1. 서 론

1.1 연구의 배경 및 목적

건설의 생산성 향상을 목적으로 도입되기 시작한 BIM은 초기에는 대형 건설사 위주로 한정된 범위와 목적으로 적용되어 오다가, 국토교통부를 중심으로 국가주도의 Top-down 방식이 적용되면서 철도를 비롯한 대부분의 공공 인프라 시설물에 대하여, 설계와 시공, 유지관리 등 전 생애주기에 걸쳐 BIM 기술이 도입될 예정이다.

이러한 정책의 일환으로 2022년 국토교통부의 스마트건설 활성화 방안에 따르면, 철도분야에 대해서는 2023년부터 1,000억원 이상의 공사에 BIM을 의무도입하기에 이르렀다. 또한, BIM 관련 지침의 정비도 단계별로 이루어지고 있는데, 2020년 국토교통부는 건설 전 분야에 적용이 가능하도록 “건설산업 BIM 기본지침”을 마련하고 이를 바탕으로 2022년에는 발주자, 설계자, 시공자편으로 구성된 “건설산업 BIM 시행지침”을 제정하였으며, 이에 따라 각 발주기관들은 Table 1과 같이 분야별로 보다 구체적인 업무기준을 위해 BIM 적용지침을 개발하고 있다.

국가철도공단의 “철도 BIM 적용지침”은 작성단계에서 관련 전문가들의 자문회의와 실무자들을 대상으로한 여러 차례의 공청회를 통해 다양한 의견을 반영하려 노력하였으나, 건설관련 주체(발주기관, 설계사, 시공사, 학계 및 연구기관)간 상이한 의견을 보이는 항목들이 상당수 존재하고, 공단의 기술보유 인력 부족과 기존 업무방법의 전면적인 변화에 따른 혼선을 고려해 적용 항목을 최소화함에 따라 아직은 한계성을 보이고 있다. 또한, 기존에 BIM이 적용된 사례가 대부분 노반분야에 국한되어 있어, 궤도나 시스템(신호제어, 정보통신, 전철전력 분야 등)분야는 시범적인 BIM 적용이 매우 시급한 실정이다.

해외의 BIM 선진도입 국가 및 발주기관들의 경우에도 초기 도입단계에는 최소한의 활용 항목만을 제시한 후, 지속적인 BIM 적용 및 이에 따른 피드백을 통해 점차 그 활용범위를 확대해나가고 있으나, BIM 활용 아이템 선정과 성과분석, 지침의 보완에 이르는 일련의 구체적인 절차가 소개된 사례는 없다.

따라서, 본 연구에서는 국내외 주요 인프라분야 BIM 지침과 연구성과에서 제시하고 있는 BIM 활용 아이템 분석을 통해 실제 철도 시범사업에서 해당 아이템을 활용하고, 이에 따른 성과분석을 통해, “철도 BIM 적용지침”이 지속적으로 보완 및 개선될 수 있도록 시범적인 방안을 제안하고자 한다.

1.2 연구의 범위 및 방법

본 연구는 “철도인프라 BIM 연구단”에서 개발하고, 국가철도공단을 중심으로 다양한 전문가 및 실무자 의견을 반영하여 제정한 “철도 BIM 적용지침”의 지속적인 보완과 개정을 위해, 실제 철도사업에 BIM을 적용하고 이에 대한 성과분석을 바탕으로 추가적인 BIM 활용아이템과 운영방안 보완이 이루어지는 일련의 절차를 제안하고자 한다. 이를 위해 본 연구에서 접근한 방법과 범위는 다음과 같다.

첫째, 국내외 선행연구 및 관련 기준에서 제시하고 있는 철도 인프라 BIM 활용 및 운영 아이템을 조사하고 분석하여 우선적으로 적용할 항목들을 도출한다.

둘째, 도출된 항목을 실제 시공단계 시범사업을 대상으로 적용하고, 시범사업 운영결과를 정량 및 정성적으로 분석한다.

셋째, 시범사업 활용 및 운영성과를 설문조사에 기반한 IPA 분석을 통해 평가하고, 철도 BIM 적용지침의 지속적인 발전과 개선 방안에 대하여 제안한다.

