서 론

건설 프로젝트에서 BIM (Building Information Modeling)을 본격적으로 사용하기 위해서는 양질의 BIM 라이브러리를 일정 규모 이상 구축하는 것이 가장 시급하며, 또한 BIM의 효율적 사용을 위해 라이브러리의 구축을 위한 속성정보의 표준화가 국가적 차원에서 정해져야 하며, 이러한 표준화는 국내 건설정보 표준 환경을 기반으로 BIM의 특성과 국외와의 호환성이 고려되어야 하며 속성체계 이외의 다른 표준들과도 연관성을 갖는 형태로 정립되어야 한다(Lee et al., 2015). 이를 위해서 우리나라에서는 조달청과 (사)빌딩스마트협회를 중심으로 BIM 라이브러리 제작 기준이 보급되고 있으나 현재까지는 기준 구축단계라 할 수 있으며, 더욱이 이러한 기준도 건축 및 구조 부분을 중심으로만 진행되어, 기계설비 분야 등 전문분야의 라이브러리 제작 기준은 기본 방향 정도만 정해진 상태로 보다 구체적인 작성표준을 정하고 이에 따라 표준화된 라이브러리를 조속히 구축할 필요가 있다.

기계설비 분야는 (사)한국설비기술협회에서 2010년 1월 “BIM MEP Library-1(피팅류 및 배관 부속류)”, 2010년 4월에는 “BIM MEP Library-2(장비, 밸브류)”를 구축 발간하여 회원사에게 웹서비스를 시작하였으나, 당시는 BIM이 도입되는 초기단계로 표준화 체계가 갖추어지지 않았으며, 형상정보 위주로 라이브러리를 구축하여 속성정보는 거의 포함되지 않았고 무엇보다도 개발한 라이브러리수가 절대적으로 부족하였다.

이에 본 연구는 국내 표준이라고 할 수 있는 (사)빌딩스마트협회의 BIM 라이브러리 제작기준을 근거하되, 국내 건설산업 특히 기계설비 분야의 특성을 반영한 BIM 라이브러리 제작을 위한 상세한 기준을 제시하여, 기계설비 분야의 표준화된 BIM 라이브러리를 제작하고 활용하도록 하는 것을 목적으로 한다.

연구의 진행 방법 및 예비적 고찰

연구 진행 방법

기계설비 분야 BIM 라이브러리의 제작 기준을 정하기 위해서는 ① 라이브러리 분류체계 및 코드명, ② 라이브러리의 구분 및 형식 정의, ③ 형상정보 작성 기준 및 ④ 속성정보 작성 기준을 정해야 한다. 이를 위해서는 기존 연구자료 및 기존의 BIM 라이브러리 제작 기준을 분석하고, 이를 기계설비 분야의 특성에 적합하도록 수정․보완하여 제작 기준을 작성하고 적용검토 한 후 최종적인 제작 기준을 제시하여야 한다.

본 연구에서는 관련 연구논문의 분석과 함께 (사)빌딩스마트협회의 BIM 라이브러리 제작기준 및 (사)한국설비기술협회에서 2010년에 제작 발표한 라이브러리와 라이브러리 작성 기준의 분석을 바탕으로 국내 기계설비산업의 특성과 기존 기계설비 분야의 BIM 사용 실태와 사용자들의 의견을 고려하여 기계설비 분야 BIM 라이브러리 제작 기준을 제시한다.

