현재의 NATM터널에 대한 물량은 설계도면을 기반으로 산출되는데, 이러한 방법은 수작업에 많이 의존하게 되므로 실수로 인한 물량의 오류와 사람의 능력에 따른 물량의 차이가 나타나게 된다. 본 연구는 BIM기반의 모델에서 자동적으로 물량을 산출하여 물량산출의 오류나 차이점을 바로잡고 설계변경에 따른 물량산출작업을 효율적으로 수행하려는 프로젝트에 필요한 BIM 모델링을 통한 물량산출 프로세스의 가이드라인을 제시한다. 또한, 여러 BIM 프로그램들은 각각의 모델링 및 물량산출 방식을 가지고 있어서 하나의 프로세스로 통합하기 어려운 문제가 있기 때문에 본 연구에서는 Autodesk사의 Revit Structure에 적합한 작업 프로세스에 대한 가이드라인을 제시하며 NATM 터널의 전체 구간이 아닌 본선구간만을 대상으로 한다. 본 연구는 전체적인 NATM 터널의 BIM기반 물량산출 모델링 프로세스를 BIM 모델링과 BIM 물량산출로 분리하였다. BIM 모델링 프로세스는 물량산출의 대상과 범위 설정, 모델링을 위한 CAD도면 작성, 패밀리 파일의 설정, 공종별 모델링 작업으로 구성된다. 물량산출의 대상과 범위 설정 단계에서는 NATM 터널의 CAD 파일과 수량 산출서를 분석하여 물량산출을 위한 공종별 물량산출 범위를 확정하고, 도면에 표시되지 않는 물량정보를 파악하여 물량 값을 정확하게 산출할 수 있도록 하며, 모델링을 위한 CAD도면 작성 단계에서는 Revit Structure 특성을 고려하여 모델링에 참조하는 CAD 도면을 Revit Structure에서의 모델링에 적합하게 편집해야한다. 그리고 패밀리 파일의 설정과 공종별 모델링 작업 단계에서는 CAD도면과 Revit Structure의 패밀리 파일과의 단위를 일치시키고 NATM 터널의 특성에 맞게 공종별 모델링을 실시한다. BIM 물량산출 프로세스는 모델링 데이터의 분할, 패밀리의 재구성, 물량산출로 구성된다. 모델링 데이터의 분할단계에서는 물량산출의 목적에 맞게 CAD에서 기준선을 작성하여 공종별 모델링이 작성된 패밀리 파일로 불러온 다음 모델을 분할해야한다. 그리고 패밀리의 재구성과 물량산출단계에서는 분할된 공종별 모델의 패밀리 파일을 프로젝트 파일로 불러온 다음 물량산출의 목적에 맞게 재배치하여 물량을 산출한다.
건설업에서 물량 산출 자동화에 대한 연구는 많이 이루어졌다. 기존 수작업으로 물량값을 산출하는 것 보다 CAD 도면의 활용으로 좀더 신속하고 정확한 물량값을 산출하였다. CAD의 활용으로 물량 산출 자동화에 대한 연구와 견적 프로그램의 발전에 많은 영향을 주었다. 일반적으로 골조 공사에서 물량 산출은 견적프로그램을 이용 물량 산출 작업이 이루어진다. 그러나 골조 공사의 물량 산출 작업에서 각 부재별 경계조건(boundary condition)에 대한 물량 산출 방법론의 정립은 부족한 실정이다. 본 논문에서 골조 공사 물량 산출에서 콘크리트, 거푸집 각 부재별 물량 산출 방법을 정립하고자 한다. 각각의 부재별 경계조건(boundary condition)에서 각 부재별 조건에 맞는 물량 산출 방법론을 정립한다.
최근 도시물순환 회복을 위한 저영향개발(LID) 기법 적용에 대한 관심이 증가함에 따라, LID 계획 설계 및 시공, 유지관리 등에 활용할 수 있는 건축정보모델(BIM)에 대한 관심이 증가하고 있다. 이에 따라 본 논문에서는 LID 기법의 계획 및 설계공정 단계에서 BIM의 적용가능성과 활용방안을 검토하고자 2D기반의 설계도서를 통해 산출된 LID 시설물의 물량과 BIM 모델링에서 산출된 LID 시설물의 물량을 자동으로 비교하는 모듈을 개발하여 2D기반 산출물량과 비교검토하였다. BIM 기반 LID 시설물량 자동검토 모듈을 개발하기 위해서 연구대상지를 선정하고, BIM 모델링을 통해 물량산출표를 추출하였다. 추출된 물량산출표를 2D 기반의 물량산출표와 비교하기 위한 알고리듬을 작성하고, 작성된 알고리듬을 프로그램화해 산출된 물량의 비교 검토를 실시하였다. 대상지에 적용된 LID 시설물의 모델링을 완료하고, LID 시설물량 자동검토 모듈을 이용해 2D 기반 설계도서의 물량산출표와 BIM기반 물량산출표의 비교 검토를 실시하여, 좀 더 정확한 물량산출을 진행하였다. 또한 산출된 결과 중 재료의 물량 오차율이 ${\pm}30%$를 벗어나는 시설물들의 오차발생 원인을 분석하여 LID 시설물량 자동검토 모듈의 정확도를 검토하였다. LID 시설물량 자동검토 모듈을 통해, 설계도서를 기반으로 한 물량 산출과정에서 발생할 수 있는 오류들을 조기에 발견하고 수정할 수 있을 것으로 보이며, BIM 기반 LID 시설물 종합 관리 시스템 구축의 기반을 마련할 수 있을 것으로 판단된다.
