BIM 기반 재난 대비 임시주거시설 설계 시스템 개발에 관한 연구
A Design and Development of a Temporary Housing System Based on BIM in Advance of Disasters
윤승현* 최진원** 조수연***
Yoon, Seung-Hyun Choi, Jin-Won Cho, Su-Yeon
Abstract
Recently, due to the casualties and property damage caused by disasters, it became important to evacuate the victims to a safe place and come up with a space for them to inhabit for a certain period of time. Therefore, this study aims to design and develop a temporary housing system that would quickly provide a safe and comfortable living space until the displaced persons can return to a normal life again when a disaster occurs. As a result, a system of a BIM-based modular housing, a modular town through automatic placement, and a method to calculate the capacity and the total cost was developed. As this system provides the temporary housing facilities and the site in 3D, it can be utilized as a training material on a normal basis, as well as the first case material for rapid decision making when there is a disaster.
Keywords : BIM, Disaster, Temporary Housing, Modular Housing, Modular Town 주 요 어 : BIM, 재난, 임시주거, 모듈러 하우징, 모듈러 타운
I. 서 론
1. 연구의 목적
최근 전 세계는 이상기후로 인한 태풍, 홍수, 호우, 폭 서, 한파, 지진 등 자연재난의 발생빈도가 급증하고, 중 동·북아프리카의 민주화 운동처럼 전쟁과 같은 특수재 난이 끊임없이 발생하고 있다. 우리나라의 경우도 지구온 난화에 자유로울 수 없고, 남북이 대치하고 있는 휴전상 황에서 2010년 연평도 포격사건과 2012년 구미 불산가스 누출사고 등 돌발 상황 가능성을 항상 안고 있다. 매년 이러한 재난으로 인해 인명 및 재산 피해가 이어지고 있 는데, 재난 발생시 중요한 것 중 하나는 이재민들을 안전 한 곳으로 대피시키고 일정기간 동안 거주할 수 있는 공 간을 마련하는 것이다. 그러나 현재 소방방재청의 ‘재해 구호계획 수립 지침1)’에는 임시주거의 구체적인 공간계획 기준이 규정되어 있지 않고 설계 시스템 또한 갖추어져
있지 않은 상황으로 임시주거시설에 대한 심도 있는 연 구가 필요한 실정이다.
따라서 본 연구에서는 재난이 발생했을 때 이재민들이 다시 정상적인 생활로 돌아가는 시점까지, 안전하고 쾌적 한 거주공간을 신속하게 제공할 수 있도록 BIM 기반 재 난 대비 임시주거시설 설계 시스템 개발을 목적으로 한다.
2. 연구의 범위와 방법
재난 대비 임시주거시설 설계 시스템 개발은 새롭게 시 도하는 분야로, 현재는 재난시의 일부 상황에 대비한 개 발이지만 추후 고도화를 통해 전과정에 대응할 수 있는 발판을 마련하는 것이다. 일반적으로 임시주거의 단계별 유형은 재난2)이 발생하는 시점을 전후로 임시형·단기 형·중장기형의 3단계로 구성되는데, 본 연구에서는 2단 계 임시주거시설을 중심으로 진행한다. 연구의 방법은 재 난시 운영하고 있는 임시주거시설의 현황과 문제점을 파 악하여, 임시주거시설 설치시 효과적으로 적용할 수 있는 설계 시스템을 개발하고자 한다. 임시주거시설 설계 시스 템 프로그램 개발 목적을 달성하기 위해 우선 임시주거 시설 설치 현황과 문제점을 분석하고 행정시스템 분석을 바탕으로 임시주거 설계 시스템 요구사항 분석을 수행하
***정회원(주저자), 버츄얼빌더스(주) 선임연구원
***정회원(교신저자), 버츄얼빌더스(주) 대표이사
***정회원, 버츄얼빌더스(주) 연구원
Corresponding Author: Jin-Won Choi, Virtualbuilders, 6-4 Greencloud Bd. 6F, Changeondong, Mapogu, Seoul, Korea.
E-mail: [email protected]
이 연구는 국토해양부산하 한국건설교통기술연구원의 첨단도시 개 발 사업 “재난·재해 대비 임시거주공간 시스템 개발 연구” 결과의 일부임. 과제번호: 11-첨단도시C06
이 논문은 2012년도 한국주거학회 춘계학술발표대회에 발표한 논문 을 수정·보완한 연구임
1) 소방방재청(2011). 재해구호계획 수립 지침.
2) 행정자치부(2003). 국가재난관리종합대책 공청회 자료. 27-28:
2003년 3월에 발족된 ‘국가재난관리시스템기획단’에서 정의한 재난 의 신개념은 기존의 인적재난 개념과 기존의 자연재해 개념 그리고 기타 사회적 요인에 기인한 재난을 포함한 통합적인 개념으로 정의 하고 있다.
였다. 기존 BIM 및 3차원 공간정보 시뮬레이터 이론을 참고하여 프로그램에 적용 될 기능 및 성능 평가 기능을 정립하고 이를 바탕으로 프로그램을 개발 진행하였다.
