< Previous기술강좌 시리즈 기술교육위원회 68 자연,터널 그리고 지하공간 3.3 GeoBIM 응용 사례(지하공간통합지도 활용) 정부에서는 지하안전관리 강화를 목표로 지반침하 예방대책의 일환으로 지하 정보를 한눈에 볼 수 있는 3차원 기반 지하공간통합 지도를 구축하였다. 지하공간통합지도는 지하시설물(상수, 하수, 통신, 전기, 가스, 난방, 송유-7종), 지하구조물(지하철, 지하차도, 지하보도, 지하상가, 지하 주차장, 공동구-6종), 지반(시추, 관정, 지질-3종)을 핵심 구성요소로 하여, 추가적으로 14종의 주제도로 구성되어 있다. 현재까지 8대 특광역시, 경기도 17개시 대상의 구축이 완료되어, 지하정보 활용시스템을 통해 지자체 담당자에게 서비 스 제공 중이다. 2021년까지 잔여 60개 시, 2023년까지 77개 군 사업에 대해서 완료 예정이다. 지하공간통합지도는 지하공간개발, 지하안전관리 등의 분야에서 직접적으로 활용되기 때문에 정보의 최신성 및 정확성이 매우 중 요함에도 불구하고 다음과 같은 문제점이 있다. 첫째, 지하구조물의 경우 대부분 준공도면이 아닌 설계도면으로 관리되고 있어 정확한 지하구조물 구축 및 제공에 한계가 존재하며, 둘째, 지반정보는 신규 생성, 소멸 등으로 지반정보 변화 주기가 매우 빠르게 이루어지고 있으나, 지하공간통합지도 내에는 변화 주기를 반영하지 못하고 있는 실정이며, 셋째, 전산화되지 않고 도면정보로 관리되는 지하구조 물 정보와 별도의 군집분석이 필요한 지반정보의 경우 복잡한 수동 입력 과정을 통해 3D 모델이 생성되기 때문에 시간적, 비용적으로 비합리적이다. 따라서 최신성 및 정확성 확보를 위하여 변화된 지하정보의 신속한 탐지 및 자동 구축 및 제공으로 3차원 지하공간통합 지도 순환 서비스 체계 구축이 필요하다(An et al., 2020). 그림 22에서는 지하공간통합지도의 개념도를 보여주고 있다. <그림 22> 지하공간통합지도의 개념도 GeoBIM의 응용사례로 현재 진행하고 있는 국가 연구개발 과제인 “복합데이터 기반 3차원 지하정보 구축 및 분석 기술 개발”연구를 통하여 지하공간 내 존재하는 지층과 지하시설물을 3차원으로 가시화하여 정보를 제공할 수 있는 시스템을 개발하였다. 이 시스템은 기존의 지하공간통합지도의 정확도 향상과 활용성 제공 측면에서 개발되었으며, 지하공간통합지도에서 제공하는 시추공 정보와 지하 시설물 정보 및 현장에서 실측한 데이터(GPR, 물리탐사 등)를 실시간에 가깝게 가시화해서 기존 데이터와의 비교 및 분석을 통하여 상대적으로 정확한 정보를 제공하고 있다. 가시화된 시추주상도를 선택하면 다양한 정보를 볼 수 있도록 속성정보 창을 두어 지층 구성에 참조할 수 있도록 하였으며, 시추주상도를 이용하여 Mesh 형태로 구성한 지층은 다양한 보간기법(Kriging, NURBS, IDW)을 사용하여 실제 지층 형태에 가깝도록 2D/3D로 제공하고 있다. 그림 23 및 24에서는 지층의 속성 정보를 제공할 수 있는 시추주상도 가시화 기능 및 다양한 보간기법을 사용한 지층 구성 형태를 보여주고 있다.Vol. 23, No. 4 69 지하공간 BIM 설계(GeoBIM)의 국내외 적용 사례 <그림 23> 시추주상도 가시화 <그림 24> 시추주상도 데이터를 활용한 지층 생성 기능 그림 25에서는 지하공간통합지도에서 제공하는 지하시설물 정보 및 현장에서 실측한 지하시설물을 모두 가시화할 수 있는 시스템 을 보여주고 있다. 