1. 서 론

1.1 연구의 배경 및 목적

국내 공동주택의 건설 재고는 꾸준히 증가하고 있다. 국토교통부의 전국 공동주택 현황 통계에 따르면, 2019년 9,976,543호에서 11,274,298호로 최근 5년간 공동주택의 재고는 13% 증가했다(MOLIT, 2024a).

이러한 공동주택의 지속적인 공급은 운영 및 유지관리 단계에서 관리해야 할 증가로 이어진다. 이에 국토교통부는 공동주택 재고 증가에 따른 장기적이며 체계적인 운영 및 유지관리를 목적으로 공동주택관리법을 시행하고 있다(MOLIT, 2024b).

장기수선계획에 따르면, 300세대 이상 또는 150세대 이상으로서 승강기가 설치된 공동주택의 유지관리 단계에서 전용 및 공용 공간 내 각 부위별 자재의 수선 주기 및 수선율을 지정하고 있다(Lee and Park. 2022).

허나, 현행 공동주택의 유지보수 이력은 하자 발생에 따른 처리 정보를 중심으로 관리하고 있어 실질적인 수선 부위별 이력이 관리되지 못하는 한계가 존재한다(Jeong et al., 2021; Cho, 2022).

한편, 국토교통부의 BIM (Building Information Modeling) 시행 지침에 따라 일정 규모 이상의 프로젝트에서는 설계 및 시공 단계에서 BIM 적용이 의무화되고 있다(MOLIT, 2022a). 또한, 2022년 건축 행정 시스템 세움터에서는 기존 2D 도서 기반에서 BIM 모델 제출 서비스를 구축하여 시행하고 있다(AIS, 2022).

허나, 설계 및 시공 단계에서의 BIM 활용도가 높아지는 데에 비해 운영 및 유지관리 단계에서의 BIM 활용은 여전히 CAD 및 수작업에 기반하고 있으며, 시공 단계를 거친 As-built BIM 모델의 방대한 정보에도 불구하고 운영 및 유지관리 단계에서의 BIM 정보 구축 체계가 부족해 이를 활용하지 못하는 실정이다(Yoon, 2024).

실제로, BIM handbook의 건축물 생애 주기별 건설 데이터의 가치 흐름에 따르면, 시공 단계(Construction)에서 운영 및 유지관리 단계(Operation and maintenance)로 전환되는 시점에 정보의 가치가 급격히 하락하는 것으로 나타났다(Sacks et al., 2018).

이는 As-built BIM 모델에 존재하는 방대한 양의 정보가 운영 및 유지관리 단계로 전환 과정에서의 정보의 가치가 크게 손실됨을 의미한다. 이에, 건축물 생애 주기에 따라 시공 단계에 비해 장기간 정보의 관리가 요구되는 운영 및 유지관리 단계(20년 이상)에서 실질적인 BIM 기반의 이력 관리 체계가 요구됨을 의미한다(Yoon, 2024).

더욱이, 앞서 언급한 바와 같이 최근 공동주택 재고의 증가에 따라 운영 및 유지관리 단계의 관리 효율 및 체계 구축의 필요성이 대두되고 있다(Kang, 2024).

이에, 최근 운영 및 유지관리 단계에서의 BIM 활용 연구는 증가하는 추세지만, As-built BIM 모델의 연속적 활용을 기반으로 한 연구는 부족한 실정이다. 이는 As-built BIM 모델의 가치가 활용되지 못하는 한계로 작용하며, 나아가 As-built BIM 모델이 지닌 정보모델로서 가치의 연속적 활용을 기반한 유지관리 단계에 적합한 BIM 모델이 고안되어야 한다.

따라서 본 연구에서는 운영 및 유지관리 단계에서 BIM 모델을 기반한 부위별 유지보수 이력을 관리할 수 있는 공간 정보 모델로서의 BIM 모델 구축 체계를 제안하고자 한다. 제안하는 BIM 모델은 As-built BIM 모델의 운영 및 유지관리 단계로 전환을 통한 연속적 활용을 기반하는 모델로, 장기간 운용이 요구되는 운영 및 유지관리 단계에서 모델 운용 효율을 증진시키기 위해 고안되었다. 나아가, 장기수선계획에 의거한 부위별 이력 관리 및 현행 운영 및 유지관리 단계에서 관리되는 정보의 구축이 가능한 공간 모델 생성 방법론을 제안하고자 한다. 이를 통해 공동주택 운영 및 유지관리 단계에서 BIM을 활용하기 위한 기초 연구를 제공하고자 한다.

1.2 연구의 범위 및 방법

본 연구는 공동주택의 운영 및 유지관리 단계에서 요구되는 정보 체계에 의거해 As-built BIM 모델과 연계된 BIM 공간 모델의 구축 프레임워크를 제안한다.

본 연구의 구성은 다음과 같다. 먼저, 운영 및 유지관리 단계에서 구축 및 관리해야 할 정보 분류 체계를 도출하기 위해 2022년부터 2023년까지 2년간 2개의 공공 임대주택에서 발생한 총 1,875건의 단위 세대 유지보수 이력 체계를 분석하였다. 기존 유지관리 체계에 의거해 관리되고 있는 임대주택의 유지보수 이력 데이터를 기반으로 부위별 이력 관리의 필요성을 정량적으로 도출하였다.

또한, 장기수선계획에 지정된 공간 분류 체계를 분석하여 운영 및 유지관리 단계에서 모니터링해야 할 정보 분류 체계를 도출하였다.

나아가, 공간 정보 모델로서의 BIM 활용 방안을 선행 연구 및 국토교통부의 BIM 설계 기준서를 통해 고찰하였다.

이후 As-built BIM 모델로부터 운영 및 유지관리 단계에서 활용 가능한 간소화된 공간 정보 모델로서의 BIM 모델 구축 방법론을 제안하였다.

이때, 공간 BIM 모델의 구축은 As-built BIM 모델에 존재하는 공간(Room) 정보를 활용하였고, 공간 분류의 기준은 앞서 도출한 장기수선계획에서 요구하는 공간 분류 체계에 의거해 모델의 물리적 범위를 지정하였다.