II. 재난시 임시주거시설 설치 현황
1. 임시주거시설 설치 현황과 문제점 1) 임시주거시설 설치 현황
우리나라는 최근 10년간 자연재난에 의한 대규모 피해 의 발생빈도가 높아지면서 복구비 지원 규모도 커지는 추 세로, 연평균 복구비는 2조 6,751억원에 달한다. 이에 따 라 피해발생 후 복구하는 시스템에서 예방사업분야에 대 한 투자를 늘려 사전예방하는 방재정책의 전환이 요구되 고 있다.3)하지만 현재의 임시주거 정책은 사후복구에 초 점이 맞추어져 있다.
임시주거의 현황을 연평도를 통해 살펴보면<Table 1>, 2010년 11월 연평도 포격으로 피해 입은 33세대 83명의 주민들을 위해 목조형 조립주택이 지급되었다. 1차 설치 때는 현장에서 조립·제작을 했지만 미숙련 인력과 자재 조달의 문제가 발생하여, 2차 설치 때는 전국재해구호협 회에서 공장 조립·제작 후 완제품을 트럭과 화물선을 통 해 이동하여 설치하였다.
3) 소방방재청(2011). 재해연보.
Table 1. Process of Temporary Housing in Yeonpyungdo
Date Contents Note
2010.11.23 North Korea’s shelling of a border island (31 Housing & 6public building damage)
Take place the incident
2010.12.18
1st: Temporary Housing 15 units installation (assemble in the field) Complete installation of infrastructure
1st Installation
2010.12.31 2nd: Temporary Housing 24 units (assemble in the factory and move)
2nd Installation Complete Temporary Housing 39 units
(33 households)
Complete the installation
Table 2. Interview Survey of Temporary Housing in Yeonpyungdo (unit: %) Section Very dissatisfied Dissatisfied Common Satisfied Very satisfied Non response
Town
Parking lot 7 43 11 32 7
Road width 0 24 48 20 8
Electronic facility 12 32 30 14 8 4
Water supply facility 8 36 40 14 0 2
Dumping grounds 0 42 29 25 4
Water tank 4 73 19 4 0
Housing
Size 18 40 21 21 0
Heigh 0 0 36 60 4
Room 42 40 18 0 0
Kitchen 24 56 12 8 0
Bathroom 28 54 10 8 0
Entrance 16 26 40 18 0
Boiler room 14 39 25 22 0
Storehouse 28 52 12 8 0
Window & door 4 16 36 40 4
Finishing material 15 18 30 37 0
Wall socket 4 20 40 36 0
Noise 12 64 12 12 0
Daylighting 0 8 32 56 4
Ventilation 0 36 36 20 4 4
Heating & cooling 8 48 40 4 0
Source. Moon, J. et al. (2012). A Study on Field Examinations and Interviews for Yeonpyeongdo Temporary Housing. Journal of the Korean Housing Association, 23(3), 21-28.
Figure 1. Installation Temporary Housing in Yeonpyungdo
이때 지원된 목조형 조립주택은 과거 수해로 인한 이 재민들에게 지원되었던 컨테이너 임시주거시설의 문제점 을 개선하여 급수, 단열, 난방이 가능하고 주방과 화장실 등을 갖춘 조립주택이다<Figure 1>. 그러나 선제작하여 비축하던 관계로 넓은 야적공간이 필요하였고 이동시에도 많은 어려움이 있었다. 그리고 주거성능도 단기적인 생활 만이 가능하여 일정기간이 경과되면 단열성능이 저하되어 유지관리도 어려운 상황이다. 특히 가족구성원의 수에 대 응할 수 없는 한 가지 타입으로만 제공되고 있는 등의 여 러 가지 문제점이 지적되고 있다.
2011년 10월에 실시한 연평도에 지급된 임시거주에 거 주하는 33가구 중, 28명의 임시주거시설 거주자의 면담조 사 결과<Table 2>, 임시단지시설에서 주차장, 전기시설, 쓰레기 처리시설, 물탱크시설 등에 대해서 전체적으로 불 만족이 높았다. 또한 임시주호시설에서는 실 높이, 창문, 마감재, 채광 등에는 만족하지만 나머지 부분인 크기, 방, 부엌, 화장실, 보일러실, 창고, 소음, 환기, 냉난방에서는 대부분 불만족스러운 것으로 파악되었다.4)
국제기구인 세계보건기구(WHO)의 주거환경 지표인 안 전성, 보건성, 편리성, 쾌적성과 유엔난민기구(UNHCR)의 임시주거 조건(1인당 임시 주거의 평균 바닥 면적 3.5 m2) 을 종합하면 임시주거에 요구되는 특성으로 거주성, 신속 성, 이동성, 재사용성을 들 수 있다.5) 이러한 특성과 비 교해 볼 때 현재 우리나라 임시주거는 공간 제공과 거주 성, 재사용 등에 있어서 많은 한계점을 가지고 있다.
2) 임시주거시설 행정시스템 현황
국내 재해구호활동 운영체계는 <Figure 2>와 같다. 그 중에서 임시주거시설 행정시스템을 연평도 사례<Table 3>
를 통해서 살펴보면, 크게 임시주거 입주절차, 유지관리 운영주체, 입주자 생활지원, 사후 활용계획의 4단계로 진 행되었다.
