 품질 저하 요소를 제거할 수 있는 등 장점은 무궁무진하다.
다만 지금은 스마트건설기술을 도입하는데 비용이 많이 들고, 분야별 기술의 한계가 있으며, 사용하는 기술자들의 역량도 부족한 점이 발목을 잡고 있다.
그럼에도 불구하고 스마트건설기술은 국가에서도 많은 관심을 두고 제도 개선과 다방면으로 자금과 기술을 지원하려고 노력하고 있으며, 민간 분야에서도 개별적인 요소 기술을 바탕으로 하루가 다르게 발전하고 있는 것도 사실이다.
지난해 글로벌 건설산업 시장의 규모가 GDP의 13%에 달하는데, 건설 분야의 성장률은 연간 3.6%, 생산성 향상은 연간 1%로 매우 저조하다는 리서치 보고서도 있다.
다만 스마트건설기술의 하나인 BIM의 성장률은 연간 19.3%, 스마트건설 시장의 성장률은 29.7%라는 마켓리서치퓨처의 조사 결과는 매우 희망적인 메시지이기도 하다.
◼ BIM(Building Information Modeling) - 1970년대 미국에서 건축 정보 모델링을 의미하는 용어로 처음 사용
스마트건설기술의 한 분야인 BIM은 건축물의 설계･시공･유지관리를 위한 정보를 3차원 모델로 생성하고 관리하는 기술이며, BIM을 사용하면 건축물의 설계･시공･유지관리의 효율을 높이고 건축물의 품질을 향상시킬 수 있다는 것은 누구나 알고 있는 내용일 것이다.
BIM(Building Information Modeling)은 1970년대 미국에서 건축 정보 모델링을 의미하는 용어로 처음 사용됐다고 알려져 있다.
하지만 BIM이 본격적으로 개발된 것은 컴퓨터의 보급이 활성화되기 시작한 시점인 1980년대부터 1990년대에 미국과 유럽이었다. 2000년대 이후 BIM은 전 세계적으로 보급되기 시작했고, 국내도 2000년대 중반부터 BIM이 도입되기 시작했다.
처음 BIM을 접할 때는 CAD가 청사진과 트레이싱페이퍼를 몰아낸 것처럼 얼마 안 가서 설계 및 시공, 유지관리에 이르기까지 건설 전 분야에 걸쳐서 BIM이 CAD를 대체할 것으로 생각됐다.
그러나 20여년이 지난 지금까지 BIM은 CAD를 대체하기에는 역부족인 듯하다.
그런 이유로는 BIM을 적용하는 데 CAD보다 비용이 너무 많이 들어가는 데 있으며 투입비용 대비 효과에 대한 확신이 없어서라고 생각한다.
BIM은 건설 전 분야에 걸쳐 파워풀하게 활용될 수 있는 기능이 있는 도구지만, 개별 단계에서만 사용하면 초기 작성하거나 운영하는 비용이 상대적으로 너무 비싸지게 된다고 본다.
건설 전 단계의 통합적인 비용 절감 실현을 위해서는 국가적 차원에서 제도와 기준의 정립이 필요하다고 생각된다.
시간 문제겠지만 건설 분야에서 BIM은 선택이 아닌 필수가 되는 시기가 도래할 것으로 여겨진다.
더부엔지니어링에서는 BIM의 실효성을 인지하고 BIM을 활용한 엔지니어링 업무와 기술 개발을 위해 지속적으로 노력하고 있다.
건축물에 적용된 BIM.
◼ 프리콘(Precon) 단계에서 BIM을 활용한 사업비 절감 실현
건설 프로젝트는 기획, 설계, 발주, 시공, 유지관리의 5단계로 분류하는데 기획 단계는 사업 대상지 확보, 자금 조달 및 경제적 이익 달성을 위한 사업 타당성 분석(Feasibility study) 단계이다.