더욱이, 도출된 현행 유지보수 이력 체계, 운영 및 유지관리 단계에서의 요구 정보 체계 및 장기수선계획에 따른 공간 내 이력 관리해야 할 최소 객체 단위를 BIM 공간 모델의 매개변수로 지정하였다.

이를 통해 공동주택 단위 세대 유지보수 이력 관리를 위한 BIM 기반 공간 모델 구축 프레임워크를 구성하였다. 또한, As-built BIM 모델의 공간 모델 전환 과정을 Revit의 Visual programming language인 Dynamo를 통해 전 단계 자동화 알고리즘을 구축하였다.

마지막으로, 실제 As-built BIM 모델이 존재하는 공동주택 단지 내 사례 적용을 통해 본 연구에서 제안하는 공간 BIM 모델 구축 프레임워크의 적용 가능성을 검증하였다.

제안된 프레임워크는 추후 국토교통부에서 주관하는 BIM 적용 지침 내 As-built BIM 모델의 작성 기준과 세움터의 BIM 설계 기준서 및 장기수선계획의 통합된 프레임워크의 기초 연구로 활용될 수 있다.

단, 본 연구는 As-built BIM 모델과의 연계를 통한 운영 및 유지관리 단계에서 활용 가능한 공간 BIM 모델 구축 프레임워크 제안 및 검증으로 범위를 한정하였고, 실제 유지관리 단계 실증을 기반한 실효성 검증은 연구의 범위에서 제외하였다. 이를 통해 As-built BIM 모델의 유지관리 단계로의 효과적인 연계를 통한 BIM 정보의 연속적 활용 방안을 도출 및 검증하는 데 연구의 초점을 두었다.

2. 이론적 고찰

2.1 공동주택의 운영 및 유지관리 특성

현행 공동주택의 운영 및 유지관리 방법은 관리 주체에 따라 크게 사업 주체 관리, 주민 자치 관리 및 위탁 관리로 나뉜다(Oh, 2021). Table 1은 각 관리 주체에 따른 분류 및 정의이다(MOLIT, 2024a).

최근에는 공동주택의 재고가 증가함에 따라 전문적인 주택 관리가 요구되어 위탁 관리에 대한 전문 관리 수요가 증가하고 있다(Shin, 2022).

이러한 관리 주체가 관리해야 할 공동주택 내 운영 및 유지관리가 요구되는 공간은 공간 점유 형태에 따라 전용 부분과 공용 부분으로 나뉜다(LH, 2023).

먼저, 전용 부분은 임차인 혹은 세대 소유자가 세대에서 단독으로 사용하는 공간으로 정의되며, 공용 부분은 전용 부분을 제외한 공용 부분, 부대 및 복리 시설로 정의된다. 이때, 공용 부분의 특성에 따라 동 건물의 복도, 계단, 현관, 승강기 등의 공동주택 지상층에 있는 동 건물을 해당 동의 거주자가 공동으로 사용하는 시설인 주거 공용 부분과, 이를 제외한 주민 공동 시설, 경비실 등의 공동주택 단지 안의 전체 입주자가 공동으로 사용하는 시설인 기타 공용 부분으로 분류된다.

이러한 사용자에 따른 공간 분류 체계에 따라, 공동으로 사용하는 공용 부분의 경우 해당 공간의 운영 및 유지관리에 요구되는 관리 비용을 단지를 구성하는 입주자 등이 공동으로 납부하는 제반 비용으로 충당하고 있다(Oh and Kim, 2020).

반면, 세대 내 전용 부는 세대 소유자 혹은 임차인이 하자 발생에 따른 유지보수 행위 및 그에 따른 비용을 개별로 부담하고 있으며, 공동으로 관리해야 할 공간이 아니기 때문에 대부분의 공동주택 관리 주체의 관리 초점은 공용 공간에 맞춰져 있다(Ji et al., 2010).

허나, 공동주택을 구성하는 여러 물리적 공간 중 재실 빈도, 공간의 물리적 규모는 공용 부분에 비해 거주 목적인 전용 부분의 비중이 높다.

더욱이, 임대주택의 경우 각 세대가 소유되는 분양 주택과 달리 임대 사업자가 주택을 공급하고 관리하기 때문에, 공급 주체가 해당 재고를 관리해야 하는 특성이 있다(Lim, 2015).

이에 임대주택의 관리 주체는 단순 공용 공간뿐만 아니라 세대 내 전용 공간까지 운영 및 유지 관리 대상이 확장된다(Kang, 2022).

이러한 관리 특성으로 인해 최근 한국토지주택공사에서는 운영 및 유지관리 단계에서의 효율적인 체계 구축을 위해 건설기술정보시스템인 Construction Technology Information System (COTIS)에 유지관리 처리 이력을 기록 및 관리하고 있다(LH, 2024).

COTIS에서는 하자발생 정보를 온·오프라인으로 접수 가능하다. 사용자는 하자 유형, 위치, 상세 설명, 파일 등을 입력하면 접수된 하자 정보는 중앙 데이터베이스에 저장되며, 접수 번호, 하자 유형, 위치, 접수 일자, 처리 상태 등 다양한 항목으로 관리된다.

허나, 이러한 이력 관리 시스템은 하자 발생에 따른 처리 프로세스의 기존 재래식 방법에서 웹 플랫폼화에 따른 처리 프로세스 간소화 및 효율 증진을 목표로 한다.

더욱이, 앞서 언급한 바와 같이 임대주택의 특성에 따라 공용 및 전용 부 관리 대상 공간이 매우 많아 공간 내 세부 부위별 하자 보수 이력 관리는 이루어지지 못하는 한계가 존재한다.

따라서 본 연구에서는 처리 프로세스의 간소화에서 벗어나, 구성하는 세부 부위별 이력 관리 및 모니터링이 가능한 BIM 모델을 제안하고자 한다.

2.2 장기수선계획

장기수선계획이란 공동주택을 장기간 안전하고 효율적으로 사용하기 위하여 「공동주택관리법」 제29조 제1항에 따라 공동주택을 구성하는 공간 내 모든 부위의 주요 시설물 및 마감 재료의 교체 및 보수 등에 대해 수립하는 관리 계획을 말한다(Han et al., 2002). 이는 공동주택 준공 후 주요 시설 및 마감 재료의 교체 및 보수 사유가 발생할 경우 대비하여 장기적으로 연도별 수선 계획을 수립하여, 주요 시설물의 교체 및 보수를 적기에 실행함으로써 공동주택 장수명화 및 입주자의 쾌적한 주거 환경 유지를 목적으로 한다(Lee et al., 2023).

