건설물 생애 주기의 모든 정보를 담다!

화려한 사막의 장미(Desert Rose)를 모티브로 한 카타르 국립박물관(NMoQ·National Museum of Qatar)부터 천년을 사는 금강송을 본떠 지은 LH 본사 신사옥인 LH타워까지! 이 건물들은 공통점이 있습니다. 바로 종이로 지은 듯 휘어지고 유연한 곡선미를 뽐내는 비정형 건물이라는 점인데요.

비정형 건설물을 효율적이고 정확하게 시공하기 위해서 필요한 스마트 건설 기술이 오늘 이야기하려는BIM(Building Information Modeling)입니다. 2차원 도면으로 설계하는 대신 3차원으로 설계함은 물론, 건축물이 만들어진 순간부터 폐기될 때까지 모든 정보를 통합 관리하는 기술을 의미하죠. 이제 BIM은 건설업에서 빼놓을 수 없는 핵심 기술로 자리 잡고 있습니다.

BIM, 3차원 설계와 빅데이터가 만났다! 

BIM은 기존 2차원 도면을 활용한 설계에서 한 단계 나아가 3차원 입체 모델로 건설물을 설계하고, 현장 자재의 기능적∙성능적 데이터부터 계획∙실행 공정, 주요 장비의 교환 시기 등 건설 전 과정을 담은 정보를 통합해 생산‧관리‧운영 단계에 활용하는 건설 정보 모델링 기술입니다. 다시 말해 시설물의 형상과 속성 등 정보를 3차원 설계인 디지털 모형으로 만든 융복합 기술인 셈이죠.

그동안 건설업에서는 기획, 설계, 시공, 유지 관리 등 단계별로 각각의 주체가 존재했습니다. 각 단계에서 발생하는 다양하고 방대한 정보를 통합하기란 여간 어려운 일이 아니었죠. 이를 개선하기 위한 방법이 바로 BIM 기술입니다. 건설의 전 생애 주기 정보를 통합하고 각 단계별 관계자가 효율적으로 소통함으로써 시공의 생산성과 효율성을 극대화하는 것입니다.

BIM vs 3D CAD! 무엇이 다를까?

기존에는 2D 설계 프로그램을 이용하고 이 프로그램으로 3차원으로 설계했습니다. 평면에 선, 원, 호 등 도형으로 표현하는 2차원 설계의 단점을 보완하기 위해 3D CAD를 만들었고, 여기에 3차원 모델링 기술을 접목해 입체적, 시각적으로 표현되도록 했죠. 하지만 3D CAD에서는 건물의 부분적 형상만 표현할 수 있을 뿐 건물을 구성하는 기둥, 바닥, 보 등의 기능적, 성능적 정보를 파악하기는 어려웠습니다. 

반면 BIM은 프로그램으로 벽, 바닥, 계단 등 실제 건물을 이루는 요소들을 구분하여 표현함은 물론 각 기능, 성능, 용도 등의 정보를 통합적으로 관리할 수 있습니다. 예를 들어 큰 사이즈의 자재(예로 들어 PC나 철골)를 설치하는 공사의 경우, 각 자재를 제작하고 생산, 출하, 반입, 설치하는 전 과정을 추적·관리할 수 있어 효율적으로 관리할 수 있습니다. 또한 각 공종 BIM 모델을 통합해 설계 검토를 수행함으로써, 시공 리스크를 사전에 제거할 수 있습니다.    

BIM 장점? 설계부터 건축 이후 건물 관리까지! 

설계를 할 때 구조, 건축, 토목, 설비, 전기 등 각 공종별로 도면이 존재하면 난시공 구간이 발생할 수 있습니다. BIM이 도입되면 공종별로 간섭된 부분을 미리 검토하고 시공 전에 리스크를 미리 도출하고 조치를 취할 수 있어 생산성과 효율성을 높일 수 있습니다. 보다 효과적으로 공사를 진행하게 되는 거죠. 덕분에 안전성도 올라가겠죠?

또한 각 건설 요소의 특성과 정보를 바탕으로 냉난방 효율이나 일조량 등을 시뮬레이션할 수 있어 빠르게 의사 결정할 수 있습니다. 건설 자재 등 물량 산출을 기반으로 공사비를 예측하고 관리할 수 있으며, 수명 정보를 입력해 건설 이후에도 자재가 얼마나 오래 됐는지를 미리 확인하고 교체하는 등 유지 보수가 요청되었을 때도 도움이 됩니다.

3D부터 4D, 5D, 6D까지? nD BIM

그렇다면 BIM은 3D만 존재하는 걸까요? 최근에는 3D 모델링을 넘어 4D, 5D, 6D BIM까지 등장했습니다. nD의 숫자가 커질수록 기본 3차원 모델에 공정부터 물량 산출, 유지 관리 등의 정보가 각 단계별로 추가됨을 뜻하는데요. BIM에 적용할 수 있는 분야를 나타낸 것이죠. 견적부터 설계, 조달, 시공, 유지 관리 등 모든 프로세스를 BIM으로 활용할 수 있습니다.