설계 단계에 대한 정의도 국가별로 조금씩 다르지만 일반적으로는 미국 건축가협회인 AIA에서 정의하는 개념 설계(Concept Design), 계획 설계(Schematic Design), 기본 설계(Design Development), 실시 설계(Construction Document) 단계로 진행되는 것이 일반적이다. 발주 단계는 시공사 선정을 위한 현장설명, 입찰, 낙찰, 선정까지를 말한다.
시공 단계는 착공부터 준공까지며, 유지관리 단계는 건축물 준공 및 인수인계 완료 후부터다.
여기서 프리콘 단계란 (미국 PM협회인 PMI에서는 발주 단계를 실행 단계로, 미국 CM협회인 CMAA에서는 발주 단계까지 프리콘 단계로 분류하고 있음) 시공 이전 단계인 기획부터 발주 단계까지를 일컫는다.
프리콘은 발주자･설계자･시공자들이 참여해 설계도서의 품질확보, 사업비의 절감, 시공성 및 공기의 적합성 분석 등을 통해 문제를 해결할 수 있는 장점이 있다.
프리콘의 목적을 달성하기 위해서는 발주자･설계자･시공자가 한 팀이 되어 상호 신뢰를 바탕으로 이루어져야 한다.
또 설계와 인허가 일정 준수를 위해 신속한 기술 검토와 피드백이 필요하고 분야별 전문가의 종합적인 의견이 필요하다. 하지만 설계자와 시공자 또는 CM의 이해관계 충돌로 발생하는 의사결정 지연, 설계일정 지연 등의 문제점도 발생할 수 있다.
이때는 발주자의 의지가 가장 중요하다고 생각된다. 사공이 많으면 배가 산으로 가는 것처럼 모든 사람들의 의견을 충분히 수렴해 반영한다면 좋겠지만, 제한된 일정 내에서 최상의 성과를 도출하기 위해서는 종합적으로 판단해 최종 결정을 내릴 수 있는 발주자의 역량이 중요한 것이다.
물론 신속한 의사결정을 위해서는 정량적인 데이터를 기반으로 한 자료가 있어야만 판단이 가능하다.
정량적인 데이터는 먼저 신속하고 정확한 물량 산출이 필요하다. 설계가 마무리 되면 적산업체에서 물량을 산출하고 설계사의 원가 담당자는 표준품셈･일위대가･물가정보･견적서 등을 통해 공사비를 산출한다.
하지만 설계가 진행되는 동안에는 별도의 전문 적산업체를 활용하기에는 시간적으로 어려우므로, BIM 모델을 활용해 주요 물량을 산출하고 단가는 각 분야의 전문가들이 제공하거나 유사 사례 실적 자료를 활용해 비교 분석하거나 그 외에는 전문 협력사의 견적을 받을 수도 있다.
건설 프로젝트 단계별 투입비용 및 비용 영향력 관계도.
◼ BIM은 2차원 도면에서 파악하기 어려운 도면의 간섭･오류･누락 쉽게 검토
기획 및 설계 단계에는 시공사가 선정되지 않은 경우가 일반적이다.
프리콘은 시공 역량이 풍부한 시공 전문가가 참여해 시공 과정에서 이루어지는 문제점을 분석해야 하는데, 발주자에게 시공 역량을 지닌 조직이 없으면 CM사나 시공사와 프리콘 계약을 하여 업무를 수행하는 것이 바람직하다.
프리콘의 성과 중에서 발주자가 가장 중요하게 여기는 항목은 사업비 절감일 것이다.
전체 건설 프로젝트에서 프리콘 단계의 투입비용은 15% 정도지만, 사업비는 90%의 영향을 미친다.
즉 초기 단계에서 사업비에 미치는 영향력이 매우 크므로 기획 및 설계 단계에서 종합적인 분석이 이루어져야 한다는 의미다. 시간이 흐를수록 변경에 따른 비용과 기간이 늘어나므로 변경할 사유가 발생하더라도 시기를 놓쳐서 반영하기 어려워지는 경우가 많이 발생한다.
