Integrated Management of Process Schedule and Quantity Take-Off for Steel Structures using BIM Information

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(1)DOI: https://doi.org/10.13161/kibim.2018.8.2.010. BIM정보를 활용한 강구조물의 공정 물량 통합관리 Integrated Management of Process Schedule and Quantity Take-Off for Steel Structures using BIM Information 김진욱1), 신태송2) Kim, Jin-Uk1) · Shin, Tae-Song2) Received March 23, 2018; Received June 11, 2018 / Accepted June 13, 2018. ABSTRACT: BIM technologies store, share and integrate the information produced in each sector of the construction industry. From this point on, it increases the efficiency of the work. Currently, quantity take-off and process schedule are derived separately based on BIM technology. When calculating the quantity by process, relevant information shall be collected, reinterpreted, and reevaluated as required by the practice. The purpose of this study is to develop an integrated process and quantity management system through BIM collaboration and to build prototypes for steel structures. The main research is to build a construction BIM model for steel structures and a process BIM model through BIM collaboration. Furthermore, necessary information was selected and processed according to the user's needs for integrated management. Relevant integration outcomes are visualized graphically to maximize utilization. Through these studies, a system for integrated control of processes and supplies is provided, and the results are expected to contribute to the improvement of working efficiency and are easily and quickly reflected in design change and process change. In this study, we intended to enhance the usability of information by linking process schedules with quantity calculations based on BIM. Thus, the process for integrated control of the quantity of structural components by process unit and the BIM based schedule information was established. In addition, the efficiency of the information link of the integrated management system was considered for design changes and process schedule changes. KEYWORDS: BIM, quantity take-off, process schedule, integrated management, steel structures 키 워 드: BIM, 물량, 공정, 통합관리, 강구조물. 1. 서 론. (Eom, 2010; Lee, 2010; Lee et al., 2013). BIM기반의 물량산출 방법에 대한 연구(Lee, 2017; Eom et al.,. IT 기술의 발전과 함께 건설업계에 BIM(Building Information. 2017)가 활발히 진행되어 오고 있으며 또한, BIM data를 활용한. Modeling) 기술이 개발되어 성장 발전하고 있다. BIM 기술은 건. 4D/5D구현기술(Moon et al., 2017) 연구가 수행되고 있다. 그러. 설산업의 각 분야에서 생산되는 정보를 통합, 저장하고 공유하. 나 이러한 연구들은 물량산출과 공정스케줄을 따로따로 구분하. 여 업무의 효율성을 증대시키는 특징을 지니고 있다(Jo, 2015).. 여 산출하고 있다. 실무에서 필요시 공정별 물량을 산출하기 위. BIM 기반 3D 객체 중심의 건축모델을 구현함으로써 상세한. 하여 정보를 수집하여, 재해석하고 재평가해야 한다. 사용자 필. 정보를 시각화하고 동기화할 뿐 아니라, 물량을 산출하고 도면. 요에 따라 여러 분야의 정보들을 연결하여 활용한다면 새로운. 을 생성한다. 또한 BIM Tool 간의 협업을 통하여 정보를 연동하. 결과물을 효과적으로 생산할 수 있을 것이다(Brad, 2009). 공정. 여 공정모델의 구현이 가능하고 공정 시뮬레이션을 제공할 수. 별 요구되는 물량을 산출한다면, 자재 수급 및 인력 계획 및 비. 있으며, 많은 정보를 생산하며 필요에 따라 재사용할 수 있다. 용 산정 등에 유용하게 활용될 것이다.. 1) 2). 정회원, ㈜빔파트너스 사원 ([email protected]) 정회원, 동명대학교 건축공학과 교수 ([email protected]) (교신저자). 10 Journal of KIBIM Vol.8, No.2 (2018).

