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1 Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society Vol. 17, No. 8 pp , ISSN / eissn 이재철동명대학교건축 디자인대학건축공학과 Implementation of Customized 4D and 5D System based on BIM Jae-Cheol Lee Department of Architectural Engineering, Tongmyong University 요약 BIM은건설산업의생산성향상을견인할핵심기술로부상하고있으나이에따른작업패러다임의전환은중소규모의업체들이감당하기어려운수준의변화를요구하고있다. BIM 플랫폼을통해기존의 2D CAD 환경과는비교하기힘든다양한기능의수행을기대할수있으나, 이를위해수반되는고가의프로그램및시스템구축부담은 BIM 적용을주저하게하는걸림돌이되고있다. 이에따라본연구에서는 Revit, MS Project, Navisworks 등기본적인 BIM 프로그램으로생성한건물정보와 Excel VBA 를이용한사용자화과정을통해공정을검토하고일정에따른소요물량을파악할수있도록하는사용자맞춤형 4D 및 5D 시스템을구현하였다. 이를통해사용자맞춤형 4D 및 5D 시스템을구현하기위해필수적으로요구되는 BIM 정보를규명하고도출한 BIM 정보를활용하는사용자의요구에맞게사용자화하는과정을정립함으로써 BIM 정보의활용을통한사용자화구현사례를제공하고, 지역의중소규모업체들에게 BIM의실무적활용을위한실현가능한현실적대안을제시하고자한다. Abstract BIM is a rising core technology for increasing the productivity of the AEC industry, but such a paradigm shift is placing excessive demand on the practice of small medium size enterprises. BIM has many useful functions that are difficult to imagine in 2D CAD but BIM programs and the system buildup cost are too expensive. Therefore, small medium size enterprises hesitate to apply BIM in their fields. In this study, a customized 4D and 5D system was implemented using the building information generated from basic BIM tools, such as Revit, MS Project, Navisworks, and Excel VBA's customizing process to review the schedule and verify the quantities according to the schedule. Those programs are so basic in BIM circumstances, that small medium size enterprises can be equipped without burden. As a result, essential building information for 4D and 5D system implementation was investigated and its customizing process was established. Keywords : BIM, 4D, 5D, Customizing, Excel VBA 1. 서론 1.1 연구의배경및필요성 BIM(Building Information Modeling) 에대한높은관심과기대에비해실무현업에서의활용사례는매우 미흡한실정이다. 이러한바탕에는 BIM 모델정보의공유문제, 서로다른모델링도구의사용에따른정보호환의문제, 생성된건물정보의소유권과비용문제, BIM에대한지나친기대및이해부족등여러가지이유가있다 [1]. 그러나가장큰문제는 2D 도면중심에서 3D 이논문은 2014 학년도동명대학교교내학술연구비지원에의하여연구되었음 ( 과제번호 : 2014A031) * Corresponding Author : Jae-Cheol Lee(Tongmyong Univ.) Tel: jclee@tu.ac.kr Received July 11, 2016 Accepted August 11, 2016 Revised July 27, 2016 Published August 31,

