빌딩 정보 모델링

1. 개요

빌딩 정보 모델링(BIM)은 건물의 물리적 및 기능적 특성을 디지털로 표현하는 기술이다. BIM은 1970년대부터 개념이 존재했으며, 1980년대에 RUCAPS, Sonata, ArchiCAD와 같은 소프트웨어가 개발되면서 초기 형태를 갖추었다. BIM은 2D 도면 중심의 기존 설계 방식에서 벗어나 3D 모델을 기반으로 시간, 비용, 자산 관리 등 다양한 정보를 통합하여 설계, 시공, 유지 관리 등 건물 생애주기 전반에 걸쳐 활용된다. BIM 소프트웨어 간 데이터 호환성을 위한 표준이 개발되었으며, ISO 19650이 대표적이다. BIM은 건설 관리, 시설 운영 및 친환경 건축 분야에 활용되며, 4D(시간), 5D(비용), 6D(자산 관리) BIM과 같은 확장된 개념으로 발전했다. 현재 BIM은 전 세계적으로 확산되고 있으며, 한국에서도 정부 주도로 BIM 도입을 의무화하고 있다.

2. 역사

BIM의 개념은 1970년대부터 존재해 왔다.

1987년에 출시된 ArchiCAD는 개인용 컴퓨터에서 2D 및 3D 형상을 모두 생성할 수 있는 최초의 CAD 제품이자 최초의 상업용 BIM 제품으로 여겨지기도 한다. 그러나 Graphisoft의 창립자 가보르 보야르는 조나단 잉그램에게 공개 서한을 통해 Sonata가 "당시 ArchiCAD보다 1986년에 더 발전했다"고 인정하며, "15년 정도 후에 명시된 'BIM'의 성숙한 정의를 이미 능가했다"고 덧붙였다.

'건물 모델'(오늘날 사용되는 BIM의 의미)이라는 용어는 1980년대 중반의 논문에서 처음 사용되었다. 1985년에 사이먼 러플(Simon Ruffle)이 발표하고 1986년에 출판된 논문과 RUCAPS 소프트웨어 개발사인 GMW 컴퓨터 Ltd의 로버트 아이시(Robert Aish)가 1986년에 발표한 논문에서 이 소프트웨어가 런던 히드로 공항에서 사용된 것을 언급했다. '빌딩 정보 모델'이라는 용어는 G.A. van Nederveen과 F. P. Tolman이 1992년에 발표한 논문에 처음 등장했다.

그러나 '빌딩 정보 모델'과 '빌딩 정보 모델링'(약어 "BIM" 포함)이라는 용어는 약 10년이 지난 후에야 대중적으로 사용되기 시작했다. Graphisoft에서 "가상 건물" 또는 "단일 건물 모델", Bentley Systems에서 "통합 프로젝트 모델", Autodesk 또는 Vectorworks에서 "빌딩 정보 모델링" 등으로 다양하게 표현되었다. 2002년 오토데스크는 "빌딩 정보 모델링"이라는 백서를 발표했으며, 다른 소프트웨어 공급업체들도 이 분야에 참여하고 있음을 주장하기 시작했다. 2003년 오토데스크, 벤틀리 시스템즈, Graphisoft 및 기타 업계 관계자들의 기여를 통해, 제리 레이서린(Jerry Laiserin)은 건물 프로세스의 디지털 표현에 대한 일반적인 이름으로 이 용어를 대중화하고 표준화하는 데 기여했다.

여러 국가에서 정부 주도로 BIM 도입을 의무화하거나 장려하고 있으며, 그 현황은 다음과 같다.

2.1. 기원 및 초기 발전

BIM의 개념은 1970년대부터 존재해 왔다. 1980년대 중반에 "빌딩 모델"이라는 용어가 처음 사용되었는데, 1985년 사이먼 러플(Simon Ruffle)의 논문에서 처음 등장했고, 1986년에는 당시 RUCAPS 소프트웨어 개발자로 GMW 컴퓨터에서 일했던 로버트 아이시(Robert Aish)가 런던 히드로 공항 건설에 이 소프트웨어를 사용하면서 언급되었다. "빌딩 정보 모델"(Building Information Model)이라는 용어는 1992년 G.A. van Nederveen과 F. P. Tolman의 논문에서 처음 등장하였다.

