BIM과 프리패브 건설로 고층 건물 안 지속가능한 도시를 만들다

오늘날 일반적인 도시인은 멀티태스킹 기술을 익혔다. 또 세계 최고의 선진 도시들은 현대 생활에 맞게 초고층 다용도 건물을 짓고 있기 때문에 고층 건물은 그 자체로 훌륭한 멀티태스커가 되었다. 이런 초고층 건물들은 도시의 스카이라인을 높이고 도시 지역과 주민들에게 연결된 공공시설을 제공하면서 최소한의 토지만 이용한다. 이를 잘 수행하면 지속가능한 고층 건물은 최소한의 자원만 사용한다.

그러나 오피스, 매장, 럭셔리 레지던스, 5성급 호텔을 지탱할 수 있는 지속가능한 건물 공간을 어떻게 건설할 것인가? 건물에 지속가능성과 호화로움이 공존할 수 있는가? 중국에서 네 번째로 큰 대도시인 톈진 빈하이 신지구에 위치한 톈진 저우다푸 금융센터(Tianjin Chow Tai Fook Financial Center)는 본질적으로 ‘고층 건물 안의 도시’이다.

이 건물은 중국건설 제8공정유한공사(CCEED, China Construction Eighth Engineering Division Corp., Ltd.)가 현재까지 진행한 프로젝트 중 가장 높은 것으로 높이 530m, 103층이며 입면이 독특한 곡선을 그리는 타워다. 지속가능성 분야에서 업계를 선도하는 CCEED는 BIM 기술과 건설 현장 외부에서의 프리패브 공법을 사용해 자원을 보존하고 폐기물을 최소화했다.

이 고층 건물 프로젝트에서 CCEED의 목표는 중국 최고의 건설 및 엔지니어링 상인 루반상(Luban Prize)과 장톈유상(Zhan Tianyou Prize) 두 개를 받고 전체 프로젝트 라이프사이클에 영향을 미치는 지속가능성의 3가지 측면, 즉 건물의 설계, 시공, 유지보수/운용에서 LEED 골드 인증 표준을 달성하는 것이다. 이 프로젝트는 이미 2017년 오토데스크 AEC 엑설런스 어워드(AEC Excellence Award) 건설 부문에서 1위를 수상했으며 2019년 완공된다.

경계를 넘어선 건물

건물 설계와 복합용도 ‘고층 건물 내부의 도시’가 요구하는 복잡한 시스템을 조직화하기 위해 100명 이상으로 구성된 CCEED의 BIM 설계팀은 비공개 클라우드 서버에 저장된 중앙 집중식 모델을 만들었다. 이 모델에는 거의 1,000개에 가까운 BIM 모델과 184,504개의 구성 요소가 필요했고, 단일 플랫폼을 만들었기 때문에 전 세계의 이해당사자들과 함께 건설 프로세스를 더 효율적으로 진행할 수 있었다.

2000년부터 고층 건물 분야에서 경력을 쌓아 온 건설 분야의 베테랑인 CCEED의 수 야우(Su Yawu) 프로젝트 매니저는 “톈진 저우다푸 금융센터는 미국, 영국, 홍콩 및 다른 국가의 설계자들이 참여한 매우 국제적인 프로젝트”라고 말했다.

그는 “이전에는 엑셀 파일과 프로젝트 파일을 프로젝트 계획의 다른 구성 요소와 결합시키는 전통적인 건설 방식을 사용했다”고 전했다. 그러나 이런 규모의 프로젝트에서 BIM은 멀리 떨어져 있는 팀이 현지 건설 회사와 조화롭게 기능할 수 있도록 하며 모델을 읽고 이해하기 쉽게 하고 데이터를 실시간으로 공유할 때 오류를 줄인다.

프리패브와 지속가능성

이 프로젝트에는 건설 현장에서 설계 변경, 보관 또는 재작업을 하지 않도록 의무화했기 때문에 계획을 고수하려면 현장 외부 공장과의 정밀한 조율이 필요했다. LEED 골드 인증 기준을 충족하기 위한 CCEED 설계팀의 도전 중에는 지속가능한 구조에서 2,000종류의 재료를 사용한 5성급 호텔의 고급 인테리어를 갖추는 것도 포함되었다. 팀은 BIM을 사용해 구성 요소를 설계도에 맞는 정확한 규격으로 프리패브리케이션할 수 있었기에 재료 낭비를 막고 현장에서 재료를 자르는 일을 없앨 수 있었다.

추적 기능을 개선하기 위해 팀은 스캔할 수 있는 QR(Quick Response) 코드를 사용했고 여기에는 장비 세부 내역, 유지 관리 기록, 재료 인증 등의 정보가 포함되었다. 모든 모델 구성 요소는 QR 코드로 추적할 수 있다. 2,950개의 코드로 주요 장비와 프리패브 프로세싱 구성 요소를 추적할 수 있고 이는 모두 클라우드에서 자동화되고 관리된다.