이러한 장기수선계획의 수립 기준은 「공동주택관리법 시행규칙」 별표 1에서 규정하고 있는 70여 개의 항목에 따르며, Table 2은 장기수선 계획 수립 대상 시설과 표준 수선 주기 및 수선율에 따른 공간 및 부위의 분류 류 체계에 따르면, 공동주택의 표준 수선 주기를 공간에 따라 6종(건물 외부, 건물 내부, 전기·기계 설비, 급수·위생 설비, 난방·급탕 설비, 옥외 부대시설)로 구분하고 있다. 각 분류된 공간별 표준 부위는 각기 공간 내 유지관리가 요구되는 구성 요소들로 분류되며, 부위 내 마감 재료 및 시설물의 경제적 수명을 고려하여 표준 수선 주기를 정하고 있다.

이러한 장기수선계획에 따른 공간 내 부위별 자재의 잔여 경제 수명 모니터링을 기반한 운영 및 유지관리가 요구된다. 이를 위해 시공 단계에서 As-built 된 부위별 자재 및 재료에 대한 정보가 운영 및 유지관리 단계로 전환되어야 한다. 더욱이, 하자 발생 등으로 인한 부위별 자재 교체에 따른 유지보수 이력이 지속적으로 관리될 수 있는 부위별 이력 관리 체계의 구축이 요구된다.

따라서 본 연구에서는 장기수선계획에서 규정하고 있는 공간 내 부위에 따른 개별적 이력 관리가 가능한 As-built BIM 모델 기반의 공간 BIM 모델 구축 방법론을 제안하고자 한다.

2.3 공동주택 BIM 도입현황

조달청에서는 2016년부터 1,000억 이상의 공공 공사 시 BIM 도입을 의무화하고 있으며, 국토교통부는 2022년까지 SOC 사업의 20%까지 BIM 적용을 추진 중이다(MOLIT, 2022a). 공공 분야의 경우 2009년 국내 최초로 한국토지주택공사의 공동주택 설계에서 BIM 설계가 도입된 이래로 현재까지 16년 동안 BIM 적용 프로젝트가 이행되었으며 설계단계를 넘어 건축물의 운영 및 유지 관리 단계까지, 기술의 이용 범위가 확장되고 있다(Park, 2018).

허나, BIM 적용 의무화에도 불구하고 공동주택의 BIM 활용은 여전히 설계 및 시공 단계에 머물러 있다.

실제로, 2023년에 실시된 조사에 따르면, 프로젝트 생애 주기 단계에서 BIM 적용 단계를 조사한 결과 가장 많이 사용하는 단계는 ‘실시설계 단계’이며, ‘실시설계 단계 – 시공 단계 – 기본설계 단계 – 중간설계 단계 – 프리콘 단계’ 순으로 조사되었다(Zang et al., 2023).

한편, BIM Handbook의 건설 프로젝트 단계별 가치 흐름에 따르면, 시공 단계에서 가장 많은 정보가 발생하며 이러한 정보의 양은 운영 단계에서 급격히 하락한다(Sacks et al., 2018).

이렇듯 BIM의 활용이 설계 및 시공 단계에 국한되어 있는 한계는 As-built BIM 모델이 지닌 정보가 누락되거나, 가치의 연속적 활용이 단절되는 문제로 이어진다(Kim et al., 2016).

따라서 본 연구에서는 As-built BIM 모델의 연속적 활용을 기반한 운영 및 유지관리 단계에서 활용 가능한 BIM 모델 구축 방법론을 제안하고자 한다.

2.4 유지관리 단계의 BIM 활용연구

유지관리 단계에서 BIM 활용 연구는 크게 BIM 활용 프레임워크 제안 연구와 유지관리 단계에서의 BIM 도입 필요성에 대해 언급한 연구로 분류된다.

Kwon et al. (2013)는 우리나라 주택이 유지관리와 리모델링이 제때 이루어지지 않아 선진국에 비해 수명이 짧고, 이로 인해 사회적 비용 증가 등의 문제점을 예방하기 위해 장수명 공동주택의 체계적인 BIM 적용의 필요성을 제안했다. 이러한 유지관리에서의 BIM 적용을 통해 더욱 경제적이며 효율적인 개선 방향을 제안했다.

Song and Yun (2013)는 주택 보급율이 높아지고 시간이 경과에 따라 노후화되고 결국 철거해야 하는 건축물의 경우 그 성능과 장수명을 위한 유지관리의 필요성을 언급했다. 이에 건축물에 대한 정보를 통합하여 체계적으로 관리할 수 있는 도구로써 BIM 기술 활용을 제안했다.

다음으로, 유지관리 단계에서 BIM 활용 프레임워크를 제안한 연구로 Park et al. (2009)는 초고층 주상복합시설을 관리함에 있어 거주자와 시설 관리 주체 간의 원활한 정보 흐름이 이루어짐으로써 효율적인 유지관리가 이루어질 수 있도록 BIM 기반 초고층 주상복합시설 유지관리 시스템(BMHS)을 제안했다. 허나 해당 연구는 시스템 개발을 위한 기초적인 기술 및 전반적인 시스템 인터페이스 작성 수준에 머물러 있기에 지속적인 기술 조사의 필요성을 언급했다.

Song et al. (2013)는 BIM 물량과 단가 정보와 연계하여 장기수선의 비용을 예측하는 방안을 제시하였다. 허나 해당 연구는 BIM 기반 수선비용 예측에 제한되어 있고, 장기간 운영 및 유지관리 이력을 관리하기 위한 방법론 제시에는 한계가 존재한다.

위와 같이 대부분의 연구는 BIM 활용이 시작된 2000년대 중반부터 2010년대 중반까지 활발히 이루어져 왔으며, 최근 유지관리 단계에서의 BIM 활용 연구는 미비한 실정이다.

더욱이, As-built BIM 모델을 기반으로 운영 및 유지관리 단계로 전환하기 위한 모델 전환 과정에 대한 연구는 저자가 아는 한 존재하지 않았다.