2. 철도 인프라 BIM 활용 아이템에 대한 고찰

2.1 국내외 선행연구 고찰

철도 인프라의 BIM 적용사례는 그동안 여러 연구에서 소개되어 왔으나, 설계와 시공단계에서의 전반적인 BIM 활용 아이템 및 범위에 대한 조사와 분석 사례는 찾기 어렵다. Table 2는 철도 인프라 대상 BIM 활용에 대한 국내외 연구를 정리한 것이다.

우선 국내 사례를 살펴보면, 철도 시설물의 시공단계 장비운영 계획시 BIM 기반 가상건설 기술을 적용하고 그 효과를 분석(Oh, 2012)하였다. 해당 기술은 기존 고속철도를 횡단하는 신규 고속철도의 고가교 가설 현장에 적용하여 검증되었으며, 적용에 따른 투자대비 효과, 즉 ROI (Return on Investment)가 159%인 것으로 보고되었다.

BIM을 활용한 시공 전 설계 성과물 검토를 통해 도면오류, 누락 등 공기 지연 요소를 사전에 분석하여 조정하고, 철근조립 등 상세 모델을 통한 시공성 검토 및 4D, 5D 시뮬레이션을 통해 공기 단축과 원가 절감에 큰 효과를 본 것으로 분석(Park, 2016)하였으며, 효율적인 건설안전 리스크 관리를 위해 BIM 기반으로 CDE (Common Data Environment)와 안전 리스크 심볼을 활용하는 방안을 제안(Shin et al., 2023)하였다.

도심지 대심도, 대단면 터널정거장에 대하여 BIM을 활용한 단계별 시공방법, 시공순서와 원안 및 대안의 공정계획 비교를 수행하고 그 효과를 확인(Park, 2023)하였으며, BIM 기반 AR 품질점검 시스템을 구축하고 이를 철도교량을 대상으로 검증(Suk et al., 2023)하였다. 이 시스템은 BIM 모델을 대상 시설물에 투영하여 점검 항목을 확인할 수 있고, 철근의 배근간격 오류나 치수 확인이 가능하다.

해외 주요 사례를 살펴보면, 철도사업에서 BIM의 효과를 분석하고 전문가를 대상으로한 설문조사를 통해 BIM 기반 업무의 주요 장점들을 제시(Angelo et al., 2022)하였는데, 간섭 검토, 의사결정 지원, 설계 품질 향상, 설계 변경 요인 제거, 데이터 활용성 향상, 협업 지원, 수량 산출 생산성 향상 순이었다.

철도 구조물에 대해 BIM과 비주얼 프로그래밍을 이용한 자동설계 최적화 방안을 제안(Jingliang et al., 2023)하였으며, 2.5km의 철도에 시공성 검토를 위한 BIM을 적용하여 3D 간섭검토 및 4D, 5D 시뮬레이션을 통한 공정과 공사비 최적화의 결과를 가져왔다고 보고(Cristobal et al., 2023)하였다. 리야드 남북철도에 시범 적용된 4D와 5D BIM 효과를 분석하여 제시(Inzerillo et al., 2024)하였으며, 안전관리 분야에서는 철도건설에서 BIM과 IoT 기반의 시뮬레이션을 통한 재해위험평가 방안을 제안(Yiming et al., 2023)하였다.

이와 같이, 국내외 철도 인프라 BIM 연구는 선형기반인 철도시설물의 효율적인 모델링 기법과 함께 3D 모델을 활용한 간섭검토와 설계 성과물 검토, 4D 기반의 공정관리, 수량산출과 5D 기반의 공사비 관리, VR/AR기술을 이용한 안전 및 품질관리 등 다양한 활용 아이템에 대하여 적용 효과를 분석하고 있다. 그러나, 대부분의 연구가 BIM의 종합적인 활용이 아닌 특정 요소 분석에 국한되고 있어 실제 프로젝트에서 그 활용 및 관리 요소의 상대적 중요도와 성과에 대해서는 판단하기 어렵다. 따라서, 실제 철도 인프라 프로젝트에서 BIM을 전반적으로 활용하고 운영하면서 그 성과를 종합적으로 분석해야 보다 정확한 효과와 개선 사항을 파악할 수 있을 것으로 본다.

