오클랜드 대중교통 프로젝트, 미래를 향한 디지털 트랙 마련하다
코로나19가 전 세계 다양한 영역에 끼친 영향을 살펴보면, 명백히 어려운 도전 과제를 직면하게 될 분야 중 하나는 바로 대중교통이다. 전 세계 도시들의 중추가 되는 대중교통은 국가 봉쇄 등의 상황으로 승객이 감소하고 있다. 그러나 이러한 상태는 시설을 정비하는데 속도를 낼 수 있었고, 복구를 위한 새로운 계획을 진행시킬 수 있었던 좋은 기회가 되기도 했다.
새로운 인프라를 구축하는데 큰 진전을 보이고 있는 도시 중 하나가 바로 뉴질랜드 오클랜드다. 오클랜드는 뉴질랜드에서 가장 넓고 인구밀도가 가장 높은 지역으로, 인구는 150만 명이다. 오클랜드의 통근자들은 대중교통을 점점 더 선호하고 있고, 2019년 6월에만 대중교통 이용이 1억회에 달했다. 이는 1950년대 초 트램 이용이 정점이었을 때 볼 수 있었던 기록으로, 현재는 그 중 열차 탑승은 20% 정도다. 한편 오클랜드 인구는 2033년까지 200만명으로 증가할 것이라 추정된다.
오클랜드는 미래 대중교통을 운용하기 위해 지금껏 가장 야심 찬 교통 인프라 개발에 노력하고 있다. 바로 시티레일링크(CRL, City Rail Link) 프로젝트다. 3.45km 길이로 한 쌍의 지하 터널 철도가 도시 철도 네트워크 상의 현존하는 노선들을 연결하여 수용력을 두 배로 높일 예정이다. 또 이동 시간을 줄일 수 있도록 더 많은 지역을 연결하고, 도로 정체를 완화하면서 버스 시스템의 과부하를 줄이게 될 것이다.
100년된 계획
오클랜드의 지하철도 계획은 1920년대로 거슬러 올라가지만, 공식 업무는 2012년에 시작됐다. 알버트 스트리트의 아오테아(Aotea) 역과 카랑가하페(Karangahape) 로드의 카랑가하페 역, 이 두 곳의 건설이 진행되고 있다. 마운트 에덴(Mount Eden) 역에는 웨스턴 라인을 CRL과 브리토마트(Britomart) 역으로 연결하기 위한 재개발이 계획됐다. 종착역을 양방향 역으로 바꾸어 도시의 동, 서, 남쪽 지역간에 더 빠른 이동이 가능하도록 하기 위한 것이다.
링크 얼라이언스(Link Alliance) 다니엘 유르겐스(Daniel Jurgens) 디지털 엔지니어링 매니저는 “뉴질랜드가 지금껏 시도한 적이 없었던 가장 방대하고 복잡한 인프라 프로젝트다”라며, “담당자들의 업무량, 프로젝트 완수 본질, 그리고 문제점을 파악해 뉴질랜드의 건축, 엔지니어링, 건설 산업을 바꿀 획기적인 변화를 만들어 낼 것이다”라고 전했다.
링크 얼라이언스는 주요 CRL터널과 기차역 계약의 설계와 건설을 주도하는 회사로, 큰 규모의 인프라 프로젝트에 풍부한 경험이 있는 지역 및 국제 기업들의 컨소시엄이다. 여기에는 프랑스 건설사인 빈치 컨스트럭션 그랜드 프로젝트(Vinci Construction Grands Projets S.A.), 뉴질랜드에도 사무소를 둔 프랑스의 지질공학 인프라 회사 솔레땅쉬 바시(Soletanche Bachy), 통합 서비스 회사 다우너(Downer), 인프라 회사 WSP, 에이콤(AECOM) 뉴질랜드, 뉴질랜드 환경 및 엔지니어링 자문 회사 톤킨+테일러(Tonkin + Taylor), 시티레일링크 리미티드(CRLL, City Rail Link Limited)가 속해 있다.
링크 얼라이언스 브라이스 고딘(Brice Gaudin) BIM 매니저는 “연합으로 일하는 것은 처음이지만, 이러한 큰 규모의 프로젝트에는 적합한 계약 형태라고 본다. 이전에는 경험해보지 못했던 경지로 협력을 향상시킬 수 있기 때문이다”라고 말하며, “동일한 목표와 요건으로 함께 일하면서 그 과정에서 많은 것을 배운다”라고 말했다.