따라서 본 연구에서는 운영 및 유지관리 단계의 이력 관리 특성을 고려한 As-built BIM 모델의 공간 정보 기반 부위별 이력 관리를 수행하기 위한 BIM 모델 구축 방법론을 제안하고자 한다.

2.5 공간 정보 모델

모든 건축물은 벽, 바닥, 지붕과 같은 물리적 객체가 조합된 공간으로 구성되어 있으며, 각 공간에는 공간 용도, 면적, 체적, 부위별 마감 재료와 같은 정보가 존재한다.

즉, 건축물 생애 주기에 따라 모든 공간에서는 단계별로 배정된 특정 활동(Activity)이 발생한다.

Choi et al. (2014)는 이러한 공간에서 발생하는 활동의 특성 및 공간의 기능에 의거해 기능별 작업 공간을 아래 Table 3과 같이 분류했다.

해당 연구에는 공간의 특성에 따라 객체 공간, 작업 공간, 저장 공간. 설정 공간, 경로 공간, 이용금지 공간으로 분류했다. 첫째로, 객체 공간은 건물을 구성하는 벽, 문, 창문 등이 차지하는 면적이다. 둘째로, 작업 공간은 현장에서 활동을 수행하는 데 있어 필요한 인력 및 장비에 필요한 영역이다. 셋째로, 저장 공간은 활동을 수행함에 있어 필요한 자원들을 저장하는 공간이다. 또한, 설정 공간은 타워 크레인, 비계, 리프트카 등 건설 사업 전체를 운영하는데 필요한 분야이다. 다음으로, 경로 공간은 인력, 장비, 자재의 이동에 있어 필요한 영역을 말한다. 마지막으로, 이용금지공간은 특정 활동과 특정 건물 구성 요소의 보호와 관련된 안전 문제로 인해 사용이 금지된 구역이다. 이러한 공간적 특성으로 인해 BIM 분야에서도 공간 정보를 관리 및 활용하기 위한 연구가 진행되어 왔고, 공간 정보 모델로서의 BIM에 대한 선행 연구는 주로 설계 단계와 시공 단계에서 이루어져 왔다.

먼저, 설계 단계의 경우 주어진 설계 조건 하에서 건축물 유형에 따른 공간 성능을 최적화하기 위해 BIM 기반 공간 최적화 연구가 진행됐다(Kwon and Cho, 2016). 해당 연구는 공간을 단위로 스페이스 프로그램별 요구 면적, 체적을 최적화하기 위해 BIM을 활용하였다.

또한, 국토교통부의 건설산업 BIM 시행 지침에 따르면 개념 설계와 실시 설계 단계에서 제안되는 설계안이 스페이스 프로그램을 만족하는지 여부를 판단하기 위해 BIM 공간 정보의 활용을 제안하였다(MOLIT, 2022a).

이에, Lee and Koh (2021)는 최근 조달청 BIM 시행 지침 내 설계단계에서 요구하는 공간 객체의 정보를 구축 및 활용하기 위한 공간 정보 연계 방법론을 제안하였다.

해당 연구에 따르면, 각 공간에 존재하는 정보를 실 정보(e,g. 실 명, 부위별 마감 정보 등)와 면적 정보로 분류하였다. 이후 각 정보를 BIM 모델 내 공간(Room) 기능을 활용해 매개변수로 작성하고, 이를 실내 재료 마감도, 설계 개요, 면적 평면도와 같은 설계 도서와 연계하는 기본 설계 단계에서 공간 정보 작성 및 활용 프레임워크를 제안했다.

한편, 건축행정 시스템 세움터에서는 2022년부터 클라우드 기반 세움터 민원인 메뉴얼을 통해 BIM 모델 서비스를 전면 시행하고 있다(MOLIT, 2022b).

현재 시행 중인 BIM 클라우드 서비스는 인허가 및 사용 승인 민원 신청 시 일반적인 2D 도서와 함께 BIM 모델을 등재할 수 있도록 하고 있으며, 이에 따라 세움터 BIM 설계 기준서를 통해 세움터에 등록되는 BIM 모델의 설계 기준을 규정하고 있다.

이러한 설계 기준에는 BIM 모델 내 구축되어야 할 정보 체계를 주로 정의하고 있으며, 특히 실 공간 분류에 따른 공간 모델 구축에 대한 내용이 포함되어 있다(Lee and Koh, 2021).

이때, 공간 모델은 실 공간, 용도 구획 공간 및 방화 구획 공간 객체로 구성하도록 명기하고 있으며, 이는 BIM 저작 도구가 제공하는 룸(Room) 기능을 활용하도록 제안하고 있다.

이러한 공간 모델의 형상 작성 기준은 모든 실을 실 공간 객체로 표현하여야 하며, 공간 객체의 경계는 벽과 바닥을 기준으로 하되, 만일 해당 객체가 존재하지 않는 경우(e.g. 3면 벽, 상하부 오픈 공간 등) 가상 면을 사용할 수 있다고 Table 4에 명시하고 있다.

나아가, 세움터에서는 BIM 공간 객체 내 속성 정보의 입력 체계를 적용하고 있다. 해당 체계에 따르면, 공간 객체는 개요 모델, 건축 모델, 대지 모델에 작성하도록 되어 있으며, 건축 모델의 공간 객체는 벽, 바닥, 천장의 각 부위별 마감재를 속성 값으로 입력하도록 규정하고 있다.

이처럼, 공간 정보 모델로서의 BIM은 각 공간에 따른 면적, 용도, 마감 재료와 같은 정보를 담을 수 있는 모델로 활용되고 있으며, 이는 운영 및 유지관리 단계에서 부위별 이력 관리를 위한 BIM 모델로 활용될 수 있다. 따라서 본 연구에서는 공간 정보 모델로서의 BIM 기능을 활용하여 운영 및 유지관리 단계에서 장기간 효율적인 부위별 이력관리가 가능한 BIM 공간 모델을 제안하고자 한다.

3. 현행 임대주택 유지관리 체계 분석

3.1 데이터 개요 및 현행 유지관리 체계 도출

본 장에서는 현행 공동주택의 운영 및 유지관리 이력 데이터를 분석하였다. 이를 통해 부위별 이력 관리의 이행 여부 및 이력 관리 방식에 따른 한계점을 정량적으로 도출하였고, 나아가 현행 운영 및 유지관리 체계에서 적용되고 있는 이력 정보 분류 체계를 도출하였다.