더부엔지니어링에서는 프리콘 단계에서 발주자의 기술적 검토 분야에 참여하고 있으며, 신속한 의사 결정 및 설계도서의 정합성 검토를 위해 특화된 BIM 프로세스와 프로그램을 활용하여 신속하게 모델과 정보를 제공하고 있다.
BIM은 2차원 도면에서 파악하기 어려운 도면의 간섭･오류･누락을 쉽게 검토할 수 있을 뿐만 아니라 가상 시공을 통해 공사 중에 발생할 문제점을 파악하기 쉽고, 공정 프로그램과 연계한 시뮬레이션을 통해 공사기간의 적정성을 분석하는 데 용이하다.
BIM 모델과 정보를 통해 건물 특성에 따른 입체적 검토로 도면의 한계를 벗어나 종합적인 관점에서 최적의 시공 방안, 대안 공법 등을 선정해 공사비의 절감을 유도할 수 있다.
설계도서의 정합성 분석 추이.
철거공법 대안으로 공사비 42% 절감 사례.
◼ Cost BIM을 활용한 주요 물량 검증
BIM을 활용해 물량을 산출하는 것을 Cost BIM이라고 정의하고 있다.
지금까지는 2D 적산 프로그램을 사용해 물량을 산출하고 있는데, 실제 현장에 투입되는 물량과는 차이가 발생한다.
그 원인으로는 프로그램에 입력된 산출 방식의 알고리즘의 한계도 있지만 무엇보다도 사람의 실수로 발생하는 경우가 대부분이다. 현장 공사 경험과 도면 이해 능력이 높은 기술자가 산출하면 오류가 적어질 수도 있겠지만 비용면이나 투입 인력의 한계상 그러하지 못한 것이 현실적이다.
물량 산출의 오류는 산출식으로 표현되므로 찾아내기가 매우 어려운데, 적산업체나 시공사의 견적부서에서는 회사 나름대로 물량 검증 시스템을 갖춰 물량 검증을 하고 있다.
이럼에도 불구하고, 현장에서는 물량 차이가 오차 범위를 벗어나서 예산 초과 및 긴급 자재 투입 등의 문제가 발생하곤 한다.
이에 비해 BIM으로 물량을 산출하면 도면에 표기된 모든 부위를 작성함으로써 물량의 오류를 쉽게 발견할 수 있다. 다만 BIM을 활용한 물량 산출은 기본적으로 BIM 모델을 얼마나 상세하게 빠르게 작성하는가에 그 정밀성이 좌우하게 된다.
물량산출에 특화된 몇몇 BIM 프로그램이 개발돼 있지만 BIM은 물량산출용으로만 활용하기에는 매우 비싸고 효율이 좋지 않으므로, 프로그램을 선택할 때는 BIM의 사용 용도에 맞는지를 먼저 판단하는 것이 바람직하다고 생각된다.
또 어떤 프로그램이라 하더라도 물량산출 자동화는 100% 실현되지는 못했고 작업자의 숙련도와 기초적인 지식과 경험을 바탕으로 물량 산출의 정밀도가 유지되고 있다.
향후 프로그램이 보완되면 자동화율과 정밀도, 생산성은 더욱 향상될 것으로 기대된다.
그래서 더부엔지니어링에서는 범용적이고, 여러 단계에 활용할 수 있으며, 사용 용도별로 최적화된 프로그램을 선택해 사용하고 있다.
아키캐드(Archicad)는 다른 BIM 프로그램보다 개발사의 정기적인 업그레이드가 이루어지고 있고 구매 비용이 저렴하며 다루기 쉬워서 작업 시간이 단축된다. 데이터의 용량이 적기 때문에 고사양의 컴퓨터를 사용하지 않아도 되며 클라우드 환경에서 협업 작업 및 구동이 편리하다는 장점이 있다.