국내 BIM 라이브러리 제작 관련 기준 검토

국내 BIM의 적용 지침은 (사)빌딩스마트협회가 정부기관의 의뢰에 따라 작성하여 제공하고 있으며, BIM 라이브러리의 제작 기준은 (사)빌딩스마트협회가 용도별 BIM 라이브러리 제작기준 v1.02 (2018.11; buildingSMART Korea, 2018) 및 Revit용 BIM 라이브러리 제작기준 v1.02 (2019.01)을 발표하였다. BIM 라이브러리 제작기준(buildingSMART Korea, 2019)에는 일반사항, BIM 라이브러리 형상제작 기준, BIM 라이브러리 속성부여 기준, BIM 라이브러리 파일제작 기준 등을 제시하고 있으나, 상세한 제작 기준이라고 하기 보다는 BIM 라이브러리 제작의 최소 요건을 정의한 것으로 원칙적인 사항과 기본 기준을 제시하고 있으며, 이러한 기준도 대부분 건축과 구조분야를 대상으로 하고 있어, 기계설비 분야에 대한 상세한 기준은 없다고 할 수 있다. 단, 이 기준들은 KBIMS 규격을 따르는 표준화된 BIM 라이브러리 제작 기준으로 기계설비 BIM 라이브러리 제작의 기본 기준이 될 수 있다.

BIM 정보 상세수준 기준 검토 및 기계설비 BIM 라이브러리 제작 기본 기준 제시

BIM 정보 상세수준 기준을 검토하는 이유는 각 설계단계나, 정보 상세수준에 따라 하나의 객체에 대해 BIM 라이브러리의 형상정보나 속성정보 작성 수준을 각각 다르게 제작할 것인지, 한가지로 제작하는 것이 타당한지를 분석하기 위한 것이다.

조달청의 “시설사업 BIM 적용 기본지침서 v1.31"에서 BIM 정보표현 수준은 BIL10 ~ BIL60까지 6단계로 제시하고 있다(Public Procurement Service, 2016). 이 기준에 의하면 기계설비 분야의 BIM 표현수준은 세부 항목이 도출되지 않은 상태이고, 기준 자체도 매우 포괄적이다. 또한 중간설계 까지는 아주 단순한 형상 정보만을 필요하며, 속성 정보는 필요하지 않은 것으로 되어 있으며, 실시설계 단계부터 속성 정보를 사용하게 된다.

또한 박승화의 연구(Park and Kim, 2014)에서는 MEP 분야는 LOI 3, 실시설계 단계부터 요소정보를 포함하게 되어 있으며, 박보성의 연구(Park and Kim, 2017)에서는 중간설계 단계를 위한 단순화된 기계설비 BIM 라이브러리 제작의 필요를 제시하고 있으나, 조달청 기준 및 실제 프로젝트의 진행 방법을 분석해 보면 기계설비 분야의 BIM의 적용은 실시설계단계 혹은 BIL40 혹은 LOI 3단계부터 본격적으로 적용하는 것이 타당한 것으로 분석된다. 이에 따라 중간설계 이전단계를 위한 단순화된 라이브러리를 별도로 제작할 필요가 없이 객체별로 실시설계 이후 활용할 단일 라이브러리를 제작하는 것이 합리적이며, 이는 실제 실무에서 라이브러리 제작과 관리를 위한 비용 및 시간의 투입과 실제 활용성 등을 고려할 때 타당하다고 본다.

기계설비 BIM 라이브러리 분류체계 기준 제시

BIM은 단순히 설계뿐 아니라 법규검토, 견적, 시공, 유지관리 등에서 폭 넓게 활용되어야 하며, 이를 위해서는 객체정보의 공유와 교환이 원활이 이루어져 해당 공정 뿐 아니라 다른 공정과 다양한 단계에서 손쉽게 활용되어야 한다. 이를 위해 라이브러리 객체들의 분류체계가 국가적 차원에서 정해지고 관리되어야 한다. 또한 BIM의 분류체계는 기존 2D 도면을 기반으로 하는 국내 건설정보 분류체계나 조달청의 물품목록체계와는 다른 체계로 작성되어야 하는 것은 당연하다.

기계설비 분야의 BIM 라이브러리 분류체계는 'KBIMS Module41. BIM 객체분류'의 기본 기준을 따르되, 기존의 연구결과 분석 및 기계설비 분야의 특성을 고려하여 다음과 같이 분류체계 작성을 위한 기본 방향을 제시한다.