예를 들어 BIM 4D는 3차원 모델에 공정 정보를 결합해 시공 진척률 관리, 계획 대비 실행 리뷰 등 공정 시뮬레이션을 검토할 수 있는 단계입니다. BIM 5D는 3차원 모델로부터 물량을 산출하는 것으로 프로젝트의 예산부터 견적, 공사비 등 비용을 추정하고 분석하는 업무에 활용합니다. 

BIM 6D는 건축물 유지∙관리에 활용되는 단계입니다. 건물의 보수‧운영 매뉴얼, 기술 사양 등의 정보를 연계해 시공 후에도 유지∙관리에 활용할 수 있게 합니다.

단계별로 필요한 정보화 형태를 정리하는 가이드, LOD(Level of Detail or Level Of Development)

그렇다면 N차 입체 정보 외에도 BIM의 디테일 수준을 표시하는 단계는 없을까요? LOD란 ‘Level of Detail’ 혹은 ‘Level Of Development’의 약자로 BIM 모델의 설계 단계별 상세 수준, 또는 모델 표현수준을 의미합니다. BIM의 건설 정보는 설계가 진행되면서 점차 구체화되는데요. 이때 각 단계별로 전개 과정을 정리해두지 않으면 방대한 정보를 통합적으로 파악하기 어렵고, 프로젝트에 참여하는 다양한 분야 간의 협업에도 혼선이 생길 수 있습니다. 때문에 단계별로 필요한 형상 및 속성 데이터의 기준이 바로 LOD가 맡은 역할입니다. 무조건 높은 LOD로 BIM 모델을 작성하는 게 프로젝트에 도움이 되는 것은 아니기에, BIM 수행 목적과 단계, 그리고 공종에 따라 LOD를 정하여 모델을 작성하는 게 중요합니다. 

LOD는 정밀도와 표현 수준에 따라 100부터 500까지 5단계로 나뉩니다. 숫자가 높을수록 3D 모델링 디테일이 더 높게 표현됩니다. 예를 들어 LOD 100은 초기 기획 설계 단계로 스케치처럼 단순히 외형만을 모델링한 것입니다. LOD 200은 기본 설계 단계로 대략적인 위치, 형상, 속성 정보를 반영하죠. LOD 300은 설계, 시공단계에서 활용할 수 있도록 실제 치수와 수량, 크기 등의 구체적인 정보를 담고, LOD 400은 실제 시공이 가능한 설계 정보가 추가됩니다. 마지막 LOD 500은 준공 단계 수준으로 시공 이후 유지 관리를 위한 정보까지 포함됩니다.

BIM을 활용한 해외의 놀라운 사례?

BIM 용어가 만들어진 시작점이자 가장 활발하게 적용되고 있는 곳은 미국입니다. 2000년대 들어 공공 부문 설계 및 시공에 BIM이 의무화됐고 대학교, 공공기관 등 프로젝트에는 BIM을 도입했습니다. 이 외에 영국, 노르웨이 등 유럽과 싱가포르 등에서도 BIM 활성화를 위해 국가적 차원에서 로드맵을 수립하고 속도를 더하고 있습니다. 

세계의 대표 BIM 건축물로는 2022년 2월에 개관한 아랍에미리트의 두바이 미래 박물관을 꼽을 수 있습니다. 가운데 커다란 구멍이 뚫린 타원형의 외관으로 화제를 모았는데요. 박물관 외벽은 1024개의 스테인리스 스틸 패널을 이었고, 아랍어 서체 모양의 창문을 만들어 독특함을 더했습니다. 초기 설계 단계부터 BIM이 적용됐는데요. 건물 모양을 단순화시킨 뒤 강철 상부 구조에 맞는 최적의 설계를 모델링하고, 하중 및 기계, 전기 시스템 등의 요소를 BIM으로 통합 관리해 완성했습니다. 

프로젝트 전 과정에 BIM이 적용된 건물도 있습니다. 바로 현대건설의 기술로 탄생한 카타르 국립박물관인데요. 316개의 원형판이 뒤섞인 비정형 건축물을 위해 첨단 공법인 BIM이 도입됐죠. 초기부터 시공까지 전체 설계 과정을 BIM으로 만들었으며 BIM을 통해 설계 도면의 오류를 미리 파악해 시공 오차를 줄였을 뿐만 아니라 실제 시공 시 발생할 수 있는 문제를 사전에 해결하여 시공 효율성을 높였습니다. 또 원형 디스크를 구성하는 7만6000여 장의 섬유 보강 콘크리트 패널에 각각 바코드를 넣어 어느 부분에 설치되어야 하는지 추적해 관리할 수도 있습니다. 

현대건설의 BIM 기술

국내에서도 BIM을 활성화하기 위한 국가적 차원의 움직임이 한창입니다. 국토부는 ‘건설산업 BIM 기본지침’과 ‘건축 BIM 활성화 로드맵’을 발표하고 BIM의 적용대상을 토목·건축·산업설비·조경·환경시설 등 '건설산업진흥법'상 모든 건설산업에 적용하는 것을 권고했습니다. 또한 지난해 7월에는 스마트 건설 활성화 방안의 첫번째로 BIM 전면 도입을 선정하고, 1천억 원 이상 공공공사의 의무도입을 단계별로 확대하는 등 속도를 높이고 있습니다. 