2.2 국내외 인프라 분야 BIM 지침 활용 아이템

앞서 기술한 바와 같이, 2022년 국토교통부가 “건설산업 BIM 시행지침”을 제정한 후 BIM이 의무 도입되는 공공 인프라 발주처를 중심으로 “BIM 적용지침”이 개발되고있다. 여기서는 국가철도공단의 철도 BIM 적용지침과 유사한 인프라 분야를 대상으로한 한국도로공사의 고속도로 BIM 적용지침, LH공사의 단지토목분야 BIM 적용지침상의 BIM 활용아이템을 비교 분석하였으며, 해외철도분야에 BIM이 선진적으로 도입되고 있는 싱가포르 육상교통청 LTA (Land Transportation Authorities)와 유럽연합의 Baltica 철도 프로젝트의 BIM 가이드라인에서 제시된 활용 아이템을 분석하였다.

Table 3은 각 지침별 BIM 활용 아이템을 정리한 것으로, 먼저 최초 계획시에 전산지도나 드론 측량 등을 활용한 3차원 가상현장을 구축하여 대상 현황을 검토하도록 하고 있다.

설계 단계에서는 설계 BIM 작성을 통해 적정성 검토와 최적화를 수행하고, 3D 모델과 관련 속성정보 등을 기반으로 엔지니어링 해석 및 시뮬레이션에 활용할 수 있다. 대상 현장에 대한 3D 모델과 설계 BIM은 동영상 작성 등 다양한 시각화를 통해 자문 및 심의 회의와 주민설명회 등에 활용될 수 있다.

각 분야별 3D 모델은 결합을 통해 인터페이스 문제를 확인하고 조정 과정을 거치며, 전면 BIM 설계가 아니라 전환 BIM 등을 통해 작성된 BIM의 경우에는 설계 성과물의 품질검토에도 활용될 수 있다. 설계 BIM 모델이 최종적으로 조정절차를 거치면, 2D 도면작성과 수량산출서 작성의 설계 성과물을 작성하게 된다. 시공단계에서도 설계변경 등의 과정에서는 앞서 나열한 설계 및 계획단계의 BIM 활용 아이템이 반복적으로 사용된다.

시공단계에서는 공법 등을 반영한 가설부재나 시공상세 등을 고려하여 설계 BIM이 보완되는데, 고속도로 BIM 적용지침과 싱가포르 LTA, 유럽 Baltica 프로젝트에서는 철근 조립 등을 고려한 디지털 사전 제작 검토를 수행하도록 하고 있으며, 이를 바탕으로 샵드로잉을 작성해야 한다. 한편, 공정관리 및 검토를 위해서 모든 지침서에서는 시공단계에서의 4D 시뮬레이션 구현을 필수로 채택하고 있으며, 이를 바탕으로 공정 친척도 관리를 해야 한다. 시공계획 수립을 위해 일부 발주처는 장비운영 계획 및 공법대안 검토를 요구하고 있으며, 대다수의 기관이 BIM을 기반으로 안전관리를 하도록 하고 있다.

한국도로공사와 싱가포르 LTA, 유럽 Baltica 프로젝트는 5D 시뮬레이션과 이에 기반한 기성관리 활용을 반영하고 있는데, 국내에서는 BIM 기반의 자동 및 연동 수량 산출의 비율이 아직 높지 않아 도입에 다소 어려움을 겪고 있는 항목이다. 추가로 한국도로공사는 검측 업무에도 BIM의 활용을 시도하고 있다.

준공시에는 모든 기관들이 준공(As-built) BIM을 제출하도록 하고 있으며, 해외기관들과 국가철도공단은 준공 BIM에 기반한 준공 도면작성을 요구하고 있다. 최종적으로 운영 및 유지관리, 자산관리에서의 BIM 활용이 궁극적인 목적임에도 불구하고, 국내에서는 아직 이에 대한 구체적인 지침이 포함되지 못하고 있어 향후 지속적인 보완이 필요한 것으로 분석되었다.

이상과 같이 국내외 철도 및 유사 인프라 분야에 대한 주요 BIM 관련 지침서 분석을 통해, 해당 발주기관에서 제시하고 있는 BIM 활용 아이템 리스트를 도출하였다. 이렇게 도출된 아이템은 시범사업에서의 종합적인 적용과 관리를 통해 실제 업무에서의 중요도와 성과도가 확인되고, 그 결과를 바탕으로 적용 범위나 관련 상세 지침의 보완 필요성 여부가 판단될 수 있다.

