I. 서 론
1. 연구의 배경 및 목적
건축물의 비용견적은 건설 프로젝트의 프로세스 상에서 매우 중요한 단계 중 하나이다. 비용견적의 결과물은 건축물의 예정공사비 산정, 낙찰자 선정 등의 중요 정보로 활용되고 있다.
이러한 비용견적은 건축물의 물량산출과 자재별 단가를 통하여 산출되고, 이는 내역서(BOQ; Bill of Quantities)를 작성하는 기반이 된다. 물량산출은 건축물의 형상을 구성하는 각종 부위(자재)에 대한 수량을 산출하는 것이라고 할 수 있으며, 산출된 물량에 재료비/노무비/경비에 해당하는 단가를 곱하여 비용견적을 수행하게 된다. 단가는 일반적으로 일위대가, 표준품셈, 실적공사비 등을 활용하여 산출하게 된다.
이에, 비용견적에서 가장 중요한 것은 건축물을 시공하는데 투입되는 물량을 정확하게 산출하는 것이라고 할 수 있다.
그렇지만, 전통적인 물량산출은 건축물의 설계도서(평면도, 단면도, 입면도, 부재일람표, 시방서 등)를 기본 자료로 하여, 2D CAD 형태의 설계도를 활용하여 수량을 산출하게 된다. 그리고 이 과정은 다수의 견적전문가에 의하여 수행되게 된다.
이로 인하여, 전통적인 물량산출은 기본적으로 인적오류(Human error)의 가능성을 가지고 있으며, 견적전문가의 전문성에 따라 물량산출의 정확도에 큰 차이를 발생할 수 있는 문제점을 가지고 있다. 또한, 물량산출을 위한 설계도서(일반적인 CAD 도면)의 설계오류로 인하여 물량산출의 정확도가 저하되는 문제점을 가지고 있다(Monteiro & Martins, 2013).
즉, 기존의 전통적인 물량산출과정에서는 필연적으로 다양한 오류가 발생함으로 인하여 정확한 물량산출이 불가능하다고 할 수 있는 상황이다.
이러한 비용견적을 위한 물량산출의 불확실성을 개선하기 위한 방안으로 3D 설계와 각종 매개변수(Parameter)를 기본으로 하는 BIM이 대두되고 있는 상황이다.
BIM은 건설산업에서 시각적인 모델링을 통하여 설계 및 정보관리 등을 수행하기 위한 방법이라고 할 수 있다. 이러한 BIM은 3D모델을 통하여 각종 객체(Object)들로부터 산출되는 길이, 면적, 체적 등의 물량정보를 도출할 수 있으며, 이를 통해 정확한 물량데이터를 산출할 수 있다(Lee et al., 2017).
이에 본 연구에서는 BIM기반 상세견적의 정확성 분석을 목표로 BIM을 통한 물량산출 가능 내역항목(BOQ Item)의 도출 및 실제 사례단지 적용을 통한 전통적인 비용견적과 BIM기반 상세견적의 비교분석을 통한 검증작업을 수행하였다.
II. 이론적 배경
1. Building Information Modeling
BIM은 Building Information Modeling 또는 Building Information Model의 약자로서 1970년대 Eastman의 Building Description System의 개념을 기반으로 하고 있으며, Virtual Construction 또는 Digital Project Management 등의 다양한 이름으로 표현된다.
BIM이라는 용어는 1990년대 Neerveen에 의하여 처음 사용되었으며(Nedrveen & Tolman, 1992), 1994년 IAI(BuildingSMART Inernational)의 결성이 준비되고 국제표준으로 개발하면서 전 세계적으로 BIM이라는 용어가 활용되어 왔다(Kim, 2010).
이러한 BIM의 정의에 대해서는 다양한 기관과 업체에서 제시하고 있다. ISO에서는 건물, 교량, 도로, 공장 등을 포함하는 모든 건축물의 물리적 그리고 기능적 특성에 대한 공유된 디지털 표현이라고 정의하고 있으며, AIA에서는 정보의 사용, 재사용 및 교환을 위한 통합된 3D-2D 모델 기반의 기술이라고 정의하고 있다. BIM관련 업체인 Graphisoft에서는 도면과 같은 그래픽 기록과 시방서, 공정 그리고 기타 데이터와 같은 비그래픽 기록 모두를 포함하는 단일 저장소라고 정의하고 있고, Bentley에서는 전체 건물 생애주기의 그래픽과 비그래픽 측면의 모델링과 연계된 데이터 관리 시스템이라고 정의하고 있으며, Autodesk에서는 건설 프로젝트의 설계와 시공에 관련된 통합되고 내부적으로 일관된 정보의 생산과 사영에 관한 특성을 가진 건물 설계와 문서화 방법론이라고 정의하고 있다.
