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연재기획

BIM 연계 통합수배관시스템 구축 ②

BIM연계 통합수배관 설계 Tool IFC 표준포맷·Open BIM 사용


냉난방수배관 계산 프로그램인 ‘Hyd-SAREK’을 개발한 하나지엔씨는 △융도엔지니어링 △삼양발브종합메이커 △지엔원에너지 △비이엘테크놀러지 △경희대와 함께 ‘BIM 연계 에너지절약형 통합 수배관시스템 계산프로그램’을 개발하고 있다. 이를 통해 첨단 비즈니스모델을 개발하고 선진기술 강국 도약에 앞장 설 계획이다. 이번 기획연재  ‘BIM 연계 통합수배관시스템 구축’은 참여기관들의 특별기고로 총7회에 걸쳐 게재한다.


■ 연재기획 특별기고 순서

① 개발 필요성(경희대)

② 개발 방안(하나지엔씨)

③ 최적화 도서 개발(융도엔지니어링)

④ 실증 구현(삼양발브종합메이커)

⑤ 활용방안(지엔원에너지)

⑥ 교육 플랫폼 개발(BEL)

⑦ 유동해석 및 검증(경희대)



BIM 연계 3차원 수배관설계는 기존의 2차원 설계 소프트웨어와 다르게 X, Y 및 Z 좌표를 통한 시각화 및 도면화 기능뿐만 아니라 각 설비기기 및 자재의 데이터를 포함하고 있다. BIM(Building Information Modeling) 프로그램에 종속되는 기존의 수배관 계산프로그램과는 달리 BIM 프로그램과 연계만 되는 수배관 계산 프로그램으로 제조업체별 기기 및 배관자재 등을 선정할 때 더 높은 수준의 모델 세부정보를 제공하게 된다. 


대형 건물에서 중요한 기계장비 선정, 파이프 길이 및 사이징에 대한 심층적인 세부정보를 제공하는 시스템 데이터를 활용함으로써 수배관시스템의 최적 장비 선정을 할 수 있다. 또한 기계공학에서 다루는 열역학과 유체역학의 이론적인 공식을 통해 배관 내 압력강하, 펌프양정, 유량 제어밸브의 제어성을 검토하며 전체 장비 사이의 상호작용을 고려해 정확하게 계산하게 된다. 


향후 프로그램 내에서 제공하는 시스템들의 확장성을 통해 궁극적으로 설계사, 설비기기 및 자재 생산자, 설계자 및 건축주에게 더 나은 제품을 제시 및 설계 협업 지원하게 된다. 또한 건물관리자는 선정된 장비 및 자재는 생애수명주기 관리 데이터를 통해 통합된 유지관리계획을 수립할 수 있다. 




산업적 측면에서 국내 GDP대비 건설 투자비중 16.1%(2017년 기준)는 장기적으로 감소가 불가피할 전망이다. 이에 따라 건설투자 비중은 줄고 구조개편을 통해 단순 물량투자가 아닌 고부가가치산업으로의 변화가 필요하게 된다.


BIM 통합설계, 기술집약 서비스 

최근 4차산업혁명을 통해 디지털기술이 산업에 진입하면서 인프라, 부동산 및 기타 건설 자산의 설계, 건설, 운영 및 유지관리방식이 점차 변화하고 있다. 


건설산업에서의 BIM과 연계된 통합설계서비스는 다양한 분야의 전문기술을 집약해야하는 기술집약적 서비스다. 이러한 서비스를 통해 창출되는 성과는 비용절감, 에너지절약, 및 고용창출 등 사업 전반의 주요현안을 해결하면서 타산업과 연결돼 새로운 산업을 창출할 수 있다. 




현재까지 설계사들은 일반적인 현장에서의 경험치와 2D 프로그램에 익숙해져 있으며 대부분의 BIM 프로그램들은 외산으로 국내 현황에 맞는 설계에 어려움이 있다. 하지만 BIM 활용에 있어 국내 로드맵 및 전략아이템 중 하나로 기계설비 및 설계방법을 도입함으로써 기계설비분야 전문인력과 타분야 전문인력에 대한 협업 이 가능해진다. 


건축시공을 위해서는 설계 완료된 도면을 가지고 현장여건을 감안해 설비시설들의 높이나 경로 등을 검토하며 직접 공사를 위한 도면을 현장설계로 작업하게 된다. 물론 이러한 일련의 과정 중 설계상 오류가 있을 때는 기본경로부터 다시 검토 및 변경해야 하는 중복작업이 빈번히 발생하고 있으며 이는 공사비 변경을 초래할 수도 있다. 


