BIM의 정의

[수학박사]

1. BIM 개요

1.1 BIM 정의

기존의 건설, 건축분야에서의 정보는 기호적 언어와 2차원 기반의 도면 정보체계를 통해 표현되었지만, BIM 기술을 통해 건물의 실제 형상과 정보를 가지는 3차원 기반의 정보체계로의 변화와 함께 컴퓨터 데이터베이스 내에서 다음의 [그림 1]과 같이 프로젝트에 포함된 모든 정보를 저장하고, 다양한 형태로 필요에 따라 정보를 표현할 수 있게 변화하고 있다.

[그림 1] buildingSMART Construct(AEC Infosystems, Graphisoft)

BIM은 Building Information Modeling의 약자로 초기 개념설계에서 유지관리 단계에 까지 건물(프로젝트)의 전 수명주기 동안 다양한 분야에서 적용되는 모든 정보를 생산하고 관리하는 기술이라 할 수 있다. 따라서 BIM 기술을 적용할 경우 건축, 건축분야에서 생산되는 다양한 정보들을 좀 더 효율적으로 활용할 수 있으며, 다양한 장점들이 구체화되고 있는바 국제적 뿐만 아니라 국내에서도 다양한 접근을 통해 BIM 적용에 힘쓰고 있는 실정이다.

[그림 2] BIM의 다양한 적용 분야

1.2 BIM 일반적 속성

BIM은 지능적인 빌딩 객체들(벽, 슬래브, 창, 문, 지붕, 계단 등)이 각각의 속성(기능, 구조, 용도)을 표현하며, 서로의 관계를 인지하여 건물의 변경 요소들을 즉시 반영한다. 따라서, BIM은 모든 빌딩 객체들 내에 특성, 관계, 정보가 모델 데이터를 이용한 시뮬레이션 또는 계산에 의해 얻을 수 있기 때문에 풍부한 모델(rich model)로서 간주된다. BIM에서 모든 객체들은 자체 속성들에 의해 식별 및 표현되며, 이러한 속성들은 객체들을 정의하는 기본적인 특성이다.
속성들의 주요한 특징들은 다음과 같이 요약될 수 있다.

• 기하: 객체들은 측정 가능한 기하 정보로서 표현된다.
• 확장 가능한 객체 속성: 모델에서 객체들은 기 정의된 속성들을 포함하고 있으며, 많은 관련 속성들의 확장을 허용한다. 또한, 이러한 속성들을 포함하는 모델은 분석 및 시뮬레이션을 위해 접근할 수 있는 많은 관계 타입들을 제공한다.
• 속성 통합: BIM은 속성들을 포함하는 모든 정보의 지속성, 정확성, 접근성을 보증하기 위해 통합되며, 건물의 생애주기 동안 이용되는 모든 정보를 지원한다.

2. BIM 적용 기술

파라메트릭 기술은 BIM을 적용하기 위한 핵심 기술이다. 이 기술은 기하 요소를 정의 및 조정할 수 있으며, 다양한 파라메터들을 이용한 건물 요소들의 상호 관계를 컨트롤할 수 있다. BIM은 파라메트릭 기술을 이용하여 건물 모델 내에 문자, 숫자, 기하 요소를 통합할 수 있다.
이러한 파라메트릭 기술은 파라메트릭 컴포넌트, 어셈블리, 그리고 컨트롤로 구성된다. 각각의 기술은 다음과 같이 요약될 수 있다.

• 파라메트릭 컴포넌트 기술: 건물 객체의 속성, 제약 그리고 관계를 표현하기 위해 이용되며, 크기, 무게, 가격, 색깔, 재질 등과 같은 여러 파라메터들을 포함한다.
• 파라메트릭 어셈블리 기술: 파라메트릭 컴포넌트의 관계를 정의하고, 컴포넌트들을 조합하기 위해 이용된다.
• 파라메트릭 컨트롤 기술: 설계 규칙과 상호관계 공식을 기반으로 하며, 조합된 파라메트릭 컴포넌트를 처리하기 위해 이용된다.