건설업의 디지털‧자동화에 앞장서는 현대건설은 일찌감치 BIM 역량을 강화하기 위한 투자를 아끼지 않았는데요. 2019년 BIM 활성화를 위한 TFT 발족을 시작으로 건축∙주택 및 토목사업본부 내 BIM 전담 조직을 마련하고 전략 수립부터 수주‧수행 기술 지원 등 BIM 업무 체계를 구축했습니다. 또한, 전담 조직과 인력 확충 외에도 스마트 건설과의 융합까지 고려해 건설산업의 디지털화를 주도하고 있습니다. 이런 노력 끝에 2022년 7월에는 영국왕립표준협회(BSI)로부터 BIM 분야 국제표준인 ‘ISO 19650:2018’ 인증을 획득했습니다. 국제적으로 공식 인증을 받음으로써 입찰 단계부터 수행단계에 이르기까지 전문 시공사로 글로벌 수준의 BIM 정보 관리 능력과 표준화된 기술과 품질의 BIM 역량을 갖춘 것이죠. 

현대건설의 BIM 기술력은 여러 수상 실적으로도 검증받았는데요. 국내 최대 BIM 공모전인 ‘BIM Award 2017’에 세종-포천 14공구 고덕대교의 BIM 사례를 출품해 토목 분야에서 국토부장관상을 받았습니다. 2021년 ‘BIM Award 2021’에는 대구 국가정보자원관리원 건설 현장의 BIM 사례로 건축 분야에서도 대상(국토부장관상)을 수상했습니다. 현장에서 BIM을 활용해 가상 설계 및 시공(Virtual Design And Construction) 기술력을 선보이고 높은 수준을 보유했음을 인정받은 셈입니다. 현대건설이 시공한 독특하고 신기한 구조물의 탄생에는 바로 BIM 기술이 숨어있는 것이죠.

현대건설은 현재까지 약 70여개가 넘는 국내외 건축 및 토목 프로젝트에 BIM 기술을 적용해 업계 최고의 기술력을 쌓아가고 있는데요. 대표 건축물은 국내 최대 수량의 비정형 메가트러스* 프레임이 사용된 현대모터스튜디오 고양입니다. 거대한 금색의 캐노피 지붕이 기둥 없이 하늘로 뻗어있는 독특한 구조를 위해 3D BIM 기법을 활용했습니다. 프리콘스트럭션(Pre-construction)*을 바탕으로 착공 전부터 발주처, 설계사 협력업체 등 프로젝트 전 분야의 관계자가 한자리에 모여 BIM 설계와 시공 방식을 결정했습니다. 덕분에 디자인 오류는 물론 설계를 최적화하기 위한 투입 물량을 조절하고 시공 중 발생하는 시공 오차도 빠르게 바로 잡았습니다.

*메가트러스 : 삼각형 구조물을 이용해 초대형 지붕을 만드는 공법.

*프리콘스트럭션(Pre-construction): 기획 설계 단계에서 BIM 설계 등을 활용해 불확실성이나 리스크를 사전에 제거하는 기술.

BIM은 건축물뿐만 아니라 교량, 터널 등 토목공사에도 적용되는데요. 현대건설이 2019년 쿠웨이트에 건설한 셰이크 자베르 코즈웨이 해상교량이 대표적입니다. 총 연장 36.1km, 인공섬과 건물, 기계‧전기‧통신공사 등을 건설하는 초대형 프로젝트로 설계와 시공을 동시에 하는 패스트트랙(Fast Track)* 방식을 사용해 당초 공사 기간보다 1년 6개월을 단축해 총 66개월만에 완공했습니다. BIM을 적용해 기획과 설계 단계에서 사전에 꼼꼼하게 협의해 공정 지연을 미리 막은 덕분이었죠. 또한 첨단 계측장비로 정밀 시공을 할 수 있었는데요. 공장에서 사전 제작해 공사 현장에서는 조립만 하는 모듈화 공법을 적용해 생산 효율성도 높였습니다. 

* 패스트트랙(Fast Track) : 설계디자인과 시공을 동시에 진행하는 방식.

건설 계획부터 설계, 조달, 시공, 유지관리 등 건설 주기의 정보를 통합해 활용하는 첨단 기술, BIM! BIM은 이제 건설 프로세스의 생산성과 효율성을 극대화할 수 있는 스마트 건설의 핵심 수단으로 자리 잡고 있습니다. 앞으로 건축물만이 아니라 교량, 터널 등 토목 분야에서도 BIM의 중요성은 더욱 커질 것입니다. 독보적인 BIM 기술 개발과 실행으로 시공 품질은 물론 안전사고 예방에도 힘쓰고 있는 현대건설! 스마트한 건설 환경을 구축하기 위한 현대건설의 노력은 앞으로도 계속 이어질 것입니다.