중국, 2020년까지 댐 등
수자원시설 6천350억달러 투입

BIM 활용 전문가
협력ㆍ비용절감ㆍ디자인ㆍ품질 향상 기여

흐르는 물을 동력원으로 이용하면 유속을 줄이고 조절해 자연 재해를 막을 수 있을 뿐만 아니라 생활용수와 관개용수를 공급하고, 토양 침실을 늦추며, 청정에너지를 이용할 수 있는 이점이 있다.

수력은 수요에 따라 양을 신속하게 증감할 수 있는 매우 융통성 있는 저비용 재생에너지원이다. 중국은 산맥과 강이 많은 지형이기에 댐 건설에 매우 적합하며 이러한 장점 활용에 적극 나서고 있다.

1990년대 후반부터 수력 에너지 생산에 앞장섰던 중국은 전력의 약 17%를 수력 에너지로 이용한다. 댐 건설 속도에 중국이 박차를 가해 1949년에 22개뿐이었던 댐이 현재 14미터 이상인 댐만 5만개 이상이다.

2020년까지 수자원 기반 시설에 6,350억달러(미화)를 투자하고 이의 약 33%를 댐과 저수지 건설에 사용할 계획이라 이 같은 댐 건설은 더욱 가속화될 전망이다. 이 외에도 국외 프로젝트를 통해 대량의 에너지를 생산할 수 있는 대형 댐 건설 기술을 해외에 수출하고 있다.

2012년에 완공된 삼협댐이 이러한 대형 프로젝트 중 가장 유명하지만, 현재 수력 발전의 속도를 고려했을 때, 2015년까지 이 같은 대규모 댐을 7개 더 건설해야 한다. 약 30억달러(미화)에 7년 계획으로 현재 중국 남서쪽에 위치한 윈난 지방에서 공사가 진행 중인 후앙덩(Huangdeng) 수력발전소도 이 중 하나이다.

■ 준비 및 계획
란찬강의 후앙덩 수력발전소는 강의 협곡에 지어진 콘크리트 중력 댐으로, 최고 높이 203미터에 총 저수용량이 15억㎥이며 설비용량은 1,900MW이다. 댐 면적은 대략 20㎢이다.

이 프로젝트 공사를 맡고 있는 하이드로차이나 쿤밍(HYDROCHINA Kunming: KHIDI)은 화려한 수상경력을 가진 탐사, 설계, 건설 및 공학기업이다.

1957년 설립 이후 200개 이상의 수력발전 프로젝트를 수행했으며, 최첨단 기술을 공정에 적용하기 위해 부단히 노력하고 있다.

재래식 설계에서 각 분야 전문가들은 문서 형식인 디자인 변경 통지서를 통해 서로 대화하고 협력하지만, 이는 디자인 변경을 신속하게 전달하거나, 공정간 간섭 발생을 파악하기 어려워 자원이 상당히 낭비된다.

KHIDI는 사업 생산성을 높이고 경쟁 우위를 얻기 위해 이번 프로젝트뿐만 아니라 향후 프로젝트에 오토데스크 솔루션을 이용한 BIM(빌딩정보모델링) 방법을 채택하기로 결정했다.

이뿐만 아니라, 이번 프로젝트는 오토데스크의 기술을 이용해 도시의 인프라를 계획, 디자인, 건설, 관리한 프로젝트에 수여하는 오토데스크 인프라 경쟁 부문 최고상을 최초로 받았다.

이 같은 대규모 프로젝트는 전력 생산, 거주 지역, 처리 공장, 인프라 및 도로망과 연결된 보조 시설 같은 디자인 요소와 엔지니어링 분야 수만 봐도 대단히 복잡한 프로젝트다.

복잡한 구조물, 지하 공장, 유역 변경 구조뿐만 아니라 크고 복잡한 설비와 다수의 지지 시설 들이 있다. 지능형 통합 3D 모델을 이용해 엔지니어들은 수문학에 대해 더욱 빨리 이해하고, 경사도 계획에 따라 제거해야 하는 자원의 용적을 측정하고, 필요한 시멘트 양과 구조물의 위치, 시설간의 연결 인프라를 산출할 수 있다.

■ 모델 기반 디자인
KHIDI는 모델 기반 BIM워크플로우를 사용해 탐사, 수력 공학, 기계 및 전기 공학, 건설 등과 같이 프로젝트 관련 다양한 분야에 대한 계획과 디자인 협력 및 공동작업을 지원한다.

이 프로젝트의 첫 번째 단계는 해당 지역을 3D모델로 정확하게 생성하는 것이다. 이를 위해 위성사진이 기본도(basemap)를 제공하는데, 실제를 정밀하게 표현한 모델을 제공하기 위해 항공사진과 LiDAR의 컬러 3D 포인트 클라우드로 정확한 세부 사항을 파악하고 측량 측정을 통해 지상 실측 정보를 파악한다.

이러한 기본도를 기반으로 KHIDI는 다양한 활동과 목적을 위한 지능형 3D 모델들을 개발했다. 모델들로 다양한 분야의 공학 설계를 만들고 이를 통해 공정간 간섭을 공사 과정이 아닌 모델 내에서 감지하고 구체적으로 시각화된 프로젝트를 보며 보다 나은 디자인 결정을 내릴 수 있다. 모델 기반 디자인은 고품질의 공사도면화로 도면 작성의 효율성도 향상시킨다.

