Productivity and ROI Analysis by Design Phase based on BIM- Case Study on Small-Scale Design Offices -

Yong-Yeon Kim; Yun-Gu Lee; Nam-Hyuk Ham; Jae-Jun Kim

doi:10.13161/kibim.2025.15.2.015

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Research Article

Journal of KIBIM. 30 June 2025. 15-27
https://doi.org/10.13161/kibim.2025.15.2.015

Productivity and ROI Analysis by Design Phase based on BIM- Case Study on Small-Scale Design Offices -

BIM 중심 설계 업무의 단계별 생산성 및 ROI 분석 연구- 소규모 설계사무소를 중심으로 -

Yong-Yeon Kim¹

Yun-Gu Lee²^*

Nam-Hyuk Ham³

Jae-Jun Kim⁴

김 용연¹

이 윤구²^*

함 남혁³

김 재준⁴

¹학생회원, 한양대학교 건축공학과 석사과정

²학생회원, 한양대학교 건축공학과 박사과정

³정회원, 한양사이버대학교 건축도시건설공학부 조교수

⁴정회원, 한양대학교 건축공학부 교수

^{*Corresponding Author}

ABSTRACT

Although the adoption of Building Information Modeling (BIM) is increasingly emphasized due to the growing complexity and scale of the construction industry, the global and domestic use of BIM remains largely focused on regulatory compliance through transitional implementation. While economic factors are the primary barriers, clear benefits of BIM adoption have been identified, particularly for small-scale architectural firms in Korea. This study analyzes 26 case projects located within the same public housing district to quantitatively assess productivity and return on investment (ROI) across different design phases—schematic design (SD), design development (DD), and construction documentation (CD). Labor productivity was compared between 2D-based and BIM-based design approaches based on unit area cost. Additionally, ROI was calculated using a proposed phase-specific ROI formula to analyze (1) the ROI difference between 2D and BIM-based design and (2) changes in ROI relative to the number of years since BIM adoption. The findings indicate that BIM-based design exhibits lower productivity in early phases due to front-loaded tasks, but productivity consistently improves as the design phases progress, supported by increased data connectivity. While ROI remains negative during SD and DD, it shows a significant increase in the CD phase. Moreover, firms with longer BIM experience demonstrated higher and more stable ROI. This study contributes by presenting a practical phase-based ROI measurement method and providing quantitative indicators that clarify the value of BIM implementation in the design phase. The research concludes with a discussion of its implications and suggestions for future study.

Keywords

BIM

ROI

Design Phase

Productivity

키워드

빌딩정보보델링

투자 대비 수익률

설계 단계

생산성

MAIN

1. 서 론
1.1 연구의 배경 및 목적
1.2 연구의 범위 및 방법
2. 이론적 고찰
2.1 설계 업무의 단계 정의
2.2 국내 설계사무소의 BIM 활용 현황
2.3 BIM 중심 설계의 특성 및 단계별 이점
2.4 BIM ROI 분석
3. BIM 설계 생산성 및 ROI 분석 프레임워크
3.1 BIM ROI 측정 공식
4. 사례 데이터 수집 및 전처리
4.1 데이터 수집 개요
4.2 데이터 수집 결과 및 투자 비용 산출
5. BIM 중심 설계 단계별 생산성 및 ROI 분석
5.1 2D 기반 설계와 BIM 중심 설계의 단계별 노동 생산성 분석
5.2 BIM 중심 설계의 설계 단계별 ROI 분석
6. 결 론

1. 서 론

1.1 연구의 배경 및 목적

건축 기술의 발전으로 건설 산업이 점차 복잡화·대형화됨에 따라 설계 품질 확보 및 효율적인 건설 관리의 중요성이 대두되고 있다(Kyung et al., 2019). 이러한 배경에서 한국뿐 아니라 전 세계적으로 오랜 기간 건설산업의 BIM (Building Information Modeling) 도입을 통한 디지털 설계로의 전환 필요성은 꾸준히 언급되고 있으며, 그 시도는 증가하고 있다.

싱가포르는 2013년부터 자체적인 건설청(Building and Construction Authority, BCA)의 표준 코드를 통해 설계 도서를 BIM 형식으로 제출하는 것을 의무화하고 있으며(Liao et al., 2021), 홍콩 역시 2017년부터 건설 프로젝트에서 BIM의 의무적 도입을 확대하고 있다(DEVB, 2024). 허나, 이러한 국가 차원에서의 BIM 도입의 시도 및 노력에도 불구하고 여전히 BIM 적용은 다양한 어려움에 직면해 있다(Olanrewaju et al., 2022). 실제로, Liao et al. (2021)은 싱가포르의 설계 단계 BIM 채택이 점차 가치 중심이 아닌 규정 준수 중심으로 적용되고 있으며, 이러한 적용은 건설 프로젝트에서 BIM 적용이 상징적인 것에 그치는 한계가 있다고 밝혔다. 한편, 국내의 경우 국토교통부의 스마트 건설 활성화 방안에서 일정 규모 이상의 프로젝트에 BIM 적용 의무화 계획을 발표했으며 현재 시행 적용 중이다(MOLIT, 2022). 이러한 국내 건설 산업의 BIM 도입 의무화에 따른 관심은 특히 설계 단계를 중심으로 시작되었다. 실제로, Kim et al. (2014)의 국내 건설업계 관점별 BIM 활용 현황 파악을 위한 설문조사에 따르면, 설계사무소(80.6%)에서 활용이 가장 많았고, 이후 건설업체(28.0%), CM 전문 업체(10.0%) 순으로 집계되었다.

허나, 국내 BIM 도입 의무화 초기의 설계단계 BIM 도입 관심에도 불구하고 점차 국내 건설 산업에서의 BIM 도입은 싱가포르의 사례와 같이 점차 가치 중심에서 규정 준수 중심으로, 설계 BIM에서 전환 설계 BIM으로 변화하고 있다. 실제로, Zang et al. (2023)의 2020년과 2023년 한국의 BIM 도입 현황 비교 연구에 따르면, 전환 BIM은 2020년 17%에서 2023년 36% 가장 많은 증가 폭을 보였다. 반면, 병행 BIM은 31%에서 22.67%로 감소했고, 시각 BIM은 19%에서 9.33%로 낮아졌다. 즉, 국내 건설산업의 BIM 도입이 점차 규정 준수를 위한 전환 BIM 중심으로 진행되고 있음을 시사한다.

이러한 국내 건설산업 내 설계 단계에서의 BIM 도입 저해 요인은 오랜 기간 다양한 선행 연구를 통해 경제적 요인이 주를 이루는 것으로 밝혀졌다(Kim et al., 2014; Kyung et al., 2019; Zang et al., 2023). 이는 초기 BIM 기반 업무 환경 구축 및 유지를 위한 투자 비용 대비 BIM 중심 설계를 통해 얻을 수 있는 편익에 대한 추정이 어려우며, 나아가 BIM 설계에 따른 설계비용 상승 혹은 인건비 저감에 대한 정량적 편익에 대한 지표가 부족한 원인으로부터 야기된 것으로 볼 수 있다. 더욱이, 설계 단계에서 BIM 도입에 대한 한계점 및 저해 요인은 의무 적용에 해당하지 않는 소규모 설계사무소에서 더 크게 나타날 것으로 전망된다.

한편, 이러한 BIM 설계에 대한 인식에도 불구하고 일부 설계사무소는 설계 단계에서 BIM을 적극 도입하고 있다. 특히, 조달청 및 LH의 의무 적용 대상 프로젝트가 아님에도 불구하고 BIM을 활용하는 설계사무소의 경우 BIM 적용에 따른 명확한 이점이 존재할 것으로 판단된다.

