BIM – 우리의 모든 (구조 엔지니어링) 기도에 대한 답인가?

BIM(건물 정보 모델링)은 10년 이상 우리와 함께해 왔지만, 여전히 우리가 원하는 것보다 더 자주 효율적인 업무의 장애물로 여겨지고 있습니다. 이러한 관찰 뒤에는 여러 가지 이유가 있지만, 주로 저는 많은 엔지니어들이 어떻게 일하고 다른 사람들과 어떻게 협력하는지를 듣고 보아왔기 때문입니다.

10년 전, 저는 세 가지 유형의 모델링이 있다고 제안했습니다:

1. 문서화를 위한 모델링
2. 해석 및 설계를 위한 모델링
3. 시공을 위한 모델링

이 중 첫 번째는 구조 BIM의 많은 지지자들이 편안하게 받아들이고 있으며, 많은 사람들이 이것이 업무를 간소화했다는 데 동의할 것입니다. 

그러나 주요 벤더들의 방대한 자원에도 불구하고, 기하학적 모델을 해석 모델과 통합하는 경우는 많지 않습니다. 이를 활용하면 엄청난 이점을 얻을 수 있습니다. 

세 번째 단계는 구조 모델이 더욱 발전하여 무엇을 건설할 것인지뿐만 아니라 어떻게 건설할 것인지를 반영하는 단계입니다. 이 단계까지 도달하는 엔지니어는 훨씬 적으며, 그렇게 하는 엔지니어들은 보통 주 시공사와 매우 긴밀하게 협력합니다.

이 글에서는 두 번째 단계에 집중하겠습니다. 첫 번째 단계는 이미 여러 차례 다루어졌을 것이라 확신하기 때문입니다. 세 번째 단계는 다음 기회에 다룰 주제이지만, 모델의 발전은 선형적이며 정보는 손실되지 않고 보완되고 발전되어야 한다는 점을 말씀드립니다.

엔지니어는 어떤 접근 방식을 따라야 하는가?

구조 해석 모델을 기하학적 모델과 통합하는 방법에는 여러 가지가 있습니다. 일반적으로 접근 방식은 직접 방식, 파일 기반 방식, 미들웨어 방식의 세 가지로 나뉩니다.

직접 방식과 파일 기반 방식의 예로는 Autodesk Revit이 있으며, 이는 해석 모델과 기하학적 모델이 결합되어 있습니다. Tekla Structures는 파일 전송을 통해 통합됩니다. 새로운 솔루션으로는 Nemetschek Group의 클라우드 기반 미들웨어 솔루션인 SCIA AutoConverter가 있으며, 이는 Microsoft Excel 기반의 새로운 파일 형식(SAF)을 도입했습니다. 

모든 방식에는 장점, 함정, 단점이 있습니다. 어떤 방식을 선택하든 워크플로우를 이해하는 것이 필수적이며, 그렇지 않으면 접근 방식이 빠르게 '사장'될 것입니다. 

저는 이런 경우를 여러 번 보았습니다!

연결 설계가 전체 BIM 프로세스의 일부로 효과적으로 통합되려면 어떤 접근 방식에도 유연하게 맞출 수 있어야 합니다. 제가 근무하는 회사인 IDEA StatiCa는 Checkbot이라는 기술을 사용하여 강구조 연결을 규정 검토하는 솔루션(및 기타 솔루션)을 보유하고 있습니다. 

Checkbot은 해석, 설계 및 시공을 위한 모델링 요구 사항을 충족합니다. 이 기술은 유연하게 설계되었으며 향후 워크플로우를 통합할 가능성을 가지고 있습니다.

연결 설계 요구 사항

연결 설계 엔지니어는 구조 설계 프로세스의 파생 분야로, 이들 없이는 강구조 프레임이 성립되지 않습니다. 연결 설계는 워크플로우에서 어디에 고려되나요? 보통 설계의 마지막 단계에서입니다. 어떤 강재가 가장 먼저 기초에 닿나요? 베이스 플레이트 연결입니다.

과거에 연결 설계자들은 엔지니어가 표시된 도면을 통해 필요한 정보를 제공해 주는 것에 의존했습니다. 전달된 힘은 실제 부재를 규정 검토하는 데 사용된 하중 케이스 및 조합과 전혀 일치하지 않는 경우가 많았습니다. 