본 연구에서는 국가철도 공단의 BIM 적용지침에서 제시하고 있는 항목 이외에, 다른 복수의 기관에서 시공단계를 대상으로 채택하고 있는 설계성과물 검토, 디지털 사전제작 검토 및 샵드로잉에 해당하는 시공단계 철근 모델과 도면 작성, 장비운영 검토, 5D 시뮬레이션을 추가적으로 적용하였으며, 해당 항목은 적용결과에 따라 향후 적용지침 보완을 위해 우선적으로 고려될 수 있다.

3. 철도 BIM 시범사업 적용

3.1 철도 BIM 시범사업 현황

철도 인프라 BIM의 활용과 운영을 위해, 철도 BIM 시범사업 대상을 선정하였으며, 다음 Table 4와 같다. 당초 대전북연결선 2공구와 월곶-판교 1공구를 대상으로 진행한 시범사업은 대전북연결선 2공구 사업의 지연으로 월곶-판교 6공구 사업이 추가적으로 진행되어, 총 3개 사업에 대한 BIM 수행 성과가 집계되고 분석되었다.

Table 4.

Features of railway pilot projects

Projects	Features
Daejeon north connecting line, section 2
	･Total length L= 2.810km    :Tunnels L= 1.530km, Open Cuts L=1.0km   :Overhead bridge 1 unit ･Construction Periods : 2021.10∼(on hold)
Wolgot- Pangyo railway construction project, section 1
	･Total length L= 1.948km(Uplines), L=1,737km(Downlnes)    :Tunnels L= 1.469km, 1 ventilation shaft    :Bridges L=1,638km, Overhead bridge 1 unit :Open Cuts L=281m ･Construction Periods : 2021.10∼2025.10
Wolgot- Pangyo railway construction project, section 6
	･Total lengrj L= 3.140km    :Tunnels L= 2.932km, 1 ventilation shaft    :Bridges L=1,638km, Overhead bridge 1 unit :Tunnel station L=178m, Open Cuts L=30m ･Construction Periods : 2021.10∼2025.06

대전북연결선 2공구의 경우 설계단계에서부터 BIM이 수행되었으나, 본 연구에서는 설계단계를 제외한 시공단계 BIM 활용 결과에 국한하여 분석을 수행하였다.

BIM 활용 아이템별 적용 결과와 함께, BIM 운영측면을 검토하기 위하여 시범사업 현장에서 BIM 엔지니어가실제로 수행한 업무를 정량적으로 분석하기 위하여 시간단위로 업무일지를 작성하였으며, 이를 통해 BIM 활용기간 동안 구체적으로 어떤 업무를 수행하였는지 정량적으로 분석할 수 있는 기반 데이터를 구축하였다.

3.2 철도 시범사업에서의 BIM 활용 아이템 적용

앞서 국내외 철도 BIM 활용 연구 및 관련 지침서 분석에 의해 적용 아이템을 선정하였으며, 실제 시범사업을 대상으로 적용되었다. Table 5와 6은 적용된 아이템과 해당 사례 이미지 및 활용 효과를 정리한 것이다.

각 대상 현장은 전산 측량성과물과 드론 촬영에 따른 포인트 클라우드 데이터를 활용하여 가상현장을 구축하고, 이에 기반한 3D 현황조사와 분석을 수행하였으며, 일부 전환 BIM에 의해 구축된 설계성과물의 검토를 수행하였고, 주행시뮬레이션 등의 추가적인 검토를 통해 계획의 적정성을 확인하였다. 또한, 프로젝트 참여자의 이해와 소통을 돕기 위해, BIM기반의 설명자료 및 동영상 등 다양한 시각화 자료를 작성하여 활용하였다.

Table 5.

