2.1 BIM 템플릿의 역할

Lee et al.⁽¹⁾은 BIM의 활용목적에 따라 특정한 템플릿을 구성하여 설계자에게 제공하면, 관련정보를 일일이 검색하여 입력값을 결정해야 하는 설계자의 모델링 부담을 줄여주고 타 분야 설계자 및 시공자들과의 의사소통을 원활히 하여 결국 전체 프로젝트의 생산성을 향상해 줄 수 있음을 시사하였다.

Choi et al.⁽²⁾은 설계단계별 기계설비 BIM 설계 프로세스 및 LOD를 제안하고 BIL50 시공용 모델의 작성 객체와 속성 기준을 명시하였다. Kim et al.⁽³⁾은 국내 MEP 시공 실무의 요구 조건을 반영한 BIM 체크리스트를 제시하고, 특히 실무 요구 조건에 부합하는 공종별 작성객체별 속성 기준을 BIM의 활용목적에 매핑하였다. 즉, 숙련된 유경험자가 제시하는 객체와 그 속성 기준을 개별 프로젝트의 템플릿에 구현하여 모델러에게 제공하면 모델링 시간을 단축할 수 있을 뿐만 아니라 시공 시 시행착오를 줄일 수 있음을 시사하였다.

Choi et al.⁽⁴⁾은 MEP공사의 시공상세도 자동화를 위한 프로세스를 제안하고, 배관 공종을 대상으로 특정 Loop(예, 열원→분배기, 분배기→터미널)의 ISO 도면과 해당 공종의 자재명세서를 추출하는 매핑로직을 제시하였다. Deng et al.⁽⁵⁾은 Mullion, Transom과 같은 커튼월 부재의 시공상세도를 BIM에서 직접 추출하는 자동화 알고리즘을 제안하였다. 즉, 시공상세도의 구성, 범위 및 스케일을 템플릿에 정의하고 개별 프로젝트에서 요구하는 엔지니어링 디테일과 제한사항(Constraints)을 템플릿에 설정하면 공종별 시공상세도 추출이 더 쉽고 자동화도 수월해질 수 있음을 시사하였다.

2.2 국내 시공상세도 작성 지침 및 모델링 가이드라인

국토교통부가 제공하는 건설공사 시공상세도 작성 지침⁽⁶⁾은 일반적인 시공상세도 작성 방법 및 기준이 주요 내용이며 그마저 건축 및 토목공사 위주로 설명되어 있어 기계전기 설비 공사의 시공상세도 작성 방법에 대한 국토교통부의 기준은 명확하지 않다. LH 기계공사 일반 전문시방서⁽⁷⁾는 기계설비 공사의 시공상세도 목록은 자세히 제공하고 있으나 실제 작성 방법과 기준은 명시하고 있지 않다. 다행히 서울특별시 건축 기계설비 전문시방서⁽⁸⁾는 ① 배관재료, 배선, 설치규격, 설치 위치, 삽입물, 접합부와 접합방식, 앵커 철물, 작동장치, 개구부 등에 대한 시공 상세와 ② 배관 및 배선과 인접 구조물 사이의 공유부분과 공간 관계를 시공상세도에 작성할 것을 명시하고 있어, 시공상세도 추출을 위해 BIM 템플릿에 설정하여야 할 엔지니어링 디테일의 정도와 LOD를 가늠할 수 있다.

그러나 국내 BIM 지침(2018년 LH는 설계단계별 세부 BIM 모델링 가이드라인과 함께 템플릿까지 제공하였으나 기계전기설비의 시공상세까지는 정의되어 있지 않았다.)은 아직 시공상세도를 추출할 수 있을 정도의 상세한 모델링 가이드라인은 제공하고 있지 않다. 반면, 국외 BIM 설계자들에게 실질적인 모델링 가이드라인을 제공하는 BIM Forum⁽⁹⁾은 실시설계 모델링 수준인 LOD 300과 조립도 수준인 LOD 400 사이의 시공 상세를 의미하는 LOD 350을 2013년 최초 제안하고 운송, 위생, 공조, 덕트, 배관, 소방, 전기/조명 및 배선설비 부재에 대한 속성 기준뿐만 아니라 “형상정보”의 상세 기준까지 제공하고 있다. 그러나 BIM Forum이 제시하는 LOD 350은 일부 샘플에 불과하고 국내 건물 기계설비 장비 및 부재에 다소 적합하지 않은 묘사(Description)도 있어 국내 실무자가 참조할 수 있는 모델링 가이드라인으로는 한계가 있다.

