GeoBIM, 지상·지하공간 완성형 디지털트윈을 앞당기다
GeoBIM, 지상·지하공간 완성형 디지털트윈을 앞당기다
  • 전찬민 기자
  • 승인 2022.03.30 17:45
  • 댓글 0
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동굴+드론 데이터
동굴+드론 데이터

[공학저널 전찬민 기자] 불과 몇 년 전까지만 해도 생소하게만 느껴졌던 ‘4차 산업혁명’이라는 용어가 이제는 친숙한 단어가 돼 가고 있다. 또한 COVID-19 시대를 지나면서 4차 산업혁명 기술은 더욱 빠르게 인류의 생활 속으로 침투하게 됐으며, 산업 전 분야에 걸쳐서 시스템 개발, 조직 개편, 신기술에 대한 투자 확대 등이 이뤄지고 있다.

이러한 4차 산업혁명은 마찬가지로 건설산업에도 많은 변화를 가져왔으며, 대표적으로 스마트건설 시스템의 개발과 도입만 보더라도 건설산업의 패러다임이 전환되고 있다는 것을 알 수 있다. 스마트건설은 건설 분야에 인공지능, 블록체인, 사물인터넷, 빅데이터 등과 같은 4차 산업의 첨단기술을 적용하는 것을 의미하는 것으로, 설계부터 시공, 유지관리 등 건설산업의 전 분야에 걸쳐 적용할 수 있다.

이러한 스마트건설의 핵심 요소 중에 하나가 바로 건설정보모델링(BIM)이라고 할 수 있다. BIM은 시설물의 생애주기에 걸쳐 발생하는 모든 정보를 통합해 활용이 가능하도록 시설물의 형상, 속성 등을 정보로 표현한 디지털 모형을 뜻한다. 하지만 상대적으로 빠르게 BIM을 도입해 현재에는 보편적으로 활용하고 있는 건축분야와 달리, 토목분야에서의 BIM은 비교적 최근까지도 그 활성화가 되지 못한 실정이었다.

이에 정부에서는 2025년부터 단계적으로 설계, 시공, 유지관리 분야에 BIM을 전면 적용할 계획에 따라 토목분야에서의 BIM 도입은 현재 급물살을 타고 있다. 한편으로는 새로운 시스템의 도입이라는 허울에 가려져 이것이 단순히 보여주기식 도입에서 그쳐선 안 된다는 우려의 목소리도 뒤따르고 있다.

애써 구축한 BIM 시스템을 어디에, 어떻게 활용할 것인지에 대한 고민과 이를 해결하기 위한 노력이 뒷받침되지 않는다면, BIM은 건설 정보모델링이 아니라 기존의 2차원 도면을 단순히 3차원 모델로 구현하는 것에서 그칠 수 도 있다. 그렇기 때문에 BIM의 도입이 실제로 스마트건설 발전으로 이어지기 위해서는 시스템의 활용과 확장에 대한 실무자와 전문가들 의 연구 개발이 반드시 뒷받침돼야 하는 것이

사실이다.

이러한 지속적인 연구개발 결과 중 하나로 지하공간건설정보모델링(GeoBIM)을 들 수 있다.

GeoBIM은 2008년 유럽(오스트리아)에서 개념이 제안된 이후, 지하공간에 대한 정보모델링의 개념인 Geospatial BIM으로 출발했고, BIM모델을 GIS 데이터와 매핑하는 단계를 거쳐 현재는 지반공학적 특성을 포함한 영역으로 확장되고 있다. GeoBIM에 포함되는 정보는 흙, 암의 구분과 물성 정보, 지하수의 분포 등과 같은 자연발생적 요소, 파이프, 배선, 터널 등과 같은 인위적인 요소를 함께 포함한다.

1차적으로 시추공 정보와 물리탐사 정보를 활용한 지층 정보의 구축이 선행되며, 이 단계에서 보다 정확한 지층정보 구축 여하에 따라 정보모델의 품질 제어가 가능해 지고 이러한 정보들은 다양한 상용 프로그램을 통해 정보모델로 구축될 수 있다.