Application of BIM　in railway infrastructure (a)

Application	Case Image	Remark
3D site investigation		･Creating a digital model of the existing structure or site state ･Investigatingand analysis of the subject site
Design model & optimization		･Developing a detailed 3D model of the proposed design and optimizing it based on various factors
Engineering analysis & simulation		･Performing engineering simulations and analyses on the BIM model to assess performance, identify potential issues, and optimize design
Visualization		･Visualizing BIM to enhance stakeholder understanding and communication
3D interference check & coordination		･Identifying and resolving clashes or conflicts between different elements in the 3D model
Design deliverables review		･Reviewing the design deliverables to ensure they align with the BIM model
2D drawing generation		･Generating 2D drawings from the 3D BIM model
Quantity takeoff		･Extracting quantities from the BIM model for cost estimation and procurement
Digital mock-up		･Evaluation of digital prefabrication incorporating rebar assmbly
Issue management on CDE		･Use of BIM and CDE to identify and manage construction issues, such as clashes and conflicts, and to track their resolution

Table 6.

Application of BIM　in railway infrastructure (b)

Application	Case Image	Remark
4D simulation		･Reviewing and analyzing the construction sequence ･Optimizing the construction schedule and minimizing the risk
Progress management		･Using BIM to monitor and manage construction progress, including the comparison with planned schedules
Construction equip. operation planning		･Utilizing BIM to plan and coordinate the use of construction equipment, considering factors such as space constraints and equpment capacity
Construction method review		･Reviewing and evaluating various construction methods using BIM
Safety management		･Management of safety information based on BIM ･Efficient identification of safety hazards through the use of safety risk symbols
Safety education		･Providing safety education using BIM-based virtual reality to enhance worker safety awareness
5D simulation & cost control		･Simulation for construction cost optimization and BIM-based progress document support
AR-based inspection		･Using BIM-based augmented reality for quality control inspections and to verify as-built conditions
As-built deliverables & As-built drawings		･Creating as-built models and generating as-built drawings ･Quality assurance of the as-built model
Asset information management for operation & maintenance		･Leveraging BIM to incorporate operation and maintenance data ･Using as an information management model in the maintenance phase

시공단계에서의 설계 변경건 등에 대해서는 전면 BIM 설계가 반영되었기 때문에, 분야별 설계 BIM 구축과 3D 인터페이스 검토, 그리고 최종적으로 조정된 모델에 대해서 2D도면과 수량산출을 통해 전면 BIM 설계 성과물을 작성하였다. 일부 철근콘크리트 구조물에 대해서는 철근 상세모델을 통해 디지털 사전제작 검토가 이뤄지고, 이를 바탕으로 샵도면이 작성되었다.

공정계획의 적정성을 검토하고, 시간차이에 따른 작업공간의 확보, 부재 설치간의 간섭을 검토하기 위해 4D 시뮬레이션이 활용되었으며, 공사 진척도 보고 등을 위해 BIM기반의 레포트를 작성하였고, 시공관련 검토시 발생하는 여러 가지 이슈사항을 CDE기반으로 관리하여 효과적으로 정보를 공유하고 관리할 수 있었다. 상세한 공법검토와 장비운영 계획수립을 위해 장비모델을 이용한 가상건설기법이 적용되었으며, 공법설명 및 보고자료로도 활용되었다. 설계안전성 검토부터 관리되어 온 안전 리스크 데이터는 시공 중에도 효과적으로 관리될 수 있도록 안전 리스크 심볼을 이용하여 BIM 기반에서 관리되었으며, VR 등의 기술을 이용하여 작업자의 안전교육에도 활용되었다. 기성관리 및 공정에 따른 공사비의 적정한 계획을 검토하기 위해 5D 시뮬레이션이 시범적으로 도입되었으며, 철도 인프라 BIM 연구단에서 개발된 AR기술을 이용한 검측솔루션도 시범적으로 적용하였다.

마지막으로, 유지관리 단계에서의 BIM 활용을 위해 실제 시공현황을 정확히 반영한 As-built 준공 모델을 작성하고 이를 레이저스캐닝을 통해 얻은 포인트클라우드와 결합하여 품질을 검토하였으며, 유지관리 관련 속성 정보를 반영하여 최종 준공모델을 완성하였다.

4. BIM 활용 및 운영 성과 분석

4.1 현장 BIM 기술자 업무 분석

시공단계에서 BIM 활용 수준을 정량적으로 분석하기 위해서는, 현장에서 상시 근무한 BIM 기술자에게 지시되는 업무를 분석하는 것이 효과적이라고 판단되었으며, 이를 위해 3개 시범현장의 BIM 기술자가 매일 업무내용을 기록하도록 하였다. Figure 1는 이러한 업무일지를 기반으로 정리, 분석 결과를 나타내는 그래프이다.