임시주거 입주절차 중 가옥의 피해상황 조사는 전파·
반파된 피해자를 대상으로 진행되었다. 행정보고 절차는 파손된 주거 및 이재민의 현황을 연평면사무소에서 옹진 군청에, 옹진군청에서는 행정안전부로 보고하였다. 그 뒤 행정안전부에서 재해구호협회에 연락 하여, 연평도에 임 시주거 제공(물류이동 및 설치비용)은 모두 재해구호협회 에서 진행하였다. 임시주거의 유지관리 운영주체를 파악 해 본 결과 임시주거의 기초공사 및 생활하면서 발생하 는 민원처리는 해당 지방자치단체(연평면사무소)에서 하고 있으며, 임시주거의 제작·운반·설치 등의 관리는 재해 구호협회가 담당하고 있다. 임시주거 입주자 생활지원은 재해구호협회를 비롯하여 각종 단체에서 지원하고 있다.
마지막으로 임시주거의 사후활용계획을 조사해 본 결과, 재해구호협회에서 임시주거를 회수하여 물류창고로 운반 후 수리를 거쳐 보관한 후 추후 다른 재해현장에 제공할 계획이라고 한다.6)
즉, 우리나라 임시주거 설치 시 나타나는 문제점은 재 난이 발생하면 수습체계가 복잡하고 의사결정까지의 기간 이 길어, 이재민이 임시주거를 신속히 공급받아야 함에도
6) Wang, W. et al. (2012). A Study on administration system of temporary housing of Korea and Japan’s. Proceeding of Spring Annual Conference of AIK, 32(1), 87-88.: 연평도 행정보고 절차는 포격사건이라는 특수한 상황 하에서 이루어진 보고체계였다.
4) Moon, J. et al. (2012). A Study on Field Examinations and Interviews for Yeonpyeongdo Temporary Housing. Journal of the Korean Housing Association, 23(3), 21-28.
5) Yoon, C. (2006). A study on a daptation potential of modular construction for temporary housing for refugees from disaster.
Unpublished mater’s thesis, Yonsei University, Seoul.
Figure 2. Disaster Relief Support Operation System Table 3. Administrative System for Temporary Housing in
Yeonpyungdo Administration
system Contents
Process of moving into the town
· Process of briefing for investigation : The damage of housing (township office→ county office→ministry of public administration→)
· Provide the temporary housing (association of disaster)
Organization of management
· Life Supporting of the temporary housing : Municipalities (Yeonpyung-myun)
· Management of the temporary housing : Association of disaster
Life supporting
for residents · Several kinds of Association Applicable
planning · Association of disaster collect and keep the stuff Source. Wang, W. et al. (2012) A Study on administration system of temporary housing of Korea and Japan’s. Proceeding of Spring Annual Conference of AIK, 32(1), 87-88.
불구하고 수용인원에 대하여 필요한 주거수를 파악하고 계획, 시공 단계를 거처 입주단계까지 상당한 시간이 소 요되고 있다. 또 임시주거 운영주체가 분리되어 있어 불 편을 초래하고 있다.
3) 기존연구의 현황과 과제
임시주거의 유형은 재난이 발생한 시점을 전후로 임시 형·단기형·중장기형의 3단계로 구성된다. 1단계는 학 교, 마을회관, 관공서 등 지방자치단체가 지정하는 수용시 설로 응급대피하고, 2단계는 수도, 전기, 냉난방 시설 등 의 기반시설을 구축하고 컨테이너 등의 임시주거시설에 거주한다. 3단계는 기존 주택지나 주택신축지역을 결정하 여 항구적인 주택을 신축하는 것이다.7) 거주기간은 1단계 에서는 평균 2주간 머물고, 2단계에서는 평균 12개월 이 내로 거주하는 형편이다.
우리나라는 이재민을 위한 임시주거시설을 이처럼 제공 하여 운영하고 있으나, 국내 연구는 시작단계라고 할 수 있다. 기존 연구의 동향을 분석해보면<Table 5>, 임시주 거 유형의 특성상 1단계 및 3단계보다는 대부분 2단계에 집중되어 있고, 2단계 임시주거시설 내에서도 단지보다는 실태조사 및 주호의 유형, 모듈화, 이동성 등 개별적인 사 항에 집중되어 있다. 실제 현장적용에서는 이 모든 것이 통합되어 적용되기 때문에 임시주거시설 설계 시스템에서 는 이들의 특성들이 통합되고 프로세스가 연결될 필요가 있다.
2. 임시주거 설계 시스템 요구사항 1) BIM 기반 임시주거시설
최근 건설 산업계에 BIM(Building Information Modeling, 이하 BIM) 기술이 새로운 패러다임으로 부상하면서, BIM 이 제공하는 설계품질성능 정형화, 시공효율 및 건설생산 성 향상, 유지관리 등 지속가능한 환경을 위한 기술 적용 이 확대되고 있는 추세이다. 그리고 2010년 12월, 조달청 에서는 시설사업 BIM 적용 기본 지침서에 따르면 개방 형 BIM 적용을 원칙으로 하고, 2012년부터 토탈 서비스 로 발주하는 500억 원 이상 턴키·설계공모 공사에 BIM 적용을 의무화하고 있다.
임시주거시설에 BIM을 활용할 경우, 설계·시공 단계 뿐만 아니라 유지관리 단계의 전과정을 통합관리 할 수 있어서 효과적이다(BLM: Building Life Cycle Management).