수 매니저는 “QR 코드가 있으면 팀은 관리 정보를 프로젝트 지오메트리 정보에 연결할 수 있다. 그런 다음, 정보를 조정하여 BIM 플랫폼에서 편집이 더 쉬워지도록 할 수 있다”라고 말했다.

VR로 공간을 상상하다

BIM 모델에서 파생된 정보를 사용하여 만든 정교한 도구와 기술은 프로젝트 전반에 걸쳐 적용되었다. 배관 지지대를 배치하고 설치 정밀도를 개선하기 위해 배선 로봇을 사용했으며, 가상현실(VR)을 사용해 팀의 작업자 3,000명을 훈련시켜 잠재적 위험을 파악하고 이를 피하는 방법을 교육했다. 건설 안전의 중요성을 일깨워 줄 수 있도록 VR 시뮬레이션에는 높은 곳에서 떨어지는 것과 큰 물체에 부딪히는 것이 포함되었다.

CCEED는 VR을 사용해 호텔과 아파트 단지 장식 템플릿 등의 설계 요소를 시험하기도 한다. 이를 통해 설계자와 소유자는 완성된 공간을 가상 현실 속에서 걸으며 다양한 재료와 설계 계획을 경험할 수 있다.

최신 상태 유지

프로젝트 건물 정보는 구조물에서 설치에 이르기까지 전부 통합되고 최신 상태를 유지해야 한다. 건설팀은 지상에서 3D 스캐닝을 사용하여 실제 작업 현장을 BIM과 비교한 다음, 필요한 경우 실제 현장에서 추적한 지리 정보 시스템(GIS, Geographic Information System)과 일치하도록 모델을 수정할 수 있다. 이런 조정을 위해, 드론이 현장 사진을 매일 촬영했다.

건물 커튼월의 경우, Revit(레빗)의 확장 플러그인 Dynamo(다이나모)는 3D 좌표를 가져와 공정을 가속화하고 정확도를 향상시켜 설계 프로세스의 지오메트릭 요소를 자동화할 수 있었다. 수 매니저는 “설계를 사용해 위치 정보를 올린 다음 커튼월 패널 지오메트리를 자동으로 생성한 다음 이 정보를 Revit으로 내보내 입면의 BIM 모델을 생성하기 위한 조립 매개 변수로 사용했다”라고 전했다.

복잡한 시스템 자세히 살펴보기

설계 및 시공팀을 인도한 BIM 프로세스는 건물의 운영과 유지 관리에 계속 사용될 것이다. 수 매니저는 “타워가 완공되면 팀은 건설 BIM 모델을 프로젝트 소유자에게 제공할 것”이라고 말했다.

이를 실현하기 위해 CCEED는 LOD (모델링 상세 수준, Level of Development) 400을 사용했는데, 이 수치는 BIM 모델에서 사용할 수 있는 세부 정보의 양을 정의한다. LOD 400은 대부분의 요소를 다루기에 충분하지만 기계, 전기, 배관 등의 복잡한 시스템에는 운영 매개 변수를 포함하는 LOD 500을 사용해야 한다.

수 매니저는 “소유자가 운영 및 유지 관리 프로세스에서 정보를 사용할 수 있도록 모델의 일부분은 LOD 500을 사용해야 했다”라고 말했다. LOD 500 모델은 현장에서 검증되었고 건설이 완료되었을 때 고객이 사용할 수 있는 정보를 포함하고 있으며 특히 타워 내의 다양한 비즈니스에 유용하게 사용할 수 있다.

팀은 수많은 유형의 공간을 설계하면서 많은 건설적 문제에 직면했지만, 하나의 중요한 플랫폼을 가지고 있어서 지금까지 원활하게 조정할 수 있었다. 수 매니저는 한 지하층을 예로 들며 “많은 기계, 전기, 펌프 시스템이 함께 모이는 곳”이라고 말했다. 또 그는 “한 층에 모두 100가지가 넘는 기계 시스템이 있어서 공사 기간을 연장해야 했다”고 덧붙였다.

고층 건물 건설의 미래

수 매니저는 미래의 고층건물 건설 프로젝트에는 건설 업체와 하청업체를 포함하는 모든 이해 당사자가 통합된 BIM 모델을 사용해 일할 필요가 있다고 믿는다. 수 매니저는 “건물에 대한 이러한 접근은 사람들이 중국 및 전 세계에 건물과 고층 건물을 짓는 방법을 바꿀 것이다”라고 전했다.

톈진 저우다푸 금융센터 같은 프로젝트는 예정된 최종 사용자들에게 새로운 생활 및 멀티태스킹 방식을 상상하게 한다. 특히 수직적인 면에서 여전히 성장할 수 있는 여지가 많이 있으며, 이 과정에서 환경을 희생할 필요는 없다. 세심한 계획과 신기술로 CCEED 같은 회사가 간소화된 접근 방식을 채택하여 그 건물 안에 살고 어울리는 현명한 사람들을 만족시키는 초고층 구조물을 개발할 수 있었다.