(2) 연구의 목적은 BIM 협업을 통한 공정과 물량의 통합관리 시스 템을 개발하는 것이며 강구조물을 대상으로 프로토타입을 구축. 공정스케줄 정보를 통합하여 공정단계별 물량을 산출하는 시스 템을 구축한다.. 하였다. 연구의 방법은 강구조물에 대한 시공 BIM 모델과 BIM 협업을 통한 공정 BIM 모델을 구축하였다. 더 나아가 사용자 요구에 의한. 3. 구조·시공 BIM 모델 구축. 필요 정보를 취사선택하고 가공하여 정보를 통합 관리하였다. 관 련 통합 결과물을 도표로 시각화하여 활용도를 극대화하였다.. 3.1 구조부재 속성 정의. 이러한 연구를 통하여 공정과 물량을 통합관리하는 시스템을. 구조 시공 BIM 모델링(Tekla, 2017) 과정에서 공정 단위를. 제공하며, 이로써 실무 친화형 업무 효율성 증대에 기여할 것. 고려하여 구조부재의 속성을 분류하고 그에 따른 물량산출용. 으로 기대된다. 또한 설계변경 및 공정변경의 경우 쉽고 빠르게. Template을 구축한다.. 대응하여 실무 반영에 효과적일 것으로 사료된다.. 공정스케줄에 따라 부재요소 속성을 분류한다. 주로 층별, 부 재 종류별, 단면 크기별로 구분하여 부재의 속성을 정의한다. 정의한 구조부재 속성 정보를 기반으로 3.2항에서 물량산출. 2. BIM 기반 공정 물량 정보의 통합관리 프로세스. Template를 구축하여 구조부재요소의 물량을 산출한다 (Figure 2).. 공정과 물량의 통합관리 시스템을 구축하기 위한 BIM 기반 의 프로세스는 Figure 1과 같다. 첫째, 구조와 시공 BIM 모델 구축하기 BIM 모델에서 공정단위와 관련하여 구조부재의 속성을 할당 하는 것이 중요하다. 구조부재 속성 정의를 통하여 구조부재별 물량을 Sheet로 산출한다(Eom et al., 2017). 또한 시공 BIM 모 델을 OpenBIM을 이용하여 공정 BIM 모델로 정보를 전달한다. 이때 구조속성정보가 올바르게 전달되는지 확인하여야 한다. 둘째, 공정 BIM 모델에 스케줄 정보 연결하기 시공 BIM 모델에서 공정 BIM 모델로 협업의 가능성을 확인하 고 필요한 구조부재정보에 접근 가능한지 확인한다. 공정 스케. Figure 2. Process of Structure Members Information. 줄 정보를 외부 소스데이터로 작성하고 BIM 모델에 업로드하여 자동 연결되도록 한다. 이를 통하여 공정 시뮬레이션을 완성하 고 업무의 생산성과 시각적 효과를 향상시킨다. 셋째, BIM 기반 공정과 물량 정보의 통합 관리 시스템 구축 첫 번째 단계의 단위 작업에 따른 물량정보와 두 번째 단계의. 다음은 강구조물을 구조부재 종류별로 구분한 예를 Figure 3에 서 나타내고 있다. 예시 BIM 모델은 3층 강구조물로 구조부재는 기둥, 보, 가새로 구성되어 있으며 층별 평면에 변화를 주었다. BIM 모델에서 구조부재요소의 속성정보를 정리하면 Table 1과 같으며 부재종류별, 층별, 단면 크기별로 구분하였다.. Figure 3. Example of the BIM model for steel construction Figure 1. BIM based integrated management process of quantity take-off in each process stage. 한국BIM학회논문집 8권 2호 (2018) 11.