적산분야에서 CAD 시스템의 도입은 생산성과 작업능률에 크게 영향을 미치고 있고, 물량산출 자동화에도 상당한 영향을 미쳤으나 정미량 산출에는 아직 미흡하다. 또한 지금까지 개발된 적산 프로그램들은 각각의 부재별 물량산출을 다루고 있어 부재와 부재가 겹치는 경계부분 물량산출은 한계를 노출하고 있다. 따라서 본 연구는 부재와 부재가 겹치는 경계부분의 특징을 분석하여 물량산출 알고리즘을 개발하는 것을 목적으로 하였다. 본 연구의 범위는 골조공사 가운데 콘크리트와 거푸집 물량산출 알고리즘을 대상으로 하였다. 본 연구의 결과로 제시된 알고리즘을 적산 프로그램에 적용할 경우 콘크리트와 거푸집 물량산출이 정밀하게, 그리고 자동으로 수행되어 공사관리의 효율화를 기할 수 있다.
견적업무는 공사비를 산출하는 것을 목적으로 수행되며, 단가정보와 물량정보의 곱으로 산출되므로 성공적인 건설 프로젝트의 수행을 위해 정확한 물량산출이 선행되어야 한다. 또한 현재 견적 전문가를 대상으로 한 설문조사에 의하면, 물량산출 성과물에 대한 만족도가 높음에도 불구하고 이에 대한 검증작업이 필요하다는 의견이 다수이다. 그러나 현재는 견적 작업자의 경험도에 의존하는 등 객관적인 검증방안이 미비한 실정이다. 따라서 본 연구는 작업자 개개인의 업무능력에 의존하지 않고 검증할 수 있는 검증방안을 제안하였다. 제안하는 검증방안은 산출서 물량과 비교하여 ±5%의 오차를 가지는 검증물량을 산출하여 산출한 물량에 대한 가이드 라인을 제시하였다. 이를 위해 기존에 수행된 프로젝트 데이터를 활용하여 도면 및 산출서를 분석하고, 도면으로부터 정보를 추출하여 검증물량을 산출할 수 있는 산식을 개발하여 검증물량산출 산식이라고 정의하였다. 본 연구의 결과인 검증물량산출 산식은 최단기간 내에 최소인원으로 물량산출 성과물에 대한 검증업무를 수행할 수 있게 하는 것을 목적으로 한다. 이로 인해 작업자가 산출한 물량에 대한 신뢰도를 확보할 수 있을 것으로 생각되며, 오류가 발생한 항목에 대한 검토가 수행됨에 따라 효율적인 견적업무가 가능하게 될 것으로 기대된다.
최근 설계 단계에서 설계품질 향상과 시공 단계에서 비용 절감을 효과를 기대하며 3차원 BIM 관련 기술에 대한 관심이 높아가고 있으며, 또한 부분적으로 기술 도입 효과가 나타나고 있다. BIM 기술은 크게 BIM 도구를 활용하여 설계정보를 디지털화하는 모델링 단계 기술과 BIM 모델로부터 설계 정보를 추출하여 업무 진행에 필요한 형태로 가공, 변환하는 정보 활용 기술로 구분하여 생각할 수 있다. BIM 기술에 대한 근자의 높은 관심에도 불구하고 실제 현장에 적용되어 가시적인 성과를 내는 데에 한계를 보이고 있는 이유 중 하나로 후자의 정보 추출 및 활용 기술의 범위와 완성도의 한계를 들 수 있다. 즉 많은 노력을 통하여 BIM 모델을 구축하더라도 이를 기반으로 물량산출, 도면 생성 등 가장 기본적인 업무조차도 현장에서 바로 사용할 수 있는 수준의 기능이 제공되고 있지 않다. 본 연구에서는 건축 골조를 대상으로 3차원 골조 모델을 이용하여 골조 물량, 특히 정확한 물량산출이 상대적으로 어려운 철근에 대하여 철근의 이음, 정착 등이 고려된 실행물량을 산출할 수 있는 시스템을 설계하고 구현하였다. 또한 3차원 모델을 기반으로 철근 배근시공도와 가공일람표를 관련 기준에 따라 정확히 자동 작성함으로써 골조공사가 효율적으로 수행되고, 특히 정확한 이음 및 정착과 가공 계획을 통하여 철근 손실율을 최소화함이 기대된다. 본 논문에서는 이러한 BIM 기반 골조 물량산출 및 도면생성 시스템과 관련하여 주요 시스템 설계 내용과 구현 결과에 대하여 기술한다.
