도시의 생명망이라고 할 수 있는 물순환시설에 BIM(Building Information Modeling)과 GIS(Geographic Information System) 를 연계한 관리기법이 개발돼 주목을 받고 있다.
한국건설기술연구원 환경연구실 이현동 박사팀(곽필재 박사, 이홍철 수석연구원, 김미경 박사, 황인주 실장, 김이호 박사, 박재현 연구원)은 ‘BIM·GIS기반 물순환시설의 구성객체의 라이브러리(Library)’를 개발했다고 13일 밝혔다.


물순환시설(Water Cycle Facilities)은 도시기능을 유지하기 위한 중요한 라이프라인 시설이다. 라이프라인이란 ‘도시기반생명망(Urban Lifeline Infrastructure)’으로서, 도시가스시설, 전력시설 및 열공급시설, 상·하수처리시설, 쓰레기소각시설 등 도시의 각종 유틸리티 공급·처리시설과 이의 연결배관망, 정보·통신시설 등 도시기능을 유지하는 데 필수적인 시설을 말한다.


물순환시설물은 자연재해와 노후화 등으로 인해 기능을 상실할 수 있다. 

이렇게 되면 시급히 복구작업을 해야 하지만 도심의 경우 유지보수를 위한 대규모 공사가 어렵다는 한계가 있다.

따라서 물순환 노후시설물의 기능을 유지하고 필요시 재생기술을 적용할 필요가 있다.
특히 사고 발생시 물순환시설은 상호 연계돼 있으므로 2차 재해로 이어질 수 있어 각 시설 간의 상호 의존성과 독립성이 조화를 이루도록 유지관리대책이 수립돼야 한다. 


물순환시설은 시스템 구축이나 기술적 개선에만 초점을 맞춰 설계되고 시공이 이뤄지면 시설물 간의 연계성이 약화돼 유지관리 비용이 많이 소요되고 단위시설 간의 효율성이 저하된다.
물순환시설의 효율적 설계와 시설운영·유지관리를 위해서는 BIM 기반의 건설정보 통합관리 시스템의 구축 등과 같은 첨단건설 정보화 기술의접목이 필요하다.


건설 정보데이터는 설계 시공 단계뿐만 아니라 시설운영 및 유지관리 단계에서도 매우 중요하며 GIS측면에서도 국가기본도 구축이나 갱신은 물론 최근 이슈가 되고 있는 3차원 국토공간정보 및 실내 공간정보 구축 차원에서도 매우 유용하다.
국내에서는 이와 관련된 기술 개발 및 적용의 필요성은 인식하고 있으나 제도적 한계와 국내 시장의 불확실성으로 인해 민간업체의 기술개발 투자에는 한계가 있다.


이에 따라 공공건설 사업의 범주에 있는 SOC시설물에 대해서는 국가차원의 지원이 절실하다.
이현동 박사팀은 이같은 문제점을 해소하기 위해 BIM·GIS기반 물순환시설의 구성객체의 라이브러리(Library)를 개발 중이다.

 

◆물순환시설 BIM 라이브러리= 물순환시설의 BIM 모델링에 있어 BIM 라이브러리 모델은 3차원 시설물을 구성하는 중요한 부재요소 데이터다. 이 BIM 라이브러리 모델로 구성된 물순환시설의 BIM 모델을 통해 BIM 3D 시각화 및 검색, 수정 등의 기능을 활용한 물순환시설의 효율적인 계획, 설계, 시설운영 및 유지관리가 가능해진다.


물순환시설을 구성하는 상수도시설, 하수도시설, LID시설의 시설계통 분류를 기준으로 BIM 라이브러리 모델을 구축할 모델링 대상시설물을 선정하고 구성객체별로 BIM 라이브러리를 제작했다.
BIM 라이브러리 모델데이터 경량화를 위한 최적의 LOD(Level of Detail)를 설정해 제작했으며 BIM 라이브러리 모델에 모델링 대상시설물·부품에 대한 기본적인 형상정보와 물순환시설의 각 시설물·부품에 대한 세부특성 및 내용을 포함하고 있는 속성정보를 입력 적용했다.


정수처리시설 설비·장비의 BIM 라이브러리 모델 개발은 2단계로 진행됐다. 1단계는 정수처리시설 설비·장비의 형상 3D 모델링 작업이며 2단계는 정수처리시설 설비‧장비 BIM 라이브러리 속성정보 구성 및 입력 작업이다.
1단계 작업을 통해 정수처리시설의 설비·장비에 대한 BIM 3D 형상모델을 구현했다. 2단계에서는 제작된 BIM 3D 형상모델을 정수처리시설의 설비·장비의 계획, 설계, 시설운영 및 유지관리에 활용할 수 있도록 하기 위한 속성정보 구성 및 입력 작업을 진행했다. 형상정보와 기초 제원정보만을 가지고 있는 3D 형상모델에 각 설비·장비의 특성 등을 나타내는 속성정보를 입력해 BIM 라이브러리 모델을 구축했다. 3D 형상모델에 속성정보가 구성돼 입력된 것을 BIM모델 또는 BIM데이터라 한다.


설비·장비의 속성정보는 크게 식별정보, 설치정보, 제조정보, 시방정보, 점검정보로 분류했으며 각각의 정보에는 세부 속성정보 항목이 별도로 구성됐다.
정수처리시설의 설비·장비의 특성을 나타내는 정보들을 이 세부 속성정보 항목에 맞춰 3D 형상모델에 입력했으며 데이터베이스로 구축해 추후 효율적인 활용이 가능하도록 했다.
정수처리시설의 설비·장비의 특성을 나타내는 정보들은 기존 2D 설계도면, 시방서, 제품제원표 등을 참고하여 수집 및 분류했다.