분석에 활용된 공동주택은 동일한 사업 주체가 관리하는 2개의 공공 임대주택 단지로 선정되었다.

이는 앞서 2장에서 고찰한 바와 같이 임대주택의 경우 운영 및 유지관리 단계에서 공용부뿐 아니라 전용부까지의 확장된 이력 관리가 요구되기 때문에 본 연구의 사례 분석으로 적합하다고 판단된다.

선정된 2개 사례 프로젝트의 데이터는 2022년부터 2023년까지 2개년 동안 각 단지별로 기록된 유지보수 이력 데이터이며, 데이터의 수는 A 프로젝트가 942건, B 프로젝트가 933건으로 총 1,875건에 해당한다.

수집된 사례 프로젝트의 유지보수 정보 입력 체계 및 데이터 예시는 Table 5과 같다. 관리되고 있는 유지보수 이력은 하자 접수일, 하자 상세 구분, 동, 호수, 공종, 공간, 하자 유형, 하자 내용, 담당자, 접수자, 처리 내용, 처리자, 완료일로 하자 발생 공간에 대한 정보와 하자 유형 및 처리 내용으로 구성되어 있다.

이때, 유지관리 방식에 따른 분류는 크게 일상 보수, 퇴거 보수, 긴급 보수로 구성되어 있다. 먼저, 일상 보수 데이터는 훼손, 오염, 찢김 등과 같이 일상적으로 발생한 하자에 대한 보수 이력으로 구성되어 있다. 다음으로 퇴거 보수는 전용부를 사용하던 재실자의 퇴거에 따라 해당 세대의 마감재 등을 새로 보수하는 것으로, 주로 세대를 구성하는 전체 마감재를 대상으로 일괄 보수가 이루어지는 것으로 나타났다. 마지막으로 긴급 보수란, 누수, 고장과 같이 신속한 보수가 요구되는 이력으로 구성되어 있다. 이러한 보수 유형에 따라 관리되고 있는 이력의 상세 정도에도 차이가 있는 것으로 확인되었다.

먼저, 퇴거 보수의 경우 전체 전용부 세대 내 공간을 대상으로 하기 때문에 실제 유지 관리 행위가 이행된 공간을 특정할 수 없는 한계가 존재하였다. 반면, 일상 보수와 긴급 보수의 경우 직접적인 하자 발생 및 민원 접수에 따라 처리된 유지관리 이력으로, 공용부 및 전용부에 하자가 발생한 실 명과 공종이 명기되어 있다(e.g. 발코니 도장, 욕실 타일).

이는 하자 발생 공간 및 공종을 특정할 수는 있으나, 유지관리에 따른 세부적인 교체 부위는 이력으로서 관리되지 못하는 한계가 존재한다.

이러한 한계는 부위별 투입 자재의 사용 연한을 추적할 수 없어 장기수선계획에서 지정하고 있는 각 공간 내 부위 마감 재료에 따른 경제 수명 주기 및 교체 주기를 특정하지 못하는 문제가 초래한다. 이에 퇴거에 따라 세대 내 마감재의 사용 연한 및 잔여 경제 수명과 무관하게 전체 보수가 이행될 가능성이 있으며, 나아가 장기수선계획에 따른 교체 주기별 유지관리 비용을 예상할 수 없는 문제가 존재한다.

이러한 한계는 부위별 투입 자재의 사용 연한을 추적할 수 없어 장기수선계획에서 지정하고 있는 각 공간 내 부위 마감 재료에 따른 경제 수명 주기 및 교체 주기를 특정하지 못하는 문제가 존재한다. 이에 퇴거에 따라 세대 내 마감재의 사용 연한 및 잔여 경제 수명과 무관한 전체 보수가 이행될 가능성이 존재하며, 나아가 장기수선계획에 따른 교체 주기별 유지관리 비용을 예상할 수 없는 문제가 존재한다.

3.2 A 프로젝트 유지관리 이력 분석

A 프로젝트는 1995년에 준공된 프로젝트로, 17개 동, 2,118세대의 공공 임대주택으로 구성되어 있다. 대상 프로젝트의 단위 세대는 53m², 60m², 67m², 70m²의 4가지 타입으로 구성되어 있다.

해당 프로젝트의 2개 년간 발생한 유지관리 이력 건수는 아래 Figure 1과 같다

Figure 1.

Ratio of maintenance and repair type in project A

총 942건으로, 보수 유형별 건수는 일상 보수 745건, 퇴거 보수 175건, 긴급 보수 22건으로 일상 보수가 79.08%로 가장 높은 비중을 차지하고 있다.

일상 보수는 도배, 장판, 발코니 도장, 발코니 타일, 욕실 타일, 등 공간 내 유지관리에 따른 공종별로 구성되어 있다.

A프로젝트의 유지관리 이력 내 공간별 유지관리 건수는 아래 Table 6과 같다.

퇴거 보수를 제외한 일상 보수 이력은 화장실(209건), 침실(116건), 발코니(62건), 주방(57건), 거실(47건), 현관(21건)의 순서로 빈도가 높았다.

3.3 B 프로젝트 유지관리 이력 분석

B 프로젝트는 경기도 화성에 위치한 2020년에 준공된 프로젝트로, 14개 동 1,640세대의 공공 임대주택으로 구성되어 있다. 대상 프로젝트의 단위세대는 16m², 23m², 24m², 26m², 35m², 36m², 37m², 38m², 41m², 44m² 의 10가지 타입으로 구성되어 있다.

해당 프로젝트의 2개 년간 발생한 유지관리 이력 건수는 아래 Figure 2과 같다

Figure 2.

Ratio of maintenance and repair type in project B

총 933건으로 A프로젝트와 유사한 하자 건수이지만 일상보수 82건, 퇴거보수 848건, 긴급보수 3건으로 퇴거보수가 전체의 90.88% 비중을 차지한다.

B프로젝트의 유지관리 이력 내 공간별 유지관리 건수는 아래 Table 7과 같다.

퇴거보수는 보수면적에 따라 전체보수와 부분보수로 구분되며 퇴거(전체) 44건, 퇴거(부분) 804건이 발생했다. B프로젝트 하자보수 이력에는 A프로젝트와 달리 공간 구분이 되어 있지 않아 하자 부위를 특정할 수 없는 한계가 있었다.