BIM 적용에 따른 단계별 정량·정성적 이점은 다양한 연구에서 여러 관점을 통해 밝혀졌지만, 저자가 아는 한 소규모 설계사무소의 설계 업무를 중심으로 BIM 도입에 따른 투자 대비 수익률을 도출한 연구는 존재하지 않는다. 더욱이, BIM의 여러 기능 중 파라메트릭 엔진(Parametric engine)을 기반한 상세 수준(Level of detail, LOD) 전환의 용이성은 잘 알려져 있지만(Sacks et al., 2018), 그에 비해 사례 분석을 기반한 기본설계-중간 설계-실시설계 등 실제 실무에서 설계 단계 전환에 따른 생산성을 정량적으로 분석한 연구 역시 존재하지 않는다.

따라서 본 연구에서는 BIM 중심 설계의 설계 단계별 투자 대비 수익률 및 노동 생산성 분석에 목적이 있다. 이를 통해, BIM 설계의 이점 및 단계 전환에 따른 생산성 변화 추이를 정량적으로 분석하고 BIM 중심 설계를 통해 얻을 수 있는 편익에 대한 기초 지표 및 시사점을 제공하고자 한다.

1.2 연구의 범위 및 방법

본 연구에서는 BIM 도입에 따른 설계 단계별 노동 생산성 및 ROI (Return On Investment)를 정량적으로 분석하기 위해 완전 BIM 중심 설계(Full BIM-Centric Design Process)의 소규모 설계사무소 2개사와 2D 기반의 소규모 설계사무소 3개사를 선정하였다. 이후, 각 선정된 설계사무소에서 2017년부터 2023년까지 진행된 프로젝트의 설계 단계별 투입 인원의 엔지니어링 표준 업무 대가 표에 따른 기술자 등급 및 각 인원별 투입일 수 데이터를 수집하였다.

또한, BIM 중심 설계사무소의 경우 투자 요소를 산출하기 위해 각 직원별 실제 교육 비용, 교육 월 수 및 평균 근속 기간을 수집하였다. 나아가, 수익 요소 산출을 위해 2D 기반 사무실의 프로젝트별 투시도 및 적산 외주 비용을 수집하였다. 이때, BIM 중심 설계사무소와 2D 기반 설계사무소의 사례 중심 샘플링 작업의 ROI 산출 시 설계 난이도, 저촉 법규에 따른 업무량의 변화 등의 외적 요인을 최소화하기 위해 동일한 지구단위계획으로 묶인 특정 공공택지 지구에서 진행된 프로젝트로 사례 수집의 범위를 한정하였으며, 건축물의 규모 및 용도는 지상 4층의 다가구 주택으로 한정하였다.

사례 프로젝트는 총 26개의 다산 진건 공공주택 지구에서 진행된 다가구주택 프로젝트가 수집되었다. 본 연구의 분석은 크게 두 가지로 진행되었다. 먼저, 설계 단계별 투입 인력 데이터를 토대로 단계별 노동 생산성을 도출하였다. 이를 통해 단계 전환에 따른 BIM 기반 설계의 이점 및 생산성 변화 추이를 도출하였다.

다음으로, BIM 기반 설계의 ROI 분석을 진행하였다. 이때, ROI 분석의 방법은 선행 연구에서 제안한 BIM ROI 측정 공식을 일부 수정해 적용하였다. 이에 BIM 기반 설계의 투자 요소로 교육비, 소프트웨어 비용을 산출하였고, 수익 요소로 설계 시간 단축에 따른 인건비 저감, 투시도 및 적산에 따른 외주비용 저감 비용을 산출하였다. 이를 통해 BIM 기반 설계의 단계별 ROI를 도출하였다. 나아가, BIM 전환 연차가 각기 다른 BIM 기반 설계사무소의 전환 연차에 따른 생산성과 ROI를 비교 분석하였다. 단, 본 연구에서는 BIM 기반 설계에 따른 수익 요소로 설계비 상승 요인은 고려하지 않았으며, 팬데믹 및 가상 화폐에 의해 하드웨어 가격 변동 폭이 심한 기간 내 수집된 데이터이기 때문에 하드웨어 비용 역시 제외하였다. 나아가, 수집된 데이터의 수행 연도가 각기 다르기 때문에 소프트웨어 비용의 경우 최신 연도를 기준으로 동일하게 계상하였다.

2. 이론적 고찰

2.1 설계 업무의 단계 정의

선행 연구에서 정의한 설계 업무의 단계는 업무 특성에 따라 크게 기획, 계획 설계, 중간 설계, 실시 설계 단계로 구분된다(Lee & Kim, 2011). Table 1은 국내외 주체별 설계 단계 구분의 정의이다.

Table 1.

Definition of design phase classification by stakeholder

Principal	Design phase classification	Major tasks by design phase
MOLIT	PD	Scope review, site survey, design guidelines
	SD	Architectural program, model, architectural drawings, engineering plan
	DD	Preliminary specifications for all disciplines, design documentation, regulatory review, drawings preparation
	CD	Detailed specifications for all disciplines, design documentation, detailed cost breakdown for each trade
KIRA	PD	Scope review, regulatory review, site survey, design guidelines
	SD	Site analysis, design direction, massing plans, drawing plan
	DD	Drawing plans for each discipline, engineering plan
	CD	Construction document preparation, detail drawing preparation, specification preparation
PD (Preliminary design), SD (Schematic design), DD (Design development), CD (Contract documents)
AIA California council report	Co	Define scope, schedule, initial cost
	Cd	Basic design, system selection, quality level of finishes, overall schedule, procurement schedule, cost structure analysis
	Dd	Determination of level of detail, all design decisions
	Id	Document the implementation methods
Co (Conceptualization), Cd (Criteria design), Dd (Detailed design), Id (Implementation)

선행 연구에 따른 설계 단계별 업무는 다음과 같다. 먼저, 기획 단계의 주요 업무는 법규 및 규모 검토, 현장 조사로 구성된다. 계획설계 단계는 평면, 단면 및 입면 계획과 같은 각종 계획 업무로서 실질적인 도면 작성 업무가 시작되며, 중간 설계 단계는 건축 인허가를 포함한 엔지니어링 도면 작성, 실시설계 단계는 시공을 위한 상세 도면 및 공사 시방서 작성으로 구성된다.

본 연구에서는 BIM 중심 설계의 단계별 생산성을 분석하기 위해 기본적인 규모, 법규 검토 및 기획이 주 업무인 기획 설계 단계를 제외하고 실질적인 도면화 작업을 진행하는 계획설계, 중간 설계, 실시설계 단계로 분석 범위를 한정하였다. 또한, 단계의 경계는 인허가를 기준으로 하였으며, 계획안이 완료되어 인허가 작업에 착수하는 시점을 중간 설계 단계의 시작점으로, 인허가 완료 후 착공 준비에 착수하는 시점을 중간 설계 단계의 종료점으로 설정하였다.

2.2 국내 설계사무소의 BIM 활용 현황

국내 설계사무소는 발주처가 BIM 설계를 요구하지 않는 민간 프로젝트에 대해서 BIM 설계 적용은 매우 드물다(Jeon & Kim, 2023). 반면 BIM 도입이 의무화된 공공 프로젝트에서는 2D 설계 후 외부 하도급 업체를 통해 BIM 전환 설계 업무 수행 방식이 주를 이루고 있다(Park & Ock, 2022). 실제로, 국내 설계 사무소의 BIM 도입 주요 이유를 도출한 연구에 따르면, 발주처의 요구 사항 충족이 가장 큰 비중을 차지하였다(Kim et al., 2014). 또한 BIM 사용자 그룹 대상으로 정보 활용 수준에 따른 BIM 기술 성숙 단계로는 ‘전환 BIM’이 35.53%로 가장 큰 비중을 차지했다(Zang et al., 2023). 이처럼 국내 설계 단계의 BIM 활용이 ‘전환 BIM’을 중심으로 이루어지는 것은 싱가포르의 사례와 같이 규정 준수의 인식이 존재함을 시사하며, 이에 여전히 BIM 도입이 의무화되지 않는 프로젝트에서는 설계 단계 내 BIM 도입 시도가 저조한 한계가 있다(Jeon & Kim, 2023).

