BIM 기반 초고층 건설 프로젝트 설계오류의 경제적 영향에 대한 사례 연구

Abstract

초고층 건축물과 같은 복합시설의 경우 설계품질에 대한 리스크들을 사전에 제거하거나 관리하지 않을 경우 프로젝트 성과에 치명적인 영향을 줄 가능성이 높다. 이러한 리스크 중 설계오류는 재작업에 따른 추가적인 자원 및 시간의 투입, 재작업의 누적으로 인한 공기지연으로 인한 비용 부담을 초래할 수 있다. 따라서 실무적인 관점에서 설계오류가 건설 프로젝트에 미치는 경제적 영향을 정량적으로 파악할 필요가 있다. 뿐만 아니라, 프로젝트의 특성, 설계오류 발견 시기, 공정 진행을 고려하여 사전에 정량화된 경제적 영향을 정성적으로 분석할 필요가 있다. 그렇지 않을 경우 건설 회사는 누적된 설계오류로 인한 위험과 불확실성을 프로젝트가 진행되는 동안 계속 갖고 있게 된다. 본 연구는 BIM(Building Information Modeling) 기반 설계 검증이 적용된 초고층 건설 프로젝트의 설계오류에 따른 손실 비용을 BIM 영향도를 고려하여 정량적, 정성적으로 분석하였다. 또한 BIM 투자비용과 BIM 적용에 따른 수익을 통해 BIM ROI(Return on Investment)를 분석하였다. BIM 적용에 따른 수익은 설계오류에 따른 손실 비용, BIM 기여 비용을 활용하였다. 이러한 분석 결과를 토대로 설계오류가 건설 프로젝트에 미치는 경제적 영향에 대한 사전 분석의 중요성을 정리하였으며, 건설 프로젝트의 BIM 실행 전략 수립을 위한 시사점을 제시하였다. 연구의 주요 내용을 정리하면 다음과 같다. 첫 번째, 설계오류 유형에 따라 건설 프로젝트에 미치는 경제적 영향이 다를 수 있다는 것을 확인하였다. 단순 설계오류는 총 설계오류 1,228건 중 대부분(1,056건)을 차지하였으나, 이를 해결하기 위해 손실될 수 있는 직접 비용은 단순한 용역 비용(163,526,122원)으로 총 손실 비용 대비 매우 적은 비율을 차지하였다. 반면, 재작업 가능성이 있는 설계오류는 172건(379부위)밖에 되지 않았으나 오시공 및 재시공으로 인해 상당히 큰 재작업 비용이 손실될 수 있는 것으로 나타났다. 재작업에 의한 손실 비용은 BIM 영향도가 반영되지 않은 경우 3,140,521,707원, BIM 영향도가 반영된 경우 1,993,752,297원으로 두 경우의 차이가 크게 분석되었다. 뿐만 아니라, 이러한 재작업의 누적으로 인해 공기지연에 따른 손실 비용이 발생할 수 있다는 것이 확인되었다. 공기지연 가능성이 있는 설계오류에 의한 손실 비용은 BIM 영향도가 반영되지 않은 경우 42억원(재작업 1m3당 5분 지연 가정)에서 364억원(재작업 1m3당 60분 지연 가정), BIM 영향도가 반영된 경우 28억원(재작업 1m3당 5분 지연 가정)에서 231억원(재작업 1m3당 60분 지연 가정)으로 재작업에 따른 손실 비용보다 상당히 크게 나타났다. 두 번째, 단일 사례 프로젝트를 대상으로 설계오류가 건설 프로젝트에 미치는 경제적 영향을 분석한 한계를 극복하기 위해 프로젝트 특성, BIM 기반 설계 검증의 시점, BIM 영향도 반영 여부, 공정 진행 등 다양한 상황을 고려하여 설계오류가 건설 프로젝트에 미칠 수 있는 경제적 영향을 정성적으로 분석하였다. 이를 위해 PMBOK(Project Management Body of Knowledge)에서 제시된 위험(risk)과 불확실성(uncertainty)의 정도와 변경 비용(cost of changes) 간의 관계 그래프와 Macleamy Curve를 활용하였다. 