지하공간에는 다양한 종류의 지하시설물이 매설되어 있는데 구축된 시스템에서는 상수도, 하수도, 전력관, 통신관, 난방관, 가스관을 대상으로 관의 위치정보와 다양한 속성정보를 3D 가시화와 함께 제공하고 있다.기술강좌 시리즈 기술교육위원회 70 자연,터널 그리고 지하공간 구축된 시스템은 가시화 및 분석 기능은 개발이 완료된 상태이며, 다음 단계에서 고도화 및 최적화를 진행할 예정이다. 향후 GeoBIM을 포함한 토목 분야에 BIM을 활용하기 위해 표준 데이터 포맷인 IFC (Industry Foundation Classes)가 확정되면, 지반정보, 지하시설물 정보를 범용 BIM 애플리케이션에서 사용할 수 있도록 준비하고 있다. <그림 25> 지하시설물 가시화 3.4 스마트건설 챌린지 2020 BIM Live 출품 내용(GeoBIM 적용) 국토교통부는 한국건설기술연구원과 ｢스마트건설 챌린지 2020｣의 일환인 “BIM 라이브” 현장경연을 공동 개최하였다. 스마트건설 챌린지 2020 행사에서는 BIM, 3D프린팅, 토공자동화, 유지관리, 건설안전, UCC 등 6개 스마트 건설기술 분야별 기술력을 현장시연 및 경연을 실시하였다. 6개 분야 중 BIM 활성화를 위해 개최된 “BIM 라이브”는, 2020년 9월 9일(수)부터 3일간 코로나-19 방역조치가 완비된 일산 킨텍스에서 펼쳐졌다. BIM은 4차 산업혁명 시대를 맞아 급성장 중인 ‘스마트건설기술’의 핵심이 되는 3차원 설계와 빅데 이터의 융복합 기술로서, BIM(Building Information Modeling)은 3D모델과 공사정보(자재, 공정, 공사비, 제원 등)를 결합해 건설 전 과정의 정보를 통합 관리하는 기술로써, BIM 설계를 통해 설계· 시공· 관리 상 오류와 낭비요소를 사전에 검토할 수 있어 건설공사의 생산성과 안전성을 극대화할 수 있는 장점이 있다. “BIM 라이브”는 총 6개 팀이 참가해서, 각 팀은 현장에서 직접 3D 설계모델을 작성했다. 또한, BIM을 기반으로 한 첨단 분석기법(자동 도면생성, 토공량 부재수 등 공사물량 산출, 시공 안정성 검토 등)과 시뮬레이 션 기술을 선보였고, 기술성 협업수준 완성도 등을 심사받았다. 그림 26에서는 참가 팀 현황과 핵심 경연 기술을 보여주고 있고, 그림 27에서는 본 경연에서 우승을 차지한 BIM Movement의 BIM 수행계획서(BEP) 기반 세부 기관 업무 분장에 대한 모식도를 보여주고 있다.Vol. 23, No. 4 71 지하공간 BIM 설계(GeoBIM)의 국내외 적용 사례 <그림 26> BIM Live 2020 경연 참가팀 현황 및 특징 <그림 27> BIM 수행계획서(BEP)를 준수한 업무 분장 계획 - BIM Movement기술강좌 시리즈 기술교육위원회 72 자연,터널 그리고 지하공간 경연을 통해서 최종 우승 팀으로 결정된 BIM Movement의 내용 대비 2, 3위를 차지한 다른 팀들 간의 미세한 차이는 GeoBIM 기반 지하정보의 BIM 체계 활용성 측면이라고 평가받았다. 표 1에서는 경연에서 발표된 GeoBIM 관련 부분만을 요약해서 보여주고 있다. <표 1> 터널 구간 3D 지층 모델링(Leapfrog Works 활용) - BIM Movement 구분3D 지층 모델링 활용 현황 [보링조사 데이터][보링주상도 3D 적용] [3D 지층 모델링][3D 도로선형 적용] [터널구간 모델링 연계][BIM 기반 해석 TOOL 연계] 활용 결과 ∙ 시추공 정보를 활용한 3D 지층 정보 모델링 작성 ∙ 터널 계획을 위한 시종점 위치 선정 및 굴착 패턴 등 GeoBIM 활용 ∙ GeoBIM 모델 데이터로 활용(export를 통한 타 S/W 연계) ∙ 터널 구간 암 종류별 굴착량 산정 연계 활용 효과 ∙ 3D 지층 모델링 시 빠른 시간에 넓은 구간의 모델링 가능 ∙ 다양한 확장자(dwg, dxf, dgn, ifc 등)으로 모델 변환이 가능하여 활용성이 높음 ∙ 해석 소프트웨어와의 연계를 통해 안정성 해석이 가능Vol. 