이렇게 구축된 모델은 토공량 산출, 지반공학 수치해석 모델, 도로·철도 등 상부구조물을 포함한 선형 설계 시에 터널과 지하공간을 포함한 하부구조물의 지하정보 모델 등으로 역할을 할 수 있다. 더 나아가 4차 산업혁명의 핵심이라고 할 수 있는 지상과 지하를 아우르는 완성형 디지털 트윈 구축으로 이어질 수 있다.

㈜베이시스소프트는 2007년부터 국내외 토목 분야에 BIM을 적용하기 시작해 2019년부터는 지하공간 분야 특히, 지반공학적 관점에서 BIM을 접목하기 시작했다. 현재 다양한 스마트건설 분야에 GeoBIM을 적용하고 있으며, 설계용역, 전문교육, 컨설팅과 SW 판매, 기술지원 등의 업무를 수행하고 있다.

그중 대표적인 GeoBIM 적용 사례로 제주도 천연동굴과 교차하는 도로 구간에 대한 GeoBIM 기반 유지관리시스템 개발 연구를 들 수 있다. 한국건설기술연구원 주관 제주협력사업의 공동연구기관으로 수행 중인 연구과제로, 제주도 한림에 위치한 재암천굴과 금능에 위치한 정구수굴을 대상으로 하고 있다.

㈜베이시스소프트 최재웅 대표이사(사진, 우)는 “이 연구는 제주형 지반함몰 대응형 유지관리시스템을 구축하기 위한 초기 연구로 진행되고 있으며, 상부도로와 교차하고 있는 천연동굴에 대한 디지털 트윈을 구축 중”이라며 “레이저 스캐너를 활용한 동굴 모델링, 3차원 지층 모델링 프로그램을 통한 지층 모델링, 드론을 활용한 주변 현황 모델링 등의 개별 데이터 구축을 통해서 개별 데이터의 통합과 디지털 트윈과의 연계 방안에 대한 연구를 수행하고 있다”고 말했다.

이번 연구과제에서 동굴 형상은 레이저 스캐너 장비를 활용해 모델링했고, 시추공 정보와 물리탐사 자료를 활용해 3차원 지층 모델링을 수행했다. 지층 모델링에는 Seequent사의 Leapfrog Works 소프트웨어를 사용해 시추공조사 자료를 바탕으로 3차원 지층을 구현했다.

시추공 자료가 추가되면 보다 정밀한 지층모델이 구현되며, 만약 시추조사가 불가능한 위치라면 물리탐사 결과를 활용할 수도 있다. 주변 현황은 드론 장비를 활용해 사진 측량한 결과를 전용 편집 프로그램인 Bentley Systems사의 ContextCapture 소프트웨어로 모델링했으며, 최종적으로 모든 데이터를 통합해 완성된 통합 모델을 구축할 수 있었다.

안준상 대표이사(사진, 좌)는 “이렇게 생성된 모델을 기반으로 주기적인 동굴 레이저 스캔 작업을 진행해 동굴의 최신 형상 정보가 업데이트되면 이전 모델과의 비교·분석을 통해 동굴 내부의 변형 형상 정보의 변화를 통한 유지관리가 가능할 것으로 판단된다”며 “현재 진행 중인 연구 과제이며, 진행 과정에서 지속적인 연구와 보완을 해 나아갈 계획이다. 또한 발굴된 인사이트를 업데이트해서 향후 GeoBIM 분야에 지속적으로 전파해 나갈 예정”이라고 말했다.

최재웅, 안준상 공동대표는 이러한 기술이 앞으로 다가올 초디지털 시대에 반석이 될 수 있다고 확신하고 있다. 이러한 확신을 바탕으로 베이시스소프트는 GeoBIM 기반 완성형 통합모델 구축을 위해 관련된 지식서비스 분야에 전 직원이 전력투구하고 있어 ‘완성형’에 한 걸음 다가가고 있다.


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