3.4 이력관리 방식에 따른 문제 도출

A 프로젝트와 B 프로젝트의 동일 기간 내 이력 분석 결과, A 프로젝트는 일상 보수 위주(79.08%)인 반면 B 프로젝트는 퇴거 보수(90.89%) 위주로 나타났다.

본 연구에서는 두 가지 다른 보수 방식에 따른 문제점을 정량적으로 도출하고자 전체 공간 내 마감 면적 대비 보수된 면적을 통해 전체 면적 중 보수된 면적 비율(보수율)을 추가적으로 비교 분석하였다.

이때, 분석에 투입한 유지보수 대상 공종은 두 가지 프로젝트의 이력 중 공통으로 존재하는 4가지 공종(욕실 타일, 발코니 타일, 도배, 장판)으로 분석하였다.

다음으로, 일상 보수의 경우 이력 내 기재되어 있는 공간의 유지관리 부위의 면적을 산출해 분석에 투입하였으며, 퇴거 보수의 경우 해당 세대 내 단위 공종이 투입되는 전체 면적을 분석에 투입하였다.

보수율(%)=공종별기재된실보수부위면적(m²)당해공종에해당하는전체면적(m²)×100

분석 결과, 2개 년간 A 프로젝트의 총 보수 면적은 10,032.706 m²로, 보수율은 78.68%로 도출되었다. 반면, B 프로젝트의 경우 동일 기간 내 기록된 총 보수 면적이 37,901.123m²로, 보수율은 97.19%로 도출되었다.

각 세부 공종에 따른 보수율은 A프로젝트의 경우 도배 364건(38.64%), 장판 292건(31%), 발코니 도장 9건(0.96%), 발코니 타일 3건(0.32%), 욕실 타일 2건(0.21%), B프로젝트의 경우 도배 77건(8.25%), 장판 52건(5.57%), 발코니 타일 35건(3.75%), 발코니 도장 16건(1.17%) 순서로 집계되었다.

이러한 보수율 차이는 일상 보수 대비 퇴거 보수 비율이 높은 B 프로젝트의 경우 마감 재료의 사용 연한에 무관한 보수에 따라 지출되는 불필요한 비용이 발생할 가능성이 있으며, 장기수선계획의 부위 내 마감 재료별 교체 주기에 따른 유지보수 및 이력 관리를 기반한 운영 및 유지 관리 체계가 요구됨을 의미한다.

4. 공간 모델 구축 프레임워크

4.1 BIM 기반 운영 및 유지관리 정보 체계

본 절에서는 앞선 2장 및 3장을 통해 고찰한 장기수선계획 및 현행 유지관리 이력 체계에 의거해 운영 및 유지관리 단계에서 요구되는 정보 체계를 도출하였다. 도출된 정보 체계는 매개변수로 생성되어 각 공간 모델에 독립적으로 구축하였다.

먼저, 현행 운영 및 유지관리 체계 및 장기수선계획에 따르면 각 단지를 구성하는 공간에 따른 개별적인 이력 관리를 위한 모델이 요구되며, 나아가 공간을 구성하는 부위별로 독립된 정보가 구축되어야 한다.

이러한 정보 체계에는 단순 마감재에 대한 정보뿐만 아니라 하자 정보, 처리 이력 정보 등의 유지관리 이력 데이터가 관리되어야 한다.

따라서 본 연구에서는 운영 및 유지관리 단계에서 유지 보수 이력을 공간 BIM 모델에 구축하기 위한 정보 분류 체계 및 데이터 형식을 Table 8과 같이 설정하였다.

본 연구에서 BIM 공간 모델의 매개변수를 기반으로 운영 및 유지관리 단계에서 관리해야 할 정보로는 크게 프로젝트 정보, 세대 정보, 공간 정보, 하자 정보, 처리 이력 정보로 구성하였고, 세부적인 매개변수는 총 21가지로 구성하였다. 이때, 프로젝트 정보의 경우 단지를 구성하고 있는 모든 공간에 동일하게 정의되는 매개변수이기 때문에 프로젝트 매개변수로 구축하였고, 그 외 정보는 각 공간 모델의 유형에 따라 개별적으로 구축될 수 있도록 유형 매개변수로 구성하였다.

위 정보는 매개변수로 각 공간 모델에 개별적으로 입력되며, 이를 통해 공간 별·마감 재료별 유지관리 이력이 BIM 환경 내에서 구축될 수 있고, 나아가 장기수선계획에 따른 표준 수선 주기 및 부위별 자재의 잔여 수명을 확인할 수 있다.

4.2 As-built BIM 모델 기반 공간모델 생성

본 절에서는 As-built BIM 모델의 공간 정보 모델로 전환을 통한 간소화된 BIM 모델 생성 및 매개변수 연계 프레임워크를 구성하였다.

먼저, 본 연구에서 정의하는 공간 모델이란, 장기수선계획에 따라 운영 및 유지관리 단계에서 부위별 이력 관리가 요구되는 단위 공간의 매스 모델을 의미한다.

이는 객체 지향의 As-built BIM 모델 내 실간 경계벽으로 둘러싸인 공간(Space)을 매스(Mass) 모델 패밀리(Family)로 전환한 것으로, 이를 통해 각 실내의 부위별 마감재의 재료 정보, 수선 일자, 잔여 수선 주기 및 현행 유지관리 체계에 의거한 하자 정보와 처리 이력 정보를 독립적으로 관리할 수 있다.

아래 Figure 3, 4는 각각 공동주택을 구성하는 특정 단위세대의 As-built BIM 모델(LOD 300)과 본 연구에서 제안하는 BIM 공간 모델의 비교 예시이다.

Figure 3.

As-built BIM model unit household visualization

Figure 4.

Space BIM model unit household visualization

그림과 같이, As-built BIM 모델은 각 부위를 구성하는 일정 두께 값을 가진 객체(Object) 별로 표현되어 있는 반면 공간 모델은 각 부위가 단일 면(Surface)으로 구성되어 있는 매스 모델이다. 또한, 각 면은 각기 독립된 유형 매개변수가 정의된다. 이를 통해 BIM 모델 환경 내에서 부위에 따른 유지관리 이력이 기입될 수 있다.

