구조BIM 기반 린 설계기법을 적용한 통합철근시스템 개발

Abstract

최근 들어 건설프로젝트가 대형화. 복잡화되어 가고, 건설경기의 하락에 따라, 국내외로 건설 산업의 생산성 향상과 함께 낭비적인 요소를 없애기 위한 많은 노력이 이루어지고 있다. 건설 산업의 경우 제조업 등 다른 산업에 비해 매우 낮은 생산성을 가지고 있으며, 제조업의 경우 자동화 및 정보시스템의 사용, 향상된 협업도구를 통한 공급체계관리를 통해 생산성 향상을 이룬데 비해 건설 산업은 이러한 부분에 대한 부족을 생산성저하에 대한 큰 원인으로 볼 수 있다. 근래 건설 산업에서는 BIM(Building Information Modeling), 린 건설(Lean Construction), IPD (Integrated Project Delivery)등의 도입을 통한 업무프로세스전산화 및 정보자료의 통합관리, 업무분야 간 협업체계구축 등에 대한 노력이 점차 이루어지고 있으며, 특히 BIM의 적용에 대한 많은 분야별 연구가 이루어지고 있다. RC구조물의 경우 철골구조에 비해 일반적으로 낮은 공사비와 비정형성을 고려한 재료적 특성 등의 이유로 건설 산업의 큰 비중을 차지하고 있다. 이러한 RC구조에서 철근 관련 공사는 구조안전성과 더불어 공기, 공사비에 매우 큰 영향을 끼치는 부분으로, 설계, 조달, 제작, 운송, 설치 등 여러 단계의 분화된 업무내용에 따라 복잡한 업무프로세스를 띄고 있으며, 각각의 업무는 세분화되어 있어 분야별 정보흐름 및 전체적인 협업이 매우 중요하다 할 수 있다. 현재 국내의 철근공급체계는 일반적인 경우 각각의 세분화된 분야별로 독립적으로 업무가 이루어지고 있으며, 이에 따라 업무프로세스 및 생산성 향상을 위한 노력도 분야별로 국부적으로 최적화되는 방향으로 이루어지고 있다. 현재의 철근공급체계는 분야별 독립적인 성격의 업무특성 및 통합적인 관리방식의 부재, 가시적이고 지속적인 생산모델의 부재 등으로 인해 이에 따른 생산성저하와 함께 많은 낭비적인 요소가 내제되어 있다고 할 수 있다. 본 연구에서는 철근 공급체계에 대한 낭비요소들을 없애고 전체적인 철근관련업무의 생산성 향상을 위해 먼저, 구조설계, 제작, 시공의 전 단계에 대해 가시적이고 지속적인 철근 운용모델을 얻을 수 있도록 하는 구조BIM (Structural Building Information Modeling; 이하 S-BIM)적용프로세스를 구축하고, 설계단계에서 린(Lean) 설계 개념의 Set-based Design 방식을 도입하여 최종적으로 S-BIM 기반의 린 프로세스를 적용한 통합철근시스템(Integrated Rebar System based on Lean Process, IRS-LP)과 통합철근시스템의 운용을 위한 철근정보모델(Rebar Information Model)을 구축하고 그에 대한 활용방안을 제시하였다.

본 연구의 주요한 내용과 결과는 아래와 같다.

첫째, 기존의 철근공급 프로세스를 분석하여 그 문제점을 도출하고 통합적 업무수행을 위한 통합시스템의 정립방향을 설정하였다. 기존 철근공급체계의 생산성 향상을 위한 연구들은 대부분 설계단계에 대한 고려의 부족과 함께 통합적인 철근공급 프로세스의 미 정립으로 인해 전체적인 낭비요소를 없애고 생산성을 최대화하는 데에는 많은 어려움이 있다. 전체적인 철근공급체계의 낭비를 최소화하고 생산성을 향상하기 위해서는 설계 단계부터 시공단계에 이르는 통합적 관리를 위한 프로세스의 구축과 함께 설계단계에서 린 기법의 도입, 가시적이고 지속적인 생산모델의 생성과 활용이 요구되며 본 연구에서는 이러한 부분을 고려하여 통합적 철근공급시스템을 구축하는 것으로 연구 방향을 전개하였다.

둘째, 기존의 S-BIM 상호운용체계에서 정보호환이 어려웠던 철근정보에 대하여, 구조해석 및 설계결과로 생성된 철근정보를 데이터베이스로 구축하여 BIM 플렛폼상에 자동철근모델링을 수행할 수 있도록 하는 S-BIM 프로세스와 외부모듈을 구축하였다.

셋째, 철근공급체계의 설계단계에서 기존의 전통적인 Point Based Design방식에 대해, 린 설계 방식의 Set-based Design 기법을 도입하여 효용성을 분석하고, 후행단계들에 대한 사전고려로 종합적인 낭비요소를 최소화할 수 있도록 하는 설계기법의 적용을 제안하였다. Set-Based Design 프로세스의 의사결정 기법으로 계층화분석법(Analytic Hierarchy Process: AHP)을 적용하고, 의사결정 단계에서 S-BIM모델의 적용을 통하여 효율적이고 높은 신뢰성의 의사결정을 위한 적용프로세스의 구축 및 활용방안을 제시하였다.

넷째, S-BIM 프로세스와 Set-based Design기법을 기반으로 철근정보모델과 이를 활용한 통합철근시스템(IRS-LP)을 구축하여 설계, 제작, 시공의 전체 공급체계에서 적용방안을 제시하였다.

다섯째, 제안된 통합철근시스템과 철근정보모델을 초고층구조물의 아웃리거 시스템에 적용하여, 최적의 시스템선정 및 후행단계의 철근공급체계 적용방안을 제시하는 케이스 스터디의 수행을 통해 제안된 통합시스템과 철근정보모델의 효용성을 분석하였다.

제안된 통합철근시스템을 적용한 사례연구 결과, 철근정보모델을 통해 설계단계에서 최적안의 선정 및 설계단계에서 구축된 정보모델을 기반으로 제작 및 공사단계까지의 후행업무에 대한 통합적이고 지속적인 정보의 흐름과 함께 관련분야간의 협업 및 후행업무의 선 고려를 이룰 수 있으며, 이를 통해 기존에 각 단계별 업무에서 발생되는 재작업 및 오류를 최소화하여, 전체적인 철근공급체계의 낭비를 줄일 수 있을 것으로 기대된다.