앞서 분석한 설계오류에 따른 총 손실 비용이 프로젝트 특성, BIM 기반 설계 검증의 시점, BIM 영향도 반영 여부, 공정 진행에 따라 어떻게 달라질 수 있는지 다양한 관점에서 해석하였다. 세 번째, BIM 투자 비용과 BIM 적용에 따른 수익의 관계를 중심으로 BIM ROI 분석을 수행하였다. 기존 연구들의 경우 프로젝트가 완료된 상태에서 BIM ROI를 측정한 경우가 대부분이지만, 본 연구는 시공 전 단계에서 BIM ROI를 분석하였다. 설계오류에 따른 손실 비용을 시공 전 단계에서 사전에 파악하였기 때문에 건설 회사가 이러한 비용을 인지하고 회피할 수 있다. 따라서 이 비용을 BIM 적용에 따른 수익으로 고려하여 BIM ROI를 분석하였다. 또한 설계오류에 따른 손실 비용은 BIM 영향도를 반영하지 않은 경우가 BIM 영향도를 반영한 경우보다 크게 분석되었다. 즉, BIM 적용에 따라 손실 비용의 규모가 줄어드는 것을 확인하였으며, 이를 BIM 기여 비용으로 고려하여 BIM ROI를 분석하였다. 이러한 연구 결과를 토대로 건설 프로젝트의 BIM 실행 전략 수립을 위한 몇 가지 시사점을 얻을 수 있었다. 첫 번째, 경제적 손실이 큰 리스크 중심의 프로젝트 관리 전략이 필요하다. 본 연구에서는 총 공사비의 대부분을 차지하며, 설비공사, 마감공사의 선행 공정인 골조공사와 관련된 설계오류를 중심으로 손실 비용을 분석하였다. 본 연구 결과를 토대로 일반 건설 프로젝트에서도 골조공사를 대상으로 BIM을 적용할 경우 BIM 적용에 따른 수익이 명확하게 분석될 수 있다. 하지만, 토공사, 기초공사, 설비공사, 마감공사에서 발견된 설계오류가 건설 프로젝트에 미치는 경제적 영향을 함께 분석한다면 프로젝트 관리 전략을 세우는 데 더욱더 유리할 수 있다고 판단된다. 두 번째, 본 연구의 BIM ROI 분석 결과를 근거로 BIM 투자 및 운영 전략을 수립할 수 있다. 시공 전 단계에서 BIM 기반 설계 검증을 통해 발견된 설계오류에 의한 손실 비용을 정량적으로 분석할 경우 BIM 적용에 따른 수익이 발생한다는 것을 확인하였다. 하지만 분석 시점에서 BIM 투자 비용으로 활용된 BIM 용역 비용(32억원)은 공사기간 전체에 대한 총 용역 비용이며, BIM 연구 비용(0.7억원)도 본 프로젝트에 국한되어 투자된 금액이 아니다. 따라서 시공 전 단계에서 분석된 BIM ROI는 더 커질 수 있다. 프로젝트 진행에 따라서 남아 있는 BIM 투자 비용을 다 사용할 경우 본 연구에서 도출한 BIM ROI에 수렴하는 결과가 나타날 것이다. 뿐만 아니라, 남아 있는 BIM 투자 비용을 프로젝트 진행 중 추가적인 BIM 적용 수익을 얻을 수 있는 곳에 투입할 경우 BIM ROI는 달라질 수 있다. 따라서 BIM ROI는 프로젝트 진행에 따라 지속적으로 분석될 필요가 있다고 판단된다. 세 번째, BIM 적용에 대한 효과가 아직 명확하지 않은 분야에 대한 BIM 투자 및 성과 분석 전략 수립이 필요하다. 시공 전 단계의 BIM 기반 설계 검증은 기존 연구뿐만 아니라, 본 연구를 통해서도 효과가 검증되었다. 본 사례 연구의 분석 시점을 기준으로 BIM 투자 비용은 아직 완전히 소진된 상태가 아니었다. 그럼에도 불구하고 BIM ROI는 BIM 투자 비용을 상회하는 결과가 타났다. 따라서 이러한 데이터를 근거로 아직까지 효과가 명확하게 검증되지 않은 부분에 전략적으로 BIM 적용을 고려하여 추가적인 수익을 극대화할 수 있다고 판단된다. 종합적으로 본 연구는 BIM 기반 초고층 건설 프로젝트를 운영하는 건설 회사뿐만 아니라, 아직 BIM 적용이 활성화되지 않은 건설 회사의 프로젝트 관리자들이 프로젝트의 다양한 특성을 고려하여 BIM 투자 및 실행 전략을 세우는 데 기여할 수 있다고 판단된다.