Figure 5는 As-built BIM 모델 기반의 공간 모델 생성 및 매개변수 연계 프레임워크이다.

Figure 5.

Space BIM model generation and parameter linkage framework

먼저, As-built BIM 모델은 모델 내 실별 용도에 따라 각기 독립적인 룸으로 지정한다.

지정된 룸은 룸을 둘러싼 각 경계 벽, 바닥, 천장에 의거해 체적과 형태가 결정되며, 이를 기반으로 3D 매스 모델이 생성된다. 생성된 3D 매스 모델은 각기 독립적인 패밀리(Family)로 구축되며, 공간에 따라 독립된 공간 정보 모델이 생성된다.

이후, 4.1절에서 제안한 운영 및 유지관리를 위한 매개변수가 각 공간 모델에 지정되며, 운영 및 유지관리 정보 중 프로젝트 정보, 세대 정보, 공간 정보는 As-built BIM 모델로부터 추출되어 각 공간 모델에 입력된다. 그 외 운영 및 유지관리 단계에서 요구되는 정보는 공간모델에 따른 개별적 매개변수로 연계된다.

이를 통해 As-built BIM 모델에 내포되어 있는 수많은 시공 정보 중 운영 및 유지관리 단계에서 모니터링이 요구되는 대상 정보만을 함축적으로 담고 있는 간소화된 BIM 모델이 생성된다.

본 연구에서 BIM 저작 도구는 Revit 2024를 활용하였으며, 제안하는 공간 모델 생성 프레임워크는 Revit의 VPL인 Dynamo를 통해 자동화하였다.

자동화 과정은 Figure 6과 같다. 먼저, 프로젝트 모델 내 존재하는 모든 룸 객체를 식별하고, 이 중 모델 공간이 지정되지 않은 오류 객체를 제외하여 전처리하였다.

Figure 6.

Space BIM model generation algorithm flow

이후, 각 공간 객체의 경계 정의에 따라 해당 객체를 3D 형태의 매스 모델 패밀리로 변환하였다.

변환된 모델에는 각 공간 객체에 정의된 매개변수를 부위별로 연계하였다. 이러한 프레임워크는 BIM 모델의 상세 수준을 감소시켜 장기간 운영 및 유지관리의 활용도를 증진시키며 동시에 관리해야 할 정보를 독립적으로 구축하기 위한 데이터베이스로 활용할 수 있다.

더욱이, 부위별 상세 모델의 시각화가 요구될 시 As-built BIM 모델과의 모델 링크를 통해 1:1로 요구되는 부위의 시각화가 가능하다.

단, 본 연구에서는 공간을 구성하는 부위별 마감 재료에 대한 정보로 범위를 한정하였으며, 각종 배관 및 시설물은 본 연구의 범위에서 제외하였다.

5. 사례 적용 및 분석

5.1 사례 프로젝트 개요

본 연구에서 제안하는 공동주택의 As-built BIM 모델 기반 운영 및 유지관리 단계를 위한 공간 모델 구축 프레임워크의 적용성을 검증하기 위해 대상 프로젝트는 실제 As-built BIM 모델이 존재하는 공공 임대주택으로 선정하였다.

본 연구에서 제안하는 프레임워크의 적용 대상 프로젝트 개요는 Table 9와 같다. 선정된 대상 프로젝트는 6개 동 1,150세대의 주거부와 부대복리시설, 근린생활시설 및 지하주차장(MEP 실 포함)으로 구성되어 있다.

대상 프로젝트의 As-built BIM 모델은 Figure 7과 같다. 해당 As-built BIM 모델은 건축, 구조, 설비, 대지(토목) 모델이 각기 공종별 프로젝트 모델로 분할되어 있으며, 건축 모델의 상세 수준은 LOD 300으로, 두께 10mm 이상의 마감 재료가 모두 표현되어 있음을 확인하였다.

Figure 7.

As-built BIM model of case project

5.2 공간 객체 기반 공간 모델 전환

본 절에서는 4장에서 고안한 공간 모델 생성 및 매개변수 연계 프레임워크를 사례 프로젝트의 As-built BIM 모델에 적용해 봄으로써 본 연구에서 제안하는 방법론의 적용성을 검증하였다. 선정된 사례프로젝트는 전용부에 해당하는 기준층 모델과 부대 복리 시설에 해당하는 하부층 모델로 각기 분류되어 있어 검증 역시 두 가지 모델로 나누어 진행하였다.

프레임워크 검증의 주요 과정은 아래와 같다.

먼저, BIM 모델 내 공간 객체는 4장에서 분류한 공간 분류 체계에 의거해 각 관리해야 할 단위 공간별로 독립적인 룸 객체를 작성하였다.

이후 이를 본 연구에서 구축한 Dynamo 알고리즘에 입력하였고, 입력된 룸 객체는 전처리 과정을 거쳐 오류 객체가 제거되었으며, 룸의 체적 형태를 식별하여 각기 독립적인 3D 매스 모델이 생성되었다.

생성된 3D 매스 모델은 일반 모델 패밀리로 생성하였고, 생성된 모델은 각 공간 객체에 지정되어 있는 매개변수와 연계되었다. 이때, 매개변수는 앞서 4장에서 규정한 관리해야 할 정보 분류 체계에 의거해 사전에 정의된 매개변수에 의해 구축되었다.

나아가, 각 공간 모델의 시각적 구분을 위해 공간 모델의 용도에 따라 각기 다른 색으로 표시되도록 기능을 추가하였다.

Figure 8, 9는 As-built BIM 모델을 구성하는 전체 단지 내 룸 객체를 운영 및 유지관리 단계에 활용 가능한 공간 모델로의 전환 결과이다. 아래 그림과 같이 BIM 모델 내 각 공간 분류 체계에 의거해 독립된 공간 객체로 생성되었다. 더욱이, 각 룸에는 그림 n과 같이 운영 및 유지관리 단계에서 관리해야 할 정보가 매개변수로 연계되었다.

Figure 8.

Space BIM model generation result (housing department)

Figure 9.