건물 모델링을 위한 초기 소프트웨어 도구는 1970년대 후반과 1980년대 초에 개발되었으며, 척 이스트만의 빌딩 설명 시스템, GLIDE, RUCAPS, 소나타, Reflex, Gable 4D 시리즈와 같은 워크스테이션 제품들이 있었다. 하지만 초기 응용 프로그램과 이를 실행하기 위한 하드웨어는 비싸서 널리 보급되지는 못했다.

1987년 출시된 ArchiCAD는 개인용 컴퓨터에서 2D 및 3D 형상을 모두 생성할 수 있는 최초의 CAD 제품이자 최초의 상업용 BIM 제품으로 여겨진다.

2.2. 상호 운용성 및 표준

BIM 소프트웨어 개발업체들이 자사 소프트웨어에 독점적인 데이터 구조를 생성했기 때문에, 한 공급업체의 애플리케이션에서 생성된 데이터와 파일이 다른 공급업체의 솔루션에서 작동하지 않을 수 있다. 애플리케이션 간의 상호 운용성을 달성하기 위해, 서로 다른 소프트웨어 애플리케이션 간에 BIM 데이터를 공유하기 위한 중립적이고 비독점적이거나 개방형 표준이 개발되었다.

소프트웨어의 형편없는 상호 운용성은 일반적으로 산업 효율성의 장애물로, 특히 BIM 채택의 장애물로 오랫동안 여겨져 왔다. 2004년 8월, 미국 국립 표준 기술 연구소(NIST) 보고서는 미국의 자본 시설 산업이 "산업의 매우 파편화된 특성, 산업의 지속적인 종이 기반 비즈니스 관행, 표준화 부족, 이해 관계자 간의 일관되지 않은 기술 채택"으로 인해 매년 158의 손실을 입는다고 보수적으로 추정했다.

초기 BIM 표준은 CIS/2(CIMSteel Integration Standard)로, 구조 강철 프로젝트 정보를 위한 제품 모델 및 데이터 교환 파일 형식(CIMsteel: 건설 강철의 컴퓨터 통합 제조)이다. CIS/2는 강철 구조물의 설계 및 건설 과정에서 원활하고 통합된 정보 교환을 가능하게 한다. 1990년대 후반 리즈 대학교와 영국의 강철 건설 연구소에서 조지아 공과대학교의 지원을 받아 개발되었으며, 2000년에 미국 강철 건설 협회에 의해 구조 강철에 대한 데이터 교환 형식으로 승인되었다.

BIM은 종종 산업 재단 클래스(IFC) 및 aecXML과 관련이 있는데, 이는 buildingSMART에서 개발한 정보를 나타내는 데이터 구조이다. IFC는 ISO에서 인정받았으며, 2013년부터 공식 국제 표준인 ISO 16739가 되었다.

건설 운영 건물 정보 교환(COBie) 또한 BIM과 관련이 있다. COBie는 2007년에 미국 육군 공병대의 Bill East에 의해 고안되었으며, 장비 목록, 제품 데이터 시트, 보증, 예비 부품 목록 및 예방 유지 관리 일정을 캡처하고 기록하는 데 도움이 된다. 이 정보는 구축된 자산이 사용 중일 때 운영, 유지 관리 및 자산 관리를 지원하는 데 사용된다. 2011년 12월, 미국에 본사를 둔 국립 건축 과학 연구소에 의해 국가 건물 정보 모델(NBIMS-US) 표준의 일부로 승인되었다. COBie는 소프트웨어에 통합되었으며 스프레드시트, IFC 및 ifcXML을 포함한 여러 형식을 취할 수 있다. 2013년 초에 BuildingSMART는 2013년 4월에 검토할 수 있게 된 경량 XML 형식인 COBieLite를 개발하고 있었다. 2014년 9월, COBie와 관련된 실무 규약이 영국 표준인 BS 1192-4로 발행되었다.