대전북연결선 2공구에서 현장 BIM 기술자의 총 투입시간은 1,019시간, 현장 외 BIM 기술자의 총 투입시간은 624시간으로 총 BIM 기술자의 업무시간은 1,643시간으로 집계되었다. 설계 BIM을 시공단계에서 활용을 위해 보완하고 추가적인 현황 모델작성을 한 작업이 41%로 가장 많았고, 4D 구축 및 관리(25%), BIM기반 수량산출(16%) 의 순이었다.

월곶-판교 1공구에서 BIM 기술자의 총 투입시간은 2,537시간으로, 현장 BIM 기술자의 투입시간은 2,064시간, 현장 외 BIM 기술자는 총 473시간이 투입되었다.

Figure 1.

Task breakdown of BIM engineers

주요 업무로는 BIM 모델 추가 및 보완이 29%로 역시 가장 많은 업무를 차지하였으며, 4D 구축 및 관리(16%)와 BIM 수량산출(12%) 순으로 많은 비율을 차지하였다.

월곶-판교 6공구는 BIM 기술자의 총 투입시간은 781시간으로, 현장 BIM 기술자의 투입시간은 745시간, 현장 외 BIM 기술자는 총 36시간이 투입되었다. 타 시범사업과 마찬가지로, BIM 모델링이 36%로 가장 많은 비율을 차지하였고, 4D 구축 및 관리(28%)와 리스크 관리(14%) 순으로 가장 많은 비율을 차지하였다.

모든 시범사업의 경우, BIM 모델링 보완에 해당하는 업무가 30%에서 40%까지 상당부분을 차지함을 알 수 있다. 이는 시공 현장 현황이나 공법 검토에 따른 가시설 모델은 물론, 상세 공정 검토를 고려한 모델의 분개 등 시공단계에서 보완되어야 항목이 많은 점도 있으나, 현장에서 기본적으로 활용이 많이 되는 항목은 3D 모델기반의 인터페이스 검토와 분야간의 조정업무인 것으로 분석되었다. 이어서 4D 구축 및 관리가 20% 중반대를 나타내고 있는데, 이는 3D 인터페이스 검토 및 조정과 함께 현장에서 분야 간의 조율 및 시공계획 검토에 가장 많이 활용되기 때문인 것으로 나타났다.

그 외의 항목은 현장별로 관심 사안에 따라 편차가 크게 발생하였으며, 실제로는 BIM 활용 아이템이 전체적으로 고르게 활용되지는 않고 있음을 확인할 수 있었다.

다만, Figure 2과 같이 BIM room을 기반으로 3D 모델과 4D를 통한 정보공유와 조정 회의는 결과적으로 설계변경이나 공법검토 등 프로젝트의 많은 이슈들을 효과적으로 해결하는데 큰 역할을 한 것으로 분석되었다.

Figure 2.

Coordination meeting in BIM room

4.2 BIM 활용 및 운영 성과 분석

BIM 활용 및 운영성과를 분석하기위하여, 실제 시범사업에 관여한 기술자 80명을 대상으로 설문조사를 실시하였고(Table 7참조), IPA (Importance Performance Analysis)기법을 활용하여 그 성과를 분석하였다(Table 8참조). IPA 기법은 각각의 요인에 대한 평가 역량을 중요도와 성과도(현재 기술 수준)값을 활용하여, X, Y 축으로 매트릭스 구조와 2차 평면상에 요인별 좌표값을 표현하는 분석방법으로(Hansen and Bush, 1999), 1사분면은 중요도와 성과도가 높은 항목으로 현상 유지, 2사분면은 중요도는 높으나 성과도가 낮은 항목으로 현재 수준에서 시급히 개선, 3사분면은 중요도와 성과도 모두 낮은 항목, 4사분면은 중요도는 낮지만 성과도가 높아 추가 투자가 필요없는 효율적인 부분을 나타낸다(Figure 3 참조). 각각의 항목에 대하여 중요도와 성과도로 나누어 5점 리커트 척도로 답변을 받았으며, 이에 따라 해당 질문에 대하여 전혀 그렇지 않다(1점), 그렇지 않다(2점), 보통이다(3점), 그렇다(4점), 매우 그렇다(5점)로 점수를 부여하였다.