하지만 BIM을 활용한 3D개념이 도입되면 설계단계에서 공종별 간섭이나 단면구성에 대해 정리할 수 있으며 설계단계에서 즉시 확인할 수 있다. 보조프로그램을 활용하면 직접 오류를 검토하지 않아도 된다. BIM을 연계한 수배관시스템 설계도 현장에서 검토 및 수정이 훨씬 용이하며 소모적 논쟁도 줄일 수 있다. 


BIM 수배관, 건물에너지절감 가속화 대비 

최근 기후변화에 대비해 국가적으로 제로에너지건축물인증이 2020년부터 적용돼 건물에너지절감 진행이 가속화되고 있다. 이번 과제는 이러한 정부정책에 대비하고자 건축설비 수배관설계에서 BIM 연계형 에너지절감형 통합 수배관시스템 계산 프로그램을 개발함으로써 에너지절감과 설계Tool 자체의 사업경쟁력을 확보하고 매출을 증대할 수 있다. 


추가적으로 건물공조용 복합밸브 시장점유율을 확대할 수 있다. BIM연계 통합 수배관시스템 설계 Tool 개발방안은 BIM은 설계단계부터 펌프, 공조배관, 소화배관 및 밸브 등의 상세정보를 포함하고 있다. BIM 데이터의 작성 및 활용은 공인된 국제표준(IFC(Industry Foundation Classes): ISO 16739)을 지원하는 소프트웨어 사용을 원칙으로 하고 있다. 이번 BIM 연계 통합 수배관시스템 설계 Tool은 IFC기반의 표준포맷을 채택해 소프트웨어 (B IM↔설계 Tool)간 상호 호환이 가능토록 개발하고 Open BIM기술을 사용해 프로젝트 설계자나 고객접근 이 용이토록 2개의 수배관시스템을 통합적으로 개발할 계획이다. 


먼저 ‘에너지절약형 냉난방(밀폐형) 수배관시스템 계산 프로그램’ 개발이다. 건물 냉난방시스템의 대표적인 열원설비는 냉동기(냉방)와 보일러(난방)로 순환펌프에 의해 수배관을 따라 사용처로 공급된다. 이때 에너지소비는 열원설비와 함께 수배관시스템의 구성품인 순환펌프, 터미널의 팬 모터, 유량조절용 컨트롤밸브의 구동기와 빌딩관리시스템(BMS) 등으로 이뤄진다. 냉난방 수배관시스템의 에너지절감은 열원설비의 운전율(비용)을 줄이고 수배관시스템의 최적화로 가능하다. 


이를 위해 수배관시스템을 구성하는 필수요소인 배관사이징, 펌프양정, 밸런싱 및 유량제어밸브의 정확한 선정을 통해 운전부하의 에너지사용량을 예측가능한 에너지절약형 냉난방 수배관시스템 계산 프로그램을 개발할 것이다. ‘소방수리(개방형) 수배관시스템 계산 프로그램’도 개발한다. 옥내 소화전설비 및 스프링클러설비의 수리계산을 수행하기 위해 필요한 절차와 방법에 대한 기준은 국가화재안전기준(NFSC) 및 국내 기준 등을 종합적으로 고려해야 한다. 이때 소화설비는 소화수가 적정하게 공급될 수 있도록 유체역학의 원리에 입각해 필요한 배관경, 유량, 압력을 계산해야 한다. 


이번 개발 과제는 소방설계를 위한 스프링클러 라이브러리, 소방 호스 수용기, 파이프, 피팅 및 소방 네트워크를 정의하는 데 필요한 기타 장비의 수리계산을 포함하고 모든 라이브러리는 기호변경과 구성요소 추가가 가능한 사용자편의 확장성을 확보할 것이다. 최적화된 장비 계산은 배관설비 투자비를 줄일 수가 있으며 펌프의 과사이징을 피할 수 있어 이에 따른 연간 펌프 운전 비용을 줄일 수 있다. 통합설계를 통해 기계선정, 사이징 및 연간 운전비용을 직접 계산하고 기존 설계 선정 펌프의 연간 펌프 운전비용과 최적화 선정 펌프 운전비 용을 비교할 수 있다. 


이에 따라 건물 에너지설비분야의 객관적인 에너지최적화 설계가 가능해지고 에너지절약 관련 표준화, 제도수립을 통 해 확산된다면 전체 온실가스 배출량의 30% 이상을 차지하는 건물에서의 온실가스 저감효과를 가져올 수 있다. 이는 지구 환경 보호를 위한 적극적 대처는 물론 국가 이미지도 향상시킬 수 있다. 또한 국내·외 건설 프로세스에 적용함으로써 자원 소비 최소화, 자원 재사용 극대화 및 건축품질 향상 등에 기여할 수 있다. 2021년 9월 이후에는 BIM연계형 에너지절약 통합 수배관시스템 계산 프로그램을 소개할 수 있을 것이다.