따라서, 설계사무소로 하여금 BIM 채택에 따른 투자 금액 대비 수익성에 대한 타당성 및 정량적 지표가 필요한 실정이며 이를 통해 가치 중심의 자발적 BIM 도입을 독려하기 위한 연구가 필요한 실정이다.

2.3 BIM 중심 설계의 특성 및 단계별 이점

선행 연구에 따르면, 2D 기반 설계 업무의 경우 업무량이 후반부에 집중되는 반면, BIM 설계 프로세스에서는 프로젝트 초기에 업무량이 집중되는 특성이 있다(Lee & Lee, 2023). 또한, 2D 기반으로 작성된 도면 내 정보는 상호 연관성이 낮아 각 설계 단계마다 유사한 작업이 반복되며, 설계 변경이 발생할 시 변경과 관련된 도서의 수정 및 재작업이 이행되어야 한다(Lee & Jun, 2007). 이러한 이유로 2D 설계 프로세스는 프로젝트가 진행되어 정보의 양이 많아질수록 설계 변경에 따른 재작업 부담이 높아지며, 이에 프로젝트의 상세 수준 및 복잡도가 높아지는 후반부에 업무량이 집중되는 특성이 있다(Banihashemi et al., 2011).

반면, BIM의 Parametric Modeling의 특징은 건축 정보들을 매개변수로 정의할 수 있으며, 정의된 매개변수 값들을 조정하여 상호 연동으로 건축 정보들을 자동으로 업데이트할 수 있다(Kim et al., 2012). 따라서, 프로젝트 초기 단계의 최초 모델 구축에 업무량이 집중되지만, 단계가 진행됨에 따라 추가 매개변수 지오메트리 구조를 이용하여 객체를 다시 그리지 않고 수정할 수 있어 설계 변경, Design Develop에서 이점이 존재한다(Barazzetti et al., 2015). 한편, Eastman (2011)의 BIM handbook 따르면 BIM 소프트웨어에서 생성된 3D 모델은 빠르고 정확한 시각화를 보여주고 모든 단계에서 2D 도면 생성을 통해 시간과 오류 수를 줄일 수 있다. 또한, 설계 변경 시 하위 수준의 자동 수정을 통해 설계 변경 사항을 관리하는 사용자의 필요성이 줄어들게 된다.

선행 연구에서 언급하는 BIM 중심 설계의 이점을 계획설계 단계, 중간 설계 단계, 실시설계 단계의 단계별 업무 특성으로 구분하면 다음과 같다. 계획설계 단계에서는 기본 객체의 3D 시각화와 수량, 개략적인 도면과 일정 계획을 확인할 수 있는 이점이 있다(Cho et al., 2013). 중간 설계 단계에서는 기본설계의 3D 시각화, 상세한 각종 부재의 정보, 도면 산출, 수량, 일정 관리와 구조부재와 타부재간의 간섭 체크가 가능하다는 이점이 있다. 또한, 면적, 재료 정보와 같은 인허가와 관련된 정보를 매개변수로써 관리함으로써, 기존 수작업 인허가 과정에서 발생하던 정보의 오류, 누락과 입력 과정을 최소화할 수 있고 시간 단축을 기대할 수 있다(Yu et al., 2016; Kim et al., 2021). 실시설계 단계에서는 상세 객체의 3D 표현, 전문 분야별 간섭 체크 가능, 높은 파라메트릭 상세 수준, 수량, 견적, 도면 추출, 일정 관리, 시공성 검토 등을 확인할 수 있고(Cho et al., 2013), 설계 변경 시 신속한 대응이 가능하다는 이점이 있다(Eastman, 2011).

즉, 이러한 내용들을 토대로 단계별 이점을 정리하면 다음 Table 2와 같다. 이에 본 연구에서는 선행 연구에서 언급하는 BIM 중심 설계 업무의 이점을 토대로 BIM 설계에 따른 수익 요소를 ①설계 시간 단축에 따른 인건비 감소, ②적산 및 3D 투시도에 따른 외주비 감소로 선정하였다.

Table 2.

Benefits of BIM implementation at each design stage

BIM dimensions	3D					4D	5D
Advantages Phase	3D visualization	Information on various components	Parametric detail level	Clash detection	Permit information management	Schedule management	Quantity takeoff	Estimation
SD	◯		◯			◯	◯
DD	◑	◑	◑	◯	●	◑	◑	◑
CD	●	●	●	●		●	●	●

level of information - ●: High , ◑:Medium, ◯: Low

2.4 BIM ROI 분석

ROI는 투자 대비 수익을 의미하는 용어로 투자한 금액에 대비 얼마만큼의 이익을 얻었는지를 계산하는 방법으로 미국 듀폰(Dupont)사에서 개발된 지표이다(Son & Ock, 2016). 이는, 수익에서 투자 비용을 제외한 값을 투자 비용으로 나눈 수치를 사용하고 있으며 100%를 초과하게 되면 수익성이 있는 투자로 판단하고 100% 미만의 ROI는 손실로 간주한다(Sompolgrunk et al., 2023).

(1)

R O I = \frac{수익 - 투자비용}{투자비용} \times 100 (%)

이때, BIM ROI란 건설 프로젝트에서 BIM을 도입하였을 경우 투자 대비 수익률을 측정하는 것이다. Table 3은 2007년 이후에 진행된 BIM ROI와 관련된 선행 연구이다. 선행 연구에 따른 BIM ROI 측정 방법은 크게 분석의 범위와 분석 방법에 따라 분류할 수 있다.

Table 3.

Methodology and scope of previous studies on BIM ROI

	Research methods				Research scope
Researcher (Year)	Survey	Interview	Case study	Sample test	project based	Company based
Autodesk (2007)	✓					✓
Qian (2012)		✓				✓
Son & Ock (2016)		✓		✓	✓
Reizgevičius et al. (2018)		✓	✓			✓

먼저, BIM ROI 분석 범위에 따른 분류는 크게 컴퍼니 기반(Company-based)과 프로젝트 기반(Project-based)으로 나뉜다. 이때, 컴퍼니 기반 ROI 분석은 재무 흐름, 수주 실적 등 투자 대비 수익률을 대상 회사의 여러 요인을 종합적으로 고려하는 것으로, ROI 결정 요인이 많아 복잡도가 높고, 프로젝트의 설계 단계별 ROI 측정이 어려운 한계가 있다. 반면, 프로젝트 기반 ROI 분석은 분석의 대상이 특정 프로젝트이기 때문에 설계 단계별 BIM ROI의 정량적 측정이 가능하다는 장점이 있다(Son & Ock, 2016).

다음으로, BIM ROI 측정 방법에 따른 분류로는 설문조사(Survey), 면담 조사(Interview), 사례조사(Case study), 샘플링 작업 측정(Sample test)이 제안되었다. 이때, 설문조사와 면담 조사는 실무 종사자들의 BIM과 ROI에 대한 인식을 파악하는 데 활용되며, 사례조사는 기존 2D 방식으로 설계한 프로젝트를 BIM 방식으로 가정하여 도입 효과를 분석하거나, 반대로 BIM 방식으로 설계한 프로젝트를 2D 방식으로 가정하여 재작업과 설계 변경 방지 효과를 산출하는 방식이다. 반면, 샘플링 작업 측정은 특정 프로젝트에서 2D 기반 설계와 BIM 중심 설계에 실제 투입된 설계 인원 및 기간을 수집하여 결과물 작성에 소요되는 비용을 측정하는 방법이다.