Figure 3.

IPA framework

설문 문항은 철도 BIM 활용 아이템별 성과 외에 운영 측면의 성과를 함께 분석하기 위하여, 철도 BIM 로드맵 2030에서 제시하였던 PPT 프레임워크(People, Process, Technology)로 분류하였는데 이는 새로운 기술을 성공적으로 도입하기 위해 많이 활용되는 프레임 워크로 기존의 BIM 성숙도 개발에도 활용된 개념이다. 다만 본 연구에서는 Process에서 BIM 활용을 위한 기반 환경 요소를 추가적으로 반영하였다.

먼저 첫 번째 카테고리인 인적자원(People)에 대한 분석으로는 BIM 담당자가 해당사업(현장)에 투입되어 상시 근무하는 것이 필요하고 도움이 되었는가에 대해서 성과도와 중요도가 각각 4.0과 4.03으로 높은 평가를 받았고, BIM 담당조직이 필요하고 도움이 되었는가에 대해서도 4.12와 4.28로 높은 성과도와 중요도를 나타냈다. 업무수행에 BIM 교육이 필요하고 도움이 되었는가에 대해서는 4.28과 4.40으로 조사되어 전체 항목 중 가장 중요하고 성과도가 높았던 것으로 조사되었다(Figure 4 참조).

Figure 4.

IPA for people category

프로젝트 BIM 활용에 대한 프로세스와 기반환경에 대한 분석으로는 철도 BIM 지침서에 대해서 성과도와 중요도는 각각 4.13과 4.40로 중요도는 전체적으로 가장 높은 값을 보이는 반면 성과도는 다소 차이가 발생함을 알 수 있다. BIM 정보분류체계에 대해서는 4.15와 4.32, BIM 라이브러리는 각각 3.97과 4.09로 조사되었다.

CDE(공통 데이터 환경)에 대해서는 각각 4.12와 4.31, BIM Room에 대해서는 각각 3.78과 3.87로 프로세스와 기반 환경 카테고리 중에서는 상대적으로 낮은 성과도와 중요도를 나타냈으나, Process 카테고리도 전반적으로 높은 성과도와 중요도를 나타내고 있었다(Figure 5 참조).

Figure 5.

IPA for process and environment

세 번째 카테고리인 기술(Technology)에 대해서는 시범사업에서 적용된 아이템 항목들을 설문조사의 적정 문항수를 고려하여 유사항목으로 통합하여 조사하였다.

먼저 3D 현황 이해 및 검토는 성과도와 중요도 각각 4.19과 4.33, 3D 간섭 검토 및 조정은 4.24와 4.35로 BIM 활용 아이템 중 가장 높은 중요도 값들을 나타냈다. 이어서, BIM 기반 도면 작성은 3.95, 4.05, BIM기반 수량 작성은 3.91, 4.04, 4D 공정관리는 3.92, 4.05로 유사하였으며, 5D 기성관리는 3.63, 3.79로 조사된 활용 아이템 항목중에서는 가장 낮은 값을 보였다(Figure 6(a) 참조).

BIM을 기반으로한 활용 기술로는 가상건설 시뮬레이션이 성과도와 중요도가 각각 4.04와 4.13으로 가장 높은 값을 보였고, BIM 기반 안전 리스크관리는 3.97, 4.03, 준공 모델 작성은 3.97, 4.08, 레이저 스캐닝 및 사진측량은 3.91, 4.0, VR (교육)기술은 3.91, 4.05로 유사한 수준으로 조사되었으며, AR 기술은 3.82, 3.91로 가장 낮은 중요도와 성과도로 측정되었다(Figure 6(b) 참조).

IPA 결과들은 모두 1 사분면에 위치하고 최소 3.6점을 상회하는 높은 중요도와 성과도를 나타냈다. 이는 시범사업의 모든 참여자가 BIM과 관련된 모든 항목에서 현상 유지가 되어야 한다고 생각하고 있음을 확인할 수 있다. 또한 모든 항목에서 중요도가 성과도보다 미세하게나마 높아, 중요도 수준으로 성과를 얻기 위해서는 모든 항목에서 더 노력해야 하는 점도 확인할 수 있었다.