(3) Table 1. Properties for structure members in BIM model Member. Story name 1F. Column. 2F. Member name. Profile. 1C1. H400X400X13X21. 1C2. H498X432X45X70. 2C1. H400X400X13X21. 2C2. H498X432X45X70. 3C1. H400X400X13X21. 3C2. H498X432X45X70. 1F. 1G1. H400X200X8X13. 2F. 2G1. H400X200X8X13. 3F. 3G1. H400X200X8X13. 1F. 1B1. H300X150X6.5X9. 소 속성을 변수로 활용하여 공정계획을 수립하고 수정 변경할. Beam. 2F. 2B1. H300X150X6.5X9. 수 있다.. 3F. 3B1. H300X150X6.5X9. Brace. 1F. 1Br1. H100X50X5X7. 3F. Girder. Figure 5. Quantity take-off of steels by structure member names. 4. 공정 BIM 모델 구축 3.2 Template 생성과 물량산출. BIM 협업을 통하여 이종모델 간의 정보를 호환하여 공정 BIM. 공정스케줄에 따라 필요한 구조부재 물량을 산출하기 위하. 모델(Navisworks, 2017)을 생성한다(Figure 6). 또한 BIM Tool. 여 Template를 구축한다. Figure 4에서 나타내었듯이 먼저 부. 에서 활용할 수 있는 공정스케줄정보를 별도로 구축하여 공정. 재종류(Column, Girder, Beam, Brace)를 선택하고, 해당 구조. BIM 모델에 공정스케줄정보를 규칙에 따라 자동 연결할 수 있. 부재 종류에 대한 단면 크기별 길이, 수량, 단면적, 무게 등은. 다. 이로부터 공사 진척도를 단계별로 표현할 수 있는 공정 시. BIM 기반 시스템 데이터베이스를 통해 산출하도록 Template를. 뮬레이션을 구현하여 시각적 효과를 극대화할 수 있다(Kim et. 구축한다.. al., 2015; Kim, 2016).. Figure 4. Process of creating template for QTO. 구축한 Template를 이용하여 BIM 모델의 구조부재 물량을 산출할 수 있다(Figure 5). 또한 산출한 물량정보는 Excel 파일 로 저장하여 정보를 가공할 수 있다.. Figure 6. Interoperability of models between BIM tools using OpenBIM. 4.1 BIM 기반의 공정스케줄 정보 구축 현재 실무에서 널리 사용되는 스케줄 표는 Figure 7과 같이. 3.3 BIM 협업. 기술되어 있어 BIM Tool에서 사용하려면 BIM 기반 스케줄 정보. 시공과 공정 간의 BIM 모델의 정보를 연동하기 위하여, 시공. 를 구축할 필요가 있다. BIM 기반 정보 구축은 공정 계획에 따. BIM 모델을 IFC 중립 파일로 내보낸다(Kim et al., 2015). 공정. 라 해당 부재명을 선택하고 작업 시작일과 작업 완료일 등의 스. BIM Tool에서 IFC 파일을 열어 공정 BIM 모델을 생성한다. 여기. 케줄 정보가 체계적으로 BIM Tool에 연동되도록 규칙화 되어야. 서 BIM 모델 간의 정합성을 확인하여야 하며 Log 파일을 참조. 한다. 파일은 Excel의 CSV(쉼표분리) 형태이어야 하며 Figure. 할 수 있다. 이때 시공 BIM 모델에 공정을 고려한 구조요소 속. 8에서 예를 보여주고 있다. 스케줄 정보를 수정 보완하여 외부. 성이 정의되어 있어야 한다. 그래야 공정 BIM 모델에서 구조요. 소스데이터를 구축한다.. 12 Journal of KIBIM Vol.8, No.2 (2018).

(4) 의 Name 항목이 공통요소이며 이를 Mapping하는 개념도는 Figure 9와 같고 모델의 Timeline에서 규칙 설정 과정은 Figure 10과 같다.. Figure 7. Assumed process schedule of BIM model. Figure 10. Rule of application for linked process schedule information. 4.3 공정 시뮬레이션 상기 작업을 통하여 공정 BIM 모델은 스케줄 정보와 연동되 어 있으며 모델의 공정단계별 진척상황을 시각화하여 시뮬레 이션을 완성할 수 있다. 공정표와 공정단계별 공사 진척도를 Figure 11과 12에서 나타내고 있다.. Figure 8. Process schedule based on BIM. 4.2 공정스케줄 정보를 공정 BIM 모델에 연동하기 먼저 별도로 구축한 BIM 기반 공정스케줄정보 파일을 공정. Figure 11. Tabel of process schedule linked with Navisworks. BIM 모델에 업로드하고, 두 주체 간의 항목을 일치시키는 규칙 을 설정한다. 스케줄 정보의 부재이름 항목과 공정 BIM 모델. Figure 9. Concept of information mapping of member name between BIM tool of process and process schedule based on BIM. (1) Building Starts. (2) 1st Floor Frame. (3) 2nd Floor Flame. (4) 3rd Floor Flame. Figure 12. Process simulation of BIM model. 한국BIM학회논문집 8권 2호 (2018) 13.