이런 점에서 신속함을 요구하는 건축 분야에는 매우 효과적인 프로그램이라고 여겨진다.
그래서 기본적인 건축 및 토목 모델링 작업은 아키캐드를 사용하고 있다. 다만 아키캐드는 물량산출 전용 프로그램이 아니어서 모델링에서 산출된 물량에 대한 산출식이 표현되지 않는 단점이 있다.
물론 모델에서 부위를 선택하면 물량을 확인할 수 있기는 하지만 익숙한 2D에서 표현되는 산출식을 요구하는 고객의 입장을 맞추기는 어려운 현실이다.
건설 프로젝트 단계별 투입비용 및 비용 영향력 관계도. 사진 제공 = 더부엔지니어링
이에 반해 철골과 철근에 특화됐다는 테클라(Tekla)와 애드온(Add-on) 프로그램인 SIDD를 이용하면 도면을 자동으로 스캐닝해 모델을 구현하여 골조 물량 및 산출식을 도출할 수 있다.
특히 철골과 철근은 부재의 패밀리와 라이브러리가 풍부하게 제공되며, 접합부 및 상세 작성을 위한 기능이 탁월하다.
더불어 테클라는 클라우드 환경의 The Trimble Constructible Process의 3가지 기능을 제공하고 있다.
첫 번째는 On-off 자료를 실시간으로 공유할 수 있고, 관련자들이 온라인 환경에서 상호 자료를 수정하거나 작업･토론할 수 있는 Connected, 두 번째는 전 세계의 주요 건설 장비와 자재업체의 최신 3D 라이브러리를 제공하는 Content-Enabled, 세 번째는 모델링을 작성하고 물량을 산출해 설계와 시공의 정합성을 분석할 수 있는 Constructible 기능은 다른 프로그램과 차별화된 특징이다.
캐드와(Cadewa)는 MEP설계, 물량산출, 3차원 간섭 및 시공검토, SHOP Drawing 제작이 한 번에 가능한 3D기반 MEP(설비･전기･공조･소방) 전용 BIM 프로그램이다. 일본 후지쯔에서 개발해 국내에는 Cadewa real 버전으로 수입･공급되고 있다.
왼쪽은 철근 BIM 모델링, 오른쪽은 MEP 배관, 덕트 BIM 모델링.
BIM을 활용한 물량 산출을 주용도로 사용하고 있는 대표적인 건설사는 대림E&C, 현대엔지어링, 현대산업개발 등이 있으며, 최근 호반건설에서도 도입했다.
호반건설의 prototype으로 실행된 주상복합건물 프로젝트에서 2D 적산에서 산출된 누락과 오류를 찾아내어 수십억이 낭비될 뻔한 일을 막을 수 있었다.
BIM의 장점을 발견한 이후에 모든 프로젝트에서는 착공 전에 BIM으로 주요 물량을 산출하는 것으로 방침이 세워진 것은 매우 고무적인 일이라고 생각된다.
물량 산출을 위한 모델링.
골조 물량 산출서.
◼ 스마트건설 실현을 위한 시공 BIM의 활용 방안
국토부나 조달청, LH 등에서 발주하는 일정 규모 이상의 건설 프로젝트에는 설계 BIM을 의무적으로 사용하길 요구하고 있어서 공공 건축물의 설계 BIM 사용은 빠르게 확대될 것으로 보인다.
아직까지 설계 단계에서 BIM 활용 실적도 그다지 많다고 볼 수는 없지만, 시공 BIM은 설계 BIM에 비해 적용 사례가 매우 적고 그나마도 시공 단계에 활용되고 있는 시공 BIM은 발주처의 계약 요건에 따라 형식적으로 이루어지다 보니 투입 인건비조차 모자라는 저가 입찰로 BIM이 가지고 있는 수많은 특성을 활용하지 못한 채 BIM 모델링을 통한 간섭 검토 위주 및 회의나 보고서 자료용으로만 사용되고 있는 현실은 안타깝기 그지없다.