① 국내 건설정보 분류체계 및 조달청의 물품목록체계를 가능한 따르되, 속성 정보에는 반드시 이들 코드를 포함시켜, BIM 모델로부터 물량산출 정보와 건축 공정분류 코드를 자동적으로 추출하여 이용하는 것이 가능하도록 할 것

② 기존의 건축․구조 분야의 BIM 라이브러리 분류체계를 최대한 따를 것

③ 기계설비 분야의 현재 뿐 아니라 향후 개발될 수 있는 모든 객체를 포함 할 수 있도록 분류체계를 만들 것

④ 라이브러리의 형식이 다른 경우는 다른 카테고리로 분류할 것

⑤ BIM 작성자 및 사용자가 용이하게 사용할 수 있도록 할 것

이러한 기본 방향에 따라 기계설비 라이브러리의 분류 체계 및 코드적용 기준은 다음과 같이 제안한다.

전문분야(M), 대대분류(대공종, 영문 2글자), 대분류(중세부공정종 숫자 2자리), 중분류(객체 유형 혹은 종류, 숫자 2자리), 소분류(객체 세부 유형, 종류, 숫자 2자리)로 분류하여 라이브러리 코드를 영문 2글자 + 숫자 6자리로 표기하며, 세분류에는 크기나 용량의 차이에 따른 추가 세부 분류가 되도록 한다. 라이브러리의 파일명은 소분류 내용까지 포함되어 있으며, 하나의 파일 안에는 세분류된 라이브러리가 모두 포함되어 있도록 한다. 다음의 Table 1은 기계설비 분야 BIM 라이브러리 대분류 13개를 제안한 것이며, Table 2는 기계-장비(대대분류)-송풍기(대분류)-에어포일 팬(중분류)-DS_상부토출형 급기(소분류)의 분류체계 및 코드 적용과 파일명 등의 적용 예이다.

Table 1. Classification System of BIM Libraries for Mechanical Facilities : 1st classification

Table 2. Example of Classification System and Code Application of Mechanical Equipment BIM Library (Equipment-Fan-Airfoil Fan-DS_Upper discharge type, Supply)

건축분야는 대중소 분류에서 각각 1자리 숫자를 사용하고 있으나, 기계설비 분야의 경우 자재의 종류가 많아 소분류를 1자리로 분류하는 것이 불가하며, 대분류와 중분류 중 하나를 1자리로 무리하게 만들 수는 있으나, 이 경우 둘 중 하나는 무조건 2자리가 되게 되므로, 코드의 통일성과 추후 확장을 고려하여 대중소 분류 모두 숫자 2자리로 하는 것이 타당하다고 본다.

기계설비 BIM 라이브러리 형식 구분 및 정의

기계설비 분야에서 사용하는 객체는 그 종류와 형식이 매우 다양하여 BIM 라이브러리 작성시 배관, 덕트와 같은 System 라이브러리와 배관 피팅류와 덕트 피팅류와 같이 배관과 덕트 사이즈에 따라 자동으로 연동되어 사이즈가 변경되는 객체와 각종 장비류 등과 같이 형식 및 사이즈에 따라 각각 개별적으로 작성해야하는 객체로 분류 될 수 있다. 이와는 다소 다르나 도면작성을 위해 활용하는 2D용 심벌 등을 위한 주석기호 라이브러리로 구분할 수 있다.

본 연구에서는 기계설비 산업의 특성을 고려하여 라이브러리 형식을 ① System 라이브러리, ② Template 라이브러리, ③ Family 라이브러리 및 ④ 주석기호 라이브러리로 구분한다. 라이브러리 형식별 정의, 특성과 작성방법, 대상 객체 등을 정리하면 다음과 같으며, Table 3은 이들 중 주요 내용을 요약한 것이다.

Table 3. BIM Library Type and Target Object

System 라이브러리

Revit 프로그램에서 System 라이브러리에 해당되는 것으로, Template 파일에서 배관 및 덕트 카테고리에 공유 매개변수 선정으로 KS코드 및 설치장소 등의 매개변수를 추가하여 작업파일에서 작업자가 값을 직접 입력할 수 있게 한다.