국내 BIM 지침, 전문시방서, 시공단계 BIM에 관련된 연구들이 정성적인 텍스트 정보 위주로, 특히 BIM 객체의 속성정보 위주로 가이던스(Guidance)를 제공하고 있어 실무자들이 이를 해석하여 실무에 바로 적용하기에 모호한 점이 없지 않다. 시공상세도는 현장에 종사하는 기능공이나 엔지니어들이 설계도면 및 시방서 등에 불명확하게 설명된 부분을 쉽게 이해할 수 있고 시공 시 유의사항 등을 바로 인지할 수 있어야 하므로⁽¹⁰⁾ 부재에 관련된 부재의 치수, 규격, 위치, 이격, 접합방식 등을 시각적으로 명확히 묘사하는 것이 무엇보다 중요하다. 따라서 BIM에서 추출된 시공상세도의 시공성을 향상하기 위해서는 BIM 템플릿도 부재의 속성 정의에 치중하기보다 부재의 형상정보(Geometry)와 부재 간의 위상정보(Topology)를 정량적으로 표현할 수 있도록 정의되어야 한다.

3.1 실시설계도서와 시공상세도

건축 기계설비 시공상세도는 공사 수급자나 벤더사가 작업이 가능하도록 실시설계도서를 근거로 구체적인 시공 방법을 설명하는 데 목적이 있다. 따라서 실시설계 도면과 시공상세도의 용도는 Table 1과 같은 차이가 있으며, 2차원 도면으로 작성된 시공상세도를 3차원으로 제작하면 더 세밀하고 복잡한 부분의 시공성과 유의사항을 검토할 수 있어 오시공 및 재시공을 방지할 수 있다. 또한 견적, 자재 발주, 공기 등 다차원 공종간 간섭 검토가 가능하며 및 간섭요인도 핀셋 제거할 수 있다.

3.2 Shop BIM 프로세스

현행 실무에서 시공상세도는 설계자가 납품한 실시설계도서를 참조하여 공사수급자가 제작하고 있다. 경우에 따라 도면으로 작성된 시공상세도를 3D로 전환하여 시공성을 재검증하기도 한다. 이때 3D 전환설계는 Fig. 1과 같은 단계를 거치고 있다. 실시설계도서를 3D 모델링하여 BIM을 1차 구축한 다음 납품용 실시설계도서를 수정하고, 이에 따라 작성된 시공상세도를 다시 3D로 전환하여 BIM을 2차 구축하는 이중 작업으로 진행되고 있다. 이는 실시설계를 담당하는 설계자, BIM을 구축하는 모델러, 시공상세도를 작성하는 엔지니어 (a.k.a 샵기사)로 업무가 분리되어 있어, 설계자↔모델러, 샵기사↔모델러 의사소통이 중요한데도 동시 협업을 하는 경우가 드물 수밖에 없기 때문이다.

현행 3D 전환설계 프로세스에서는 결국 모델러가 실시설계도서 및 시공상세도를 분석하여 BIM을 제작하여야 하나 모델러가 시공/설치에 관한 지식이 부족하면 BIM 품질이 떨어지고 추출된 시공상세도의 유용성도 낮을 수밖에 없다. 따라서 모델러의 경력과 특정공사에 관한 전문지식에 따라 BIM의 품질과 추출된 시공상세도의 완성도가 달라질 수밖에는 구조적인 한계를 가지고 있다. 게다가 납품된 실시설계도서와 시공상세도를 모델러가 주관적으로 해석하여 BIM을 구축하기 때문에 모델러에 따라 BIM 구조와 설비 및 부재의 제원이 다르게 정의될 수밖에 없다.

따라서 본 연구는 실시설계도서를 접수 후 작업중복을 줄이고 BIM 모델링 생산성을 향상시켜 시공상세도까지 추출할 수 있는 Shop BIM 프로세스를 제안하는 바이다. Shop BIM의 가장 중요한 준비사항은 모델러가 실시설계도서에서 해석한 정보에 적정한 수준의 시공 상세를 추가하여 BIM을 제작할 수 있도록 조력하는 인프라, 즉 모델러에게 체계적인 템플릿과 라이브러리를 제공하는 것이다.