대부분 비정형 구조물인 토목분야에서 BIM(Building Information Modeling) 기법을 적용할 경우 현재 BIM 기법이 도입되기 시작한 건축분야와 비교해 상대적으로 건설 생산성 향상의 기대효과가 높을 것으로 인식되고 있다. 본 연구에서는 NATM공법 터널을 대상으로 BIM기반 3D 모벨링을 통한 물량산출을 실시하여 기존의 2D기반의 물량산출과 비교, 오차분석을 수행하였다. 그 결과 구조물공에 있어서는 오차범위가 0.00%~-1.45%로 아주 작게 나타났으나, 토공에 있어서는 오차범위가 -19.78%~35.30%로 대단히 크게 나타났다. 이를 통해 기존 2D기반 구조물공 물량산출의 경우 0.00%~5.00%의 할증률을 감안하여 본다면 BIM기반 물량산출과의 오차가 무시할 정도로 나타남에 따라 BIM기반 3D 모델링을 통한 자동 물량산출의 신뢰성을 확인하였다. 또한 토공의 경우는 토공전제의 물량산출 오차는 구조물공과 동일하게 오차가 무시할 정도이지만, 암별 물량산출 오차가 크게 나타남으로서 2D 기반 물량산출의 신뢰성에 문제가 있음을 알 수 있었다. 따라서 토공은 반드시 BIM기반 3D 모델링을 통한 물량산출을 수행하여 물량산출의 신뢰성을 확보해야하는 사항이라 판단되며, BIM의 설계, 시공, 유지관리 단계의 정보통합의 장점을 고려하여 토목분야에서의 BIM 설계기법 도입에 대한 효용성 및 적용 가능성을 확인하였다.
현재 국내외에서 Building Information Modeling을 적용한 여러 분야의 연구가 활발하게 진행되고 있으며, 일부 국외에서는 3D 기반의 견적을 실제 프로젝트에 반영하고 있다. 반면, 국내 건설 프로젝트에서는 여전히 2D 설계도면과 물량산출 프로그램을 이용하여 견적이 이루어지고 있다. 작업의 신속성 및 정확성을 중요시하는 국내 견적 문화에서는 3D 기반의 물량산출 방식 도입을 부정적으로 바라보는 시각이 있으나, 향후 건설 산업의 경쟁력 확보를 위해서 3D 기반 견적작업이 필요하다. 이에 국외에서 상용화된 견적 시스템을 국내 건설 프로젝트에 적용한 결과, 몇 가지 한계점이 있는 것으로 드러나 국내 견적 방식에 적합한 3D기반의 물량산출 프로그램 개발이 절실한 상황이다. 따라서 본 연구에서는 국내 건설 산업에서의 물량 산출 특성을 반영한 공법기반 견적자동화 시스템 개발 및 검증을 통해 국내 3D 기반의 견적 도입을 앞당기고자 한다.
본 논문에서는 BIM을 활용한 흙막이 시스템을 개발하고 소개한다. 선행 연구 분석을 통해서 흙막이 BIM 시스템을 이루는 기술들에 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 추가로 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 검증을 통해서 시스템이 앞으로 나아가야할 방향과 한계에 대해 알아보았다.
건설공사에서는 설계 및 시공이 엄격히 구분되어 있다. 따라서 시공에 필요한 물 량을 산출하기 위해서는 설계화일을 물량산출에 직접 사용하지 못하고 수작업에 의존 하고 있다. 이러한 이유는 설계 및 시공시스템의 기능사이에 서로의 연계성이 적기 때문이다. 본 연구에서는 공사설계의 치수 및 물량데이타를 이용하여 물량산출을 자동 화 할 수 있는 데이터베이스 모델을 구성하고 분석하였다. 즉, 설계시 CAD 시스템의 설계라이브러리에 저장되어 있는 구조설계화일과 물량산출자료의 연계성을 분석하여 공사물량을 효율적으로 산출할 수 있는 시스템을 구축하고, 이의 성능을 평가하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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