가장 높은 중요도를 보인 항목은 4.40점을 얻은 BIM 교육과 BIM 지침서였으며, 가장 높은 성과도를 보인 항목은 4.28점의 BIM 교육으로 나타났다.

BIM 활용 항목 중에서는 아직은 3D 기반의 현황검토나 인터페이스 검토 및 조정이 가장 높은 중요도와 성과도를 보이고 있으며, 장비운영 계획검토나 공법 (대안) 검토에 활용되는 가상건설 검토가 다음으로 높은 성과도와 중요도를 보이고 있는 것으로 조사되었다.

그리고, 모든 활용 아이템들이 높은 중요도와 성과도를 보이는 가운데서도 5D와 AR을 활용한 기술에 대해서는 상대적으로 낮은 중요도와 성과도를 가진 것으로 판단하고 있어, 아직은 활용성을 고려한 기술의 발전이 더 이뤄져야 할 것으로 보인다.

Figure 6.

IPA for technology

5. 결론

본 연구는 철도 BIM 적용지침이 실제 사업에 적용되고 그 활용 및 운영성과를 바탕으로 지속적으로 보완되면서 발전될 수 있는 구체적인 방안을 제안하기 위해 수행되었다.

이를 위해 국내외 선행연구 및 관련 기준에서 제시하고 있는 철도 인프라 BIM 활용 및 운영 아이템을 조사하고 분석하여 적용대상 항목들을 도출하고, 실제 철도건설사업을 대상으로 적용하였으며, 그 활용 및 운영성과를 정량 및 정성적으로 분석하였다. 특히, 참여자들을 대상으로 설문조사를 실시하여, IPA 분석을 통해 각 항목별 중요도와 성과도를 평가함으로써, 향후 적용 항목의 우선순위나 수행방안에 대하여 살펴볼 수 있었다.

본 연구를 통해 얻은 결론은 다음과 같다.

첫째, 국내외 철도 BIM 활용에 관한 연구 및 공공 인프라 분야의 지침서를 조사하고 분석하였으며, 유사한 분야의 적용 항목들로 구성되어 있음을 확인하였다. 특히 국내의 인프라 분야 BIM 적용지침은 실무업무 등을 고려하여, 기존에 효과나 성능이 검증된 항목으로 구성되어 큰 편차가 없는 것으로 분석된다.

둘째, 조사된 대표적인 BIM 활용 아이템을 실제 철도사업의 시공단계에서 시범적용 및 운영하였다. 현장에서 활용되는 아이템에 대하여 정량적인 평가를 하기 위해, 투입 BIM 기술자의 업무일지를 기반으로 실제 업무량을 분석하였으며, 현 단계에서는 BIM 모델작성과 4D 공정시뮬레이션, BIM 기반 수량 산출업무가 가장 많은 비율을 차지하는 것으로 나타났다.

셋째, BIM 활용 경험이 있는 실제 프로젝트 참여자를 대상으로 설문조사와 IPA 기법에 따른 성과도와 중요도 분석을 실시하였으며, 모든 항목에서 3.6점 이상의 높은 중요도와 성과도가 나타나 1 사분면에 위치하는 것으로 나타났다. 다만, 중요도가 미세하게나마 모두 성과도 점수보다 높아, 중요도 수준으로 성과를 얻기 위해서는 모든 항목에서 더 노력이 이어져야 함을 확인할 수 있었다.

본 연구는 BIM 활용 아이템 발굴, 시범사업 적용, 설문조사 및 IPA기법을 통한 중요도와 성과도 분석이라는 일련의 선순환 프로세스를 실제로 적용해보고 그 가능성을 확인하였다는 데에 의의가 있다. 발주순서에 따라 아직은 노반분야에 대해서만 적용되었고, 준공시까지 잔여공기가 남은 관계로 추가적인 정보가 계속 업데이트 되어야 한다는 한계점이 있었으나, 동시다발적으로 BIM이 적용될 철도사업에 대한 활용 및 운영 방향에 참고기준이 될 수 있을 것으로 본다.