오토데스크 소프트웨어(중국) 애플리케이션 엔지니어 책임자 해리 루오(Harry Luo)는 “지금까지는 하위 프로젝트 모델을 통합할 수 없었지만 오토데스크 인프라웍스(InfraWorks: 이전 Autodesk Infrastructure Modeler)로 모델들을 통합해 한 번에 볼 수 있게 됐다”라며, “초기 단계에서 각 영역이 다른 소프트웨어로 개별 모델을 세운 후 이를 모두 결합한다”고 말했다.

전체적으로, 다양한 디자인 분야의 엔지니어와 기술자 50명 이상이 이 모델들을 만들고 이와 상호 작용한다. 이 프로젝트는 KHIDI가 모델 기반 BIM 접근법을 최초로 적용한 프로젝트는 아니지만 인프라웍스를 이용한 최초의 프로젝트이다.

이 새로운 툴은 초기 디자인 단계에서 도로와 수체(水體), 초목, 빌딩, 풍경을 신속하게 모델링하고 여러 오토데스크 소프트웨어 제품들로 만든 모델들과 기본도 데이터를 통합하는데 특히 유용함이 증명됐다. KHIDI 공정을 통해 인프라웍스가 수력발전 프로젝트 디자인을 통합하고 조직하는 강력한 수단임이 입증됐다.

■ 통합 모델
모델 기반 BIM 접근법의 주요 장점은 논의를 통해 변경된 디자인 도면을 이용해 디자인 모델의 각 부분을 개별적으로 업데이트 할 수 있다는 점이다.

인프라웍스로 통합이 집중화돼 전체 모델이 자동 업데이트되기에 이를 한 번에 볼 수 있을 뿐만 아니라 도면을 수정하고 개별 모델을 업데이트 하는 워크로드를 줄일 수 있다.

중심 모델을 통해 전반적인 공사 현장을 배정하고 디자인 목적을 의논할 수 있어 각각의 공정이 다른 분야의 작업 진행을 파악하고 전반적인 프로젝트 계획과 자신의 작업은 통합할 수 있다.

오토데스크 오토캐드 시빌(Autodesk’s AutoCAD Civil) 3D는 도로 경사 변경과 산출 과정을 디자인 하는데 필요한 3D 산출 실행 툴과 지형 모델링 툴을 제공한다. 토지 형성 툴이 있는 오토캐드 시빌3D는 저수지 계획, 자원 처리 장소 디자인, 댐 토대, 전반적인 굴착 등 댐 디자인에 유용하다. 오토캐드 시빌 3D는 주거 및 다른 건물의 단지 계획을 위한 툴이기도 하다.

오토캐드 시빌 3D의 용적과 경사 능력은 인프라웍스의 시각화 능력과 잘 맞는다. 예를 들어, 댐 기저 굴착, 배수장, 자원 저장 시설의 경사 형성을 위해 오토캐드 시빌 3D에서 생성된 기본 선들이 인프라웍스에서 경사면과 용적으로 자동 계산되어 정확하게 표시된다. 기본 선들이 조정되면 소프트웨어는 관련 면과 용적을 자동으로 업데이트하고 지형을 분석해 정확한 공사 도면과 공사량을 산출한다.

오토캐드 시빌 3D와 인프라웍스의 통합이 이번 프로젝트에 사용된 모델 기반 디자인 툴의 유일한 조합은 아니다.

이처럼 강력한 효과를 내는 오토데스크 인벤터(Inventor)와 오토데스크 레빗(Revit) 조합도 전체적인 맥락뿐만 아니라 세부사항도 제공하면서 기존 디자인 도식 생성을 자동화해, 시설 디자인뿐만 아니라 복잡하고 기계적인 세부 사항 배치에 매우 유용했다.

기계 및 전기 공학 분야에서, 인벤터와 레빗 MEP는 파라메트릭 모델 풀이 한 번 생성되면 이후 디자인 생성 속도를 향상시킨다.

구성의 기준선이 설정되면 복잡한 수송관, 기계 및 전기 설비 디자인이 신속하게 설계도에 반영되거나 이를 다른 디자인 소프트웨어에서 볼 수 있다. 게다가, 변경된 디자인이 자동 업데이트되어 디자인 효율성을 크게 개선한다.

인프라웍스가 전반적인 맥락에서 전체 구조를 시각적으로 표현한다면 네비스웍스 (Navisworks)는 일정에 따라 프로젝트 단계를 3D 모델링해 4D로 시각화한다. 네비스웍스 사용자들은 리뷰를 통해 통합된 디자인을 관찰해 공정간 간섭이나 공정 진행상의 결함을 발견할 수 있다. 이 4D 시각화는 여러 단계에서 설비 배치를 조정할 수도 있어 공사 효율성과 품질을 향상시킨다.

■ BIM 총체적 이점
BIM 접근법으로 KHIDI는 여러 분야 전문가들 협력을 위한 비용 및 혼선을 줄이고 디자인 효율성을 높여 결과적으로 디자인 품질을 향상시켰다.

이번에 적용한 오토데스크 BIM 디자인 소프트웨어 사이의 통합 워크플로우 덕분에 KHIDI는 여러 전문적인 포맷과 정보 모델에서 3D 모델을 전환, 수집, 통합할 수 있었다.

KHIDI의 모델 통합에서 3D모델을 사용한 디자인과 배치를 사용해왔지만, 주요 산물은 2D 배치와 설계도다. 현재 KHIDI는 현장에서 3D 모델에 접근해 프로젝트 효율성을 더욱 향상시킬 수 있도록 모바일 기기 도입을 고려하고 있다.