물론 설계 단계에서 작성된 BIM을 시공 단계에서도 활용하는 것이 당연하지만 설계 BIM은 시공 단계에서 모델만 참고할 뿐 재작업하는 것이 일반적이다.
작업 시간과 업무량이 많은 BIM 모델을 설계 따로 시공 따로 만든다는 것은 심히 안타까운 일이지만 통합적인 작성 기준이 없어서 발생하는 문제이기도 한 듯하다. BIM으로 직접 설계를 진행하기에는 설계사들이 익숙하지 않고 설계가도 낮으므로, 전문 설계자가 2D CAD로 도면을 그린 후에 BIM 작업자들이 모델을 구축하고 있는 것도 문제 중의 하나다.
또 공사가 진행되는 방식이 아닌 설계를 빠르게 할 수 있는 방식으로 BIM 모델이 구현되다 보니, 시공 현장에서는 필요한 부위의 모델을 분리하는 것이 사실상 불가능하므로 시공 BIM 모델을 재작업하게 되는 것이다.
설계 BIM의 기능인 패밀리와 라이브러리를 제작할 때 통합 모델도 좋지만 각 부재나 마감재는 분리가 가능한 형태로 작성해야만 시공 과정에서 필요한 공정에 활용할 수 있고, 싱가폴처럼 BIM으로 작성된 라이브러리는 국가의 자산으로 등록해 관리하고 누구나 데이터를 받아서 사용할 수 있는 경쟁력있는 디지털 환경을 구축하는 것도 벤치마킹할 부분이다.
이는 국가적 차원에서 해결하거나 공사 전반을 이해하는 발주자나 설계자, 시공사의 강한 의지가 있을 때 가능하리라고 본다.
어찌되었든지 현재 일부 건설현장에서 시공 BIM을 도입하고 있는데, 활용도가 미흡하고 투입된 비용에 비해 불만이 많은 것은 사실이다.
그 이유로는 주로 활용해야 하는 현장 기술자들은 BIM 사용법이 익숙하지 않고, BIM 전문가는 현장의 상황을 이해하기 어렵고 인력 또한 부족하기 때문이며, 모델을 작업하는 기간도 최소 2주에서 한 달 이상 소요되므로 하루가 다르게 변화하는 현장의 여건을 반영하기 어려워서 적용하기 어렵다고 여겨진다.
그러므로 시공 BIM을 제대로 활용하기 위해서는 당사와 같은 전문 BIM 업체를 활용하는 것도 좋다고 판단된다.
드론을 활용한 지표면 클라우드포인트 생성 및 BIM을 이용한 지층별 정밀 굴착량 산출 결과.
급경사지의 흙막이 가시설의 정밀성 검토로 시공 물량 최소화 및 안전성 확보.
시공 BIM은 입찰 때와 계약 혹은 착공 때 제공된 도면의 변경 사항을 통합적으로 분석하는데 탁월하며, 모델로부터 산출되는 물량을 검증해 전문 공종별 업체와의 계약에도 활용하고 정확한 실행예산을 수립하는 데도 필수적이다.
또 건설사는 시공계획을 세워서 발주처에 보고도 해야 하고 시공계획은 안전이나 품질계획의 기초가 되기도 하며 계약 때 제시한 공기도 현실적으로 타당한지를 검토하는 데 기본이 되는 중요한 자료이다.
하지만 많은 현장에서는 시공계획은 전문 공종 업체로부터 접수한 계획서를 취합해 사용하기도 하고 공기의 검증 없이 전문업체에 의뢰해 작성된 공정표로 운영하기도 한다.
이는 시공계획이나 공정표는 경험이 많은 소수의 기술자를 제외하고는 종합적으로 파악하기 어렵기 때문이기도 하다.
대규모 건설현장에서의 시공 시뮬레이션을 통한 공사 및 공정 계획의 적합성 검토.