설계단계에서 완성형 대신 모듈화된 부재(Cell)의 조합으 로 다양한 주호(Unit)를 구성하여 상이한 가족구성에 대 응할 수 있다. 시공단계에서 조립·해체·이동의 편의성 이 확대되고, 부재의 부분 교체가 가능하다. 그리고 유지 관리 단계에서 시설물의 관리가 가능하고 이후 재활용 시 에 자재의 관리·보관·위치 파악도 쉽게 이루어질 수 있다. 또한 BIM의 경우 속성별로 단가를 넣을 수 있어 서 주호(Unit) 조합에 따른 총공사비 산출이 가능하다.
BIM 기반 임시주거설계 시스템은 건축, 구조, 시공, 설비 분야에서 가상의 공간에 3D 모델링을 구축하여 3차원적 인 시각화뿐만이 아니라 물량산출, 비용, 환경성능 분석, 유지관리(모니터링) 시스템 등을 정보화 할 수 있다. 객 체중심 파라메트릭 모델링 기반으로 하여 모듈러하우징을 구성하고 있는 객체의 속성이 정해지면 구성된 객체의 정 보를 활용한다. 다른 부품 및 부재를 만들기도 하며 또한 요소 특성을 이용하여 기존객체를 쉽게 수정 가능하다.
2) 3차원 공간정보 기반 시뮬레이터
재난 대비 임시주거시설 설계 시스템에서 실제와 다름 7) Kim, M. et al. (2011). A Study on the Residential Planning
Factors for Emergency Shelter after Disaster. Journal of the Architectural Institute of Korea, 27(6), 63-102.
Table 4. Emergency Steps after Disaster
Step Type Contents Period of residence
Step1 Emergency shelter
School, Town hall, Government office
2 weeks (average)
Step2 Temporary housing
Container &
Infrastructure
Less than 12 months (extension 36 months) Step3 Permanent
housing
Decide the area and
support funds -
Table 5. Domestic Research Trend of Temporary Housing
Elements Contents Researcher
Safe place
for emergencyIndex of planning for emergency shelter Kim, M (2011)
Temporary housing
Field survey
· Temporary housing in Kangwondo
· Field Survey of Temporary housing and method
· Temporary housing in Japan
· Temporary housing in Yeonpyungdo
· The Ministry of finance and economy of Temporary housing (Japan & Korea)
Park, Y (2004) Choi, J (2005) Lee, S (2007) Lim, S (2012) Wang, W (2012)
Housing
· Planning temporary housing
· Type of temporary housing
· Movement of temporary housing
· Development of modular housing
· Improvement of temporary housing
· Prototype of temporary housing
Moon, J (2006) Moon, J (2006) Moon, J (2006) Yoon, J (2006) Lee, S (2007) Moon, J (2008) Town · Infrastructure project of temporary town Kim, S (2009) Permanent
housing
· Mid- and Long-term planning of
permanent housing Choi, M (2011)
Figure 3. System Based on BIM
없는 가상세계를 만드는 가상현실(Virtual Reality) 기술을 활용하면 저비용 고효율의 검증 시스템이 구축될 수 있 다. 기존의 일반 프로그램들은 대부분 2차원 공간 기반이 며, 사용자 UI가 직관적이지 못하고 추가적인 데이터 정 리 작업이 필요하므로 효율적으로 시뮬레이션을 사용할 수 있는 환경을 제공하지 못하고 있다. 그러나 3차원 공 간정보를 활용할 경우 실제 환경을 정확하게 시뮬레이터 에서 구현할 수 있고 사용자가 시각적으로 실제공간과 시 뮬레이터에서 구현된 공간정보의 비교가 가능하다. 따라 서 3차원 공간정보 기반 시뮬레이터는 단지 사용자 편의 성뿐만이 아니라 시뮬레이터 본연의 목적을 달성하기 위 해서도 반드시 필요한 부분이다.
III. 임시주거시설 설계 시스템
1. 설계 시스템 구조
임시주거시설 설계 시스템(GongShelter8))는 크게 Application, API, Core 모듈로 구성되어 있다. API 모듈에는 Modeling API를 기반으로 하여, Modularhousing 및 ModularTown API를 추가하고자 한다. 코어(core)모듈은 크게 뷰어 (Viewer), 매니저(Manager), DB 등으로 분류할 수 있다.
공간을 저작하는 방법은 벽체를 그리고, 이를 기반으로 하여 닫힌 공간은 Space로 자동 인식 된다. 여기에 오프 닝 컴포넌트(문, 창문 등)를 배치하여 층별 공간을 구성 한다.수직 및 수평 이동을 위한 계단을 설치하고, 기타 가 구 및 집기류를 배치할 수 있다. 공간 및 컴포넌트를 기 반으로 하여 ModualrTown 형성이 이루어진다. 이렇게 구 성 된 임시주거공간은 Sketch 뷰와 2D Space 뷰, 3D Model 뷰로 가시화 되어 표현된다.
2. 설계 시스템 구성과 기능
재난 대비 임시주거시설 설계 시스템은 다양한 주호 (Unit)의 모델링 작업을 하고 부지(Site) 내에 적합하게 배 치하여 소요 산출물을 도출하는 과정으로, 크게 임시주거
설계, 임시주거 단지 설계, 결과물 산출의 3단계로 구성 하였다.