즉, BIM은 건축물의 라이프사이클 동안에 포함된 모든 정보를 생산하고 관리하며 각종 도서를 즉각적으로 생성할 수 있는 통합 도구라고 할 수 있다(Lee & Jun, 2007).
2. BIM 견적 관련 선행연구 고찰
BIM 기반의 비용 견적은 BIM 모델의 속성정보를 활용하여 자동으로 물량을 산출할 수 있기 때문에 공사비 예측의 정확성 및 신뢰성 확보에 큰 도움이 된다(Lee, Kim, & Chin, 2011).
이에 BIM 견적과 관련된 다양한 연구가 진행되고 있으며, 이에 따른 주요 연구를 살펴보면 사업초기 단계의 개산견적을 위한 개산견적 모델 및 상세수준 제안(Park et al., 2011; Yoon, 2013), 개산견적을 위한 유형별 공사비 데이터베이스 제안(Cho et al., 2015), 그리고 개방형 BIM을 활용한 개산견적 방안 및 프로세스 제안(Kim, Choi, & Kim, 2015; Kim, Um, & Choi, 2015; Park, Park, & Koo, 201)의 연구가 진행되어 왔으며, 이를 정리하면 <Table 1>과 같다.
Table 1.
BIM based Cost Estimation Literature
| Categories | Contents |
|---|---|
| Approximate Estimation Model | - BIM-based forecasting model for systematic budgeting and business feasibility review at the early stage of project (Park et al., 2011) |
| - Proposal of architectural design process according to LOD of BIM model by design stage (Yoon, 2013) | |
| Estimation Database | - Propose database of construction cost by type and develop rough cost calculation system (Choi, Suh, & Yun, 2015) |
| IFC-based Estimation | - Proposal of the quantity calculation process for the open BIM-based estimate and develop of the quantity calculation system for the high-rise building (Kim, Um, & Choi, 2015) |
| - Proposal framework for estimation based on IFC and related knowledge information (Park, Park, & Koo, 2015) | |
| - Suggested proces for applying quantity attribute from object information of IFC modeling to estimation practice (Kim, Choi, & Kim, 2015) |
기존의 BIM 견적관련 선행연구들은 대부분 개략공사비 산출에 초점을 맞추고 있으며, 상세견적을 위한 BIM 모델의 상세수준 및 비용 데이터 연계를 위한 프레임워크 등의 내용은 전무한 상황이다. 이에 본 연구의 상세견적을 대상으로 한 BIM기반 비용견적의 연구가 필요할 것으로 사료된다.
III. 상세견적을 위한 BIM모델과 비용내역 연계
1. BIM모델과 비용내역 연계 개념
상세견적을 위한 BIM 내역 데이터의 연계는 BIM모델을 통하여 직접 수량을 산출할 수 있는 직접연계 항목과 BIM모델 Object의 수치 값에 계산식을 적용하여 수량을 산출할 수 있는 간접연계 항목 그리고 BIM모델을 통하여 수량을 산출할 수 없는 미연계 항목으로 구분되게 된다.
본 연구에서는 기존의 내역항목을 대상으로 BIM 물량산출을 위한 직접연계, 간접연계, 미연계 항목을 설정하였다. 그리고 간접연계의 내역항목의 경우에는 BIM 및 견적 전문가와의 자문1)을 통하여 물량산출을 위한 계산식을 도출하고 실제사례 프로젝트의 발주공사비와 비교를 통한 BIM 상세견적의 정확성을 검증하고자 하였다.
2. 상세견적을 위한 모델 및 내역 데이터 연계
직접연계 항목은 BIM모델의 Object에 따른 Graphic 정보(수치정보)를 직접적으로 활용하여 견적내역 항목의 물량을 산출하는 항목이라고 할 수 있으며, 콘크리트 물량을 대표적인 직접연계 항목이라고 할 수 있다.