(5) 5. 공정스케줄정보와 물량정보의 통합·관리. 5.3 공정스케줄별 물량의 통합관리 통합된 정보로부터 사용자 편의에 따라 공정스케줄별 물량. BIM 기반의 정보를 활용하여 사용자 요구에 따라 새롭게 정. 을 표 및 그래프로 생성하여 관리할 수 있다. 공정별 개별 구조. 보를 통합하여 관리한다면 BIM 기술의 시너지 효과를 증폭시키. 부재의 물량을 산출할 수도 있고 공정별 총 물량만 산출하여 도. 게 된다(Lee, 2017). 여기서는 시공 BIM 모델의 물량정보와 공정. 표화할 수 있다. 또한 공정 진척 단계별 공정 시뮬레이션과 통. BIM 모델의 스케줄정보를 활용하여 공정단계별 물량을 산출하. 합정보 결과를 동시에 활용하면 시각적 효과를 증대하여 업무. 고자 하는 실무자들의 요구사항을 만족하는 통합관리시스템을. 이해 및 실시간 공사 진척, 자재 관리에 활용될 수 있을 것이. 구축한다.. 다. 공정스케줄에 따른 구조부재별 산출 물량 표 및 그래프는 Figure 15-17과 같다.. 5.1 BIM기반 기초자료 먼저 시공 BIM 모델에서 공정단위를 고려한 구조부재 요소별 물량을 산출한 정보를 Sheet 형식으로 저장한다. 여기에서 스케 줄 정보는 존재하지 않는다. 다음으로 공정 BIM 모델에 Mapping 가능한 공정스케줄별 구조부재를 분류한 정보를 Sheet 형식으 로 구축한다. 여기에는 물량정보가 포함되어 있지 않다.. 5.2 공정스케줄 정보와 물량정보의 연동 BIM 기반의 두 종류 정보를 서로 연동하기 위하여 두 정보 간 의 공통 항목과 개별 특성항목을 구분하며 공통 항목은 구조부 재명이고 개별 항목은 물량정보와 공정스케줄 정보이다. 구조부 재 이름을 매개로 하여 공정스케줄과 물량정보를 통합한다.. Figure 15. Table of quantity take-off Steel for each process stage. Figure 13은 정보를 통합하는 과정을 표시하고 Figure 14는 부 재별 공정스케줄과 물량이 통합된 정보 결과를 보여주고 있다.. Figure 13. Process of creation quantity take-off based on BIM for each process stage. Figure 16. Chart of quantity take-off of steel for each process stage. Figure 14. Integrated management sheet for information of process schedule and quantity take-off. Figure 17. Table and Chart of quantity take-off of steel for each process stage. 14 Journal of KIBIM Vol.8, No.2 (2018).

(6) 6. 설계변경 시 정보연동 효율성 검토. 설계변경을 반영한 수정된 시공 BIM 모델의 구조부재 속성정 보는 Table 3과 같다.. BIM 모델이 완성된 후 설계변경 또는 공정스케줄 변경이 빈 번히 발생하는 것이 일반적이다. 이러한 환경을 즉각적이며 체 계적으로 반영하여 업무 효율성을 증대할 필요가 있다. 이에 대. Table 3. M odified particulars for members properties infor mation of BIM model by design change Member. 한 변경 프로세스를 구축하여 공정단계별 물량을 산출하는 통. Storey name 1F. 합관리 시스템의 개요 및 절차는 Figure 18과 같다.. 2F Column 3F. 4F 1F Girder. Figure 18. Proceeding of integrated management process in design change Beam. 6.1 설계변경에 따른 BIM 모델 정보변경 기존 Figure 3의 3층 강구조물에 설계변경이 발생했다고 가 정하고 변경프로세스의 정보연동 효율성을 검토하고자 한다. 먼. Brace. building name. Profile. 