1단계 ‘임시주거 설계’는 이재민의 수용인원 및 가구구 성에 따라 모듈화된 부재(Cell)의 조합으로 다양한 주호 (Unit)의 모델링을 진행한다. 이것은 시스템에서 활용할 수 있는 템플릿으로 생성된다. 이후 2단계 ‘임시주거 단지 설 계’에서는 이재민을 수용할 수 있는 부지를 선택하고, 설 계 시스템에 로딩된 주호(Unit)를 사용자의 요구에 맞게 자동배치를 한다. 그리고 법규를 검토한 후 부대시설 설 치기준에 따라 부대시설을 배치한다. 이에 따라 다양한 대안들이 도출되고 상호비교가 가능하다. 3단계 ‘결과물 산출’에서는 소요되는 물량, 수용인원, 건축비용을 산출한다.
1) 임시주거(Modular Housing) 설계
BIM 기반 임시주거시설 설계 시스템은 설계 단계에서 보다 용이한 시뮬레이션을 가능하게 하는 특징을 가지고 있다. 이러한 점에서 라이브러리화된 건축물 콤포넌트를 배치하여 설계 및 디자인 변경 시에도 빠르게 적용이 가 능한 3차원 공간정보 저작툴 개발 연구를 진행하였다.
• 모듈화된 부재(Cell) 모델링<Figure 6>: BIM 기반의 모듈화된 부재는 운반의 용이성, 구조의 일반화, 조합의 융통성, 재료의 규격화 등을 고려하였다. 그래서 현장에서 조립 및 해체가 쉽고 이동 및 보관을 용이하도록 하였고, 지붕형태는 가능한 평지붕으로 의도하여 1층 외에 2층으 로도 구축되고 부지 부족시를 대비하였다. 사용방법은 구 축된 2D 부재를 3차원 기반 공간 모델로 모델링한다. 2D 도면을 기반으로 벽을 그려나가면, 자동으로 3차원 형상 이 저작되어 지고, Drag & Drop 방식으로 가구 및 부재 는 설치 할 수 있다. 현재 부재(Cell)는 주호에 필요한 실 들로 방(R), 거실(L), 화장실·부엌(TK), 입구·화장실·
부엌(ETK) 등을 생성하였다.
• 주호(Unit) 구성: 3차원으로 구현된 부재(Cell)를 불러 와 다양한 주호 타입(L+ETK, R+L+ETK, 2R+L+ETK 등) 으로 조합이 가능하다. 즉, 이재민의 다양한 가족구성에 따른 1인~6인실 혹은 1층~2층 등의 구성이 가능하고 이 것은 템플릿으로 생성할 수 있다. 사용자는 다양한 타입 을 조합해 봄으로써 원하는 디자인으로 임시주거를 구상 해 볼 수 있다. 각 부재에는 가격정보(cost)를 포함한 다 양한 속성정보를 입력할 수 있기 때문에, 각 조합에 따른 8) 본 연구에서 개발하는 BIM 기반 재난 대비 임시주거시설 설계 시
스템은 GongShelter라 지칭한다.
Figure 4. GongShelter System Architecture
Figure 5. Process of GongShelter System
주호 가격을 실시간으로 확인할 수 있다.
주호 조합시, 조합이 가능하지 않은 형태로는 생성이 되 지 않도록 시스템화 되어 있고, 조합된 주호는 ‘저장’ 버 튼을 눌러 임시주거 단지에서 사용할 하나의 컴포넌트로 저장된다.
• 주호(Unit) 템플릿 생성: 시스템에서 생성된 다양한 주 호는 라이브러리화 되어 임시주거 단지에서 활용할 수 있 고, 사용자가 마우스를 이용하여 손쉽게 조작할 수 있다.
더불어 우리나라에서 운영하고 있는 임시주거의 DB를 구 축하여 시스템에 적용하면 보다 효율적일 것이다.
2) 임시주거 단지(Modular Town) 설계
컴포넌트화 된 임시 주호(Unit)를 불러와서 이를 임시 주거 단지 설계 시스템에서 부지에 따라 자동배치하고 부 대시설들을 설치하도록 하였다. 여러 설계안들을 도출할 수 있어서 상호비교를 통해 최종안을 선택할 수 있다.
• 부지(Site) 불러오기<Figure 7>: 이재민을 수용할 수 있는 부지를 시스템에서 불러온다. 부지 이미지는 항공사 진을 이용하고 투명도 및 스케일을 조절할 수 있어서 주 호 배치를 용이하도록 하였다.
이때 지방자치단체에서 임시주거 단지로 활용될 학교, 공원, 나대지 등의 부지 DB를 미리 구축하여 활용하면 효과적일 것이다. 즉, 재난 발생시 이용할 수 있는 피난 지역을 미리 설정해 놓고 기반시설을 확충해 두면 재난 시 임시주거 설치시간을 절약할 수 있다.
• 주호(Unit) 자동배치<Figure 8>: 이재민에 적합한 주 호 종류를 선택하고, 주호별 인동간격을 설정한 후, 배치 하고자 하는 사이트 내에 Line을 그리면, Line을 따라 주 호는 자동배치가 된다.9)부분적으로 추가 및 삭제가 가능 하다.
현재 시스템에서는 법규 검토시 건축선을 파악하여 주
호를 재배치할 수 있지만, 이후 고도화시에는 적용법규를 추가하면 보다 효과적일 수 있다.
