1.1 연구 배경

BIM이 최근 정부의 스마트 건설기술 로드맵과 2030 건축 BIM활성화 로드맵 발표에 맞물려 건축분야에서 이슈가 되고 있으며, 이에 따라 건축분야 뿐만 아니라 기계설비 분야에서도 BIM 도입의 필요성이 부각되고 있다. 기계설비는 건물 유형에 따라 전체 건설공사비의 약 15~25%를 차지하며 설계도서의 내용을 바탕으로 기계설비 샵드로잉(Shop drawing, 시공상세도)을 작성하는 과정에서 설계 오류 및 변경, 샵 제작기사의 역량에 따라 제작 비용이 증감할 수 있다. 이에 본 연구에서는 BIM 설계를 추진하는 정부정책에 맞추어 BIM 샵드로잉의 효율적인 운영을 위한 Revit(BIM 소프트웨어)의 플러그인, 애드온 형태의 프로그램을 개발하여 일련의 문제를 해결하고 해당 프로그램의 활성화를 위한 로드맵을 제안하고자 한다.

1.2 연구 목표 및 기대효과

시공용 샵드로잉을 위한 BIM 프로그램의 개발의 목표와 개발 완료 후 업무 변화 내용은 다음과 같다. 현재 정부 정책은 BIM의 도입 의무를 가속화 하고 있고 강력한 건설기술자동화를 위한 정책을 제시하고 있으며, 실제 현장에서는 그에 따른 Shop 비용 증가에 따른 부담이 있고 충분하지 못한 경험으로 인해 설계도서의 오류가 다수 발생할 수 있는 상황이다. 따라서 본 연구의 목적은 기계설비 시공현장에서 BIM을 효율적으로 적용하기 위해 샵드로잉을 위한 BIM 모델링을 쉽게 할 수 있는 Plug-in 프로그램을 개발하고, BIM 수행에 필요한 라이브러리와 템플릿을 개발하여 시공현장에서 발생되는 샵드로잉의 편리성 증대와 비용 절감에 큰 목적이 있으며 이와 함께 BIM 도입을 통해 설계품질의 향상, 설계 오류의 축소 등 수익성과 시공품질의 향상이 궁극적 목적이다.

3.1 프로그램 개발 개요

Plug-in 프로그램 개발을 위한 소프트웨어는 국내에서 가장 많이 사용하고 있는 Revit으로 선정하였다. 현재 기계설비 분야에서는 90% 이상이 Revit 소프트웨어를 이용하여 모델링 설계를 하고 있으며, 해당 소프트웨어 에는 기계설비뿐만 아니라 건축, 구조 모델링을 위한 기능도 갖추고 있어 개발 후 적용에 유리할 것으로 판단된다.⁽¹⁾ 본 연구에서는 Revit을 기반으로 하여 국내 기계설비 샵드로잉 환경에 맞는 기능을 plug-in 형태로 개발함으로써 사용의 편의성과 모델링의 신속성 및 데이터 관리에 대해 제안하고자 한다.

3.2 주요 개발 기능

프로그램은 크게 모델링, 도큐멘테이션, 유틸리티 세 분야로 구분되며 각 분야에 대한 상세 내용은 다음 Table 1과 같다.⁽²⁾

3.2.1 모델링 기능(3)

기존의 Revit 소프트웨어에서는 덕트, 배관 등의 모델 작성을 위한 기능이 제공되어있지 않아 난방코일배관, 소방배관 등의 경우 여러 조작을 거쳐 모델링이 필요한데 이를 보다 효율적으로 간단하게 모델링할 수 있는 기능을 개발한다. 개발된 모델링 기능의 적용 예시는 다음 Fig. 1, Fig. 2와 같다.

Fig. 1 Heating coil modeling.

Fig. 2 Before/After applying tee connection modeling.

Fig. 1과 같이 난방코일배관 모델링의 경우 범위를 지정한 뒤 코일의 타입을 수치로 지정하여주면 자동으로 모델링이 이뤄진다. 또 Fig. 2의 예시와 같이 Tee 연결 모델링을 적용한 경우 상단의 파이프와 하단의 파이프를 선택 후 연결하여주면 모델링에서의 오류가 발생하지 않도록 Tee를 통하여 연결됨을 확인할 수 있다.

