디지털 트윈과 BIM
#시작하며
사람들은, 점점 가격이 저렴해지고 동시에 사용이 간편해지고 있는 AICBM(AI, IoT, Cloud, Big data and Mobile) 기술 속에 살아가고 있다. 이러한 기술의 발전으로 인해, 보다 손쉽게 디지털 기반으로 물리 세계 데이터를 통합, 엔지니어링, 시뮬레이션할 수 있게 되었다. 3D 프린팅과 같이 디지털 모델을 물리화하거나, MR 같이 오버레이하는 기술들은 다양한 비즈니스 기회를 만들고 있다.
BIM은 건설 관점에서 디지털 트윈의 한 기술이라 여겨지고 있다. BIM은 여러가지 문제점에도 불구하고, 꾸준히 발전되고 있으며, 시장 확장이 이루어지고 있다. 또한 AICBM이 연계된다면, 건설 데이터를 저장, 연계, 분석, 관리하기 위한 데이터 허브로서의 역할을 할 수 있다. 현재 Ecodomus와 같은 BIM 개발사 및 엔지니어링 업체는 디지털 트윈을 비즈니스 모델로 인식하고, 관련 서비스를 개발 중에 있다. 그렇다면 이렇게 사용되고 발전 중인 BIM은 무엇일까?
#BIM(Building Information Model)
BIM은, 다차원 가상공간에 기획, 설계, 엔지니어링(구조, 설비, 전기), 사공 및 유지관리, 폐기까지 가상으로 시설물을 모델링하는 과정을 의미한다. 최근 이슈가 되는 디자인 및 친환경 에너지 저감형 건축물의 설계를 가능하게 하는 다차원 가상설계 건설(Virtual Design Construction, VDC)과 유사한 개념이다. BIM은 대상의 의미로 사용할 수 있고 '짓는 정보 모델'로 해석할 수도 있다.
National Institute of Building Sciences에 따르면, BIM은 시설의 물리적 및 기능적 특성을 디지털 방식으로 표현한 것이라고 한다. 따라서 건물 계획부터 수명주기 동안 의사 결정을 위한 신뢰할 수 있는 기반을 형성하는 자산에 대한 정보를 공유하는 지식 정보 역할을 할 수 있다.
디지털 트윈과 결합된 BIM 분석 플랫폼을 통해, 초기 설계부터 폐기에 이르기까지 건물 수명주기 관리가 가능하다. 실제 장비 작동 조건에서 난방, 환기 및 공기 조절 장치를 시작적으로 테스트할 수 있다.
디지털 트윈을 사용하여, 현장의 건물 시스템 성능 조율이 가능하다. 디지털 트윈은 건설 전, 계획자가 예상 부하를 사용하여 안전 및 대피 시나리오를 실행하거나 실제 건설에 앞서 규제 준수 여부를 확인하는 데 필요한 기타 분석을 수행할 수 있도록 한다. 건설 진행 중에는, 스캔 기술을 통해 As-built, As-plans 분석 용 소스로 BIM을 사용한다. 프로젝트 주요부분을 검토하여 현장 변경 사항이 전체 구조 성능에 미치는 영향을 평가할 수 있다. 건설 폐기시에는, 디지털 트윈을 사용하여 건설 개조 및 수리 분석이 가능하며, 철거 작업을 시작하기 전, 숨겨진 요소를 파악하는 데 사용할 수 있다.
- BIM의 이점
- 건물주
: 개념, 타당성, 설계에서 이점
: 증가된 건물 성능과 품질
- 설계사
: 신속, 정확한 설계 시각화
: 설계 변경 발생 시 낮은 수준에서의 자동 수정
: 정확하고 일정한 2D 설계도
: 다양한 설계 분야의 조기 협업
: 설계의도의 쉬운 검토
: 설계단계에서 공사비 견적 추출
: 에너지 효율성과 지속 가능성 향상
- 시공사 및 제조사
: 설계와 시공 계획 일치
: 설계 오류 및 누락 발견
: 설계 및 시공 문제에 대한 신속한 대응
: 부품들을 제작하기 위한 기초로서 설계 모델 활용
: 설계와 시공 동시 진행
- 유지관리
- 시설물 유지관리
- 시설물 운영관리 시스템괕 통합
- 디지털 트윈
디지털 트윈은 BIM과 같이 모호하고 오해가 쉬운 용어이다. BIM을 3차원 모델, 경관 시뮬레이션과 같은 프로그램으로 보는 사람이 많듯이 디지털 트윈을 3차원 가상 디지털 모델로 보는 사람들이 많다. 잘못된 디지털 트윈에 대한 이해는, 가치에서 사람들을 멀어지게 하고, 불필요한 비용을 낭비하게 한다. 그렇다면 잘못된 디지털 트윈에 대한 구별을 어떻게 할 수 있을까?
- 명확한 디지털화 전력과 작업 지침 부재
- 목적과 유스케이스가 불분명하고, 과도한 3차원 모형, 시각적 효과
- 수작업되는 데이터 트랜스포메이션
- 화려한 인터페이스만 강조
- 이기종 시스템과 연계되지 않는 단독 실행 시스템
- 개방형 데이터 API(Application Program Interface)와 데이터 교환 표준 도구 부재
- 데이터 무결성 확보 방안 및 처리 및 분석 방안 부재
- 건설산업과 디지털 트윈
- 안전한 모니터링
: 건설 산업은 가장 위험한 산업 중 하나이기 때문에, 디지털 트윈을 통해 위험 장소를 추적하고, 안전하지 않은 물질, 위험지대 활동을 방지할 수 있다.
- 자동화된 모니터링
: 완료된 작업이 계획 및 사양과 일치하는지 확인하고, BIM을 계획 실행과 비교하여 편차 수정의 조치를 취할 수 있다. 자동화된 데이터 수집 및 비교를 통해 설계된 BIM 모델에 대한 결과 모델의 실수 민감도를 줄여 일반적인 건설 공정 문제를 해결할 수 있다.
- 품질 평가 이미지 처리
: 알고리즘을 사용하여 비디오 및 사진 이미지를 통해 재료 상태를 확인하고, 건설 현장에서 기둥의 균열이나 물질적 변위를 검사할 수 있다.
- 근로자 모니터링 및 추적
: 현장 직원과 위치에 대한 디지털 기록이 포함되어, 비상시 구조 대원이 해당 정보를 사용할 수 있다.
- 설계 모델 체크
: 실시간 디지털 트윈으로 시간별로 변경된 모델 추적이 가능하다. 불일치를 조기에 발견하여 의사 결정 프로세스를 위한 상세 분석이 가능하고, 관리자는 오류 발생 단계를 재구성하여 향후 작업 일정 변경으로 유사 오류를 재발생을 방지할 수 있다.
- 자원 계획 및 물류
: 불필요한 자재 이동 및 취급을 방지하기 위해, 자동 리소스 할당 모니터링 및 낭비 추적을 제공하여 리소스 관리에 대한 예측 및 접근을 허용한다.
#마치며
오늘은, BIM과 건설분야의 디지털 트윈에 대해 공부하였다. 위험성이 많은 건설 분야에서, 건설 전 후 상황을 디지털 트윈을 사용하여 실시간 모니터링함으로써, 붕괴 위험이나 자연재해에 대비할 수 있는 사회로 발전하고 있다. 현재 많은 기술이 오픈되고 이용할 수 있는 사회에 살고 있지만 공유 비즈니스의 장벽이 아직까지 존재하고, 접근성의 문제가 있다. 따라서 앞으로 합리적인 정책이 마련되어 다양한 사람들에게 상용화되는 기술 발전을 이루어가야 한다.