배관은 관경별, 덕트는 면적에 따른 두께별 매개 변수값의 구분 입력이 불가하여 배관 관경 및 덕트 두께에 따른 조달세부공종코드의 입력은 불가하므로, 조달세부공종코드 입력은 Template 파일에서 선정된 일람표를 통해 배관/덕트 타입별로 일람표 작업하고, CSV (comma separated value) 파일을 내보내기하여 엑셀파일에서 추가 입력 작업한다. System 라이브러리 대상 객체로는 배관류, 덕트류가 있다.

Template 라이브러리

Template 라이브러리의 대상 객체로는 배관 피팅류(티 등), 덕트 피팅류(엘보등), 보온공사 등이 있다. 이들 객체는 배관, 덕트 사이즈에 따라 자동으로 연동되어 사이즈가 변경되도록 라이브러리를 제작하고, Template 파일에서 배관, 덕트 라우팅 기본 설정(Routing Preference)으로 배관 및 덕트별로 자동 피팅 생성이 되도록 설정한다. Template 라이브러리도 배관, 덕트와 마찬가지로 공유 매개변수 선정으로 KS코드 및 설치장소 등의 매개변수를 추가하고, 사이즈별로 조달세부공종코드 입력은 CSV 파일을 내보내기하여 엑셀파일에서 추가 입력 작업한다.

Family 라이브러리

Family 라이브러리는 객체 종류별, 사이즈별로 라이브러리를 각각 작성할 필요가 있는 라이브러리로 System 라이브러리에 연동하여 자동으로 생성되는 라이브러리를 제외한 일반 라이브러리에 해당된다. 대상 객체로는 각종 장비류, 디퓨저, 위생기구류와 배관 밸브류 등이 있다.

주석기호 라이브러리

2D도면 작성을 위한 화살표 등의 심벌, 주석 등의 라이브러리가 해당된다.

BIM 라이브러리 형상정보 제작 기준

국내 표준 BIM 라이브러리 형상정보 제작 기준 검토

(사)빌딩스마트협회의 Revit용 BIM 라이브러리 제작기준(buildingSMART Korea, 2019)에 따르면, “제작기준에서 제공하는 형상 기준은 'KBIMS Module15. BIM 정보표현수준'의 BIL (BIM Information Level) 별로 구분하여 수준에 따른 최소한의 요구사항을 정의하며, 제작자 및 사용자의 요구사항에 따라 BIL을 선택적으로 적용할 수 있다. 또한 선택된 BIL 이외의 추가적인 상세표현은 사용자의 요구사항에 따라 자유롭게 적용할 수 있다.“라고 정의하고 있으며, 표현의 원칙으로서 “라이브러리의 표현은 BIL에 따라, 3D형태의 형상 및 재질 렌더링, 2D형태의 심벌 및 도면표현을 포함하여야 한다.”라고 정의하고 있다. 기타 일반적인 기준과 함께 구조와 건축부분 23개 객체에 대한 BIL20, 30, 40, 50의 단계별 작성 사항에 대해 기준을 제시하고 있다.

기계설비 분야의 BIM 라이브러리는 앞서 정의한 것과 같이 BIL 40단계 기준의단일 라이브러리를 작성하는 것을 원칙으로 하며, 이 경우 구조와 건축부분의 BIL 40 단계의 작성 사항 기준을 다르도록 한다.

(사)한국설비기술협회 BIM 위원회 Library 형상정보 기준 검토

2009년9월 (사)한국설비기술협회 BIM 위원회에서 제시한 라이브러리 작성 가이드라인(KARSE, 2009)에서는 “형상에서 적정한 디테일 처리로 적정 용량으로 작성하도록 하며, 가능한 용량을 1MB 이하로 작성”하는 것을 권장하고 있으며, 적정 용량으로 작성하는 방법으로서 ① 모델을 단순화하여 표현, ② Parametric 기법을 사용하여 다양한 type을 하나의 file로 작성, ③ 굴곡 표현 개소를 최소화, ④ Family 내에 다른 family를 삽입하여 모델링 하는 방법 최소화, ⑤ 형상 결합(Join geometry) 기능 사용 최소화, ⑥ Array로 만든 형태는 group 해제, ⑦ 작성 완료 후 purge 실행의 방법을 제시하고 있다.