1C1. H400X400X13X21. 1C2. H488X300X13X21. 2C1. H400X400X13X21. 2C2. H488X300X13X21. 3C1. H400X400X13X21. 4C2. H488X300X13X21. 4C1. H400X400X13X21. 4C2. H488X300X13X21. 1G1. H400X200X8X13. 2F. 2G1. H400X200X8X13. 3F. 3G1. H400X200X8X13. 4F. 4G1. H400X200X8X13. 1F. 1B1. H300X150X6.5X9. 2F. 2B1. H300X150X6.5X9. 3F. 3B1. H300X150X6.5X9. 4F. 4B1. H300X150X6.5X9. 1F. 1Br1. H100X50X5X7. Remark. modify. modify. modify. add. add. add. 저 설계변경에 따른 BIM 모델을 수정한다. 여기서 구조부재요소 를 추가, 변경, 삭제하여 물량을 재 산출 한다. 기존 3층 구조물. 설계변경에 따라 시공 BIM 모델의 속성정보를 수정하기만 하. 에서 4층을 추가하고 또한 중앙부 기둥의 사이즈를 변경 수정하. 면 기존의 Template을 수정함 없이 그대로 사용하여 물량을 재. 며 2층의 일부 기둥, 보를 삭제한다(Table 2). 설계변경 된 BIM. 산출 할 수 있으며 이를 Excel파일로 저장하면 Figure 20과 같다.. 예시모델은 Figure 19와 같으며 구조부재요소의 간섭검토를 다 시 수행하여야 한다. Table 2. Items of design change Exist. Add. Modify. Delete. 3 Story Steel Construction. 4th Floor. Columns (partial). 2nd Floor (partial). Figure 19. Modified process schedule by design change. Figure 20. Information sheet for quantity take-off by design change. 한국BIM학회논문집 8권 2호 (2018) 15.

(7) 6.2 BIM 기반 공정스케줄 변경 및 공정 BIM 정보 연동 설계변경에 따라 공정스케줄도 함께 변화가 발생하며 이를 나타내면 Figure 21과 같다. 설계변경을 반영하여 수정한 시공 BIM 모델을 OpenBIM을 통해 정보 호환하여 공정 BIM 모델을 생성할 수 있다. 여기에 변경된 공정스케줄을 반영한 정보를 연 결하면 Figure 22와 같고 이로부터 공정시뮬레이션을 재 작성할 수 있다.. Figure 23. Integration sheet for process schedule and quantity take-off by design change. Figure 21. Modified process schedule based on BIM by design change. Figure 24. Table of quantity take-off for process schedule by design change. Figure 22. Table of process schedule based on BIM linked with Navisworks. 6.3 설계변경을 반영한 공정과 물량정보의 통합관리 수정한 BIM 기반 공정스케줄 정보와 시공 BIM 모델에서 산출 한 물량정보를 Excel에서 연동하여 공정단계별 물량을 통합관 리한 결과는 Figure 23과 같다. 이로써 설계변경과 공정스케줄 변경을 체계적으로 정보연동 을 통하여 통합 관리한다. 공정별 단위 구조부재의 물량산출 표와 그래프 Figure 24, 25, 공정별 총 물량 그래프 Figure 26를 작성하여 용이하게 정 보를 관리 활용할 수 있다.. 16 Journal of KIBIM Vol.8, No.2 (2018). Figure 25. Graph of quantity take-off for process schedule by design change.