2019년 1월, ISO는 영국에서 개발된 프로세스 표준을 기반으로 하는 건물 정보 모델링 프레임워크를 제공하는 ISO 19650의 첫 번째 두 부분을 발행했다. 영국 BS 및 PAS 1192 사양은 자산 관리(파트 3) 및 보안 관리(파트 5)에 대한 부분이 2020년에 발행된 ISO 19650 시리즈의 추가 부분의 기초를 형성한다.

참조 지정을 위한 IEC/ISO 81346 시리즈는 81346-12:2018을 발행했으며, RDS-CW(건설 작업에 대한 참조 지정 시스템)로도 알려져 있다. RDS-CW를 사용하면 발전소 부문을 위해 개발 중인 보완적인 국제 표준 기반 분류 시스템과 BIM을 통합할 수 있다.

2.3. 국제적 확산

여러 국가에서 정부 주도로 BIM 도입을 의무화하거나 장려하고 있다.

* 아시아:
* 중국은 2011년을 "중국 BIM의 원년"으로 묘사하며, 건설 산업의 정보화 핵심 기술로 BIM을 추진하고 있다.
* 홍콩은 2018년부터 30000000HKD 이상의 모든 정부 프로젝트에 BIM 사용을 의무화하고 있다.
* 인도는 BIM을 VDC(Virtual Design and Construction, 가상 설계 및 시공)라고도 부르며, 건설 시장 확대에 따라 BIM 도입이 촉진되고 있다.
* 이란은 2012년에 이란 빌딩 정보 모델링 협회(IBIMA)가 설립되어 BIM 관련 지식 자원 공유를 목표로 했으나, 현재는 활동하지 않는다.
* 말레이시아는 건설산업진흥원(CIDB Malaysia) 주도로 2020년까지 BIM 2단계를 목표로 하고 있다.
* 싱가포르는 건축 및 건설청(BCA) 주도로 2015년까지 총 바닥 면적 5000m² 이상인 모든 프로젝트에 BIM 도입을 의무화했다.
* 일본 국토교통성은 2023 회계 연도부터 특별한 사유가 없는 한 모든 공공 사업에 BIM을 의무화할 것이라고 발표했다.
* 아랍에미리트 두바이 시청은 2014년부터 특정 크기, 높이 또는 유형의 건물에 BIM 사용을 의무화하는 서한을 발행했다.

* 유럽:
* 오스트리아는 2015년에 디지털 모델링 표준(ÖNORM A 6241)을 발행하여 BIM 레벨 2 및 레벨 3에 대한 요구 사항을 정의했다.
* 체코 BIM 위원회는 2011년에 설립되어 BIM 방법론 구현을 목표로 하고 있다.
* 에스토니아는 2015년에 디지털 건설 클러스터(Digitaalehituse Klaster)를 결성하여 BIM 솔루션 개발을 추진하고 있다.
* 프랑스는 2013년에 건물 전환 디지털 계획(PTNB)을 수립하고, 2018년에는 Plan BIM 2022를 통해 BIM 도입을 지원하고 있다.
* 독일은 2020년 말부터 도로 및 철도 프로젝트에 BIM 의무 도입을 위한 일정을 발표했으며, 2025년부터는 연방 간선도로 건설에 BIM을 표준으로 사용할 것이라고 발표했다.
* 아일랜드는 2017년에 공공 지출 및 개혁 부서가 BIM 사용 확대를 위한 전략을 발표했다.
* 이탈리아는 2018년에 정부 BIM 의무화령을 발표하고, 2019년부터 공공 발주처의 디지털 방식 채택을 점진적으로 의무화했다.
* 리투아니아는 "Skaitmeninė statyba(디지털 건설)"라는 공공 기관을 설립하여 BIM 인프라 채택을 추진하고 있다.
* 네덜란드 국립건축관리청(Rijksgebouwendienst)은 2011년에 Rgd BIM 표준을 도입했다.
* 노르웨이는 여러 대형 공공 발주처가 개방형 포맷(IFC)의 BIM 사용을 요구하고 있다.
* 폴란드 BIM클러스터(BIMKlaster)는 2012년에 설립되어 BIM 개발을 촉진하고 있다.
* 포르투갈은 2015년에 BIM 표준화 기술 위원회(CT197-BIM)를 설립하여 BIM 채택 및 표준화를 장려하고 있다.
* 러시아 정부는 건설 분야에서 BIM 사용을 위한 법적 틀을 마련하고 정부 프로젝트에서 BIM 사용을 장려하고 있다.
* 슬로바키아 BIM 협회("BIMaS")는 2013년에 설립되었으나, 슬로바키아 당국의 낮은 관심으로 인해 BIM 구현 전략은 아직 승인되지 않았다.
* 스페인은 2015년에 국가 BIM 전략을 발표하고, 2018년 시행을 목표로 공공 부문 프로젝트에 BIM을 의무적으로 적용할 계획을 세웠다.
* 스위스는 2009년부터 buildingSmart Switzerland의 주도로 BIM에 대한 인식이 높아졌다.
* 영국 정부는 2011년에 BIM 전략을 발표하고, 2016년까지 프로젝트에 대한 협업 3D BIM을 요구했다.