기계설비 분야 BIM 라이브러리 형상정보 작성 기준 제안 및 사례

기계설비 분야의 BIM 라이브러리 작성은 앞서 언급한 바와 같이 객체별로 하나의 라이브러리로 제작하는 것을 원칙으로 하며, 형상정보 작성의 기본 기준은 2009년 9월 (사)한국설비기술협회에서 제시한 기준을 기본으로 따른다.

Figure 1은 이와 같은 기준에 의해 작성된 Family 라이브러리의 형상 표현 정도에 따른 파일용량을 비교한 것이며, 기준안을 참고하여 BIM 라이브러리를 작성하는 것을 제안한다.

Figure 1.

Case study of file size in library according to geometric information level

BIM 라이브러리 속성정보 제작 기준

기계설비 분야 BIM 라이브러리 속성정보의 활용

BIM은 단순한 3D 모델링이 아닌 정보의 활용이 중요한 것으로 정확하며 상세한 속성정보의 입력이 중요하며, BIM의 효율적인 활용을 위해 속성정보의 작성 기준이 표준화 되어야 한다. 형상정보의 경우 한번 작성된 객체의 BIM 라이브러리에 대한 수정 및 보완이 용이하지 않지만, 속성정보는 일반적으로 스프레드시트로 관리하므로 속성정보 항목의 추가, 변경 등이 상대적으로 용이하기는 하나, 기본적인 정보의 표준화는 반드시 필요하다.

속성정보는 설계, 시공, 유지관리 등 건설 전 단계에서 활용되어야 하므로 이들 모든 단계에 대한 속성정보의 작성이 필요하나, 현재 기계설비 분야의 표준화된 BIM 라이브러리가 없는 상황에서 우선적으로 설계단계에서 활용이 가능한 모든 속성정보 작성 기준을 제시하고 이를 바탕으로 라이브러리를 구축하는 것이 타당하다고 본다. 향후 속성정보의 확장 및 추가 입력은 상대적으로 용이하므로, 본 연구에서는 유지관리 및 시공단계를 고려한 속성정보의 입력은 고려하지 않는 것으로 한다.

국내 표준 BIM 라이브러리 속성정보 제작 기준 검토

(사)빌딩스마트협회의 용도별 BIM 라이브러리 제작기준(buildingSMART Korea, 2018)에 의하면 “객체별 속성부여 기준은 라이브러리 작성 시의 ‘KBIMS Module521. 부위 객체별 속성분류'의 최신버전을 따르며, 모든 라이브러리에는 KBIMS 버전을 속성값으로 부여해야 한다.”라고 정의 되어 있으며, 속성 항목 중 기본 속성값이 정의되어 있는 경우에는 기본값을 탑재하여야 하되, 라이브러리 작성자의 필요에 의해 속성항목을 추가할 수 있으며, 제품 라이브러리는 'KBIMS Module521. 부위 객체별 속성분류'의 객체별 속성항목 및 기본적인 속성값을 포함해야 하며, 제품의 정확한 자재별 스펙을 추가적인 속성값으로 표현해야 하는 것으로 정의하고 있다.