그러나 시공계획을 BIM 모델로 작성하면, 시공 계획의 문제점을 한눈에 파악하기 쉬우며 더욱이 설계 도면이 없는 가설공사는 공사 진행 단계별로 모델을 분석하면 빠짐없이 파악할 수 있게 된다. 설계 도면에 명시된 부분은 보고 시공하는 데 큰 차이가 없지만 가설공사는 숙련된 기술자의 경험이 필요하다.
그래서 어느 현장 소장의 이야기로는 가설공사 비용을 아껴서는 공사가 제대로 이루어지지 않는다고도 하며 가설공사계획에 따라 공사의 성공 여부가 달렸다는 것을 들은 기억이 있다.
시공 BIM은 가상으로 건물 전체를 지어보면서 문제점을 파악하고 사전에 해결함으로써 재시공 및 오시공 비용과 시간을 줄일 수 있게 해준다.
건설 장비와 차량의 이동 동선･작업공간 확보, 가시설의 배치계획 검토.
경사가 심하거나 이형의 부지 형태에서는 토목 물량의 차이도 크게 발생하고 도면대로 시공하는 데 한계가 있기도 하다.
이때도 BIM을 활용하면 사전에 정밀한 토목공사가 이루어질 수 있다. 골조공사 단계에는 대형 장비와 차량이 빈번하게 운행되는데 공사 단계별로 이동 동선을 확보해야 하고, 넓은 현장에서는 고층부와 저층부가 동시다발적으로 진행함으로써 장비와 차량의 간섭이 많이 발생하는 바, 합리적인 조닝과 순차적인 작업 순서를 계획해야만 원활하게 공사가 진행될 수 있다. 상상을 통한 2차원적인 공사 계획에는 한계가 있으므로 BIM 모델을 활용한 단계별 입체적 검토가 필요하다고 하겠다.
이러한 현장의 다양한 니즈를 반영해 더부엔지니어링에서는 차별화된 시공 BIM을 지원하고 있다.
협소한 경사지에 적용되는 탑다운공사에서의 대형 건설장비 운영 검토.
마지막으로 시공의 정밀성을 검토하는 방법인 AR(증강현실)이나 VR(가상현실)을 활용할 수도 있다.
더부엔지니어링에서는 가상 모델을 구축해 VR 환경 속에서 사전에 현장이 만들어지는 모습을 생생하게 볼 수도 있으며, 현장의 정확한 위치에 태블릿을 통해 매칭시켜보는 방식도 제공하고 있다.
AR을 활용해 굴착 단계에서 현장에 매칭한 철골 모습.
◼ 복잡하고 열악한 건설 여건에 적합한 4D BIM 공정관리
이인혁 더부엔지니어링 부사장
건설현장은 변수가 많아서 정확한 공사기간을 산정하는 것은 매우 어렵다.
공사기간에 영향을 미치는 주요인을 몇 가지 열거하면 환경적 요인, 사회적 요인, 기술적 요인으로 구분해 보고자 한다.
먼저 환경적 요인은 대부분 야외에서 작업이 이루어지는 현장 특성으로 날씨에 영향을 많이 받는다. 작업에 영향을 주는 날씨적 요인은 폭우･폭설･강풍･미세먼지 등이 있다.
날씨는 기상청에서 제공하는 지역별 데이터를 기반으로 반영하는 데 일반적으로 10년치 자료를 평균해 적용하고 있다.
그러나 지구 온난화로 인한 극단적인 날씨는 점점 악화돼 작업 가능 일수인 가동률을 떨어트리고 있다.
현장의 지형과 접근에 대한 교통 여건도 영향을 미친다.
현장 지형의 경사도, 형태, 암반과 물류 이동에 영향을 주는 교통 체증도 공사 기간에 영향을 주는 요인이다.