이러한 배경에서 Son & Ock (2016)은 BIM ROI 산출에 적합한 방식으로 프로젝트 샘플링을 기반한 BIM ROI 측정 공식을 제안하였다. 이때, 해당 연구에 따른 투자 요소로는 하드웨어 구입비 및 유지관리비, 소프트웨어 구입비 및 유지관리비, 교육비 및 교육 시간을 선정하였으며, 수익 요소로는 추가적인 서비스 제공, 설계 품질 향상에 따른 설계 대가 상승, 3D 및 적산 외주비 감소, 발주자와의 소통 용이 및 오류와 재작업 감소에 따른 시간 단축을 선정하였다. 이를 바탕으로 제안된 BIM ROI 측정 공식을 통해 직원 1인이 1개월 동안 2D 기반 설계와 BIM 중심 설계를 진행했을 때의 ROI를 측정할 수 있다고 언급했다.

따라서, 본 연구에서는 프로젝트 기반 샘플링 작업측정 방법의 Son & Ock (2016)이 제안한 분석 프레임워크를 기반으로 2D 기반 설계사무소와 BIM 중심 설계사무소에서 진행된 프로젝트의 단계별 설계 인원 투입 데이터를 수집하였다. 이후 수집된 데이터를 통해 BIM 중심 설계의 단계별 ROI를 산출하여 BIM 중심 설계의 투자 비용 대비 수익률을 도출하였다.

3. BIM 설계 생산성 및 ROI 분석 프레임워크

본 장에서는 2장을 통해 고찰한 설계 단계 및 BIM ROI 측정 공식을 기준으로 사례조사 중심 샘플링 작업 측정 방법을 통한 완전 BIM 중심 설계사무소의 설계 단계별 생산성 분석 프레임워크를 도출하였다.

이때, BIM ROI 측정 공식은 선행 연구자가 제안한 프로젝트 기반 샘플링 방법을 차용하였다. 단, 선행 연구의 경우 단일 사무실 내에서 2D 및 BIM 중심 설계 프로젝트가 진행될 경우를 가정하여 ROI 공식을 제안하였으나, 본 연구의 경우 각기 다른 사무실에서 진행된 프로젝트를 기반하기 때문에 산출식을 일부 수정하였다. 또한, 프로젝트 샘플링 방식의 경우 실제 진행된 프로젝트에 투입된 설계 인력을 기반하기 때문에, 유사한 규모일지라도 각 프로젝트가 위치한 지역·지구에 따른 저촉 법규 및 대지의 형태 및 설계 난이도에 의한 외적 요인에 따른 영향이 존재한다. 이에 본 연구에서는 이러한 외적 요인을 최소화하기 위해 사례 프로젝트의 수집 범위를 동일한 공공택지 지구에 위치한 특정 블럭에서 일정 기간 내 진행된 프로젝트로 제한하였다.

Figure 1은 본 연구에서 도출한 ROI 분석 프레임워크이다. 본 연구의 BIM 설계 생산성 분석은 크게 2가지 시나리오로 구성하였다.

https://cdn.apub.kr/journalsite/sites/kibim/2025-015-02/N0430150202/images/kibim_15_02_02_F1.jpg

Figure 1.

Framework for productivity and ROI analysis per design phase

먼저, 2D 기반 설계와 BIM 중심 설계의 단계별 노동 생산성을 분석하였다. 이는 단계별 투입 인건비 데이터를 기반하여 수식(2)와 같이 단위 면적당 투입 인건비가 적을수록 노동 생산성이 높다고 분석하여 노동 생산성을 도출하였다. 이를 통해 단계 전환에 따른 노동 생산성 변화 추이를 비교 분석하였다.

(2)

Labor Productivity (단계별) = \frac{연면적 (m^{2})}{설계단계별투입인건비(원)}

다음으로, 2D 기반 설계 대비 BIM 중심 설계의 설계 단계별 ROI를 산출하여 분석하였다. 나아가, BIM 중심 설계사무소의 연차에 따른 ROI를 비교하기 위해 각기 BIM 전환 연차가 다른 BIM 중심 설계사무소의 프로젝트 단계별 ROI를 분석하였다.

3.1 BIM ROI 측정 공식

본 연구의 BIM ROI 측정 공식은 선행 연구를 통해 고찰한 Son & Ock (2016)의 측정 공식을 차용한 다음 일부 수정하여 국내 설계사무소의 설계 단계별 ROI를 측정한다. Son & Ock (2016)의 측정 공식은 Table 4와 같다.

선행 연구의 경우, 단일 사무실 내에서 2D 및 BIM 중심 설계 프로젝트가 진행될 경우를 기준으로 하여 샘플링 작업측정을 통한 ROI 공식을 제안하였다. 허나, 본 연구에서는 각기 다른 사무실에서 진행된 프로젝트를 기반하는 사례조사 중심 샘플링 작업측정이기 때문에 다음과 같이 산출식을 일부 수정하였다.

Table 4.

Investment and benefit factors in the measurement formula from previous studies

$R O I = \frac{(I D R + R O C + R S C) - (H W C + S W C + L C)}{(H W C + S W C + L C)}$
Return factors	IDR	Increase design revenue reduced outsourcing costs
	ROC	Reduced outsourcing costs
	RSC	Reduced schedule costs
Investment factors	HWC	Hardware costs
	SWC	Monthly software subscription cost
	LC	Learning costs (Learning hours, Learning cost)

3.1.1 BIM 중심 설계 투자 요소

먼저 Son & Ock (2016)의 측정 공식에서 투자 요소는 하드웨어 구입 비용(HWC), 소프트웨어 비용(SWC), 교육 시간 및 교육비(LC)로 구분하였다.

이때, 하드웨어 구입 비용의 경우 RAM과 그래픽 카드의 월간 비용으로 구성하였지만, 본 연구에서 수집한 데이터의 시간적 범위가 펜데믹 및 가상화폐와 같은 불가항력적 상황들로 인한 가격 등락이 심하여 비용 데이터 분석 대상에서 제외하였다. 더욱이, 선행 연구자가 언급한 하드웨어 구입 비용은 BIM 기반 설계의 투자 비용으로서 BIM 저작도구 활용을 위한 추가적인 서버 및 데스크탑 부품으로 언급하고 있으나, 각 사무실별 설계 업무를 위한 하드웨어 사양 조사 결과 2D 기반 설계 사무실 대비 BIM 기반 설계사무실의 하드웨어 성능이 유사하거나, 구입 시점에 따라 성능이 더 낮은 부품을 활용하고 있는 등 절대적으로 높지 않은 것으로 나타났다. 이는 최근 2D 기반 설계 사무소 내에서도 SketchUp과 같은 3D 모델링 및 랜더링 프로그램을 사용하고 있어 일정 수준 이상의 하드웨어가 구축되어 있는 것으로 판단된다. 따라서 BIM 도입이 반드시 하드웨어 교체나 성능 향상을 수반하지는 않는다고 판단하였으며, 이에 따라 하드웨어 구입비와 유지관리비는 제외하였다.

다음으로, 소프트웨어 비용은 BIM 소프트웨어 연간 구입비를 단위 일수로 나누어 일일 소프트웨어 사용비로 작업 일수에 따라 적용하였다. 분석 대상 BIM 중심 설계사무소의 경우 모두 Autodesk 사의 Revit을 사용하는 것으로 조사되었으며 이에 BIM 중심 설계 업무의 소프트웨어 투입 비용 계산은 다음 수식(3)으로 진행하였다.