BIM 라이브러리 모델에 입력된 속성정보들은 추후 활용도 측면을 고려해 구성·설계됐으며 BIM 라이브러리 모델 활용시 요구되는 입력 속성정보의 수정, 보완, 추가 등도 가능하도록 설계했다.

 

◆정수처리시설의 BIM 라이브러리 모델= 정수처리시설의 각 설비의 BIM 라이브러리 모델은 정수처리시설물의 설비 장치 및 배관 등의 물리적 형상정보가 입력돼 있는 상태이며 각각의 세부 속성정보와 파라메트릭 변수 또한 제작 과정을 통해 입력됐다.
세부장비를 정수처리시설 BIM 라이브러리 모델로 제작했으며 정수처리시설의 건축구조물과 기타 관리시설에 대한 3D 모델링도 함께 진행했다.


정수처리시설의 BIM 라이브러리 모델은 각 처리설비의 구성 부품(객체)의 라이브러리로 이루어져 있으며 각 처리설비의 객체 라이브러리가 모두 포함돼 패밀리(Family)를 구성한다. 예를 들어 응집·침전 및 여과지시설 패밀리는 혼화기 유입밸브, 급속혼화장치, 유량계, 응집기, 각종 연결배관, 슬러지 인발펌프, 슬러지 수집기, 응집지 살수펌프, 침전수 샘플링 펌프, 여과수 순환펌프 등의 BIM 객체 라이브러리로 구성된다. 

 

◆상수도관망의 BIM 라이브러리 모델= 상수도관망의 BIM 라이브러리 모델구축에는 상수도관망의 기본 형상정보외에도 세부기본 속성정보가 입력돼 있다. 속성정보 일람표를 통해 상수도관망의 BIM 라이브러리 모델에 입력돼 있는 기본 속성정보를 확인할 수 있다.

 

◆하수처리시설의 BIM 라이브러리 모델= 하수처리시설의 BIM 라이브러리 모델은 하수처리시설물의 설비장치 및 배관 등의 물리적 형상정보가 입력돼 있는 상태이며 각각의 세부 속성정보와 파라메트릭 변수 또한 제작 과정을 통해 입력됐다.
세부장비에 대해 하수처리시설 BIM 라이브러리 모델로 제작했으며 하수처리시설의 건축구조물과 기타 관리시설에 대한 3D 모델링도 함께 진행됐다.


하수처리시설의 BIM 라이브러리 모델은 각 처리설비의 구성 부품(객체)의 라이브러리로 이루어져 있으며 각 처리설비의 객체 라이브러리가 모두 포함되어 패밀리(Family)를 구성한다.
예를 들어 유입펌프장 패밀리는 유입폄프, 세목스크린, 처리수교반기, 처리수 조절밸브, 생슬러지공급펌프, 농축기, 농축슬러지탈수기, 침사지, 침사인양펌프, 케익컨베이어, 잉여슬러지 저류조 산기장치·송풍기, 침사저장호퍼, 공기유량계 등의 BIM 객체 라이브러리로 구성된다.

 

◆LID시설의 BIM 라이브러리 모델= LID시설의 BIM 라이브러리 구축을 위한 시설 분류 검토 및 적용가능성 확인 등을 통해 BIM 모델링의 대상으로 빗물정원, 투수성포장, 침투형 가로수 보호판, 침투도랑, 지하저류조 등을 우선적으로 선정했다.


LID시설물의 BIM라이브러리 구축을 위해서 상세모델과 검토용 모델 두 가지로 나누어 진행했다. 선정된 시설물 중 설계 및 시공 등을 위한 시설물의 상세정보의 구축 예시를 제공하기 위해 빗물정원, 투수성포장, 침투형 가로수 보호판, 지하저류조 등은 각 시설물의 상세모델을 3D로 작성했다. 또 LID시설의 계획단계에서 대상지 내의 유출해석 등 기능적 분석을 진행하거나 효과를 예측하기 위해 투수블럭, 지하저류조, 침투도랑 등을 대상으로 검토용 모델을 작성했다.


이현동 박사팀은 물순환시설을 구성하는 상수도시설, 하수도시설, LID시설의 시설계통 분류를 기준으로 BIM 라이브러리를 개발했다.
물순환시설의 BIM 모델링에 있어 BIM 라이브러리 모델은 3차원 시설물을 구성하는 중요한 부재요소 데이터이며 이러한 BIM 라이브러리 모델로 구성된 물순환시설의 BIM 모델을 통하여 BIM 3D 시각화 및 검색, 수정 등의 기능을 활용한 물순환시설의 효율적인 계획, 설계, 시공, 시설운영 및 유지관리가 가능하게 된다.


특히 광역화·집적화·지하화되고 있는 상·하수도시설, 열공급시설 및 발전시설 등 ULN(Urban Lifeline Network)의 기획, 설계 및 시공에서도 BIM·GIS와 연계된 응용기술을 개발 적용하면 다양한 변수를 최적화할 수 있는 통합설계, 시공 및 유지관리 시스템을 구축할 수 있게 된다.


이현동 박사는 “BIM·GIS기반 물순환시설 구성객체의 라이브러리 개발을 통해 미래 유비쿼터스(Ubiquitous) 시대에 대비해 효율적인 시설운영 및 유지관리를 가능케 하고 설계-시공-시설운영-유지관리단계에서 피드백이 가능해짐으로써 보다 경제적으로 물순환시설물(Water Cycle Facilities)의 구축이 가능해질 것으로 기대된다”고 밝혔다.

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