23, No. 4 73 지하공간 BIM 설계(GeoBIM)의 국내외 적용 사례 4. GeoBIM 국외 적용 사례 4.1 City Rail Link (CRL) project (New zealand Auckland) 그림 28과 29는 뉴질랜드에서 가장 큰 규모의 인프라 프로젝트인 Auckland’s City Rail Link (CRL)에 대한 내용을 보여주고 있다. 오클랜드 시내 중심에서 최대 42m의 심도인 3.45km의 Twin 터널 지하 철도 프로젝트이며, 화산지대를 포함한 복잡한 지질 상태를 고려한 CRL과 같은 대규모 프로젝트를 진행하려면, 지중 조건에 대한 명확한 평가가 우선 필요한 상황이었다. 이 프로젝트에서는 Leapfrog Works 프로그램을 사용해서 GeoBIM 개념을 적용하였다. 지반 모델을 정보화 모델로 제작하여 공기 및 공사비의 절감(지중 조건 시각화 및 최적화)을 제시해서 발주처, 시공사 등 관계자 모두에게 지반 상태에 대한 리스크를 명확하게 전달하였다. 최종적으로는 의사결정의 유동성 확보 및 최신 정보 추적에 도움이 된 사례였다. <그림 28> 뉴질랜드 오클랜드 City Rail Link(CTL) GeoBIM 구축 사례 <그림 29> City Rail Link(CTL) GeoBIM 구축 사례(구조물 및 지반조사)기술강좌 시리즈 기술교육위원회 74 자연,터널 그리고 지하공간 4.2 A motorway extension from New Zealand’s Pūhoi to Warkworth 그림 30과 31에서는 뉴질랜드의 Pūhoi에서 Warkworth까지 고속도로 확장 공사 프로젝트에 대한 내용을 보여주고 있다. 이 프로젝 트는 연장 길이가 18km이며, 가파른 산악지형과 계곡을 가로지르는 복잡한 지형조건에서 수행되어야 하는 공사에 관한 내용으로 확인 되었다. 여기서도 CTL 프로젝트와 마찬가지로 Leapfrog Works 프로그램을 사용해서 GeoBIM 개념을 적용하였다. 초기 단계에서 18km의 총 연장에 대한 경로의 3D geological 모델 생성에 Leapfrog Works가 사용되었고, 생성된 GeoBIM 모델은 Bentley systems 사의 OpenRoads 도로 설계 프로그램으로 불러와서 가파른 경사 지형에 대한 성토 및 절토량을 신속하게 비교해서 최적화 작업을 수행하였고, 최종적으로 공사 비용 절감 효과를 얻은 사례였다. <그림 30> Pūhoi to Warkworth 모터웨이 건설 프로젝트(총 연장 18.5km) GeoBIM 구축 사례 <그림 31> GeoBIM 모델을 사용한 절, 성토량 비교(Leapfrog Works 활용)Vol. 23, No. 4 75 지하공간 BIM 설계(GeoBIM)의 국내외 적용 사례 4.3 중국 서부 신장 자치구 신재생 에너지 프로젝트 중국 서부 Xinjiang Changji Hui 자치구의 주요 도시에 수력 에너지를 공급하여 대략 50,000명의 주민에게 신재생 에너지를 제공 하는 프로젝트에도 GeoBIM 개념이 적용되었다. Main power house caverns은 길이 185m, 폭 24m, 높이 56m 규모였다. 