팀워크와 디지털 워크플로우
지하 철도는 도시 중심지 밑으로 42m까지 내려가는 터널들을 포함하고, 이 터널들의 정렬은 지상에 위치한 도로들의 직선과 곡선 모양을 따라간다. 기차가 휘어진 터널을 안전하게 지나가도록 공간을 구축하는 것은 어려운 과제다. 그래서 설계팀은 오토데스크 Dynamo(다이나모)에서 복잡한 기하학적 구조를 위한 전산설계(computational design) 스크립트를 개발했다.
링크 얼라이언스 딘 버크(Dean Burke) 디지털 엔지니어링 책임자는 “기차가 터널에서 그 정렬의 곡선과 경사를 따라 어떻게 움직이는지 정확하게 파악하는 것은 복잡한 과제다”라며, “터널 속 구조와 서비스는 기차의 동적 범위를 수용하기 위해 움직이고 방향을 바꾼다. 2D 드로잉으로는 이러한 복합성을 위해 그저 더 많은 수용 공간을 확보했을 것이다. 전산설계와 정확한 3D 모델, 공간적 조정을 이용하면 더욱 세밀하게 허용 오차를 구동하고 설계를 최적화할 수 있다”라고 전했다.
3만 6천명의 승객을 수용할 수 있는 원래의 6칸 기차 대신 피크 타임 때 최대 5만 4천명을 수송할 수 있는 9칸 기차를 수용할 수 있도록 프로젝트 범위가 확장되었을 때, 전산설계 역시 유용하게 작용했다. 처음부터 새로 시작하거나 수동 변경을 하는 대신, 프로젝트 팀은 전산설계 스크립트를 재운용하고 파라미터로 3D 모델을 업데이트하여 재작업을 최소화해 새로운 설계 기준을 세울 수 있었다.
링크 얼라이언스 세자르 카오듀로(Cesare Caoduro) 터널 디지털 엔지니어링 매니저는 작업 팀이 시간을 절약하고 설계 변경을 기반으로 한 업데이트된 모델들을 제작하는데 있어 CRL프로젝트를 통해 더 효율적인 방식의 전산 설계 및 제너레이티브 디자인(generative design) 활용을 연구하게 되었다고 말했다.
카오듀로 매니저는 “계약업체와 설계 요구사항을 기반으로 터널을 파는 기계의 정확한 설계 모델을 제작하기 위해 제너레이티브 디자인을 사용하는 경우들이 있다”라고 말하며, “그 모델은 철도의 기하학적 구조를 바탕으로 분할적 배열 요소들을 최적화하면서 설계 의도로부터의 편차를 최소화하는 요소들을 어느 단계에서든 제공한다. 추가 개발은 실험을 통해 지반의 제약들을 기반으로 요소들의 공간적 배열을 최적화하기 위한 암석 굴착과 형태를 찾는 알고리즘과 같은 설계 및 건설의 목표를 도입할 것이다”라고 전했다.
한편, BIM 360 디자인은 CRL이 지속가능성을 이룰 수 있도록 해주는데, 이는 오클랜드 지하 철도 건설에 있어 핵심 목표다. 유르겐스 매니저는 “자재들의 정보를 3D모델에 입력하는데, 여기서 가격 및 수량, 지속가능성 효과를 얻을 수 있다”라고 설명했다.
시각화에서 가상현실까지 데이터 연결
링크 얼라이언스는 지하 철도를 건설하는데 수반되는 여러 문제들을 해결하기 위해 디지털 엔지니어링으로 방향을 전환했다. 링크 얼라이언스는 설계를 검토하는 것에서부터 현장 안전 교육에 이르기까지 프로젝트의 많은 영역에서 가상현실을 이용한다. 이는 어떻게 현장에서 제작이 이루어질 것인지 시각화해 설계 구현 및 작업 안전 면에서 비용을 절감한다. 또한 작업 팀은 조종 시뮬레이터를 개발하여 새로운 시스템에 대한 철도 운영자들의 이해를 돕는다.
얼라이언스는 현장 정보를 포착하는데 지상파 라이다(LIDAR) 스캔과 드론 측량 정보를 결합하여 점군 데이터(point-cloud data)를 이용한다. 측량기사들이 매월 현장에 드론을 띄워 건설 진행 상황을 확인하고, 이 정보는 설계와 시공 모델에 바로 연결된다. 고딘 매니저는 “현장에서 데이터를 이용할 수 있다는 점은 건설 작업을 직접 하고 있는 사람들에게 획기적인 전환점이다. 정확한 현장 정보로 디지털 모델을 업데이트 하는 것은 그런 관점에서 필수적이다”라고 강조했다.