(8) (3) 공정단계별 물량을 산출하기 위하여, BIM 모델로부터 산출 한 강구조부재의 물량정보와 별도의 BIM 기반 공정 스케줄 정보를 Mapping하여 통합 관리할 수 있는 데이터를 구축하 였다. (4) 별도로 BIM 기반의 공정스케줄 정보를 구축하여 스케줄 생 성, 수정을 BIM 모델과 무관하게 외부 데이터에서 조정할 수 있어 스케줄 관리에 유용하다.. Figure 26. Table and Chart of quantity take-off of steel for each process stage. 6.4 소결 실무에서 자주 발생하는 설계변경 또는 공정스케줄 변경에 따라 물량을 산출하는 작업이 반복적이고 많은 인력과 시간을. (5) 설계 변경의 경우 BIM 모델 수정 및 공정스케줄 수정을 통 해 공정 물량 관리를 신속, 정확, 명료하게 할 수 있다. 본 연구에서는 주요 강구조부재를 대상으로 하였으나, 향후 통합관리 프로세스의 적용성을 더 향상시키기 위해 강구조 접합 부 항목을 추가하여 확장시킬 필요가 있다고 사료된다.. 소요한 것에 비하여 여기서 제안하는 통합 관리 프로세스에 따 른 공정단계별 물량산출은 논리적이고 체계적이어서 휴먼에러 를 방지하고 업무효율성을 증대할 것으로 사료된다. 이에 따라. References. 직접 수정해야할 사항은 설계변경을 반영한 정확한 시공 BIM 모델이며 이에 따른 공정단위별 구조부재의 정보수정과, BIM 기반 공정스케줄 수정이다. 마지막으로 이러한 변경 모델과 정. Brad Hardin (2009). BIM and Construction Management: Proven Tools, Methods, and Workflows, Sybex.. 보를 연동하여 통합 관리하는 것으로 비교적 간단한 절차로 이. Eom, B. H., Kim, Y. H., Lee, Y. C., Min, D. S., R, J. H. (2017).. 루어졌다. 이에 설계변경 시의 소요되는 시간, 비용, 인력, 오류. Proposal of Material Takeoff Method Using the Object. 발생 등을 줄일 수 있을 것으로 사료된다.. Concept of general 3D Modeling Tool, KIBIM annual conference, pp. 71-72. Eom, J. U. (2010). A Study on the Automation System of. 7. 결론. Structural Detail Design and Modeling Process based on BIM for Steel Structures, Master thesis, The graduate. 본 연구에서는 BIM기술을 이용하여 공정스케줄과 물량산출을 연동하여 정보 활용성을 높이고자 하였다. 이에 따라 공정단위별 구조부재의 물량을 BIM 기반 공정스케줄 정보와 통합 관리하는. school, Tongmyong University. Jo, D. G., (2015). Hidden Values in BIM, Korean Journal of Construction Engineering and Management, Vol.16 No.5.. 프로세스를 수립하였다. 또한 설계변경 및 공정스케줄 변경의 경. Kim, J. U. (2016). A Study on the Quantity Take-Off the. 우 통합관리 시스템의 정보연동 효율성을 검토하였다. 이상의 연. Structural Members related to the Schedule by utilizing. 구로부터 얻은 결론은 다음과 같다.. OpenBIM, Master thesis, The graduate school, Tongmyong University.. (1) 시공 BIM 모델에서 공정단위를 고려한 강구조 부재의 BIM. Kim, J. U., Shin, T. S. (2015). Feasibility of application of. 속성을 정의하였고, 강구조 부재 속성별 물량을 산출하는. OpenBIM between structural analysis and architectural. Template를 구축하였다.. design, KIBIM annual conference, Vol.5, No.1. Kim, J. U., Shin, T. S. (2015). Process planning and quantity. (2) 공정스케줄별로 강구조부재를 선택할 수 있도록, 공정 BIM. take-off related to the schedule by utilizing the Open BIM,. 모델에서 연동 가능한 BIM 기반의 공정스케줄 정보를 별도. Proceedings of the 2015 Annual Conference of the Busan-. 로 구축하였다.. Ulsan- Gyeongnam Chapter of Architecture Institute of Korea.. 한국BIM학회논문집 8권 2호 (2018) 17.

(9) Lee, J. G., Lee, H. S., Park, M., Jung, M. (2013). A Framework. Moon, Y. N., Kwon, B. R. (2017). Schedule(4D) and Cost(5D). Integrating Cost and Schedule based on BIM using. implementation using BIM integrated data, KIBIM annual. IFC, Korean Journal of Construction Engineering and. conference, pp. 59-60.. Management, Vol. 14 No. 3. Lee, J. H. (2017). BIM based Reinforced Concrete Work Quantity and Cost Estimate Method, KIBIM annual conference, pp. 69-70. Lee, K. (2010). Social network analysis of BIM collaboration, Master thesis, The graduate school, Yonsei University.. 18 Journal of KIBIM Vol.8, No.2 (2018). Navisworks, http://www.autodesk.co.kr/Products/navisworks/ overview, 2017.12.28. Tekla Structures, http://www.tekla.com/, 2017.12.28..

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