2 한국산학기술학회논문지제 17 권제 8 호, 2016 BIM 모델중심으로의패러다임변화에따른과도기적혼란에서그원인을찾을수있다. BIM 플랫폼을통해기존 2D CAD 환경에서는기대할수없었던다양한기능을수행할수있는반면, 이에요구되는다양한 BIM 프로그램과고성능, 고사양시스템구축에따른부담등은 BIM 패러다임으로의전환을주저하게만드는진입장벽으로인식되고있다. 특히중소규모의설계사무실, 엔지니어링사무실, 시공사등의경우, 판매사별로수행기능에따라패키지형태로제공되면서가격도상대적으로고가인완성품형태의 BIM 프로그램을필요에따라구비하기에는현실적으로어려움이많은실정이다. 이에따라중소규모업체의경우 BIM 플랫폼을통해생성된정보를활용해필요한기능을사용자맞춤형으로구현해사용하는것이실현가능한현실적대안이될수있다. 완성품형태의 BIM 프로그램에비해기능성과사용성은다소부족하더라도사용자의필요에따라 BIM 정보를가공해서활용할수있어높은업무적합성을제공할수있기때문이다. 1.2 연구의목적및범위 BIM의효용은단순히 BIM 프로그램을잘사용하는것에국한되지않으며 BIM으로생성한정보를활용해사용자가필요로하는기능을직접구현해사용할수있다는것이중요하다. 이에따라본연구에서는대표적 BIM 활용사례인 4D 및 5D 시스템을기본 BIM 설계프로그램과공정관리프로그램, 프로젝트검토프로그램및 Excel VBA를이용한사용자화 (customizing) 를통해구현해내는과정을정립함으로써 BIM 정보의활용을통한기능구현사례를제공하고자한다. 본연구에서구현한 4D/5D 시스템은공정을검토하고일정에따른소요물량을파악하는등중소규모업체에서일반적인 4D/5D 업무를수행하기위한내용을범위로하며실무적활용을위해서는업무목적에따른추가작업이필요할수있다. 2. 기존연구고찰 BIM을활용해얻을수있는다양한장점을실제현업에서도체감케하기위해서는 2D를기반으로하는기존작업방식을 BIM 기반의작업방식으로전환하는과 정에서유발되는추가업무를최소화하여야한다. 이와관련해 BIM의도입및 BIM 기반구조설계도서의작성을위한관련지침 [2, 3, 4] 이제시되었으며, BIM 모델로부터현업실무에서활용할수있는수준의구조설계도서를쉽고빠르게생성해내는방안에대한연구도수행된바있다 [5]. 또한 4D 및 5D 주제와관련해조대구등은기존의정보관리와 BIM 기반정보관리의차이점을분석하고분석된차이점을중심으로 Time/Cost 통합관리단위정보구조, 물량산출기준, Database 구축방안등 BIM 기반 4D/5D 제반환경에대한방향을제시한바있다 [6]. 윤창섭등은실제프로젝트를대상으로한 BIM 기반물량산출및공정관리시스템구축을통해적용과정, 결과분석, 효과등을살펴봄으로써 BIM 데이터의활용효과에대한검증및실무적용가능성을고찰하였으며 [7], 주성일등은 BIM 기반설계프로세스에서물량정보를활용해효과적인 4D 시뮬레이션적용을위한방안을제시하였다 [8]. 이상과같이기존의 4D 및 5D 관련연구는주로상용프로그램을효과적으로활용하기위한방안에중점을두고있으나, 본연구는중소규모업체의요구에부합하는사용자맞춤형 4D 및 5D 시스템개발을위한사용자화과정을중점적으로다룬다는점에차별성을두고있다. 본연구에서는판매사별패키지형태로제공되는기존의상용 4D 및 5D 시스템이가지는고비용, 고기능, 시스템종속등의부담을줄이기위해사용자의요구및환경에부합하는사용자맞춤형 4D 및 5D 시스템을구현하는것을목표로한다. 사용자맞춤형 4D 및 5D 시스템의구현을위해서는 BIM 환경에서기본적으로사용되는개별프로그램을대상으로하여야하고이들로부터생성된 BIM 정보를연계해사용자의요구에맞춰사용자화하는과정이필요하다. 이에따라본연구에서는 BIM 환경에서사용되는기본프로그램으로 BIM 설계용프로그램은 Revit, 공정생성용프로그램은 MS Project, 프로젝트검토용프로그램은 Navisworks를대상으로하였다. 이들프로그램의기본기능과 Excel VBA를활용한사용자화를통해사용자맞춤형 4D 및 5D 시스템을구현함으로써이과정에서필수적으로요구되는 BIM 정보를규명하고도출한 BIM 정보를후속과정에서활용하는사용자화과정을정립하였다. 56

3 3. 상용 4D 및 5D 시스템분석 기존에상용으로제공되고있는 4D 및 5D 시스템은 Table 1 과같다. Table 1. Commercial 4D and 5D systems[9, 10, 11, 12] Program Vendor Functionality VICO Office Suite MID WARE VICO Software (Trimble) MIDsystem visualization, clash detection, quantity takeoff, scheduling and production control, estimating, construction management reporting quantity takeoff, construction management, 4D/5D simulation BIM 적용을주저하게하는또다른장애요인으로지적되고있다. 현업에서의 BIM 적용을활성화하기위한요구를분석하면, 첫째, 기본적인 3D BIM 모델을활용할수있어야하고, 둘째, BIM 프로그램이제공하는기본기능을통해구현할수있어야하며, 셋째, 사용자의요구에부응해변형이가능해야한다는것으로정리할수있다. 본연구에서는중소규모사무실을포함한현업에서의 BIM 적용활성화를위해이상의요구를충족하면서공정을검토하고일정에따른소요물량을파악할수있는 4D 및 5D 시스템을구현하였다. Builder Hub Navis works ChangSoft I&I Autodesk generating 3D model meta data by detecting 2D CAD, quantity takeoff, 4D simulation, VE 3D design review, interference detection, 4D time simulation, photorealistic rendering, PDF-like publishing 4. 