• 부대시설 설치하기<Figure 9>: 임시주거 단지 지원을 위한 부대시설(상·하수도, 전기, 통신 등)은 수용인원에 따라 설치기준이 달라지기 때문에, 인원을 고려하여 필요 한 부대시설을 배치한다.10)
임시주거 단지에서 필요한 부대시설(위생시설, 정화조 등)은 동일하기 때문에 미리 컴포넌트화해서 시스템에서 활용할 수 있도록 하였다.
• 시뮬레이션 기능: 배치된 임시주거 단지를 바탕으로 일조권 시뮬레이션 분석이 가능하다. 날짜 및 시간을 입 력하면 일출에서 일몰까지의 일조상황이 시뮬레이션 된다.
일조 등에 문제가 있을 경우 배치를 수정할 수 있다.
9) Kim, S. (2009). Study for infra construction of temporary residential districts from disasters. Unpublished mater’s thesis, Yonsei University, Seoul: 임시주거 인동간격은 화재를 대비해서 주 호간격은 2 m, 밀집주호 간격은 6 m, 주동과 주동사이는 15 m이다.
Figure 6. Compounding Modular Cell for Making Units
Figure 7. Importing the Site
Figure 8. Unit Arrangement Automatically
Figure 9. Complementary Facilities Arrangement
10) Kim, S. (2009). Study for infra construction of temporary residential districts from disasters. Unpublished mater's thesis, Yonsei University, Seoul, . 45: 기반시설은 크게 배치, 위생설비, 공 중위생, 쓰레기 처리장으로 분류하였다. 배치시에는 입지의 토양, 지 형, 기후 등을 고려하고, 위생설비는 화장실의 배수가 지하수 공급 원으로 흘러가지 않도록 하고 수도관은 지반으로부터 20~60 cm 깊 이(동결방지를 위해서는 60~90 cm 깊이)를 유지한다. 공중위생에서 공중화장실은 거주지로부터 50 m 이내에 위치하고 1개당 20명을 수 용하고, 쓰레기 처리장은 주거지에서 100 m 이내에 위치하고 2개당 80~100명이 사용하도록 한다.
3) 결과물 산출(Report)
설계 시스템에 배치가 모두 완료된 후에는 주호수와 수 용인원, 물량, 건축비용 등의 결과값은 그래프를 통하여 시각화되고 엑셀파일로 리포팅 된다.
• 수용인원 산출 <Figure 10>: 임시주거의 배치에 따라 서 배치도가 출력되고 자동적으로 주호수와 수용인원이 산출된다.
• 물량 산출: 임시주거의 배치에 따라서 자동적으로 주 호(Unit)의 수량 및 단가 등을 자동으로 산출할 수 있다.
그리고 수용인원에 따라 거주 인원에 따른 필요 기반시 설(전기, 물자, 수도)의 수량과 이에 원단위 DB와 연동해 서 총비용을 파악할 수 있다.
2. 임시주거시설 설계 시스템 적용
재난 대비 임시주거시설 설계 시스템의 기능을 확인하 기 위하여, 서울시 사대문 안에 위치한 서울 교동초등학 교(운동장 면적 2,560 m2)를 대상으로 2가지 시나리오를 적용하였다. 주호간격 및 주동간격의 차이에 따른 배치안 비교를 살펴보고자 한다. 그리고 임시주거 유형은 면적 최소기준과 가족구성원 수를 고려하여 5가지 타입으로 생 성하였다.11)
1) 시나리오 A
서울 4대문 안에 재난이 발생하였다는 가정으로 교동초 등학교에 수용 가능한 이재민 수와 배치안을 도출하고자 한다. 교동초등학교 부지 내에, 주호(Unit) 간격은 3 m, 주 동 간격은 4.5 m(도로 3 m, 보도 1.5 m)로 설정하여 자동 배치 하였다(1,764 m2)12). 이때 일조를 고려하여 2층 임시
주거는 북쪽에 배치하였다. 기반시설은 기존 학교시설을 이용할 수도 있지만, 따로 공중화장실은 3개, 쓰레기처리 장은 1개를 확보하였다.
• 임시주거 설계: 수용해야 할 이재민의 세대수와 인원 수를 고려하여 주호(Unit) A, B, C, D형의 4가지 타입으 로 결정한다.
• 산출물: 수용인원은 20세대 50명이고, 주호는 A형 4 개, B형 8개, C형 5개, D형 3개로 총 20개가 소요되었 다. 유닛 단가는 3×3 m2의 단위 셀(Cell) 가격에 따라 상 정되어 총 비용을 산출할 수 있다.
2) 시나리오 B
교동초등학교 부지 내에, 주호(Unit) 간격은 1 m, 주동 간격은 3 m(도로 3 m)로 설정하여 자동배치 하였다(1,989 m2)
• 임시주거 설계: 수용해야 할 이재민의 인원과 가족구 성을 고려하여 주호(Unit) A, B, C, D, E형의 5가지 타 입으로 결정한다.
• 시나리오 A의 임시단지에 비해 상대적으로 거주밀도 가 높아서 거주성은 떨어진다. 기반시설은 기존 학교시설 을 이용할 수도 있지만, 따로 공중화장실은 5개, 쓰레기 12)「도로의 구조·시설 기준에 관한 규칙」제10조에 의거하면 일
반도로 중 설계속도 60 km/h은 차로의 최소폭은 3 m이므로, 단지내 도로폭 3 m를 확보하고 보행자 도로폭 1.5 m를 확보하였다.