* 북미:
* 캐나다는 BIM 의무 사항은 없지만, 여러 기관에서 BIM 채택 및 구현을 지원하고 있다.
* 미국은 국가 BIM 지침은 없지만, 미국 건축 과학 연구소(NIBS)가 공유된 미국 BIM 표준 및 프로세스 개발을 추진하고 있다.

* 오세아니아:
* 오스트레일리아는 2016년에 인프라스트럭처 오스트레일리아가 대규모 복합 인프라 프로젝트 설계에 BIM 사용을 의무화할 것을 권고했다.
* 뉴질랜드 정부는 2020년까지 건설 산업의 효율성을 20% 향상시키는 것을 목표로 BIM 가속 위원회를 시작했다.

* 아프리카:
* 나이지리아를 중심으로 BIM 아프리카 이니셔티브가 설립되어 아프리카 전역에서 BIM 채택을 옹호하고 있다.
* 남아프리카 공화국 BIM 연구소는 2015년에 설립되어 SA BIM 프로토콜 홍보를 목표로 한다.

3. 한국에서의 BIM

한국에서는 1990년대부터 BIM 관련 논의가 있었으나, 2000년대 후반에 들어서야 산업계가 주목하기 시작했다. 2008년 최초의 산업 BIM 컨퍼런스 이후 BIM이 빠르게 확산되었으며, 2010년부터 정부 차원에서 BIM 의무 적용을 확대하고 있다. 2012년에는 맥그로힐이 한국의 BIM 도입 현황 보고서를 발표했다.

3.1. 도입 및 현황

1990년대 한국에서는 소규모 BIM 관련 세미나와 독립적인 BIM 노력이 존재했다. 그러나 2000년대 후반에 이르러서야 한국 산업계가 BIM에 주목하기 시작했다. 2008년 4월에 최초의 산업 수준 BIM 컨퍼런스가 개최된 이후, BIM은 매우 빠르게 확산되었다. 2010년부터 한국 정부는 BIM 의무 적용 프로젝트의 범위를 점진적으로 확대해 왔다. 맥그로힐(McGraw Hill)은 2012년에 한국의 BIM 도입 및 구현 현황에 대한 상세 보고서를 발표했다.

4. 주요 특징

BIM은 단순한 3차원 모델을 넘어, 시간(4D), 비용(5D), 자산 관리, 지속 가능성 등 다양한 정보를 통합하여 건설 프로젝트의 효율성을 높이는 기술이다. BIM은 공간적 관계, 지리 공간 정보, 건물 구성 요소의 수량 및 속성(예: 제조업체 세부 정보) 등 다양한 정보를 포함한다.

