3.1 기계설비 배관 및 부속자재

기계설비 배관은 냉온수, 급수, 급탕, 냉매, 오배수 등의 유체를 이송하는 설비로, 이송되는 유체의 특성과 이송압력에 따라 기계설비에서 사용되는 주요 배관 재료의 종류는 Table 2와 같다. 같은 재질의 관이라도 연결방식에 따라 다양한 부속류가 사용되고 있으며, STS관은 용접방식, 나사방식, 프레스 압접 방식, 원터치 탈착 방식 등의 연결방식⁽¹⁾에 따라 다양한 부속류가 사용되고 있다. 강관의 경우에도 관경에 따라 티, 레듀셔, 엘보, 유니온, 소켓, 플러그, 니플, 부싱, 플랜지 등의 부속자재를 산출하며, 티와 레듀셔는 Table 1과 같이 이경부속도 산출하여야 하므로 배관부속의 산출에 많은 시간이 소요된다.

강관 부속자재는 강관부속 외에도 관지지물인 행거, 클램프, U-볼트, 파이프 앵커, 턴버클, 밴드 등의 다양한 부속자재들이 있다. 이러한 관지지물은 배관 고정방식에 따라 다양한 관지지물이 설치되므로 적산작업을 가중 시키는 요소가 되고 있다.

3.2 설계변경으로 인한 기계설비공사 적산작업

현장에서 주로 수행되는 적산작업은 설계변경 공사비 적산작업과 정산을 위한 적산작업이 진행된다. 정산을 위한 적산작업은 준공 후 최종 정산으로 공사업무와 적산작업이 병행되지 않아 시간적으로 다소 여유가 있는 편이다. 그러나 설계변경을 위한 적산작업은 신속하게 설계변경이 진행되지 않으면 후속공정이 진행될 수 없고 전체공정에 차질을 줄 수 있어 현재 진행 중인 공사에 대해 수행하며 별도로 설계변경을 동시에 진행하는 Fast-Track 방식으로 진행되기 때문에 현장 담당자의 업무는 가중될 수밖에 없다.

설계변경은 공사의 시공 도중에 예기치 못한 사태의 발생이나 공사물량의 증감, 계획의 변경 등으로 당초의 설계내용을 변경시키는 것을 말한다. 이와 같이 설계변경으로 공사량의 증감이 있는 경우에는 그에 따른 계약 금액을 조정하게 된다. 설계변경은 사업계획의 변경, 설계서의 부적합, 신기술신공법 등의 적용 시에 발생한다.⁽²⁾ 공사 중의 설계변경은 다음과 같은 절차로 진행된다.

설계변경은 Fig. 1과 같이 발주처의 승인을 얻어야 완료가 되므로 발주처의 승인을 얻을 때까지 11종류의 서류(도면 포함)를 반복해서 작성하여야 한다. 발주처의 의사결정을 위해서는 변경된 도면과 금액이 제시되어야 하므로 설계변경이 확정될 때까지 금액산출을 위한 적산작업은 반복된다. 이렇게 여러 번의 적산작업을 수행 하여도 설계변경 사항이 취소되면 지금까지 수행한 적산작업에 대한 비용은 지급되지 않는다.

기계설비 배관공사는 각종 배관부속자재와 관지지물을 배관의 관경, 연결방식, 고정방식 등에 따라 산출 하여야 하므로 다양하고 많은 내역항목이 생성된다. 내역항목이 많아짐에 따라 신규항목도 다수가 발생되며, 이러한 신규항목에 따른 신규비목 사유서, 단가대비표 등을 작성하여야 하므로 내역항목의 증가에 따른 적산 업무가 가중되고 있다.

4.1 설계자동화 정책

정부는 Table 3과 같이 2018년 11월 1일에 2025년까지 스마트 건설기술 활용기반을 구축하고 2030년까지 건설자동화를 완성하는 것을 목표로 ｢스마트건설기술 로드맵｣⁽³⁾을 수립하였다. 이 로드맵에서는 건설 분야에 설계 단계에서부터 건축정보모델링(BIM)을 활용한 디지털정보모델을 정착시킨 후, 빅데이터를 기반으로 한 설계 자동화를 추진하였다.