사용자맞춤형 4D 및 5D 시스템개요 10여개의서브모듈로구성된 VICO Office Suite[9] 은 Revit, Tekla, ArchiCAD 등 BIM 툴에서작성된데이터로부터물량산출, 공정관리, 견적등의기능을제공한다. MIDWARE[10] 는설계단계, 견적단계, 공사관리단계에걸친 14개서브모듈을통해내역작성, 도급, 공사관리, 4D/5D 시뮬레이션등을지원한다. BuilderHub[11] 는 2D도면인식을통해전체건물의 3D 모델을생성하고, 이 3D모델을활용해도면작성, 물량산출, 공정시뮬레이션, VE 등에활용할수있는메타데이터를생성한다. Navisworks[12] 는가장대표적인프로젝트검토용프로그램으로 3D 설계검토, 간섭체크, 4D 시뮬레이션, 애니메이션기능을통해시공성검토가가능하나, 일정에물량을연계하는 5D 시스템으로직접활용하기에는미흡하다. 이상에서살펴본완성품형태의상용 4D 및 5D 시스템은고유의사용목적에충실한기능성과호환성, 높은신뢰성을제공하는반면, 4D/5D 기능을포함하는다수의서브모듈패키지형태로제공되어비용및기능이과다하거나 [9, 10], 고유의사용목적을가지면서부가적으로 4D/5D 기능을제공해사용용도에제한이있는 [11] 등, 영세한중소규모사무실에서활용하기에는요구되는비용, 시스템사양, 활용용도등의측면에서부담이크다. 아울러 BIM 방식으로작성한건물정보를후속과정에서제대로활용하지못하는현실역시, 현업에서의 본연구에서사용자맞춤형 4D 및 5D 시스템이란 BIM 프로그램이제공하는기본기능을통한 BIM 정보의생성과이를활용한사용자화과정을통해사용자의요구에부응하는 4D 및 5D 기능을구현해내는일련의과정및사용자화결과를의미한다. Fig. 1은본연구의사용자맞춤형 4D 및 5D 시스템의구현프로세스를정리해나타낸것이다. Fig. 1. 4D & 5D system development process 먼저 Revit을이용해 BIM 모델을작성하고, 4D 시뮬 57

4 한국산학기술학회논문지제 17 권제 8 호, 2016 레이션을위한공정이름을정의한후, 3D BIM 모델에할당한다. 이때정의한공정이름을텍스트파일로추출해 MS Project에서작업이름필드로활용해공정스케줄을작성한다. 3D BIM 모델정보와공정정보를연계시켜 Navisworks를이용해 4D 시스템을구현하고, 여기에물량정보를추가로연계시켜 Excel VBA를활용한사용자화과정을거쳐 5D 시스템을구현한다. 5. 사용자맞춤형 4D 시스템구현 4D 시스템구현을위해서는 Fig. 2와같이 Revit을이용한모델링과정에서 Manage/Phases 메뉴 (1) 를이용해공정이름을미리정의하고 (2), 부재의 Phasing 카테고리의 Phase Created 속성에공정이름을할당 (3, 4) 하는작업이선행되어야한다. Fig. 3. Adjusting schedule properties in Revit Fig. 3의설정을통해각부재별로추출한일람표를편집해중복되는공정이름을제거한후 MS Project를이용해공정생성작업에활용한다. Fig. 4는위의과정을통해생성한공정이름을활용해 MS Project에서작업기간과선-후행관계를설정함으로써공정을생성한화면을나타낸것이다. Fig. 4. Generating schedule in MS Project Fig. 2. Defining & Assigning task name in Revit 부재별로할당된공정이름은 View/Schedule/Quantities 메뉴를통해추출해낼수있다. 이때 Fields 탭에서공정생성시공정이름으로활용할 Phase Created, 부재종류및타입의식별을위한 Family and Type, 콘크리트및철골물량을위한 Volume, 콘크리트 / 철골부재구분을위한 Comments 필드를선택하고, Sorting/Grouping 탭에서공정이름 (Phase Created) 과부재종류및타입 (Family and Type) 을기준으로정렬하는것이후속작업을위해효과적이다. Fig. 3은 4D 및 5D 시스템구현을위해 Schedule Properties 설정을조절한화면을나타내고있다. Fig. 5. CSV export mapping in MS Project 58

5 이후 MS Project에서생성한공정정보를 Navisworks 의사용버전에관계없이활용하기위해서는 CSV 파일형태로변환해사용하는것이필요하다. Fig. 5는 MS Project에서 CSV 파일형태로변환하기위한매핑테이블을나타낸것이다. 필수적으로 ID, 이름, 시작, 완료, 작업종류 ( 텍스트1) 필드에대한매핑이요구된다. MS Project를통해생성한 CSV 파일형태의공정정보를 Navisworks를이용해 3D BIM 모델과연계시킴으로써 4D 시스템을구현할수있다. Fig. 6은 Navisworks 의공정필드에 MS Project에서생성한 CSV 파일의필드명을연계하는설정을나타낸것이다. Fig. 7 은이상의과정을통해 Navisworks 에서실행한 4D 시뮬레이션진행화면을나타내고있다. Fig. 7. 