프로젝트 참여자들은 BIM을 통해 가상 정보 모델을 공유하고, 각자의 전문 분야 데이터를 추가한다. 이렇게 통합된 모델은 시각화, 설계 조정, 충돌 방지, 의사 결정 개선 등 다양한 이점을 제공한다. 이러한 정보는 초기 계획부터 건설, 운영 및 유지보수 단계까지 활용되어 프로젝트 전반의 협업 프로세스를 지원한다.

4.1. 정의

BIM은 시설의 물리적, 기능적 특성을 디지털로 표현한 것이다. BIM은 시설에 대한 정보의 공유 지식 자원이자, 초기 구상부터 해체에 이르기까지의 수명 주기 동안 결정을 위한 신뢰할 수 있는 기반을 형성한다.

전통적인 건물 설계는 주로 2차원 기술 도면(평면도, 입면도, 단면도 등)에 의존했지만, BIM은 3차원 공간 정보 외에 시간 정보(4D BIM), 비용 정보(5D BIM), 자산 관리, 지속 가능성 등 다양한 정보를 통합한다.

BIM 저작 도구는 설계를 "객체"의 조합으로 표현한다. 객체는 기하학적 구조, 관계 및 속성을 가지며, BIM 응용 프로그램은 건물 모델에서 다양한 뷰를 추출할 수 있다. 이러한 뷰는 객체 인스턴스의 단일 정의를 기반으로 자동으로 일관성이 유지된다. BIM 소프트웨어는 객체를 파라메트릭 방식으로 정의하여, 관련 객체가 수정되면 종속 객체도 자동으로 변경된다. 각 모델 요소는 속성을 전달하여 자재 추적 및 주문, 비용 견적을 제공한다.

국제 표준화 기구(ISO)는 BIM을 ISO19650-1:2018에서 "의사 결정을 위한 신뢰할 수 있는 기반을 형성하는, 설계, 건설 및 운영 프로세스를 원활하게 하는 목적으로 하는 건설 자산의 공유 디지털 표현의 사용"으로 정의한다. 건설 자산에는 건축물과 도로, 교량, 철도, 발전 플랜트, 항만 등에 관한 구조물이 포함된다.

미국 건축가 협회는 BIM을 "프로젝트 정보 데이터베이스에 연동된 모델 기술"로 정의하며, 기본적으로 데이터베이스 기술을 기초로 한다.

4.2. 3D 모델링

BIM 저작 도구는 건물을 "객체"의 조합으로 표현하며, 객체는 기하학적 정보, 관계, 속성을 포함한다. BIM 소프트웨어는 건물 모델에서 다양한 뷰를 추출하여 도면 작성 등 다양한 목적으로 활용할 수 있다. 이러한 뷰는 각 객체의 단일 정의를 기반으로 하므로 자동으로 일관성이 유지된다. 또한 객체는 매개 변수와 다른 객체와의 관계로 정의되므로, 관련 객체가 수정되면 종속 객체도 자동으로 변경된다. 각 모델 요소는 속성을 전달하여 자재 추적 및 주문, 비용 견적을 자동화할 수 있다.

3D BIM은 3차원 빌딩 정보 모델링의 약자로, 자산의 기하학적 디자인을 그래픽으로 표현하고 개별 구성 요소의 속성 정보로 보강한다. 3D BIM 작업은 건축, 구조 및 MEP와 같은 전문 분야에서 수행될 수 있으며, 3D 모델을 사용하면 여러 분야 간의 조정 및 협업이 향상된다. 3D 가상 모델은 레이저 스캔 기술을 사용하여 건물이나 시설의 점 구름을 생성하여 만들 수도 있다.

4.3. 4D, 5D, 6D BIM

BIM의 몇 가지 목적 또는 사용은 '차원'으로 설명될 수 있다. 하지만 5D를 넘어서는 정의에 대해서는 의견 일치가 거의 없다. 일부 기관에서는 이 용어를 무시하기도 한다. 예를 들어, 영국 구조 기술자 협회는 4D를 넘어선 nD 모델링 용어 사용을 권장하지 않으며, "비용(5D)은 실제로 '차원'이라고 할 수 없다"고 덧붙였다.