그리고 간접연계 항목은 BIM모델 Object의 Graphic 정보에 계산식(Calculating formular)을 적용하여 견적내역의 물량을 산출하는 항목이다. 즉, 간접연계 항목에는 주요 자제의 물량을 기반으로 하여 비율(Formular)로 반영되는 내역항목 그리고 LOD 500 수준에서는 직접 연계가 되지만 LOD 350-400 수준에서는 모델링 되지 않지만 모델링된 타 부재(Other Object)를 통하여 간접적으로 도출할 수 있는 내역항목 마지막으로 임시로 설치되는 부재(가설자재, 거푸집 등)가 포함된다.
마지막으로 미연계 항목은 BIM모델링 작업의 효율성을 고려하였을 때 모델링 작업이 어렵거나 BIM 객체 형상으로 표현이 불가능한 내역항목으로서, 대표적으로 철근과 자재운반 같은 내역항목이 포함된다고 할 수 있다. BIM모델 및 내역 데이터 연계를 위한 개념을 정리하면 <Table 2>와 같다.
3. 내역항목별 BIM과 내역항목 연계 수준 설정
BIM모델과 내역항목 간의 연계 개념을 바탕으로 상세내역서의 내역항목과 견적 데이터 간의 연계 수준(3DO, 3DQ, Non)을 작성하였다. BIM과 내역항목 연계를 위한 내역항목은 철근콘크리트공사, 조적공사, 미장공사, 타일공사, 돌공사, 방수공사, 목공사, 잡공사, 금속공사, 지붕 및 홈통공사, 창호공사, 유리공사, 도장공사, 수장공사, 가구공사, 단열공사, 도배공사의 공종을 대상으로 세부 내역 항목의 BIM과 내역항목 데이터 연계 방안(3DO, 3DQ, Non)을 작성하였다. <Table 3>은 BIM 모델과 내역항목간의 연계 수준을 골조공사의 내역항목을 예시로 작성한 것이다.
Table 3.
Example of Linking BIM and BOQ (Structural work)
<Table 3>과 같이 골조공사에서도 BIM을 통한 직접 물량산출과 간접물량산출 그리고 미산출 내역이 존재한다. 이에 BIM 상세견적을 위한 BIM과 내역항목 간의 연계율을 확인해 보면, 사례단지 전체 내역항목(총 307개) 중 177개의 내역항목이 BIM을 통하여 직접적 혹은 간접적으로 물량을 산출할 수 있었으며, BIM과 내역항목 간의 연계율은 57.7%로 나타났다. 공종별로 BIM과 내역항목 간의 연계율을 정리하면 <Table 4>와 같다.
Table 4.
Results of Linking BIM-BOQ by Type of Work
<Table 4>의 연계율을 공종별 내역항목의 개수를 기준으로 BIM모델을 통하여 물량산출이 가능한 직접연계 항목과 간접연계 항목의 비율을 나타낸 것으로 연계율이 높다는 것은 BIM을 기반으로 한 상세견적의 가능성이 높은 공정을 의미하는 것이다.
4. 내역항목별 BIM 물량산출 계산식 도출
내역항복별 BIM물량산출 계산식 도출 작업은 비용내역항목별 적용부위 검토, 기존 물량산출 계산식 검토, BIM 물량산출 계산식 도출의 단계로 진행하였다.
1) 비용내역 항목별 적용부위 검토
BIM을 활용하여 상세견적을 수행하기 위해서는 BIM 모델의 객체와 BOQ의 내역항목간의 연계작업이 필요하며, 이를 위해서는 우선적으로 내역항목의 적용부위를 명확히 할 필요성이 있다. 이는 BIM 작업수행자의 경우 BOQ상의 내역항목을 통하여 해당 내역의 적용부위를 명확히 인식하지 못하는 문제가 발생할 가능성이 있기 때문이다.
본 연구에서도 BIM작업자가 내역항목의 적용부위에 대한 인식 부족으로 BOQ상의 내역항목과 BIM 모델을 연계하지 못한 사례가 발생하기도 하였다. <Figure 1>은 내역항목의 적용부위를 BIM 작업자에게 인지시키기 위하여 작업한 그림이다.