(3)

S W C = (Revit 연구독료 / 365) \times (총소요일수)

마지막으로, 교육 비용의 경우 2D 기반 설계에 사용하는 CAD 프로그램은 모든 작업자가 기본 능력으로 함양한다는 가정하에, BIM 중심 설계사무소에 한정하여 BIM 소프트웨어에 대한 교육비용만 발생하는 것으로 고려하였다. 이에 선행 연구에서 제안한 BIM 설계에 따른 교육 비용을 수식(4)와 같이 차용하였고, 이를 단위 일수로 변환하여 각 설계 단계별 총소요 일수에 곱하여 교육비를 계상하였다.

(4)

L C = \frac{(교육비 + 참여 원급여) \times 교육기간 (월)}{직원평 균근속기간 \times 0.5 \times 30 일} \times 총 소요 일 수

3.1.2 BIM 중심 설계 수익 요소

Son & Ock (2016)의 측정 공식에서 수익 요소는 추가적인 서비스 제공과 설계품질 향상에 따른 설계대가 상승(IDR), 3D 투시도 및 적산 외주비 감소(ROC), 시간 단축에 따른 직원 인건비 감소(RSC)로 구분하였다.

이때, 설계 대가 상승의 경우 본 연구는 사례 중심 샘플링 작업측정을 위해 각기 다른 사무실에서 진행된 프로젝트를 기준으로 하였기 때문에 설계사무소별 설계 업무 대가의 기준이 상이하여 제외하였다.

또한, 2D 기반 설계사무소의 경우 3D 투시도 및 적산 외주는 일반적으로 실시설계 단계에서 진행한다고 응답하여 실시설계 단계에서의 수익 요소로 배분하였다. 이때, 외주비는 2D 설계사무소에서 수집한 각 사례 프로젝트의 실제 외주비용을 BIM 설계를 통한 수익 요소로 분류하였다. 나아가, 직접 3D 투시도 작업을 하는 2D 기반 설계사무소의 경우 ROI 비교 분석 내 BIM 중심 프로젝트의 수익 요소 중 3D 투시도 외주비는 제외하였다. 이때, 2D 설계사무소 중 직접 3D 투시도 작업을 진행하는 경우, 각 사무소별 사용하는 3D 투시도 프로그램의 소프트웨어 구입 및 구독 비용을 2D 기반 설계사무소의 수익 요소에 함께 적용하였다.

마지막으로, 선행 연구에서 제안한 시간 단축에 따른 직원 인건비 감소 요소의 경우 동일한 설계사무소 내 참여 인원이 2D 기반 설계 업무 대비 BIM 중심 설계로 인해 단축된 시간 비율에 참여 설계 인원의 평균 급여를 곱하는 공식을 제안했다. 허나, 본 연구에서는 각기 다른 설계사무소를 기준으로 하였기 때문에 사례 데이터 수집 시 각 설계 단계별 투입 인원 데이터를 각 투입 일수와 투입 인원의 엔지니어링 표준 업무 대가 표에 따른 기술사 등급을 함께 수집하여 각각의 설계 사무실의 설계 단계별 평균 일일 급여를 산출하였다. 이후, 2D 기반 설계 대비 BIM 중심 설계의 시간 단축 비율에 각 설계사무소의 참여 설계 인원의 평균 일일 급여를 곱하는 공식을 제안했다. 수식(5)는 본 연구에서 적용한 BIM 설계 프로젝트의 시간 단축에 따른 인건비 감소 수익 요소 산출 수식이다.

(5)

R S C = 2 D 설계인원평균급여 - B I M 설계인원평균급여 \times \frac{B I M 설계소요일수}{2 D 설계소요일수}

즉, 본 연구에서 BIM ROI 도출에 투입한 투자 요소는 소프트웨어 비용(SWC), 교육비와 교육 시간(LC)으로 선정하였고 수익 요소는 시간 단축에 따른 직원 인건비 감소(RSC), 3D 및 적산 외주비 감소(ROC)로 선정하여 설계 단계별 BIM ROI 측정 공식을 수식(6)과 같이 도출하였다.

(6)

R O I = \frac{(R O C + R S C + S W C_{Sketchup}) - (S W C_{Revit} + L C)}{(S W C_{Revit} + L C)}

4. 사례 데이터 수집 및 전처리

4.1 데이터 수집 개요

본 연구에서 BIM 중심 설계의 단계별 ROI 분석을 위해 수집한 프로젝트는 BIM 중심의 소규모 설계사무소 A사 2개, B사 3개, 2D 기반의 소규모 설계사무소 C사 3개, D사 8개, E사 10개로, 총 5개 사무실의 26개 프로젝트로 선정하였다. 이때, BIM 중심 설계사무소의 경우 심층 인터뷰를 통해 BIM 중심 설계 업무 전환 연차가 A사 2년 차, B사 5년 차로 나타났다.

또한, 앞서 언급한 바와 같이 프로젝트의 설계 난이도 및 법규 등의 외적 요인을 최소화하기 위해 프로젝트 샘플링의 지역적 범위를 특정 공공택지 지구에서 2017년부터 2023년까지 착수 및 완공된 프로젝트로 한정하였다. 나아가, 소규모 설계사무소 규모 구분은 중소기업 기본법 제8조에 따라 10인 미만의 종사자인 설계사무소로 구분하였다(Kim et al., 2016).

4.2 데이터 수집 결과 및 투자 비용 산출

본 연구에서는 선정된 사례 프로젝트의 설계 단계별 참여 원의 기술사 등급 및 투입 일수를 수집하였다. 이를 통해 데이터 개요, 단계별 투입 인건비 총액, 단위 면적당 투입 비용을 Table 5부터 Table 9와 같이 도출하였다. 이때, 투입 인건비 산출 및 설계 인원 평균 급여는 기술사, 특급 기술자, 고급 기술자, 중급기술자, 초급 기술자별 총소요 일수에 최신 연도(2024)의 엔지니어링 노임단가를 적용하였다.

Table 5.

Case project data of A company

Project overview				Schematic design (SD) phase (A)				Design development (DD) phase (B)				Construction documents (CD) phase (C)
Category	Company	Project	Gross floor area (m²)	Total labor cost (₩)	Total required days (D)	Average participant salary (₩)	Cost per square meter (₩/m²)	Total labor cost (₩)	Total required days (D)	Average participant salary (₩)	Cost per square meter (₩/m²)	Total labor cost (₩)	Total required days (D)	Average participant salary (₩)	Cost per square meter (₩/m²)
BIM- Based	A	A-1	242.22	2,860,558	9	317,840	11,810	2,258,598	7	322,657	9,325	1,203,920	4	300,980	4,970
BIM- Based	A	A-2	480.11	4,066,974	12	338,915	8,471	3,462,518	11	314,774	7,,212	1,504,900	5	300980	3,134
Average			361.17	3,463,766	10.5	328,377	10,140	2,860,558	9	318,716	8,268	1,354,410	4.5	300,980	4,052

Table 6.

Case project data of B company

Project overview				Schematic design (SD) phase (A)				Design development (DD) phase (B)				Construction documents (CD) phase (C)
Category	Company	Project	Gross floor area (m²)	Total labor cost (₩)	Total required days (D)	Average participant salary (₩)	Cost per square meter (₩/m²)	Total labor cost (₩)	Total required days (D)	Average participant salary (₩)	Cost per square meter (₩/m²)	Total labor cost (₩)	Total required days (D)	Average participant salary (₩)	Cost per square meter (₩/m²)
BIM- Based	B	B-1	478.2	2,156,994	7	308,142	4,511	1,988,322	7	284,046	4,158	1,420,230	5	284,046	2,970
		B-2	473.05	2,778,384	8	347,298	5873	2,236,440	10	223,644	4,728	1,704,276	6	284,046	3,603
		B-3	534.86	2,325,666	7	332,238	4348	2,683,728	12	223,644	5,018	1,909,956	8	238,744	3,571
Average			495.37	2,420,348	7.3	329,226	4,911	2,302,830	9.7	243,778	4,634	1,678,154	6.3	268,946	3,381

Table 7.