KBIMS Module521에서는 속성그룹을 3단계로 관리하는 것을 제안하고 있으며, ① 전체 공통속성은 객체와 상관없이 모든 라이브러리에 탑재되는 속성으로 정의하며, ② 객체 공통속성은 객체별로 탑재되는 속성이고, ③ 객체 하부속성은 탑재되지 않고 외부 DB로 관리되는 속성으로 정의하고 있으며, 전체 공통속성으로는 ① KBIMS-버전, ② KBIMS-bSK등록번호, ③ KBIMS-저작자, ④ KBIMS-보급코드와 ⑤ 건설정보분류체계-부위분류 항목 값, ⑥ 조달청표준공사코드-세부공종을 기본으로 하며, 이외에 식별(부재명), 위치(층), 성능(열관류율, 열전도율)이 공통속성으로 추가된 객체도 있다.

또한 2009년9월 (사)한국설비기술협회의 BIM 위원회에서 제시한 라이브러리 작성 가이드라인에는 속성 정보 작성의 기본 방향이 언급되어 있기는 하나, 당시 제작된 라이브러리를 분석해 보면 속성정보는 극히 일부만 반영되어 있으며 더욱이 표준화된 속성정보는 없다고 볼 수 있다.

기계설비 분야 BIM 라이브러리 속성정보 작성 기준 제안 및 사례

BIM 라이브러리 속성정보 작성 기준과 관련된 기존의 연구와 (사)빌딩스마트협회의 기준 등을 분석하고, 국내 기계설비 분야의 특성을 고려하여 기계설비 분야의 BIM 라이브러리 속성정보 작성 기준을 제시하면 다음과 같다.

① BIM 라이브러리 속성정보 작성은 기본적으로 (사)빌딩스마트협회의 용도별 BIM 라이브러리 제작기준을 따른다.

② 속성 그룹은 KBIMS Module521에서 정의하고 있는 것과 같이 공통속성과 객체속성으로 구분하여 작성한다.

③ 공통속성은 KBIMS Module521에서 공통적으로 적용하는 6개의 기본속성 이외에 위치정보(실번호, 실이름, 층이름 등)와 식별정보(장비나 기구의 약어, 번호)를 추가하여 작성한다.

④ 객체속성은 기본적으로 장비일람표의 작성에 필요한 정보를 모두 포함하여야 하며, 이외에 가능한 많은 정보를 포함하도록 작성한다.

이상과 같은 기준으로 작성한 속성정보 분류항목을 분석해 보면, 공통속성은 10~11개로 대부분 동일하며, 객체속성의 경우 위생기구와 같이 그 수가 적은 것은 8개에 불과하나, 공조기는 정보 항목이 가장 많아 58개나 해당된다. Table 4는 송풍기의 속성정보 작성 기준과 입력 예이다. 속성정보수가 가장 많은 공조기의 경우에도 속성정보 관련 자료를 모두 삭제하여도 파일용량은 610,304 byte에서 606,208 byte로 0.67%, 4,096 byte 밖에 작아지지 않는 것으로, 속성정보는 라이브러리의 파일 용량에 거의 영향을 미치지 않음을 알 수 있다.

Table 4. Example of criteria for creating BIM library property information : Fan

결 론

본 논문은 현재 국내 기계설비 분야의 BIM 도입을 위해 무엇보다 필요한 표준화된 라이브러리의 구축을 위해 국내 건설산업 특히 기계설비 분야의 특성을 반영한 기계설비 분야 BIM 라이브러리 제작을 위한 상세한 기준을 제시하여 이를 바탕으로 기계설비 분야의 표준화된 BIM 라이브러리를 제작하고 활용하도록 하는 것을 목적으로, 기계설비 분야 라이브러리의 분류체계 및 코드작성 기준은 작성하여야할 객체들의 종류, 개수와 특성을 고려하되, 향후 건설분야에서 BIM의 효율적인 활용을 고려하여 제시하였으며, BIM 프로그램의 특성과 기계설비 산업의 특성을 고려하여 제작하여야 할 라이브러리를 4가지 형식으로 구분하여 각각 정의하고 활용방법 및 대상 객체의 예를 제시하였다. 또한 데이터 파일 용량과 향후 BIM의 다양한 활용을 고려하여 라이브러리 제작을 위한 형상정보 작성기준과 속성정보 작성기준을 제시하였다.