2) 기존 물량산출 계산식 검토
BIM 상세견적의 정확도를 향상을 위하여 기존의 물량산출 계산식을 검토하였으며, 물량산출 계산식 중 BIM을 통하여 수치 값을 도출할 수 있는 부분을 검토하였다.
철근콘크리트 공사 중 거푸집 공사의 경우에 거푸집의 종류는 합판거푸집, 제치장거푸집, 유로폼, 갱폼, 알폼이 있으며, 각 거푸집의 종류별 적용부위는 상이하지만 물량산출 방식은 벽체와 슬라브의 개구부를 제외한 면적으로 산출하고 있었다. 다만, 갱폼 설치의 경우에는 건물의 둘레 길이로 물량을 산출하고 있었다. 골조공사에 대한 물량산출 기준과 산출방법을 정리하면 <Table 5>와 같다.
Table 5.
Application Criteria of Existing Quantity Take-off
3) BIM 물량산출 계산식 도출
BIM 물량산출 계산식은 기존 물량산출기준과 산출방법을 기반으로 하여, BIM 모델을 통하여 도출할 수 있는 산출값(Geometric parameter)의 속성정보를 반영하는 것으로 계산식을 도출하였다.
예를 들어 콘크리트타설의 경우에 기존의 산출식에서 부피정보를 BIM 모델에서 추출하여 “Object_Net Volume X 0.995”로 설정할 수 있으며, 시멘트벽돌 쌓기의 경우에도 “Object_Net Reference Side Surface Area X 75”로 BIM에서의 물량 산출식을 설정할 수 있다. 이를 정리하면 <Table 6>과 같다.
Table 6.
BIM-based Quantity Take-off Formular
IV. BIM기반 상세견적 사례적용
1. 사례적용 대상 개요
BIM기반 상세견적의 적용성 검토를 위한 사례단지는 세종특별자치시 행정중심복합도시 2-1 생활권 M3블럭의 공공임대 단지의 1개동(15층, 라멘구조, 59 m2형)을 대상으로 수행하였다. 해당 단지는 현재 시공 중에 있는 단지로서, BIM 상세견적의 효과 분석을 위하여 상세견적 데이터를 확보할 수 있는 단지를 사례적용 단지로 설정하였다.
2. BIM 상세견적 사례적용
BIM 상세견적의 사례적용은 첫 번째로 대상단지의 BIM 모델링 작업을 수행하고, 두 번째로 건축공사의 내역항목 정리 작업을 수행하였으며, 세 번째로 사례단지 BIM 모델의 3DO/3DQ/Non 항목 정리하였다. 네 번째로 BIM기반의 상세견적 작업을 수행하였으며, 마지막으로 기존 견적데이터와 BIM 상세견적 데이터의 비교 분석으로 BIM기반 상세견적의 적용성을 평가 하였다.
1) 사례단지 BIM 모델 구축
사례단지의 BIM 모델은 구조부부분과 건축부분으로 구분하여 모델링 작업을 수행하였다.
구조부분은 철근콘크리트 공사 중 기둥, 벽, 보, 슬래브, 계단 등의 주요 구조 부재를 포함하여 작성하였으며, BIM 모델의 Object에 상세견적에 필요한 견적 내역품명, 규격 등의 정보를 추가하여 모델링 작업을 수행하였다. 그러나, BIM 모델을 LOD 350 수준으로 구축하여 철근과 거푸집과 같은 Object는 모델링 작업에서 제외하고 수행하였다. <Figure 2, 3>은 사례단지의 구조부분 BIM 모델이다.
건축부분의 BIM 모델은 LOD 400 수준으로 구축하였으며 내부 벽체, 마감재(미장, 벽지 등), 타일, 방수, 개구부, 창호 등의 부재를 모델링하였고 BIM 상세견적을 위한 내역품명과 규격 등의 정보를 추가하여 작성하였다. <Figure 4, 5>는 건축부분의 BIM모델이다.