얼라이언스는 시공성을 확인하기 위해 잠정적 작업 설계 모델과 건설 과정 애니메이션을 개발하고 있다. 설계와 건설이 진행되는 동안 자산 관리 정보가 BIM에 통합된다.
이러한 기술들을 함께 묶는 것은 마이크로소프트의 클라우드 기반 협업 플랫폼인 셰어포인트(SharePoint)의 공통 데이터 환경(common-data environment, CDE)이다. 이는 작업 팀들이 필요한 정보를 찾는데 있어, 오토데스크의 Civil 3D(시빌 3D), InfraWorks(인프라웍스), Navisworks(나비스웍스), ReCap(리캡), Revit(레빗)을 포함한 소프트웨어 프로그램 패키지로의 링크들과 함께 중심 허브 역할을 한다.
고딘 매니저는 “또한 회의록이나 설계 관련 결정 사항들을 저장해야 한다”라며, “그러므로 데이터만을 가리키는 것이 아니라 소통과 다른 공유 방식들까지 포함한다. 이렇게 전체를 관리하는 것이다”라고 말했다.
공통 데이터 환경은 코로나19 상황에서 모든 팀이 원격으로 일을 하게 되면서 특히 유용했다. 유르겐스 매니저는 “코로나19 상황에서도 우리는 작업을 계속해 나갔고, 평소와 다름없이 작업할 수 있었다”라고 전하며, “공통 데이터 환경이 없었다면 프로젝트는 중단되었을 것이다”라고 했다.
맞춤 트레이닝으로 업스킬링(Upskilling)
약 1200명의 사람들이 2024년 완공을 목표로 이 28억 6천만 달러(44억 2천만 뉴질랜드 달러) 프로젝트를 수행 중이다. 필요한 기술과 지식을 가진 사람들을 찾는 것도 큰 과제였다. 그래서 링크 얼라이언스는 건축가들을 위한 디지털 설계 툴에서부터 건설 및 엔지니어링 팀을 위한 터널 굴착 방법에 이르기까지, 다양한 역할에 필요한 맞춤 교육을 진행해가는 트레이닝 프로그램을 고안했다. 트레이닝은 외부 공급업체나 하청업체들에게까지 확장됐다.
딘 버크는 “이 프로젝트에 참여하는 모든 사람들의 기술을, 특히 디지털 공간에서 향상시키고 있고, 이것이 이 프로젝트가 산업을 변화시키고 있는 지점으로 본다”라며, “이 프로젝트에 필요한 광범위한 요건들뿐만 아니라 장래의 프로젝트들을 위한 요건들도 수행해 낼 수 있을 것이다”라고 전했다.
CRL 프로젝트는 숙련도 향상, 즉 업스킬링을 넘어, 뉴질랜드의 건축, 엔지니어링, 건설의 미래를 향한 길을 닦고 있다. 유르겐스 매니저는 “다른 프로젝트들을 위한 디지털 기반을 구축하고 있다”라며, “이 프로젝트를 디지털 대표 사례로 여기며 활용하면 획기적일 것이다. 우리가 하는 모든 작업을 완전히 바꾸게 될 것이고, 이는 그 여정의 첫 단계다”라고 전했다.
유르겐스 매니저는 “얼라이언스에서는 모두가 함께 한다. 말 그대로 공동체로 사무공간을 공유하고, 모든 이해당사자들에 걸쳐 실시간 정보들을 함께 작업하고 있다”라며, “설계부터 자산관리에 이르기까지, 그 라이프 사이클 단계들을 거치는 3D 모델로 정보의 일시적 관리자들이라는 개념을 받아들인다. 여기에는 모두가 3D 디지털 패키지를 다음 공급망에 자신 있게 전달할 수 있도록 하는 추가적인 근면함이 요구되고, 이는 우리 연합체의 목적에서 획득한 유산이다. 디지털 워크플로우를 이용하면 전체 라이프 서클에서 최상의 결과를 얻을 수 있으며, 궁극적으로는 뉴질랜드를 위한 더 큰 이익에 기여할 수 있다”고 덧붙였다.