3.2.3 유틸리티 기능

데이터 관리, 화면 관리, 요소 선택 등 기존의 소프트웨어에서 제공하지 않는 기능 중 이용자의 편리성을 증대할 수 있는 기능이다.

Fig. 4와 같이 설비 요소와 요소사이의 간섭을 다양한 조건에 의해 회피할 수 있으며 Fig. 5와 같이 풍량에 따른 덕트의 폭과 높이 및 배관의 사이즈를 계산하는 기능을 제공한다.

Fig. 3 Examples of the documentation numerical entry function.

Fig. 4 Before/After applying interference avoidance modeling.

Fig. 5 Calculation pad for size calculation.

4.1 샵드로잉 BIM 업무 흐름도

개발한 Plug-in 프로그램을 활용한 기계설비 모델링 업무 흐름도는 다음 Fig. 6과 같다.

Fig. 6 Mechanical equipment modeling process.

시공용 샵드로잉을 위한 BIM 프로그램의 업무 프로세스는 크게 3단계로 구분된다. 먼저 착수 이후 모델링 단계에서는 기계설비에 대한 모델링 명령 및 모델링 명령의 종류에 따라 모델링 조건을 수신한다. 수신한 모델링 조건에 따라 기계설비에 대한 모델링을 실행하게 되며 유틸리티 단계에서 앞서 모델링한 기계설비의 간섭 및 다른 기계설비와의 간섭을 회피하기 위한 간섭 회피 요소에 따라 기계설비에 대한 모델링을 수정하게 된다. 상기 과정을 거쳐 모델링된 기계설비에 대해서 줄 단위 별로 실 치수 또는 실 과잉 치수를 기입하여 도큐멘테이션을 생성할 수 있다.

4.2 샵드로잉 BIM 프로그램 효과

시공용 샵드로잉을 위한 BIM 프로그램의 활용 효과를 각 기능별로 분류하면 다음과 같다. 모델링 기능의 자동화 입력 방식 도입으로 인하여 기존의 수동 입력에 비해 정확성은 증가하며 작업 시간이 단축되어 업무의 효율성이 증대한다. 간단한 수치 입력만으로 덕트, 배관을 입력하고 배치하여 단순 작업 시간을 줄일 수 있으며 Tee 연결 모델링, 부품 간격 조정 명령 등 추가 입력을 통하여 모델링 오류 발생 빈도를 낮추고 결과물에 대한 정확성을 확보할 수 있다. 도큐멘테이션 기능은 선행 작업을 통해 모델링된 기계설비에 대해서 줄 단위 별로 실 치수 또는 실 과잉 치수를 기입하여 보다 편리하게 모델링된 작업물을 문서화 하는 기능이다. 모델링이 완료된 결과물에 대하여 치수, 입상/입하 기호, 관경 등을 표기하여 가독성이 향상되며 자동화 기능을 통하여 작업 시간을 단축시킨다. 또한 일련의 프로그램 프로세스가 모델링 기능부터 유기적으로 연결되어 문서화 기능에 있어서 그 정확성을 확보할 수 있으며, 도큐멘테이션 기능에서 표기하는 문자나 형상은 사용자가 별도의 태그 패밀리를 수정하여 바꿀 수 있다. 유틸리티 기능은 기존의 Revit 소프트웨어가 제공하지 않는 기능 중 이용자의 편리성을 증대할 수 있는 기능들로 이루어져있다. 먼저 여러 배관이 배치 될 시 흔히 발생할 수 있는 간섭에 대한 회피 기능이 있어 프로그램의 오류를 방지할 수 있으며, 유량, 마찰 손실, 조도 계수, 유속 등을 고려하여 자동으로 파이프 관경 산출을 할 수 있다. 스프링클러 헤드의 경우 헤드 수량 및 급수관 관경에 따라 소방 파이프 관경을 산출하여 업무의 로드를 줄일 수 있다. 이 외에도 제공하는 각 기계설비에 대하여 다양한 기능을 제공하며, 이를 바탕으로 시공용 샵드로잉에 있어 그 업무 효율성을 증가시켜준다.