저도 그런 사람 중 하나였다고 솔직히 인정합니다. 최대 모멘트, 최대 전단력, 최대 축력(모두 25kN/kNm 단위로 올림)을 함께 사용하는 시대는 지났다고 생각했습니다. 하지만 안타깝게도 그렇지 않습니다.

연결 설계자는 인지된 최악의 경우가 아닌 모든 가능성에 대해 연결이 견딜 수 있도록 동일한 조합 결과가 필요합니다. 그러나 연결의 모든 부재에 대한 모든 하중 케이스 조합 결과를 문서화하는 것은 위험이 따릅니다. 수치(및 부호)가 잘못될 추가적인 위험이 있습니다. 

일부 솔루션은 Microsoft Excel과 같은 스프레드시트로 출력할 수 있지만, 이 접근 방식도 데이터를 올바른 형식으로 만들기 위한 추가적인 데이터 준비가 필요합니다.

우리의 접근 방식

IDEA StatiCa에서는 일련의 BIM 링크(Checkbot 사용)를 개발하여 연결 설계 솔루션을 FEA 및 BIM(CAD) 솔루션의 생태계와 연결했습니다. 일부 파트너들은 당사의 IOM(IDEA Open Model)을 사용하여 자체 FEA 및 BIM 솔루션에서 IDEA StatiCa로의 링크를 개발하기도 했습니다. 

이 방법론은 정보 공유를 가능하게 하고 오류 위험을 줄이며 효율성을 크게 향상시킵니다. 엔지니어에게 모델 공유는 단순한 기하학적 모델 이상의 의미를 가집니다.

그러나 해석 모델을 공유하려면 그것도 정확하고 계산 가능해야 합니다. 

계산 가능하다는 것은 무엇을 의미하나요? 

첫째, '부유하는' 노드 없이 올바르게 조립되어야 합니다. 부재는 올바른 노드에 연결되어야 합니다. 실제로는 그렇지 않더라도 여러 부재가 지정된 노드에서 만나는 단순화된 모델(엔지니어들은 단순화를 선호합니다)일 수 있습니다. 부재는 정렬 가정이 잘못되어 비틀리지 않고 올바른 평면에 있어야 합니다. 또한 이상적으로는 해석 결과에서 직접 얻어야 하는 힘의 평형이 있어야 합니다.

기하학적 모델과 해석 모델을 모두 가지고 있다면(아마도 서로 다른 엔지니어로부터)? 우리는 하나에서 기하학을, 다른 하나에서 해석 결과를 사용하여 IDEA StatiCa에서 두 개의 프로젝트를 생성하는 하이브리드 접근 방식을 활용할 수 있습니다. 이것이 병합 모델 접근 방식입니다. 그러나 이를 위해서는 양 당사자가 올바른 위치에 올바른 부재가 있는 동기화된 모델을 가지고 있어야 합니다.

요약

효과적인 정보 활용을 위해 엔지니어가 따라야 할 규칙은 무엇인가요?

1. 전체 워크플로우에 걸친 일관된 모델 – 모든 모델에서 부재가 올바르게 배치됨
2. 계산 가능한 모델 – 해석이 가능해야 함
3. 재료는 지역에 맞아야 하며 모든 모델에서 일관되어야 함
4. 단면 크기는 이상적으로 모든 모델에서 일관되어야 함
5. 특수 또는 복합 단면 사용을 피하거나 문서화할 것
6. 함께 협력할 것

IDEA StatiCa가 생성하는 정보는 3단계인 시공을 위한 모델링의 기초를 형성하며, 제작 프로세스에 반영됩니다. 그러나 이는 1단계와 2단계에서 개발된 정보를 활용하여 설계를 발전시킵니다.

업계 전체가 이렇다고 말하는 것은 아닙니다. 우리는 앞서 나가고 새로운 것을 시도하는 것을 두려워하지 않는다고 생각하고 싶습니다. 하지만 솔직히 말하면, 기존 워크플로우를 둘러싼 도전에 대해 여전히 같은 반응을 듣습니다: "우리가 항상 그렇게 해왔으니까요…"

낭비되는 시간과 재료를 줄이거나 설계의 탄소 발자국을 줄이기 위해 업계로서 우리가 할 수 있는 일이 훨씬 더 많습니다. 

그리고 엔지니어로서 우리가 앞장설 수 있습니다. 이것들은 새로운 아이디어가 아닙니다.