4.4. 공통 데이터 환경(CDE)

공통 데이터 환경(Common Data Environment, CDE)은 ISO 19650에서 정의된 개념으로, 특정 프로젝트나 자산에 대한 정보를 수집, 관리 및 배포하기 위해 합의된 정보 출처를 의미한다. CDE 워크플로는 CDE 솔루션이 기반 기술을 제공하는 동안 사용될 프로세스를 설명한다. CDE는 전체 프로젝트 팀의 협업을 지원하며, 프로젝트 또는 자산 수명 주기 전반에 걸쳐 데이터를 공유하는 데 사용된다. CDE는 전사적 콘텐츠 관리(ECM)와 유사하지만, BIM 문제에 더 집중한다.

5. BIM의 활용

BIM의 사용은 프로젝트의 계획 및 설계 단계를 넘어 자산의 전체 수명 주기로 확장된다. 빌딩 라이프사이클 관리의 지원 프로세스는 원가 관리, 건설 관리, 프로젝트 관리, 시설 관리, 친환경 건축에서의 BIM 적용을 포함한다.

5.1. 건설 관리

BIM은 실제 건설에 앞서 시설을 가상으로 건설하여 불확실성을 줄이고, 안전을 개선하며, 문제를 해결하고, 잠재적 영향을 시뮬레이션 및 분석할 수 있게 한다. 하청업체는 건설 시작 전에 모델에 중요 정보를 입력하여 현장 폐기물을 최소화하고, 자재를 적시에 납품받을 수 있다.

BIM은 또한 충돌 감지 기능을 지원하여, 건축, 구조, MEP 설계와 같이 주요 분야들이 잘 조율될 수 있도록 돕는다. 이를 통해 컴퓨터 모델에서 건물 부품(예: 구조 프레임 및 건물 서비스 파이프 또는 덕트)이 잘못 교차하는 부분을 시각적으로 강조하여 오류를 방지한다.

BIM을 이용한 간섭 체크를 통해, 컴퓨터상에서 건물 부재가 간섭하는 부분을 특정하거나 건물 전체에서 특정 부분의 관계를 상세하게 재현할 수 있다. 이는 건축 설계 및 시공 과정에서의 실수나 재작업을 줄여 프로젝트 참여자들의 비용 절감으로 이어진다.

5.2. 시설 운영 및 자산 관리

BIM은 설계팀에서 시공팀, 건물 소유주/운영자로 프로젝트를 넘길 때 발생하는 정보 손실을 완화할 수 있다. 각 그룹이 BIM 모델에 기여하는 기간 동안 획득한 모든 정보를 추가하고 참조할 수 있도록 하기 때문이다. 설계 및 시공 단계에서 효과적인 정보 전달(IFC 또는 COBie를 통해)은 시설 소유주 또는 운영자에게 이점을 제공할 수 있다. 장기적인 자산 관리에 관련된 BIM 관련 프로세스는 ISO-19650 파트 3에서도 다루어진다.

예를 들어, 건물 소유주는 건물에서 누수 증상을 발견할 수 있다. 소유주는 건물을 직접 탐색하는 대신 모델을 확인하여 누수 의심 위치에 밸브가 있음을 확인할 수 있다. 또한, 적절한 컴퓨팅 성능만 갖춘다면 모델에 특정 밸브 크기, 제조업체, 부품 번호 및 과거에 조사된 기타 모든 정보를 포함할 수 있다. 이러한 문제는 시설 내용물의 취약성 표현 및 건물 비상시 취약성 식별을 지원하기 위한 위협을 개발하는 과정에서 Leite와 Akinci에 의해 처음 해결되었다.

5.3. 친환경 건축

그린 BIM은 건축, 엔지니어링 및 건설 회사가 건축 환경의 지속 가능성을 향상시키는 데 도움이 되는 프로세스이다. 이를 통해 건축가와 엔지니어는 자산의 생애 주기 동안 설계에 환경 문제를 통합하고 분석할 수 있다.

6. BIM 소프트웨어

다음은 BIM 소프트웨어 목록이다.