3. IFC기반 BIM 데이터의 호환

3.1 IFC와 BIM

건설 산업에서 이용되는 응용도구들 간의 정보의 공유 및 교환에 관한 이상(ideal)은 관련 연구자들의 오랜 목표가 되어왔다. 이러한 이상의 실현은 하드웨어 및 소프트웨어 응용도구에 종속되지 않고 정보의 공유 및 교환이 가능한 형식이다. 즉, 이것은 응용도구들 간의 입출력 프로세스에서 동일한 해석에 의한 데이터의 접근성을 의미한다. 이러한 관점에서 국제적인 연구와 개발 노력은 국제산업표준연맹(International Alliance for Interoperability, 이하 IAI) 조직에서 찾을 수 있다. IAI는 건설 산업에서 이용되는 응용도구들 간의 데이터 호환성을 촉진시키기 위해 설립된 국제조직이다. 특히, IAI에 의해 개발되는 표준정보모델(Industry Foundation Classes, 이하 IFC)은 응용도구들 간의 데이터 호환을 위해 건물의 생애주기를 다루는 표준 데이터 셋(standardized data sets)으로 개발되고 있으며, 실무적으로 적용되고 있다.
반면, 상용 CAD 시스템 측면에서, BIM 기술은 지속적으로 진일보되고 있다. 그러나, BIM 적용에 있어 가장 큰 제약은 데이터 호환성이다. BIM 플랫폼들은 각각의 BIM 데이터 포맷에서 건물의 생애주기에 관한 모든 정보를 공유할 수 있다. 이것은 CAD 시스템들 간에 BIM 데이터를 교환하는데 있어 문제를 야기시킨다. 즉, BIM 플랫폼들의 표준 포맷과 데이터 접근 방법의 부재는 BIM에 의한 작업 방식으로의 변화를 어렵게 하는 원인중의 하나가 된다. 이러한 문제를 해결하기 위해 IFC는 BIM 데이터를 교환 및 공유하는데 있어 표준 데이터 포맷으로 적용되고 있다.

3.2 IFC와 BIM의 활용

다음의 [그림 3]은 IFC기반 BIM의 정의를 나타낸다. 건물 객체들은 가상의 CAD 환경에서 실 세계를 표현하기 위해 BIM에 의해 정의된다. 이와 유사하게, IFC는 실 세계에 존재하는 건물 객체들에 대해 표준 데이터 셋으로 정의된다. 표준 데이터 셋은 BIM 플랫폼들 간의 BIM 객체를 교환하기 위해 이용된다. 즉, BIM 객체는 IFC 객체모델 인스턴스로 변환된다. 결국, IFC기반 BIM은 BIM 플랫폼들 간의 BIM 데이터를 교환하기 위한 새로운 개념으로 정의될 수 있다.

[그림 3] IFC기반 BIM의 정의

현재, IFC는 정보모델의 지속적인 개발뿐만 아니라, 실무적인 관점에서 적용이 이루어지고 있다. 예를 들면, 미국의 조달청(General Services Administration, GSA), 항공우주국(National Aeronautics and Space Administration), 국방부(Department of Defense), 국가해안경비대(National Coast Guard) 등 정부 산하기관에서도 IFC기반 BIM 모델을 이미 납품표준으로 채택하였거나 계획을 가지고 있으며, IAI International 산하의 미국 학계(스탠포드 대학, 버클리 대학, 조지아텍 대학 등) 및 대표적 건설 분야의 CAD 업체들(Autodesk, Graphisoft, Bentley Systems)이 GSA와 공동 연구를 하여 IFC기반 BIM을 적용하고 있다. 이외에도 핀란드, 노르웨이, 싱가포르, 독일 등도 2차원 도면대신 IFC기반 BIM 모델을 건설 분야의 국가표준으로 지정하여 관련 연구들을 진행하고 있거나, 이를 납품 받고 있는 상황이다.

3.3 IFC와 BIM의 관계

IFC와 BIM의 연구 개발과 실무적인 적용은 현재 건설 산업에서 실무자들이 요구하는 것이 무엇이며, 건설 프로젝트를 수행하면서 직면하는 문제가 무엇인지를 시사하고 있다. 즉, IFC와 BIM은 응용도구들 간의 정보의 공유 및 교환을 증진시키는 것 이외에도, 협업 업무에 따른 프로젝트의 지속적이고 명확한 정의 및 활동 프로세스 구축을 요구한다. 이러한 관점에서 IFC와 BIM의 상호 관계는 업무 프로세스와 데이터 접근 방법의 표준화를 향상시키는데 중요하게 인식되고 있으며, 이러한 이점들은 건설 산업의 비효율적이고 낭비적인 요소들을 제거하는 측면에서 오랫동안 방법적인 대안으로 이용될 것이다.