사회적 요인으로는 52시간 근로 기준, 기준과 한계가 모호한 주변 민원, 주기적인 노조의 파업 및 태업, 코로나 같은 전염병 발생이 있으며, 경제적 요인으로는 계약관계자의 소송 및 부도, 건설비용의 급등락을 들 수 있다. 기술적 요인으로는 근로자의 생산성 저하 및 전문 인력 부족, 제조사의 생산 역량 변화, 빈번한 안전사고, 공정 전문가의 부재 및 역량 부족 등을 들 수 있다.
예측이 가능하거나 대책을 강구할 수 있는 요인은 노력하면 해결할 수 있다고 본다. 날씨는 천재지변이니 어찌할 수 없다지만, 날씨의 10년치 평균값보다는 추세선을 분석해 건설 기간에 발생할 미래의 날씨를 예측하는 데이터를 사용하는 것이 바람직하다고 본다.
또 현장 지형은 매개 변수와 경험을 통해 공기 산정에 반영하고, 정밀한 지반조사와 드론 및 3D 측량기에 의한 클라우드 포인트를 기반으로 한 정밀 측량 실시로 정확한 토공 계획과 굴착량을 반영하면 가능하다고 본다.
워라밸을 중요시하는 현시점에서는 52시간을 준수하는 일정을 반영해 기본적으로 무리한 공기 산정을 피하도록 해야 한다. 무리한 공기 반영은 안전사고 및 품질저하를 유발하게 되므로 시공사뿐만 아니라 발주자 모두 피해를 보게 되는 점을 간과해서는 안될 것이다.
기술적인 요인의 대부분은 지속적인 기술 개발 및 역량 강화의 노력이 필요하다고 본다. 현장 인력 투입을 줄이기 위해서는 OSC (Off Site Construction) 영역을 확대해야 한다. 이에 관한 기술은 모듈화(Modular), Pre-fabrication, Pre-cast Concrete 등이 활용되고 있는데, 정밀한 공장 제작을 위해서도 BIM이 필요한 분야라고 할 수 있다.
또 실제 현장에 적용된 공정 관리 데이터는 개별 회사보다는 국가에서 통합 관리해 적정 공기를 산정하는 데 빅데이터를 사용하면 주먹구구식의 불확실한 데이터를 기반으로 한 공정계획 및 관리가 보다 더 개선될 것으로 판단된다.
요즘 여유 있는 공기의 건설현장은 없을 것이다. 더욱이 입찰 경쟁으로 더욱 빠듯하거나 부족한 공기의 정밀한 분석과 공기 만회 대책이 절대적으로 필요한 현실이다. 하지만 2D 네트워크로 구성된 공정표는 검토하기 어려우므로 BIM을 활용해 시뮬레이션을 해보면 단계별로 공기 적정성을 파악하기 쉽다.
4D는 3D 모델에 시간을 적용해 공정관리를 하는 것으로 정의된다.
4D를 활용하는 데는 Navisworks라는 프로그램으로 검토할 수도 있는데, 저렴한 비용이 장점이지만 공정이 변경되거나 모델이 변경되면 새로 작업을 해야 하는 어려움이 있으며, 공정계획과 관리에는 한계가 있는 도구다. 공정 전문 프로그램으로는 Synchro-PRO가 탁월하다.
이 프로그램은 시간과 물량, 비용을 입력해서 EVMS(Earned Value Management System, 비용일정통합관리)를 관리할 수 있는 기능이 있기도 하다. 하지만 여기서 4D는 비용을 제외한 BIM이라고 하는 것이 타당하겠다.
Synchro는 2D 공정관리 프로그램인 Primavera나 MS Project, 엑셀과 상호 연동되고, Activity인 개체를 자유롭게 변경하는데 쉬우며, 계획대비 실적관리를 비교할 수 있다. 드론이나 스캐너의 정보를 통해 현장의 실적 공정 현황을 비교 분석하는 데도 탁월하다.