2) 건축공사 공사비 내역항목 정리
사례단지의 공사비 내역항목 정리 작업은 건축공사를 대상으로 하여, 철근콘크리트공사, 조적공사, 미장공사, 타일공사, 돌공사, 방수공사, 목공사, 잡공사, 금속공사, 지붕 및 홈통공사, 창호공사, 유리공사, 도장공사, 수장공사, 가구공사, 단열공사, 도배공사의 17개 공종을 대상으로 수행하였으며, 해당공종의 실증단지 공사비 내역항목 307개를 정리하였다. <Table 7>은 콘크리트 공사의 내역항목의 일부를 정리해 놓은 것이다.
Table 7.
BOQ Item (Concrete work)
3) 사례단지의 BIM모델의 3DO/3DQ/Non 항목 정리
BIM모델의 3DO/3DQ/Non 항목 정리 작업은 사례단지의 공사비 내역항목을 대상으로 BIM 모델과 물량내역의 연관 관계를 설정하였다. <Table 8>은 BIM모델과 내역항목의 연계 관계를 콘크리트 공사를 예시로 정리해 놓은 것이다.
Table 8.
BIM-BOQ Link Relation (Concrete work)
4) 사례단지의 BIM 상세견적
사례단지의 BIM 상세견적은 BIM 모델과 BOQ 데이터의 연계관계를 바탕으로 하여, 각 내역항목별 물량과 단위 비용을 도출하여 견적 작업을 수행하였다. <Table 9>는 사례단지의 BIM기반 상세견적의 내용의 일부(콘크리트 공사)를 정리해 놓은 것이다.
Table 9.
BIM-Based Detail Estimation (Concrete Work)
5) 기존견적 데이터와 BIM 상세견적 데이터 비교 분석
BIM 상세견적 적용을 통한 데이터의 검증을 위하여 기존의 견적데이터와 비교 분석 작업을 수행하였다. 비용견적 데이터의 비교분석은 공종별로 수행하였으며, 기존의 견적 데이터(2D)를 기준으로 BIM 상세견적 데이터의 증감을 분석하였다. <Table 10>은 기존의 2D 비용견적 데이터와 BIM기반 상세견적 데이터를 정리한 것이다.
Table 10.
Cost Estimation Analysis
사례 단지를 대상으로 한 기존의 2D견적과 BIM 상세견적의 비용을 비교분석해 보면 항목별로 93.6%에서 101.1% 사이로 금액차이가 발생했으며, 전체적인 2D견적과 BIM상세견적의 차이는 99.5%로 매우 유의미하게 나타났음을 확인할 수 있었다.
V. 결 론
본 연구에서는 BIM기반의 상세견적을 위하여 BIM모델의 각 부재(Object)에 따른 내역항목(BOQ Item)을 연계하여 직접 BIM 모델을 통하여 물량을 산출할 수 있는 직접연계 내역항목, BIM 모델의 수치정보를 가공하여 산출할 수 있는 간접연계 내역항목 그리고 BIM 모델을 통하여 산출할 수 없는 미연계 내역항목을 설정하였다.
또한, 사례프로젝트의 적용을 통하여 기존의 2D기반의 견적과 BIM기반 상세견적의 비교 검토를 통하여 BIM기반 상세견적이 기존의 2D 견적과 비교하여 큰 오차가 발생하지 않음을 확인할 수 있었다.
특히, 전체 건축공사비의 약 35%에 해당하는 철근콘크리트 공사의 경우에 2D 견적과 BIM견적의 오차가 1.1%로 매우 정확한 견적이 가능함을 확인할 수 있었으며, 공사비가 높은 상위 공종 5개의 오차범위는 −1.8~1.1%로 견적의 정확도가 매우 높은 것으로 나타났다.
즉, BIM모델에 따른 내역항목 연계정보(직접연계, 간접연계, 미연계)의 설정을 통하여 BIM견적의 작업효율과 정확성을 확보할 수 있음을 확인할 수 있었으며, 향후 BIM기반 상세견적에 관한 기초자료를 제공할 수 있을 것으로 사료된다.
다만, 본 연구의 경우에 건축공사만을 대상으로 하고 있으며, 철근 작업의 경우에 BIM 모델과 비용내역항목의 미연계 내역항목으로 설정하여 철근 물량의 오차율을 반영하지 못한 문제점이 있다.
이에 향후 보다 정확한 BIM 상세견적을 위하여, 철근공사의 상세견적 방안 및 간접연계 항목과 미연계 항목의 보다 명확한 설정 기준에 대한 연구가 필요할 것으로 사료된다.