4D simulation in Navisworks 6. 사용자맞춤형 5D 시스템구현 Revit에서생성한 3D BIM 모델의물량정보에 MS Project에서생성한공정정보를연계시킴으로써 5D 시스템을구현할수있다. Table 3은 5D 시스템구현을위해필수적으로요구되는건물정보를나타낸것이다. Table 3. Building information for 5D system Fig. 6. Field selector setting in Navisworks 이상과같이 MS Project를통해생성한공정정보는 CSV 파일을거쳐 Navisworks의공정필드로연계된다. Table 2는 Navisworks에서 4D 시뮬레이션을위해필수 적으로요구되는필드들에대한매핑관계를정리한것 이다. Table 2. Field mapping for 4D simulation MS Project CSV Navisworks ID ID Synchronization ID Task Name Task Name Task Name Start Start Date Planned Start Date Finish Finish Date Planned End Date Task Type(Text 1) Task Type Task Type Field Description Source Phase Created utilization of task name Revit Family and Type utilization of element type identification Revit Volume RC/Steel material quantity Revit Comments identification of RC/Steel Revit Start Date start date of schedule MS Project Finish Date finish date of schedule MS Project Fig. 8은엑셀의 VLOOKUP 함수를이용해 Phase Created 정보를매개로물량정보와공정정보를연계한결과를보여주고있다. VLOOKUP 함수의사용례는다음과같다. VLOOKUP(A2,Schedule!$B$2:$D$9,2,FALSE) 59

6 한국산학기술학회논문지제 17 권제 8 호, 2016 Call DeleteOverlapItems Fig. 8. Generating 5D system information in Excel Fig. 8을통해물량정보와공정정보를연계시킨후에는공정정보조건에부합하는물량정보를검색해내는것으로 5D를구현할수있다. Fig. 9는 Excel VBA의사용자정의폼을이용해공정정보의시작날짜와완료날짜조건을설정하는화면을나타내고있다. i = 3 ii = 3 Do MatType3 = WS3.Cells(ii, 1) If MatType3 = "" Then Exit Do End If Do MatType2 = WS2.Cells(i, 2) If (MatType3 = MatType2) Then WS3.Cells(ii, 2) = WS3.Cells(ii, 2) + WS2.Cells(i, 3) End If i = i + 1 Loop While MatType2 <> "" ii = ii + 1 i = 3 Loop While MatType3 <> " Fig. 10. Excel VBA code sample for 5D system Fig. 11. Results of 5D system in Excel 7. 결론 Fig. 9. Date option setting user form in Excel VBA Fig. 8의결과로부터 Fig. 9의조건에부합하는항목을검색한후, 이중중복되는항목에대해항목이름은제거하고물량은합하는알고리즘을구현함으로써 5D 시스템을구현할수있다. Fig. 10은 Excel VBA를이용해중복되는항목의물량을합하는알고리즘을구현한코드중일부를나타낸것이다. Fig. 11은이상의과정을통해구현한 5D 시스템으로부터공정스케쥴에따른부재별물량을산출한결과를나타낸것이다. 본연구에서는 Revit, MS Project, Navisworks 등기본적인 BIM 프로그램으로생성한건물정보와 Excel VBA를이용한사용자화과정을통해사용자맞춤형 4D 및 5D 시스템을구현하였다. 이를통해 4D 및 5D 시스템구현을위해필수적으로요구되는 BIM 정보를규명하고도출한 BIM 정보를활용하는사용자화과정을정립함으로써 BIM 정보의활용을통한사용자화사례를제공하였다. 4D 및 5D 시스템구현을위해요구되는 BIM 정보와사용자화과정을정리하면다음과같다. (1) 4D 시스템구현을위해서는 Revit의 3D BIM 모델링과정에서공정이름을미리정의하고부재에할당하는작업이선행되어야한다. 이공정이름을 60