Case project data of C company

Project overview				Schematic design (SD) phase (A)				Design development (DD) phase (B)				Construction documents(CD) phase (C)
Category	Company	Project	Gross floor area (m²)	Total labor cost (₩)	Total required days (D)	Average participant salary (₩)	Cost per square meter (₩/m²)	Total labor cost (₩)	Total required days (D)	Average participant salary (₩)	Cost per square meter (₩/m²)	Total labor cost (₩)	Total required days (D)	Average participant salary (₩)	Cost per square meter (₩/m²)
2D- Based	C	C-1	677.2	2,863,054	8	357,882	4,227	5,571,874	17	327,757	8,228	13,397,354	43	311,566	19,783
		C-2	637	2,863,054	8	357,882	4,494	5,571,874	17	327,757	8,747	13,397,354	43	311,566	21,032
		C-3	630.13	2,863,054	8	357,882	4,543	5,571,874	17	327,757	8,842	14,601,274	47	310,665	23,172
Average			648.11	2,863,054	8	357,882	4,421	5,571,874	17	327757	8,606	13,798,661	44.3	311,266	21329

Table 8.

Case project data of D company

Project overview				Schematic design (SD) phase (A)				Design development (DD) phase (B)				Construction documents (CD) phase (C)
Category	Company	Project	Gross floor area (m²)	Total labor cost (₩)	Total required days (D)	Average participant salary (₩)	Cost per square meter (₩/m²)	Total labor cost (₩)	Total required days (D)	Average participant salary (₩)	Cost per square meter (₩/m²)	Total labor cost (₩)	Total required days (D)	Average participant salary (₩)	Cost per square meter (₩/m²)
2D- Based	D	D-1	474.8	8,148,924	18	452,718	17,163	3,322,119	11	302,011	6,997	5,778,986	20	288,949	12,171
		D-2	598.99	7,243,488	16	452,718	12,093	3,004,030	10	300,403	5,015	6,002,630	21	285,840	10,021
		D-3	599.88	9,054,360	20	452,718	15,094	3,322,119	11	302,011	5,538	5,778,986	20	288,949	9,634
		D-4	507.71	7,243,488	16	452,718	14,267	3,322,119	11	302,011	6,543	5,420,713	19	285,301	10,677
		D-5	471.65	9,054,360	20	452,718	19,197	4,227,555	13	325,197	8,963	5,778,986	20	288,949	12,253
		D-6	477.79	8,148,924	18	452,718	17,055	4,227,555	13	325,197	8,848	5,778,986	20	288,949	12,095
		D-7	495.33	9,054,360	20	452,718	18,279	3,322,119	11	302,011	6,707	5,778,986	20	288,949	11,667
		D-8	495.69	8,148,924	18	452,718	16,440	3,322,119	11	302,011	6,702	5,778,986	20	288,949	11,658
Average			515.23	8,262,104	18.3	452,718	16,198	3,508,717	11.4	307,606	6,914	5,762,157	20	288,105	11,272

Table 9.

Case project data of E company

Project overview				Schematic design (SD) phase (A)				Design development (DD) phase (B)				Construction documents (CD) phase (C)
Category	Company	Project	Gross floor area (m²)	Total labor cost (₩)	Total required days (D)	Average participant salary (₩)	Cost per square meter (₩/m²)	Total labor cost (₩)	Total required days (D)	Average participant salary (₩)	Cost per square meter (₩/m²)	Total labor cost (₩)	Total required days (D)	Average Participant Salary (₩)	Cost per square meter (₩/m²)
2D- Based	E	E-1	475.2	4,071,966	10	407,197	8,569	7,382,746	21	351,559	15,536	6,634,040	17	390,238	13,961
		E-2	474.32	3,166,530	8	395,816	6,676	5,875,350	17	345,609	12,387	3,768,490	10	376,849	7,945
		E-3	474.12	6,318,545	15	421,236	13,327	8,543,121	22	388,324	18,019	4,960,391	12	413,366	10,462
		E-4	475.12	4,673,926	12	389,494	9,837	6,780,786	19	356,883	14,272	4,370,450	12	364,204	9,199
		E-5	472.1	4,602,118	11	418,374	9,748	8,184,848	21	389,755	17,337	5,676,937	14	405,496	12,025
		E-6	472.43	7,035,091	17	413,829	14,891	9,543,002	24	397,625	20,200	5,676,937	14	405,496	12,016
		E-7	473.88	4,960,391	12	413,366	10,468	8,184,848	21	389,755	17,272	4,771,501	12	397,625	10,069
		E-8	473.88	8,109,910	20	405,496	17,114	10,448,438	26	401,863	22,049	7,035,091	17	413,829	14,846
		E-9	475.18	7,035,091	17	413,829	14,805	9,543,002	24	397,625	20,083	5,676,937	14	405,496	11,947
		E-10	670.89	9,920,782	24	413,366	14,787	10,806,711	27	400,249	16,108	6,751,756	17	397,162	10,064
Average			493.712	5,989,435	14.6	409,200	12,022	8,529,285	22.2	381,925	17,326	5,532,253	13.9	396,976	11,253

다음으로, BIM 중심 설계사무소의 교육비용 산출을 위해 A, B사의 신입 기준 평균 급여, 실제 BIM 교육 기간 및 교육비, 평균 근속 기간을 수집하였다. 이때, BIM 중심 설계사무소의 신입 기준 월 급여는 최초 착수 프로젝트 연도에서 최신 연도(2024) 기준으로 물가 상승률을 적용하여 조정하였다. Table 10은 수집된 BIM 중심 설계사무소별 신입 급여, 교육비, 교육 기간 및 평균 근속 기간이며, 수식(7), (8)은 A, B사의 교육비(LC) 산출 결과이다.

Table 10.

BIM design firm data for training cost estimation

	Entry-level Monthly Salary (₩)	Monthly Training Cost (₩)	Training Duration (months)	Average Length of Employment (months)
A company	2,077,199	1,140,000	2	48
B company	2,613,332	1,140,000	1	42

(7)

L C_{A} = \frac{(1, 140, 000 + 2, 077, 199) 원 \times 2 개월}{48 개월 \times 0.5 \times 30 일} = 8, 936.66 원/일

(8)

L C_{B} = \frac{(1, 140, 000 + 2, 613, 332) 원 \times 1 개월}{42 개월 \times 0.5 \times 30 일} = 5, 957.66 원 / 일

5. BIM 중심 설계 단계별 생산성 및 ROI 분석

다음으로, BIM 중심 설계사무소의 소프트웨어 비용의 경우 각 설계사무소에서 모두 Autodesk 사의 Revit을 사용하는 것으로 조사되었으며, 프로젝트 착수 연도와 무관하게 최신년도(2024년)를 기준으로 일일 소프트웨어 비용을 수식(9)와 같이 산출하였다.

(9)

S W C_{Revit} = \frac{3, 703, 907 원}{365 일} = 10, 148 원/일

본 장에서는 사례 프로젝트 데이터 및 이를 활용하여 제안한 ROI 측정 공식을 통해 크게 2가지 시나리오로 분석하였다. 2D 기반 설계와 BIM 중심 설계의 단계별 노동 생산성 분석, 2D 기반 설계 대비 BIM 중심 설계의 설계 단계별 ROI를 분석하였고 나아가, ROI 분석을 통해 BIM 중심 설계로 전환한 연차에 따른 생산성을 분석하였다.