여기서 관건은 메인 cavern에 대한 굴착 및 지보 설계 부분이었고, Leapfrog Works 프로그램을 사용해서 지층 및 구조물 모델을 제작하였 다. GeoBIM 모델 적용의 장점은 모델링 과정에서 위험인자 발견, 프로젝트 참여 인원 간 의사소통 능력 향상, 협업을 통한 정보 공유 능력 향상 등이었다. 그림 32와 33에서는 프로젝트의 내용을 보여주고 있다. <그림 32> Power house 주변 지층 분포 현황 <그림 33> Power house 주변 RMR 정보 및 단층 정보기술강좌 시리즈 기술교육위원회 76 자연,터널 그리고 지하공간 4.4 싱가포르 N107 프로젝트 싱가포르 N107 프로젝트는 삼성물산이 싱가포르 육상교통청(LTA)과 체결한 계약이다. Toa Payoh 지역에 1.7km 길이의 지하도로 및 North-South Corridor 건설을 위해 약 6300억원의 설계 및 시공 계약을 체결했다. 공사는 2018년 5월 착공해 2026년 11월 완공될 예정이다. 이 계약이 삼성물산의 50번째 싱가포르 프로젝트이다. N107 계약은 기존 및 미래의 지하 및 지상 기반 시설과의 인터페이 스를 포함하는 지상 기반 시설을 갖춘 1.367km의 Twin cell 차량 터널 구조의 설계 및 시공으로 구성되고, Facility Building(MRM)의 설계 및 시공, 그리고 Marymount Road와의 연결 터널이 포함되었다. 현재 Ongoing 프로젝트이기 때문에 상세 내용은 언급하지 않고, GeoBIM 개념이 적용된 사례에 대해서만 요약해서 기술하였다. 그림 34에서는 N107 프로젝트의 개요를 보여주고 있다. N107 프로젝트의 BIM 설계는 BasisSoft-BIM Doctor JV가 담당하고 있으며, 2026년까지 진행될 예정이다. 본 프로젝트 수행 중에 GeoBIM 기반으로 전체 현황을 모델링하여 반영하였다. Leapfrog Works를 사용해서 작업을 수행하였으며, 그림 35에서 확인할 수 있다. <그림 34> N107 프로젝트 개요 <그림 35> GeoBIM 기반 N107 프로젝트 모델링 형상(Leapfrog Works)Vol. 23, No. 4 77 지하공간 BIM 설계(GeoBIM)의 국내외 적용 사례 4.5 스위스 취리히 지상 및 지하 3차원 디지털 트윈 프로젝트 스위스 취리히시는 국내에서 구축해서 운영 중인 지하공간통합지도와 유사한 개념의 프로젝트가 진행 중이다. 취리히시는 1999년 부터 자체적인 지하시설물 관리자를 지정해서, 해당 시설물 제공자와 함께 관리 체계를 구성(가스, 수도, 하수, 지역난방, 전력, 통신) 하였다. 시설물 소유자는 시스템을 통해 정보 운영자에게 시설물에 대한 최신 데이터를 일주일에 한 번 전달하고, 정보 운영자는 공개 웹 포탈을 통해 사용자에게 정기적으로 업데이트된 데이터베이스를 제공하고 있다. 위치 정확도는 20cm 범위이며, 공개된 부정확한 정보를 표시하는 기능을 탑재하였다. 취리히시는 지하시설물에 대한 3D 지도 제작을 계획중에 있으며, 현재 3D 측량을 진행중이다. 대중교통 및 교통 통제 관련 시설에 대한 정보가 포함되며, BIM 형태로 제공될 예정이다. 그림 36과 37에서는 취리히시 디지털 트윈 프로젝트의 형상 일부를 보여주고 있으며, 현재 단계에서 국내 지하공간통합지도와의 다른 점은 초기 단계부터 BIM 모델을 적용해서 개발하고 있다는 점이지만, 국내 지하공간통합지도는 선 구축 후, 현재 운영 및 서비스를 제공하고 있고, 지속적으로 정확도 향상 및 고도화 작업을 진행하고 있다. <그림 36> 취리히시 지하 유틸리티 디지털 지도 <그림 37> 취리히시 지상 및 지하 3D 디지털 트윈 통합 이미지Next >