11) 면적 최소기준 및 단위유닛 설정(단위: m2)
구분 국토부
(소형주택면적조사결과) 국토부
(표준가구원수별 기준)
3,000×3,000 (벽체 T: 150 전제)
1인 가구 19.9~22.2 14 18
2인 가구 25.6~26.6 26 27
3인 가구 27.1~35.6 36 36
4인 가구 28.6~42.3 43 45
5인 가구 38.9~44.7 46 53
Source. 국토해양부(2010). 최저주거기준 개선방안연구.
Figure 10. Production Report
Table 6. Type of Modular Housing Section 1 Person
household
2 Person household
3 Person household
4 Person household
5 Person household Total floor
area 18 27 36 45 54
Type Type A TypeB TypeC TypeD TypeE
Composition L+ETK R+L+
ETK
2R+L+
ETK
2R+2L+
ETK
3R+2L+
ETK
Shape
Table 7. Victims of Scenario A (20households 50people)
Section The No. of household
Person/
household Total person Type
Building area (m2)
Building and road area (m2)
Contents
4 1 4 A 18 63
8 2 16 B 36 94.5
5 3 15 C 36 94.5
3 5 15 D 36 94.5
Total 20 - 50 - - 1764
Figure 11. Modular Town Site Plan of Scenario A
처리장은 2개를 확보하였다.
• 산출물: 수용인원은 30세대 84명이고, 주호는 A형 3 개, B형 10개, C형 9개, D형 6개, E형 2개로 총 30개가 소요되었다. 공간규모에 비해 많은 이재민을 수용한 관계 로 거주성이 현저하게 떨어지므로, 일부 이재민을 다른 곳으로 옮길 필요성이 있어 보인다.
IV. 임시주거시설 설계 시스템 특성
본 시스템은 2차원 환경을 기본으로 하는 저작환경으로 부터 3차원 형상을 자동으로 추출하며, 2차원 평면 정의 만으로 3차원 데이터 생성이 가능한 BIM 저작도구로, 재 난 대비 임시주거시설 설계에 필요한 효과적인 프로그램 이다. 생성된 임시주거의 설계안을 컴포넌트화 하고, 이를 시스템에서 간단하게 배치함으로써 임시주거 단지를 설계 할 수 있는 시스템을 개발하였다. 현재 임시주거시설 설 계 시스템은 설계·시공 단계에 중점을 두고 있으나 추 후 유지관리 측면에서 유비쿼터스 기능, 모니터링 기능, 통합관제 기능 등을 보강한다면 보다 통합적인 이재민 관 리 시스템 구축이 가능할 것이다.
1. 설계 시스템 특성
재난 대비 임시주거시설 설계 시스템은 이재민을 수용 할 수 있는 임시주거시설과 부지를 3D 입체로 구축하여 평상시에는 훈련용으로 활용하고, 재난시에는 신속한 의 사결정 등 지휘를 위한 기초자료로 활용할 수 있다.
재난 대비 임시주거시설을 만들기 위해서는 정교한 공 간정보를 만드는 것이 반드시 필요하다. 객체 기반 3D 공 간 구축 기능은 기존의 드로잉을 위주로 하는 시스템과 달리 손쉬운 저작과 함께 이를 자동으로 데이터 베이스 화시키는 시스템이 요구되며, 객체 기반 3D 공간 구축기
능은 구조화된 공간정보 저작에 유리하여 향후 피난 시 뮬레이터의 기능 확장을 고려했을 때 중요한 강점으로 작 용이 가능하다.
객체 지능형 공간정보 저작 도구를 사용한 객체간 상 호인식 기능으로 건축 공간 컴포넌트들을 객체지향 방식 의 데이터 위계구조(Hierarchy Tree)로 지정하여 편리하고 일관성 있는 설계정보 구축을 보장하며, 객체간 연결정보 의 유지로 잦은 수정과 편집에도 안정적인 작업환경 지 원하는 BIM 기반 공간정보 솔루션은 그 중요성이 점차 커져가고 있다. 특히 BIM 소프트웨어의 경우, 외국산 소 프트웨어에 의존하고 있는 현실에서 국내 사정에 맞게 적 용할 수 있는 국산 소프트웨어의 필요성이 커진 만큼 본 설계 시스템의 개발은 큰 의의를 갖는다.
라이브러리화된 건축물 컴포넌트를 배치하여 설계 및 디자인 변경 시에도 빠르게 적용이 가능한 BIM 기반의 3차원 객체 공간정보 저작 시스템은 앞으로 지속적으로 재난 대비 임시주거시설 설계 시스템에 활용할 수 있도 록 고도화 작업 진행이 될 예정이다.