5.1 2D 기반 설계와 BIM 중심 설계의 단계별 노동 생산성 분석

Table 11은 동일한 공공택지 지구에서 진행된 프로젝트의 평균 단계별 단위 면적당 투입 인건비 및 노동 생산성이고, Table 12는 단계 전환에 따른 생산성 증감률이다. 본 연구에서 도출한 노동 생산성은 각 프로젝트의 연면적에 설계 단계별 투입 인건비를 나눠 투입 인건비 대비 설계 면적(산출량)으로 도출하였다. 이를 통해 단위 면적당 투입 인건비가 적을수록 생산성이 높다고 판단할 수 있다. 이때, 노동 생산성의 데이터 가시성을 위해 투입 인건비 10,000원당 설계 면적으로 표현하여 다음 Figure 2와 같이 도출했다.

Table 11.

Average labor input and productivity per square meter per design phase

	SD		DD		CD
	Labor input (₩)	Productivity	Labor input (₩)	Productivity	Labor input (₩)	Productivity
A	10,140	0.99	8,268	1.21	4,052	2.47
B	4,911	2.04	4,634	2.16	3,381	2.96
C	4,422	2.26	8,606	1.16	21,329	0.47
D	16,198	0.62	6,914	1.45	11,272	0.89
E	12,022	0.83	17,326	0.58	11,253	0.89

Table 12.

Productivity growth rate by phase transition

	SD-to-DD (%)	DD-to-CD (%)
A company	22.64%	104.03%
B company	5.96%	37.06%
C company	-48.62%	-59.65%
D company	134.28%	-38.66%
E company	-30.61%	53.97%

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Figure 2.

Design labor productivity per design phase

먼저, BIM 중심 설계사무소인 A사와 B사는 모두 단계 전환에 따라 양의 기울기로 노동 생산성은 지속적으로 증가하는 것으로 나타났다. 이때, BIM 중심 설계사무소의 경우 모두 계획설계에서 중간 설계 단계로의 전환될 때 22.64%, 5.96%로 노동 생산성 증가율이 소폭 상승한 후, 실시설계 단계로 전환됨에 따라 104.03%, 37.06%로 노동 생산성 증가율이 크게 상승하는 추이를 보였다. 이는, BIM 중심 설계의 경우 선행 연구에서 언급한 바와 같이 초기 단계에 업무량이 집중되어 생산성이 비교적 낮은 반면, 단계가 전환됨에 따라 정보 연계성이 높아지며 지속적으로 생산성이 증가함을 의미한다.

반면, 2D 기반 설계사무소인 C사, D사, E사는 단계 전환에 따라 음의 기울기를 보이는 단계가 존재하고, 설계사무소별 단계별 노동 생산성 변화 추이가 일률적이지 않은 것으로 나타났다.

5.2 BIM 중심 설계의 설계 단계별 ROI 분석

Table 13은 3장에서 제안한 공식을 사용하여 BIM 중심 설계 사무실의 설계 단계별 BIM ROI를 도출한 결과이다. 분석은 2D 기반 설계사무소에서 진행된 프로젝트의 단계별 평균값을 BIM 중심 프로젝트와 단계별로 비교한 후, BIM 중심 설계사무소의 평균값으로 도출하였다.

Table 13.

ROI analysis (Multi-family housing)

ROI analysis (Multi-family housing)
BIM-based	2D-based	SD	DD	CD	Average
A-1	C	-86.4%	82.5%	753.8%	250%
	D	102.9%	6.1%	699.6%	270%
	E	24.2%	109.7%	1165.3%	433%
	Average	13.5%	66.1%	872.9%	318%
A-2	C	60.8%	-17.6%	1919.4%	654%
	D	118.2%	-82.9%	1834.9%	653%
	E	75.6%	7.6%	3069.0%	1051%
	Average	84.9%	-30.9%	2274.4%	776%
A company average		49.2%	17.6%	1573.6%	547%
B-1	C	-16.7%	94.4%	1914.7%	644%
	D	189.7%	23.9%	1832.6%	682%
	E	95.7%	118.8%	3064.0%	1093%
	Average	89.6%	79.1%	2270.4%	813%
B-2	C	-78.0%	28.4%	1558.3%	503%
	D	131.2%	-24.7%	1483.1%	530%
	E	43.4%	47.3%	2493.2%	861%
	Average	32.2%	17.0%	1844.9%	631%
B-3	C	-32.5%	-4.5%	1275.7%	413%
	D	182.8%	-54.4%	1215.6%	448%
	E	87.1%	51.48%	2065.8%	722%
	Average	79.1%	-15.0%	1519.0%	528%
B company average		67.0%	27.0%	1878.1%	657%

5.2.1 2D 기반 설계 대비 BIM 중심 설계의 설계 단계별 ROI 분석

먼저, 제안한 측정 공식을 적용하여 Table 14와 같이 수익 요소 ROC, RSC 및 SWC (Sketchup)와 투자 요소 SWC (Revit) 및 LC를 도출하여 ROI를 계산한 결과, 계획설계 단계에서의 BIM ROI는 A사 49.2%, B사 67.0%로 평균 60%로 도출되었다. 다음으로, 중간 설계의 경우 A사 17.6%, B사 27.0%로 도출되어 평균 BIM ROI는 23%로 나타났다. 마지막으로 실시 설계의 경우 A사 1573.6%, B사 1878.1%로 평균 1756.3%로 도출되었다. 이를 그래프로 나타내면 Figure 3과 같다.

Table 14.

Revenue and investment factors for ROI Measurement per Design Phase

BIM- based	2D- based	SD				DD				CD
		Return Factors		Investment Factors		Return Factors		Investment Factors		Return Factors			Investment Factors
		RSC (₩)	SWC (Sketchup) (₩)	SWC (Revit) (₩)	LC (₩)	RSC (₩)	SWC (Sketchup) (₩)	SWC (Revit) (₩)	LC (₩)	ROC (₩)	RSC (₩)	SWC (Sketchup) (₩)	SWC (Revit) (₩)	LC (₩)
A-1	C	312	23,014	91,329	80,430	194,899	48,904	71,034	62,557	807,561	284,110	48,904	71,034	62,557
	D	295,975	52,500	91,329	80,430	109,048	32,723	71,034	62,557	807,561	227,909	32,723	71,034	62,557
	E	213,272	0	91,329	80,430	280,186	0	71,034	62,557	1,379,927	310,363	0	71,034	62,557
A-2	C	345,175	48,904	121,772	107,240	124,080	48,904	111,625	98,303	1,600,687	277,321	48,904	50,738	44,683
	D	447,148	32,723	121,772	107,240	3,209	32,723	111,625	98,303	1,600,687	212,860	32,723	50,738	44,683
	E	402,238	0	121,772	107,240	225,955	0	111,625	98,303	2,735,187	288,710	0	50,738	44,683
B-1	C	88,258	23,014	71,034	62,557	210,797	48,904	71,034	62,557	1,594,319	279,231	48,904	50,738	44,683
	D	334,527	52,500	71,034	62,557	132,809	32,723	71,034	62,557	1,594,319	217,093	32,723	50,738	44,683
	E	261,461	0	71,034	62,557	292,361	0	71,034	62,557	2,724,305	294,801	0	50,738	44,683
B-2	C	10,584	23,014	81,182	71,493	196,202	48,904	101,477	89,367	1,577,149	272,824	48,904	60,886	53,620
	D	300,478	52,500	81,182	71,493	110,996	32,723	101,477	89,367	1,577,149	202,891	32,723	60,886	53,620
	E	218,900	0	81,182	71,493	281,184	0	101,477	89,367	2,694,966	274,366	0	60,886	53,620
B-3	C	67,174	23,014	71,034	62,557	169,891	48,904	121,772	107,240	1,783,223	268,184	48,904	81,182	71,493
	D	325,284	52,500	71,034	62,557	71,674	32,723	121,772	107,240	1,783,223	192,607	32,723	81,182	71,493
	E	249,908	0	71,034	62,557	261,036	0	121,772	107,240	3,047,097	259,569	0	81,182	71,493

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Figure 3.

