BIM 기반 TBM 터널설계 핵심은 ‘지반 데이터의 디지털화’다
BIM 기반 TBM 터널설계 핵심은 ‘지반 데이터의 디지털화’다
  • 전찬민 기자
  • 승인 2023.05.02 09:41
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[공학저널 전찬민 기자] 최근 들어 도심지 터널공사는 NATM( New Austrian Tunneling Method) 공법에서 탈피해 TBM(Tunnel Boring Machine) 공법을 활용한 고부가가치 최첨단 융·복합 장비의 활용이 증대되고 있다. 이러한 터널 공법의 변화는 경제성과 노동집약적 기술에서 민원과 안전, 생산성 위주의 기술 변화로 사회 간접적 변화에 따라 기술도 진화하고 있다.

이와 더불어 국내외 BIM 활성화 정책이 지속적으로 발표되고 있으며, 국토교통부에서도 ‘건설산업 BIM 기본지침’ 발표이래, ‘건설산업 BIM 시행지침’, ‘스마트건설 활성화 방침’ 등 BIM 프로세스를 활용한 건설산업 디지털화에 대한 의지를 보이고 있다.

이러한 상황에서 최근 트렌드 기술인 TBM 공법과 BIM 기법의 상관관계는 어떠한 유사관계가 있는지 살펴볼 필요가 있다.

먼저, TBM공법 장비 구성은 초기 지보역할을 하는 헤드장비와 굴착역할을 하는 커터, 전진을 위한 추진장치, 터널패합을 위한 세그멘트, 배토장비로 볼 수 있으며, TBM의 모든 구성은 터널공사 인력을 최소한으로 하는 장비 구성으로 장비가 인식할 수 있는 디지털 정보가 필요하다. BIM 또한 위치, 분류체계, 물량정보, 물성정보 등 다양한 디지털 정보를 바탕으로 기계가 인식할 수 있는 건설의 디지털 언어라 볼 수 있기 때문에 TBM 공법과 BIM 기법은 디지털 정보를 활용해야 하는 점에서 매우 유사하다 볼 수 있다.

특히, 터널의 특성에 따라 지반 데이터는 BIM 터널 설계와 TBM 장비 설계에 없어서는 안 될 매우 중요한 요소 중 하나다.

BIM 터널 설계는 디지털 지반 데이터를 반영해 터널 단면별 매개변수를 활용 선형정보에 따라 위치정보를 반영한 터널 모델링을 쉽게 작업 할 수 있다. 이러한 데이터는 TBM 굴착장비 데이터에 반영해 굴착 진행의 위치와 지반 물성치의 정보를 확인 할 수 있고 OPERATOR가 TBM 굴착 정보를 사전에 파악 할 수 있어 헤드의 RPM을 조정하는데 큰 도움을 받을 것으로 기대를 모으고 있다. 지반 데이터의 디지털화는 이제 선택이 아닌 필수가 되고 있다.

하지만, 터널 설계의 기초요소인 지반 데이터가 기존에는 시추조사, 물리탐사 등 지반조사데이터를 바탕으로 2D 도면에 지반 종단정보지층과 암반등급 정보만 반영되고 있으며, 지반지층선을 종단으로만 유추 할 수밖에 없었다. 이러한 데이터도 프로젝트별로만 관리되고 있어 신규 프로젝트에 반영하는데 한계가 뒤따르고 있다.

또한, 국토지반정보 통합DB센터에서 전국의 시추 등 지반조사 데이터를 통합관리하고 있지만, 입력 오기, 실내/현장시험 데이터 부재 등으로 설계와 시공단계에서 통합DB 지반조사 데이터를 활용하기에는 어려운 실정이다.

물론, 지반의 특성상 완벽한 지반형상 파악은 시공이 이뤄지기 전까지는 쉽게 파악할 수 없는 구조지만 기존의 과거 2D 조사데이터를 취합해 지역별 지반 형상을 3D 디지털 데이터로 구현하고, 시공 시 파악된 지반정보를 기존 디지털 데이터에 지속적으로 반영하면 지역별 지반의 형상 데이터를 구축 할 수 있을 것으로 예상되고 있다.

또한, 이러한 지반 디지털 데이터를 반영하게 되면, NATM 또는 TBM 설계 시 BIM 설계기법을 활용해 생산성과 효율성을 극대화 할 수 있을 것으로 기대되고 있다.

이처럼 터널분야를 비롯해 건설산업은 현재 기존 인력 중심의 엔지니어 영역에서 정보를 바탕으로 한 디지털의 시대로 진화하고 있으며, 이제는 디지털 정보를 많이 보유하는 것이 기업의 경쟁력이 될 것으로 예상되고 있다.

이에 ㈜한울씨앤비는 이러한 시대의 흐름에 변화를 가져가고자 지반 디지털 데이터 등 건설산업의 디지털화를 앞장서며, 건설의 품질과 생산성 향상을 목표로 BIM 환경의 구축하고 있다.

한울씨앤비 김윤옥 대표이사(사진)는 “지반 데이터가 디지털화되면 터널 단면별 BIM 라이브러리 데이터를 활용 터널 설계 생산성을 높일 수 있다”며 “이러한 데이터는 TBM과 천공장비 등 스마트 건설 장비에 반영 시공의 정확성을 향상시킬 수 있을 것으로 예측된다”고 말했다.

그는 이어 “한울씨앤비는 기존의 건설방식에서 벗어나, 디지털 정보기반의 기업으로 거듭날 수 있도록 지반 데이터 뿐만 아니라 건설분야의 모든 데이터를 디지털화에 기여하고자 노력 중”이라며 “이를 위해 새로운 설계와 시공방식을 지속적으로 테스트하고, 이를 바탕으로 한 건설 디지털 정보화에 앞장설 계획”이라고 덧붙였다.


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