BIM이 시장 전반에 확산될 수 있도록, 공공사업에 BIM을 단계적으로 의무화하고 관련 제도를 정비하기로 하였다. 그러나 정부의 BIM 확대 적용 방침에도 불구하고 아직까지는 BIM 설계는 일부 공사에 한하여 적용되고 있다.

4.2 국내 배관적산 관련 기준

국내 배관적산 관련 기준으로는 한국건설기술연구원에서 발간하는 건설공사 표준품셈⁽⁴⁾과 건설교통부에서 2007년에 제정한 기계설비ㆍ플랜트설비공사 수량산출기준지침서⁽⁵⁾가 있다.

4.3 국외 배관적산 관련 기준

영국 왕실 적산 및 건설협회에서 제정한 SMM7(Standard Method of Measurement of Building Works Seventh Edition Revised 1998)⁽⁷⁾은 냉수배관, 온수배관, 급수ㆍ급탕배관, 증기배관, 진공배관, 스프링클러배관, 소화전 배관 등에 대한 물량산출기준을 제시하고 있다. SMM7은 배관길이 산출 시에 각종 조인트류 및 피팅류는 배관 길이에 포함됨을 Table 5와 같이 명시하고 있다. 이 기준도 배관부속자재 요율은 제시하지 않고 있다.

5.1 시설공사 내역서 표준화 및 간소화 방안에 관한 연구

구매조달학회에서 2004년 조달청의 용역으로 수행된 연구로 건축ㆍ설비부문 설계내역서 작성방법과 설비공사 설계내역서 간소화 방안을 제시하였다.⁽⁷⁾ 설비공사 내역서 간소화 방안으로 배관재, 보온재 및 연도의 부속자재 산정비율로 부속자재 금액을 산출하는 방식으로 설비공사 품목 수가 58% 간소화 될 수 있다고 제안하고 있다.

5.2 건축설비분야에서의 적산작업 간소화방안에 관한 연구

이 연구는 초등학교 2개소, 아파트 2개소, 사무실 2개소 및 병원 1개소 건축물의 배관재에 대한 부속자재 금액 비율을 산출하여 비교하였다.⁽⁸⁾ 건축물 유형별, 공종별 부속자재 비율은 기계실 배관은 최대 16%, 냉ㆍ 난방배관은 최대 17%, 급수급탕배관은 최대 49%, 오배수배관은 최대 98% 차이가 나타났다. 또한 국내외 내역서 작성사례를 Table 6과 같이 제시하고 있다.

5.3 건축설비분야에서의 적산작업 간소화방안에 관한 연구⁽⁹⁾

이 연구는 공동주택의 위생배관공사, 난방배관공사, 소방배관공사, 가스배관공사의 부속자재 요율을 조사 하였다. 위생배관은 개별난방방식인 10개 단지의 부속자재 비율을 조사하였으며, STS관은 최대 24%, 동관은 최대 17%, PVC관은 최대 31%가 차이가 나타났다. 지역난방방식인 공동주택 4개 단지의 난방배관 부속자재 비율에서 STS관은 유사하게 나타났으나, 동관은 최대 17%, 흑관은 최대 34% 차이가 발생했다.

5.4 건축설비공사 적산작업 간소화를 위한 부속자재 요율 산정에 관한 연구⁽¹⁰⁾

이 연구는 공공건축물 중 업무시설 12개소, 전시체육시설 11개소, 교육연구시설 8개소에 대하여 기계실배관 공사, 공조배관공사, 위생배관공사, 소화배관공사, 가스배관공사의 직관(주자재) 금액에 대한 부속자재 금액을 분류하여 부속자재 요율을 산출하였다. 건축물별, 공종별, 배관재별 부속자재 요율의 차이는 Table 7과 같이 나타난다.

기계실배관과 공조배관의 부속자재 요율은 건축물별, 공종 배관재별로 달라지며 STS관의 차이가 크게 나타나고 상대적으로 강관과 동관이 차이가 적게 나타났다.