4. 국내외 BIM 현황

4.1 국외 현황

• 미국 GSA(General Service Administration: 미국 조달청)는 2003년에 PBS(Public Building Service: 공공시설국)의 OCA(Office of Chief Architecture: 건축부)가 제정한 국가 3D-4D-BIM 프로그램을 운영하고 있다.

기술	프로젝트 영역	기대 목표
3D 레이저 스캐닝	준공도서 시공도서	- 품질 향상
3D 형상 모델	사이트 설비 건축 마감 구조
설계, 건설 협업	협업과 규정 분쟁 파악	- 정밀도 향상
4D 모델	프로젝트 관점  공정순서  임차인 관점  자재발주 검토
BIM 모델	사이트  구조  기계설비  건축(공간,조닝/동선)  물품정보  관리일정	- 협업 향상
BIM 분석 어플리케이션	계획/자산관리  음향  GIS  비용추정  에너지 분석  물품재고  CFD  분석  시설관리	- 효율 향상

[표-1] 3D-4D-BIM 어플리케이션 활용

• 독일 IAI: buildingSMART
  건물 정보를 건축설계단계에서 생성하여 시공단계를 거쳐 CAFM에 전달하는 전 과정에서 통합관리하며, IFC를 사용하여 분야간 데이터 호환성을 확보하고 있다. 또한, BIM 프로그램과 IFC 중립포맷을 사용하여 설계 전 과정에서 BIM 데이터를 교환하는 방법을 제공한다.
• 싱가포르: CORENET e-Plan Checker
  CORENET(COnstruction and Real Estate NETwork) 시스템은 싱가포르 건설청의 주관으로 건축과 IT분야를 연계하기 위해 13개 정부 기관이 연계된 웹 기반의 건설 행정처리 시스템으로, 상용 CAD 시스템에서 작성된 모델을 IFC 파일로 저장한 후에 e-Plan Check System의 FORNAX를 통해 자동 법규체크가 되고, 결과가 웹을 통해 제공되고 있다.
  
  [그림 3] e-Plan Check System의 구조
• BIM 적용 현장 기술

  적용 기술	프로젝트 명	적용 내용
  ArchiCAD	YIT HUT 600 프로젝트 (Helsinky University)
  Revit	Freedom Tower (New York)
  Digital Project	One Island East(OIE) 프로젝트

4.2 국내 현황

• buildingSMART(IAI) Korea: 한국 고유의 건설모델과 프로세스를 IFC에 반영하여 우리 건설 산업의 경쟁력을 유지하기 위해 산업계와 학계를 중심으로 1998년 4월 IAI Korea Chapter를 결성하여 활동하고 있다.
  - buildingSMART BIM 설계분과 및 Pool: BIM 모델에서 실시 설계 도면이 나오게 하는 소프트웨어에 관한 작업을 진행중이며, 주요 설계사와 AutoCAD, ArchiCAD 벤더사들이 모여 연구를 진행하고 있다. 또한, BIM 라이브러리 웹사이트 런칭도 계획하고 있다.
• 건설사에서의 BIM 도구 활용 현황: 현재는 초기 설계 단계에서부터 적용되지는 못하고, 2차원 설계 이후의 설계 및 시공성 검토에 주로 BIM 기술이 활용되고 있다.

  적용 기술	건설사	적용 내용
  ArchiCAD	D건설	건축 수주 활용(시공 오류 체크로 공기 단축)
  	D중공업	시공 방법 및 도면 수정 작업 진행하며 공사 진행
  	P산업	시공 오류 체크
  Revit	H 개발	단위세대 개발 (자동 추출 물량, 면적비교)

• 행정복합도시건설청: 행복도시의 U-City 구현, 행복도시 건축물 3차원 정보도입을 위한 한국형 3D CAD 지침 제작 및 시범 적용에 대해 연구하고 있다.
• 호남고속철도 3D 지침: 철도시설물 설계 및 유지관리의 첨단 정보를 위해 3D 작성 지침 등을 개발할 예정에 있다.