Average ROI per design phase (%)

분석 결과, 대상 설계사무소의 BIM ROI는 계획설계 및 중간 설계 단계의 ROI 값은 각각 평균 60%, 23%로 100% 미만이기 때문에 투자 대비 손실인 반면, 실시설계 단계의 ROI 평균값은 1,756%로 투자 대비 매우 높은 수익률로 도출되었다.

즉, BIM 중심 설계는 2D 기반 설계 대비 계획설계 및 중간 설계 단계의 초기 단계에서 데이터 구축, 정보 모델링 작업 등의 프로젝트 모델 구축에 따른 초기 투자 비용이 높지만 2D 기반 설계는 초기 투자 비용이 낮은 것으로 판단된다. 허나, 실시설계 단계로 전환되면서 반복적인 데이터 활용으로 인해 ROI가 크게 상승하여 최종적으로 설계가 진행됨에 따라 정보의 연계성 활용 및 수정의 용이성이 증대되면서 설계 전 단계에서 평균 ROI 613%로 투자 대비 수익률이 높다고 시사한다.

5.2.2 BIM 중심 설계로 전환한 연차에 따른 ROI 분석

A사(2년 차)의 평균 ROI는 547%로 나타났고 B사(5년 차)의 평균 ROI는 657%로, BIM 중심 설계사무소의 연차가 높을수록 ROI 평균값이 높은 것으로 분석되었다. 또한, 설계 단계의 A사(2년 차)는 ROI 표준 절대편차가 2.29로 분석되었고, B사(5년 차)는 ROI 표준 절대편차가 1.64로 연차가 높을수록 설계 단계의 ROI 값 편차가 작은 것으로 분석되었다.

따라서, 완전 BIM 중심 설계로 전환한 연차가 높을수록 참여 원의 BIM 활용 성숙도가 높아 투자 대비 수익률이 높고 BIM 프로젝트별 ROI의 편차가 적은 것으로 판단된다.

6. 결 론

본 연구에서는 2D 기반 설계사무소와 BIM 중심 설계사무소의 프로젝트를 대상으로 설계 단계별 노동 생산성 및 BIM ROI 측정을 통해 계획설계, 중간 설계, 실시설계 단계별 생산성 및 ROI를 정량적으로 분석하였다.

먼저, 생산성 및 ROI 분석을 위해 설계 단계를 계획설계, 중간 설계, 실시설계로 기준을 정의하였고, 정의된 설계 단계별 투입 인건비 총액, 총소요 일수, 단위 면적당 비용, 설계 인원 평균 급여를 기반하여 3장에서 제안한 ROI 측정 공식을 통해 설계 단계별 ROI 도출하였다.

이후, 단위 면적당 비용을 기반한 2D 기반 설계와 BIM 중심 설계의 단계별 노동 생산성을 분석하였다. 나아가, 도출한 설계 단계별 ROI를 통해 2D 기반 설계 대비 BIM 중심 설계의 설계 단계별 ROI 분석 및 BIM 중심설계로 전환한 연차에 따른 ROI를 분석하였다.

2D 기반 설계와 BIM 중심 설계의 단계별 노동 생산성 분석 결과, BIM 중심 설계의 경우 초기 단계에 업무량이 집중되어 생산성이 낮지만 설계 단계가 전환됨에 따라 정보 연계성이 높아지며 지속적으로 생산성이 증가하였다. 반면, 2D 기반 설계는 설계 단계가 전환됨에 따라 설계사무소별 노동 생산성 변화 추이가 일률적이지 않고 생산성이 저하되는 단계가 존재함을 확인하였다.

또한 설계 단계별 BIM ROI 분석 결과, 계획설계 단계에서는 평균 60%, 중간 설계 단계에서는 평균 23%, 실시설계 단계에서는 평균 1,756%로 도출되었다. 이를 통해 계획설계 및 중간 설계 단계에서는 초기 투자 비용이 높아 투자 대비 손실로 간주하지만, 실시설계 단계에서 투자 대비 수익성이 높다고 판단되고 모든 설계 단계에서의 BIM 활용은 평균 613%로 투자 대비 수익성이 있다고 판단된다. 나아가, BIM 중심 설계로 전환한 지 2년 차 A Company 설계 단계의 평균 ROI는 547%이고 5년 차 B Company의 평균 ROI는 657%로 연차가 높을수록 BIM 중심 설계사무소 참여 원의 BIM 활용 성숙도가 높아 투자 대비 수익률이 높고 편차가 적어 안정적인 것으로 분석되었다.

본 연구는 선행 연구자가 제안한 BIM ROI 공식을 기반으로 프로젝트 사례 데이터 샘플링을 통해 실제 설계 단계별 BIM 중심 설계의 투자 대비 수익률을 도출한 데에 의의가 있다. 또한, BIM 중심 설계와 2D 기반 설계의 단계별 투입 인원 데이터를 통해 단계 전환에 따른 BIM 중심 설계의 이점 및 생산성 변화 추이를 정량적 지표로 제공함으로써 설계 단계에 초점을 맞춘 BIM 도입에 따른 정량적 지표를 제공한 데 가치가 있다.

허나, BIM-ROI 측정 시 투자 요소로 하드웨어 비용을 고려하지 않은 것과 각 프로젝트별 설계 비용을 토대로 설계비 상승/저감 요인을 고려하지 못한 것은 본 연구의 한계이다. 또한, 사례 샘플링 시 외적 영향 요인 최소화를 위해 동일한 공공택지 지구 내 프로젝트로 연구의 범위를 한정함에 따라 사례 프로젝트의 수가 비교적 적은 것 역시 한계이다. 이는 추후 연구를 통해 다양한 사례 프로젝트를 수집하여 교차 검증할 필요가 있으며, 나아가 프로젝트 용도, 규모에 따른 BIM ROI 및 생산성을 비교 분석하는 연구가 요구된다.

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Journal of KIBIM ISSN:2288-1697(Print) 2288-1697(Online) 한국BIM학회논문집

Preview

Productivity and ROI Analysis by Design Phase based on BIM- Case Study on Small-Scale Design Offices -

ABSTRACT

MAIN

Table 1.

Definition of design phase classification by stakeholder

Table 2.

Benefits of BIM implementation at each design stage

(1)

Table 3.

Methodology and scope of previous studies on BIM ROI

Figure 1.

Framework for productivity and ROI analysis per design phase

(2)

Table 4.

Investment and benefit factors in the measurement formula from previous studies

(3)

(4)

(5)

(6)

Table 5.

Case project data of A company

Table 6.

Case project data of B company

Table 7.

Case project data of C company

Table 8.

Case project data of D company

Table 9.

Case project data of E company

Table 10.

BIM design firm data for training cost estimation

(7)

(8)

(9)

Table 11.

Average labor input and productivity per square meter per design phase

Table 12.

Productivity growth rate by phase transition

Figure 2.

Design labor productivity per design phase

Table 13.

ROI analysis (Multi-family housing)

Table 14.

Revenue and investment factors for ROI Measurement per Design Phase

Figure 3.

Average ROI per design phase (%)

References