공기가 짧은 반도체 공장이나 매우 복잡한 공정의 공항, 플랜트에서 활용되고 있는데 더부엔지니어링에서는 점차 대규모 건설현장으로도 확대하려고 노력하고 있다.
Primavera로 작성된 2D 공정표. 사진 제공 = 더부엔지니어링
Synchro로 작성된 4D 공정표.
◼ 아직은 갈 길이 먼 비용일정통합관리(EVMS)의 5D BIM
5D는 4D의 시간에 비용을 포함한 BIM 개념이다.
하지만 계약내역서에 있는 항목이 공정에서 관리하는 항목과 다르므로 비용을 분리 또는 합해야 하는데, 작업 시간도 많이 소요될 뿐만 아니라 시공사가 관리하는 실행예산과도 다르므로 이원화되고 기성고에 활용하려면 발주처의 이해와 승인이 필요한 부분으로 매우 어려운 현실이다.
복잡한 공정과 항목이 많은 플랜트 현장에서 주로 사용하는 PMS(Progress Measurement System)는 발주자와 시공자가 상호 협의된 공종별 공사비에 가중치를 적용해 사용하는데 경험과 가중치의 분배에 따라 공정률에 영향을 미치게 된다.
너무 상세하게 분류하면 관리가 어렵고, 너무 러프하게 분류하면 공정률이 왜곡되는 현상이 발생하는 어려움이 있다.
이런 어려움에도 불구하고 프로젝트에 따라서 EVMS를 시도하고 있는 것은 고무적이라고 생각한다.
당사에서는 2D로 적용되는 EVMS를 5D BIM으로 적용함으로써 2D에서 검토하기 어려운 부분을 공사 관련자들이 쉽게 판단할 수 있도록 시도하고 있다.
많은 기술자의 경험과 노하우가 쌓이고 공유되면 보다 합리적이고 효율적인 5D가 정착될 것으로 생각된다.
◼ Digital Twin의 안전 및 시설 관제 BIM 활용
더부엔지니어링에서 BIM을 기반으로 개발 중인 응용 프로그램 중 하나가 스마트 안전 관제 시스템이다.
BIM을 사용해 현장의 상황이 디지털 환경에서도 동시에 구현되는 Digital Twin 방식으로 위치 관제 및 위험지역 관리, 시공관리 및 CCTV 시스템과 같은 건물의 안전관제시스템을 3D상에서 표현할 수 있다.
이 표현은 다양한 안전 시나리오에 대한 전문가들의 반응을 끌어내는 데 사용할 수 있으므로 설계자와 엔지니어는 설계를 최적화하고 건물의 안전을 보장할 수 있다.
디지털 트윈 기반 스마트 안전 통합 관제 시스템 개념도.
또 건설 안전 장비 시스템이 올바르게 설치되고 제대로 작동하는지 확인할 수 있고, 직관적인 표현으로 현장 누구나 인지할 수 있게 알람을 표시하며, 안전관리팀의 가장 많은 시간을 빼앗는 문서작성, 문서 전산화 작업에도 자동화를 도입해 최단기간 최적의 서류작성에도 큰 도움을 줄 수 있는 위험성 평가시스템을 마련해 두고 있다.
이를 바탕으로 건물 준공 후에 활용할 수 있는 6D BIM인 시설관제시스템도 특허를 출원했고, 프로그램을 개발하고 있다.
시설관제는 시설관리자가 시설뿐만 아니라 시설을 관리하는 근로자의 위치를 실시간으로 파악해 위험 징후를 사전에 발견함으로써 작업하는 근로자나 관리자에게 경보를 주게 된다.
최근 발전소･공장 등에서 수리하다가 사고를 당하는 뉴스를 보고, 근로자의 안전을 위한 시스템 개발이 필요하다고 여겨 소중한 생명을 보호하는 데 조금이라도 도움이 되고자 하는 마음이다.
건설현장의 안전관리를 위한 스마트 안전관제 플랫폼 화면.
|