5.5 소결

기계설비 배관공사의 적산작업 효율화를 위한 4개의 선행연구는 기계설비 배관의 부속자재류를 직접 산출하지 않고 부속자재 요율을 적용하여 부속자재금액을 산출하는 방안을 제안하였다. 그러나, 같은 유형의 건축물간에도 배관부속자재 비율은 최대 535% 차이가 나타날 정도로 배관부속자재 비율은 매우 상이하게 나타났으며, 다른 유형의 건축물간에도 많은 차이가 나타나 기계설비 배관부속자재 요율을 도출하지 못했다. 따라서, 4개의 선행연구는 배관부속자재 요율 적용방식을 통한 기계설비 배관공사 적산작업 효율화 방안을 제안하였으나, 배관부속자재 요율은 제시되지 않았다.

6.1 BIM을 활용한 적산

BIM은 다차원 가상공간에 기획, 설계, 엔지니어링(구조, 기계, 전기 등), 시공 및 유지관리, 폐기 단계 까지 가상으로 시설물을 모델링하는 과정을 의미한다. BIM은 객체의 의미로써 건설정보 모델로 해석할 수 있다. 기계설비 시스템을 시스템별로 구분하여 위생배관(급수, 급탕, 오수, 배수 등), 공조덕트(급기, 배기, 환기, 외기 등) 등의 계통 및 속성 값을 입력하면 물량이 산출된다.

6.2 BIM을 활용한 적산작업과 직접산출에 의한 적산작업 비교

본 연구에서는 배관적산 효율화를 위하여 BIM을 활용한 방식과 직접 산출한 방식을 비교분석하고자 한다. BIM에 의한 배관물량, 직접 산출한 배관물량, 금액 및 소요시간을 비교하고 직접 산출에 의한 배관부속자재 산출방식과 부속자재 산출을 제외한 방식과의 금액 및 시간을 비교분석한다. 이를 위하여 본 연구에서는 H사 Utility 배관 평면도를 적용하였다(Fig. 2참조).

Fig. 2의 Air 배관, CO2 배관, Oxygen 배관, Ethylene 배관은 65 mm 주배관에서 25 mm 배관으로 분기하여 57대의 장비에 연결된다. Fig. 2의 배관 평면도를 BIM을 활용하여 3차원으로 변형한 도면은 Fig. 3과 같다. Fig. 3의 도면을 BIM으로 모델링하여 물량을 산출한 물량은 Table 8과 같다. Table 8의 BIM으로 산출한 물량을 내역서로 정리한 것과 소요된 산출 시간은 Table 9와 같다.

Table 9의 BIM으로 산출한 물량에서는 배관의 할증률을 반영하지 않고 있다. 현장에서는 관례적으로 BIM 으로 산출한 물량은 시공물량과 일치한다고 간주하여 별도의 할증율을 반영하지 않고 있다.

Fig. 2의 도면으로 직접 산출한 물량산출서는 Fig. 4와 같다. Fig. 4의 물량산출서를 정리한 물량내역서와 소요된 산출 시간은 Table 10과 같다.

Table 10은 배관할증을 반영하고 있다. 직접산출 시에는 배관부속자재도 배관길이에 포함하여 산출하나, BIM은 모델링에 의한 실제 배관만 배관물량으로 산출하므로 BIM으로 산출한 배관 물량이 적게 산출되었다. Fig. 5는 직접산출과 BIM에 의한 배관 산출시 배관 길이의 차이를 보여주고 있다.

Table 11은 BIM에 의한 산출, 직접 산출, 직접 산출(배관부속자재 제외) 방식을 비교하였다. Table 11은 BIM에 의한 물량산출이 가장 많은 시간이 소요되는 것을 나타내고 있다. BIM에 의한 물량 산출 방식 대비 직접 산출 방식은 57%, 배관부속자재가 제외된 직접 산출 방식은 71% 산출 시간이 감소하였고 직접 산출 방식 대비 배관부속자재가 제외된 직접 산출 방식은 33% 산출 시간이 감소하였다. BIM에 의한 물량 산출 시 기존의 2차원 도면을 BIM으로 모델링하는 과정에서 많은 시간이 소요되는 것으로 나타났다. 반면에 직접 산출방식은 배관 경로가 유사한 것이 많아서 비교적 소요시간이 적게 나타났다. 배관 할증 적용여부와 배관부속자재의 배관길이 포함여부에 따라 8% 정도의 금액 차이가 발생했다.