2. 시스템 고도화 및 활용방안 1) 유비쿼터스(Ubiquitous) 서비스
임시주거 단지내 유비쿼터스 정보 기술을 응용한 다양 한 시나리오 개발을 통해 유비쿼터스 서비스를 도입할 수 있다. 1차적으로는 모듈화된 부재(Cell)에 RFID를 부착하 여 조립·해체, 이동, 관리·보관 등의 위치파악을 할 수 Figure 12. Modular Town Site Plan of Scenario B
Table 8. Victims of Scenario A (30households 80people)
Section The No. of household
Person/
household Total person Type
Building area (m2)
Building and road area (m2)
Contents
3 1 3 A 18 63
10 2 20 B 36 94.5
9 3 27 C 36 94.5
6 4 24 D 36 94.5
2 5 10 E 36 94.5
Total 30 - 84 - 1st: 2740
2nd: 1989
Figure 13. Temporary Housing System based on BIM
Table 9. Characteristics of Temporary Housing System
Section Function Note
Modular housing
Cell
· Component-systematized, Modular system→Stock Space, Mobility, Reusability
· Mobility
· Rapidity
· Habitability
· Reusability Unit · Variety Floor Plan→Application of
various households
Modular town · Site DB, Simulation→Habitability Report · Quantity take-off→Saving time,
Rapidity
Properties
· Based on BIM
· Based on 3D Spatial information
· Function Integration
있다. 그리고 2차적으로는 구축된 임시주거에 센서를 배 치하고 임시주거 단지 내 통합 관제 시스템에서 각 임시 주거의 센싱 정보를 수집하여 일괄적으로 관리 및 모니 터링이 가능하다. 임시주거 내 에너지 사용량 모니터링, 시설물 관리 및 각 센서 배치 시뮬레이션 등 다양한 유 비쿼터스 기술을 활용한 U-Service 제공이 가능할 것으로 예상된다.
2) 모니터링(Monitoring) 시스템
임시주거시설 설계 시스템을 통하여 임시주거 단지의 모니터링이 가능하다. 3D 공간정보를 바탕으로 일조권 등 환경정보를 파악하고 CCTV를 설정하여 방범·방재를 위 한 모니터링이 된다. 임시주거 단지 전체에 필요한 생필 품 소요량 등을 파악하여 거주 환경 만족도를 향상할 수 있다. 또한 각 단지의 거주자 정보 및 입·퇴실자 이력 관리, 주호 및 단지 관리, 거주환경 만족도 등 모니터링 을 통해서 일괄적으로 확인할 수 있다. 이를 통해 각 임 시주거단지의 상황에 따른 대처가 빨리 진행될 수 있을 것이다.
V. 결 론
최근 재난으로 인한 인명 및 재산 피해가 이어지면서, 이재민들을 안전한 곳으로 대피시키고 일정기간 동안 거 주할 수 있는 공간을 마련하는 것이 중요해졌다. 따라서 본 연구에서는 재난이 발생했을 때 이재민들이 다시 정 상적인 생활로 돌아가는 시점까지 안전하고 쾌적한 거주 공간을 신속하게 제공할 수 있는 임시주거시설 설계 시 스템을 개발하고자 하였다.
1. BIM 기반으로 모듈화된 임시주거를 구성하고, 자동 배치를 통해 임시주거 단지를 조성하여, 수용인원과 총비 용을 산출할 수 있는 시스템을 구축하였다. 이러한 설계 시스템은 이재민을 수용하는 임시주거와 부지를 3D 입체 로 구축하여 평상시에는 훈련용으로 활용하고, 재난시에 는 신속한 의사결정 및 효율적인 설치를 위한 기초자료 로 활용할 수 있을 것이다.
2. 임시주거시설 설계 시스템에서 주호(Unit) 구성은 모 듈화된 부재(Cell) 조합으로 조립·해체의 시공성과 이동·
보관의 이동성, 재사용성을 도모하였다. 그리고 다양한 주 호의 구성으로 상이한 가족구성에 대응하여 거주성 향상 을 꾀하였다. 임시주거 단지에서는 부지를 선택하고 주호 의 자동배치를 통해 여러 배치안을 도출하여 최종안을 선 택할 수 있도록 하였다. 그리고 결과물 산출 기능을 통해 수용인원, 소요물자, 소요비용을 빠르게 산출할 수 있다.
3. 재난시 설치되는 임시주거시설의 경우 초등대응이 중 요한데, 이를 위한 임시주거시설 설계 시스템이 효율적으 로 사용되기 위해서는 사전에 실제 운영되는 임시주거의 DB를 구축하여 자재의 보관·관리·운영을 하고, 더불어 재난시 임시주거단지로 활용할 부지를 DB화하여 그곳에 기반시설을 확보해두는 작업도 필요하다.
4. 현재 임시주거시설 설계 시스템은 설계·시공 단계 에 중점을 두고 있으나 추후 유지관리 측면에서 유비쿼 터스 기능, 모니터링 기능, 통합관제 기능 등을 보강한다 면, 임시주거시설에 거주기간 동안 에너지 공급 및 부족 에 대비할 수 있고 여러 데이터들을 축적하여 이후 기초 자료로 활용할 수 있다. 그리고 고도화 작업을 통해서 임 시주거시설 외에 응급대피시설과 항구적 주택시설 단계까 지 포함하면 보다 통합적인 이재민 관리 시스템 구축이 가능할 것이다.
REFERENCES
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Unpublished doctoral dissertation, Yonsei University, Seoul.
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10. Wang, W., Song, Y., & Lim, S. (2012) A Study on Figure 14. Temporary Housing Monitoring System
administration system of temporary housing of Korea and Japan’s. Proceeding of Spring Annual Conference of AIK, 32(1), 87-88.
11. Yoon, C. (2006). A study on a daptation potential of modular construction for temporary housing for refugees from disaster. Unpublished mater’s thesis, Yonsei University, Seoul.
접수일(2012. 12. 28) 수정일(1차: 2013. 2. 8) 게재확정일자(2013. 2. 18)