템플릿은 모델링의 목적에 적합한 산출물을 취득하는 데 필요한 환경과 제약/조건을 도메인 전문가가 미리 정의해 놓은 환경으로, 해당 분야의 초보 모델러라 하더라도 템플릿을 거쳐 BIM을 작성하면 미리 정의해 놓은 워크플로우와 지정된 입/출력 양식을 사용한다. 따라서 모델러가 입력정보를 검색하고 정제하는데 과도하게 시간을 소비하지 않고도 일정한 품질의 모델과 납품도면을 제작할 수 있는 장점이 있다. 또한 반복적인 작업유형을 재사용할 수 있고 지정된 입력 조건을 준수해야 하므로 설계에 대한 모델러의 주관적인 해석을 최소화하고 모델링 실수를 줄일 수 있는 장점도 있다.

그러나 현재 국내 기계설비설계 사무소와 3D 전환설계 사무소에서 사용하는 BIM 템플릿은 실시설계 기준으로 맞추어져 있어 일정 수준 이상의 시공성을 담보해야 하는 시공상세도를 추출하기 위해서는 부재의 형상 정보와 부재간 위상정보가 템플릿에 더욱 자세히 정의되어야 한다.

Fig. 1 Conventional 3D conversion workflow vs. Shop BIM workflow.

4.1 Material 구성

납품용 시공상세도 중 가장 큰 비중을 차지하는 배관의 KS규격과 접합방식을 Table 3과 Fig. 2에 설명하였다. 단, 고강도 폴리염화비닐관처럼 아직 KS규격이 없는 부재는 국제규격(ANSI, JIS, DIN 등) 또는 인증서의 규격을 준용할 수 있다.

덕트의 경우 아연도금강판, 스테인리스, 플레시블 덕트는 내외경 차이가 없지만, PVC나 FRP 덕트는 단면 모양과 호칭경에 따라 내외경 차이가 있으므로 배관처럼 템플릿에서 규격을 미리 정의하는 것이 필요하다. 참고로 Autodesk Revit에서는 덕트 내외경을 설정할 수 없다.

Fig. 2 Definition of segments and sizes of various pipes using Autodesk Revit.

4.2 Routing 구성

현행 전환설계 3D모델링은 배관과 덕트의 라우팅 속성에 프로그램 Default를 사용하거나 건축 기계설비공사의 일반적인 설정을 사용한다. 그러나 배관과 덕트 부재가 접합될 때 피팅 부재의 종류, 각도, 크기, 접합 방식 등에 대한 전문시방서나 특기시방서의 요구사항을 템플릿에 미리 정의하여야(Fig. 3과 Fig. 4) 발주처가 요구하는 품질의 시공상세도 납품이 가능하다.

Fig. 3 Revit example of pipe routing preference.

Fig. 4 Specification for pipe joining method per material and size

4.3 Library 구성

발주처 요구사항 및 프로젝트 BIM 가이드라인에 따라 차이는 있을 수 있지만, 일반적인 3D 전환설계는 LOD 300 기준이며 시공상세도는 LOD 350 기준이다. LOD 300에서는 특정한 설비, 부품, 부속의 부재가 실시 설계상의 크기, 모양, 위치, 방향, 각도, 이격거리, 개수로 표현된 형상정보로 표현되어야 하여 보온재, 댐퍼, 밸브, 디퓨저, 계량기까지 모델링되어야 한다. 이때 입상, 주관, 지관, 주덕트, 분기덕트용 가대, 지지대, 내진용 장치를 설치할 수 있도록 부재간 거리를 충분히 유지해야 한다. 비형상정보(속성, 함수, 설명, 치수선 등)도 부재에 표현될 수 있다. 그러나 LOD 350에서는 LOD 300에서 표현된 모든 자재가 실제 시공되는 제품과 일치하는 형상으로 모델링되어야 하며 모든 장비들이 연결되어 있고 장비 지지대 및 구조체를 관통하는 부재와 슬리브까지 표현되어야 한다(Table 4). LOD 400에서는 LOD 350의 부재들이 실제로 제작, 설치 및 시공될 수 있을 정도, 즉 조립도 수준까지(예, 연결철물 규격, 실제 홈의 깊이) 상세하게 표현되어야 하지만 시공상세도에 표현되기에는 과도한 수준이다. Table 5는 건축 기계설비 공사에 일반적으로 사용되는 부재에 대하여 시공상세도에 표현되어야 하는 LOD와 3D 전환설계 시 필요한 LOD의 차이를 비교하였다. Fig. 5는 LOD 300과 LOD 350에 따른 형상정보와 위상정보의 차이를 시각적으로 묘사하였다.

Fig. 5 LOD 300 vs. LOD 350 for exemplary HVAC model elements.