7 후속되는 MS Project의공정생성작업에활용함으로써 3D BIM 모델과공정정보의연계시오류발생을방지할수있다. (2) 5D 시스템구현을위해서는 Revit의일람표산출시 Schedule Properties 설정을통해 Phase Created, Family and Type, Volume, Comments 필드를필수적으로포함하여야하며, Phase Created와 Family and Type을기준으로정렬해산출하는것이후속작업에효과적이다. (3) MS Project에서생성한공정정보는 CSV 파일형태로변환함으로써 Navisworks의사용버전에관계없이활용할수있다. CSV 파일변환매핑시 ID, 이름, 시작, 완료, 작업종류 ( 텍스트1) 필드가필수적으로포함되어야한다. (4) Revit에서생성한물량정보와 MS Project에서생성한공정정보는엑셀의 VLOOKUP 함수를이용해 Phase Created 정보를매개로연계시킴으로써 5D 시스템구현에활용할수있다. (5) Excel VBA의사용자정의폼을이용해공정스케쥴조건을설정하고조건에부합하는항목의검색및중복항목처리알고리즘을구현함으로써공정스케쥴에따른부재별물량을산출하는 5D 시스템을구현하였다. BIM은건설산업생산성향상을견인할핵심기술로부상하고있으나이에따른작업패러다임의전환은중소규모업체들이감당하기어려운수준의변화를요구하고있다. 이에따라기본적인 BIM 프로그램으로생성한정보를활용해사용자맞춤형 4D 및 5D 시스템을구현한본연구사례는지역의중소규모업체들에게 BIM의실무적활용을위한실현가능한현실적대안을제공해줄수있을것으로기대된다. 완성품형태의 BIM 프로그램에비해편이성은부족하더라도사용자의요구에따라손쉽게 BIM 정보를가공해서필요한용도로활용할수있는높은유연성과업무적합성을제공할수있기때문이다. 고성능, 고사양의시스템구축에부담을갖고있는지역중소규모업체들에게는기본적인 BIM 프로그램만으로도필요한기능을개발해사용할수있다는인식을갖게하는것이 BIM의실무적적용을유도하는계기로작용할수있을것이다. References [1] C. Eastman, P. Teicholz, R. Sacks, K. Liston, BIM Handbook-A Guide to Building Information Modeling for Owners, Managers, Designers, Engineers, and Contractors, John Wiley & Sons, Inc., [2] Public Procurement Service, BIM Guideline for Facilities, V1.3, [3] Virtual Construction Research Group, BIM Guideline for 3D Architectural Design, Volume 1, V2.0, Ministry of Land, Transport and Maritime Affairs, [4] Ministry of Land, Transport and Maritime Affairs, BIM Guideline for Architectural Field, [5] J. C. Lee, J. H. Jung, H. O. Oh, Work Efficiency Analysis of BIM based Structural Drawing, Journal of Architectural Institute of Korea, vol. 29. no. 6, pp , Jun [6] D. G. Cho, B. K. Ryu, Y. H. Ko, H. S. Lee, Environment for BIM based 4D and 5D Implementation, Proc. of Conference in Korea Institute of Construction Engineering and Management, pp. 389~390, Nov [7] C. S. Youn, Y. B. Kim, Review and Trend of BIM based 5D System Application, Korea Journal of Construction Engineering and Management, pp. 4~7, Jun [8] S. I. Joo, H. J. Jun, A Study on the BIM-based Material Take Off That is Usable as 4D Simulation, Proc. of Annual Conference of the Architectural Institute of Korea, pp , Oct [9] Vico Office Suite, Available From: ware.com/products/vicooffice/tabid/85286/default.aspx( accessed Jul. 11, 2016) [10] MID System, Available From: Jul. 11, 2016) [11] ChangSoft I&I, Available From: Jul. 11, 2016) [12] Navisworks, Available From: products/navisworks/features/all/gallery-view(accessed Jul. 11, 2016) 이재철 (Jae-Cheol Lee) [ 종신회원 ] < 관심분야 > 건축 IT, BIM 1995 년 2 월 : 서울대학교대학원건축학과 ( 공학석사 ) 2000 년 2 월 : 서울대학교대학원건축학과 ( 공학박사 ) 2000 년 5 월 ~ 2003 년 2 월 : 현대건설기술연구소선임연구원 2003 년 3 월 ~ 현재 : 동명대학교건축공학과교수 61