Space BIM model generation result (public department)

이를 통해 복잡도가 높은 As-built BIM 모델은 간소화된 공간 모델로 전환되었고, 각 공간 모델은 운영 및 유지관리 단계에서 요구되는 부위별 정보가 구축되었다. 이를 통해 BIM 기반 공간 내 부위별 이력 관리가 가능할 것으로 판단되며, 이는 BIM 일람표를 기반으로 한 Excel 과의 상호 연동도 가능할 것으로 사료된다.

5.3 공간 BIM 모델 생성 결과

다음은 프레임워크 적용에 따른 주요 결과이다. 프레임워크 적용에 따라 생성된 BIM 공간 모델은 총 9,754개로 도출되었다. 이 중 전용부를 구성하는 공간 모델은 총 1,150세대의 9,565개로 도출되었고, 공용부를 구성하는 공간 모델은 총 189개로 도출되었다. 이를 사례 프로젝트의 건축물대장(총괄)에 등재된 정보와 비교하면 Table 10과 같다.

먼저, 공간의 수 주요 결과는 총 세대수 1,150세대가 모두 생성되어 전환율은 100%로 도출되었다. 또한, 부대복리 시설의 경우 사례 프로젝트 건축물대장에 분류된 공간은 16호인 것에 비해 본 연구에서 제안하는 프레임워크를 기반한 공간 모델은 총 189호로 전환율은 1,181.25%로 도출되었다.

또한, 부대 복리 시설 면적은 건축물대장 상 21,507m² 대비 23,423m²로 전환율은 108.91%로 도출되었다. 위 주요 결과 중 초과 전환된 공간의 경우 PD, 주차 램프 하부와 같이 건축물대장에 등재되는 연면적 산출에서 제외되는 부위가 존재하기 때문으로 해석할 수 있다.

다음은 BIM 모델 생성에 따른 매개변수 연계 결과이다(Figure 10). 앞선 4.1절에서 구축한 총 21개의 프로젝트 및 유형 매개변수가 아래와 같이 각 공간 모델에 연계되었다. 이러한 매개변수 체계는 사용자의 요구에 따라 추가될 수 있으며, 이는 BIM 기반의 부위별 유지보수 이력 구축이 가능한 이력모델로서의 BIM 활용이 가능함을 의미한다.

더욱이, 객체의 상세 수준이 높은 As-built BIM 모델과의 1:1 모델 링크를 통해 부위별 시각화가 요구될 시 해당 부위의 시각화가 가능하다. 나아가, 본 연구에서 제안하는 공간 BIM 모델은 상세 수준이 높은 As-built BIM 모델에 비해 데이터 효율이 높아 장기간 관리 및 활용이 요구되는 운영 및 유지관리 단계에 적합하다.

Figure 10.

Maintenance history management schedule

6. 결 론

본 연구에서는 현행 운영 및 유지관리 단계 내 이력 관리 체계의 한계점을 도출하고, 이를 개선하기 위해 As-built BIM 모델의 연속적 활용을 기반으로 한 BIM 공간 모델 생성 프레임워크를 제안하고 검증하였다.

먼저, 장기수선계획에 의거해 공간 모델의 분류 기준을 정의하였고, 현행 운영 및 유지관리 단계에서 요구되는 이력 정보 체계 분석을 통해 BIM 기반 운영 및 유지관리를 위한 매개변수 분류 체계를 도출하였다.

이후, BIM 저작 도구 내 룸 객체를 활용한 매스 형태의 공간 모델 생성, 유지관리 이력 정보 입력을 위한 매개변수 연계 프로세스를 구축하였고, 이를 Revit의 VPL인 Dynamo를 통해 자동화 알고리즘을 구축하였다. 나아가, 실제 As-built BIM 모델이 존재하는 사례 프로젝트에 적용해 봄으로써 자동화 프로세스의 적용 가능성을 검증하였다.

본 연구에서 제안한 BIM 기반 운영 및 유지관리를 위한 매개변수로는 프로젝트 정보, 세대 정보, 공간 정보, 하자 정보 및 처리 이력 정보로 구축하였다. 또한, 각 공간을 분류하는 공간 분류 체계는 장기수선계획에서 요구하는 부위별 마감 재료의 잔여 수선 주기를 모니터링 할 수 있도록 구성하였다.

제안한 프레임워크의 사례 프로젝트 적용 결과, 전용부 공간 모델 총 9,565개, 공용부 공간 모델 총 189개로 전체 단지 내 9,754개의 공간 모델이 생성되었다. 이를 사례 프로젝트의 건축물대장에 등재된 정보와 비교한 결과, 전용부에 해당하는 총 세대수 1,150세대가 모두 생성되어 전환율을 100%로 도출되었으며, 공용부의 경우 건축물대장 상 연면적 21,507.5m² 대비 생성된 면적은 총 23,423.51m²로 공용부 공간 모델 전환율은 108.91%로 도출되었다.

본 연구의 연구적 가치는 다음과 같다. 먼저, 시공 단계를 거친 As-built BIM 모델이 운영 및 유지관리 단계로의 연속적 활용이 단절되는 한계점을 해소하기 위해 요구 정보를 기반으로 한 모델 전환 프레임워크를 제안하였다는 데 의의가 있다. 이는 기존의 BIM 관련 연구가 주로 설계 또는 시공의 특정 단계에 초점이 맞춰진 것에서 나아가 유지관리 단계로의 모델 전환 방안을 제안했다는 데에 차별성이 있다. 또한, 현행 운영 및 유지관리 체계의 부위별 이력 관리가 이행되지 못하는 한계로부터 야기되는 문제점을 개선하기 위해 운영 및 유지관리 단계에 초점을 맞춘 간소화된 BIM 모델을 제안하였다는 데에 가치가 있다. 이는 운영 및 유지관리 단계에서의 BIM 지침 및 준공 시 As-built BIM 모델의 납품 표준 마련의 기초 연구로 활용할 수 있다. 허나, 운영 및 유지관리 단계에서 BIM 공간 모델을 기반한 구체적인 활용 방안을 제안하지 못한 것은 본 연구의 한계이며, 실제 유지관리 단계에서의 활용을 통한 실효성 검증은 추후 연구를 통해 이루어져야 한다. 더욱이, 본 연구에서 다룬 실내 마감 재료뿐 아니라 각종 배관과 같은 설비 및 시설물로의 적용 범위 확장은 추후 연구를 통해 제안될 필요가 있다.