1. 서 론
2. BIM 개요 및 적용사례
2.1 BIM 개요
2.2 터널 및 지하공간 분야의 BIM
3. 5D BIM을 활용한 태백 지하연구시설의 시공 시나리오 분석
3.1 태백 지하연구시설의 시설계획 및 시공대안
3.2 3D BIM 모델 구축
3.3 시공 시뮬레이션(4D)
3.4 공사비 검토 및 분석(5D)
3.5 시공대안 비교 및 고찰
4. 결 론
1. 서 론
고준위방사성폐기물 심층처분의 안전성과 기술적 실현 가능성을 확보하기 위해서는 실제 심부 암반환경에서 처분시스템의 성능을 검증할 수 있는 지하연구시설(Underground Research Laboratory, URL)이 필요하다(IAEA, 2011). URL은 처분후보 부지에서 처분설계를 직접 검증하는 부지특화형(Site-specific URL)과 처분장이 아닌 별도의 부지에서 심부 암반 거동과 처분기술을 연구하는 일반 연구형(Generic URL)으로 구분되며(NEA, 2024), 중국은 처분부지 우선 검토지역의 대표 지질조건을 평가하면서 처분기술을 실증하는 지역특화형(Area-specific URL) 개념을 Beishan URL에 적용하고 있다(Wang, 2014). 주요 국외 URL과 모암 특성은 Table 1에 정리하였다.
Table 1.
Representative underground research laboratories for geological disposal
국내에서는 한국원자력연구원의 KURT(Korea Underground Research Tunnel)가 연구에 활용되어 왔으나, 실제 심층처분환경과 유사한 규모와 심도에서 연구를 수행하기에는 공간적 제약이 있다(Cho et al., 2008). 이에 정부와 한국원자력환경공단은 2024년 12월 강원특별자치도 태백시를 심부 지질환경에서 처분 핵심기술을 개발하기 위한 연구용 URL 건설 후보지로 선정하였다. 태백 URL은 순수 연구시설로서 고준위방사성폐기물을 반입하지 않으며, 심부 암반환경에서 처분기술의 성능과 안전성을 검증하기 위한 기반시설로 계획되고 있다(KORAD, 2024).
태백 URL은 일반적인 도로 및 철도 터널과 달리 다수의 수직구와 여러 심도의 터널이 입체적으로 결합된 복합 지하시설이다. 따라서 진·출입시설의 형식과 수직구 및 수평터널의 굴착순서가 변경되면 그 영향이 전체 공사기간과 공사비로 이어질 수 있다. 이와 같은 복합 지하시설은 2차원 도면과 독립된 공정표만으로는 공정 간 종속성과 비용변화를 일관되게 파악하기 어렵다. 따라서 계획단계에서 복수의 시공대안을 비교하기 위해서는 시설물의 3차원 형상, 공정(4D)과 비용(5D) 정보를 결합한 5D BIM (Building Information Modeling) 통합 모델이 요구된다.
2. BIM 개요 및 적용사례
2.1 BIM 개요
BIM은 시설물의 형상과 관련 정보를 객체 단위로 구축하고, 설계·시공·유지관리 과정에서 생성되는 정보를 연계하여 활용하는 정보관리체계이다. 3D BIM은 시설물의 형상과 공간적 관계를 표현하는 기본 정보모델이며, 4D BIM은 개별 BIM 객체에 공정표의 작업(Activity)과 공사기간을 연계하여 시간에 따른 시공상태를 나타낸다. 이를 통해 특정 시점의 시공현황, 작업 간 선후행 관계 및 병행 가능 여부를 검토할 수 있다. 5D BIM은 4D BIM에 객체별 수량, 단가 및 공사비 정보를 추가한 것으로, 설계 또는 공정계획의 변경이 공사기간과 공사비에 미치는 영향을 함께 분석할 수 있도록 한다(Eastman et al., 2011).
5D BIM을 활용한 공정 및 비용분석을 위해서는 동일한 BIM 객체를 기준으로 형상정보와 공정 및 비용정보의 대응관계를 구축해야 한다. 이를 위해 시설물 객체를 작업분류체계(Work Breakdown Structure, WBS) 및 세부 공정과 연결하고, 객체별 시공수량과 단가를 연계한다. 이러한 정보구조가 구축되면 시설물의 형식, 시공순서 또는 작업조 운영계획이 변경될 때 발생하는 공사기간과 공사비의 변화를 동일한 기준으로 비교할 수 있다. 따라서 5D BIM은 여러 시설과 작업이 상호 의존하는 건설사업에서 시공대안을 비교하고 주요 공정경로와 공정상의 병목을 파악하기 위한 수단으로 활용될 수 있다.
2.2 터널 및 지하공간 분야의 BIM
지하공간은 굴착이 진행되면서 확인되는 지질·지반조건에 따라 굴착방법과 지보형식이 조정될 수 있다. 또한 굴착, 버력처리 및 지보 설치가 반복적으로 이루어지므로 구조물의 형상정보뿐만 아니라 굴착구간, 공정, 장비, 인력 및 시공기록을 함께 관리해야 한다. 그러나 이러한 정보는 서로 다른 문서와 소프트웨어에서 개별적으로 작성되는 경우가 많으며, 터널의 굴착과 지보 과정에서 생성되는 정보의 표준화와 연계도 아직 충분하지 않은 것으로 지적되고 있다(Huymajer et al., 2024).
국내에서는 3차원 레이저 스캐너로 취득한 터널 형상과 BIM 설계모델을 비교하여 여굴과 미굴을 평가하는 방법이 제시되었으며(Park et al., 2012), 곡선 선형과 터널 구조물 및 지반정보를 IFC 기반으로 관리하는 연구가 수행되었다(Jang et al., 2017). 이후 3차원 공간정보를 활용한 선형대안 검토 및 발파설계 자동화 등으로 BIM의 적용범위가 확대되었다(Jo et al., 2023, 2024).
국외에서는 터널 구조물과 지질·지반정보, 수치해석 및 시공정보를 통합하기 위한 연구가 진행되어왔다. Fabozzi et al.(2021)은 터널 구조물과 지질·지반모델을 유한요소해석 및 4D 공정모델과 연계하여 터널 굴착과정의 정보 흐름을 제시하였으며, Erharter et al.(2023)은 조사자료와 지반공학적 해석정보를 구분하여 관리하는 BIM 지반모델 체계를 제안하였으며, 지반의 불균질성과 불확실성 표현 및 모델 간 정보교환을 주요 과제로 제시하였다. Huymajer et al.(2024)은 재래식 터널의 굴착과 지보 과정에서 발생하는 공정, 인력, 장비 및 재료정보를 IFC 기반으로 표현하는 방안을 제안하였다. 이러한 연구는 터널 BIM이 지반정보와 시공정보를 통합하는 기반으로 활용될 수 있음을 보여준다.
그러나 기존 연구는 터널 선형, 지반모델, 수치해석, 시공검측, 발파설계 및 정보교환 등 개별 업무의 디지털화와 정보연계에 주로 초점을 두고 있다. 이에 비해 복수의 수직구와 여러 심도의 수평터널이 입체적으로 연결된 대규모 지하시설을 대상으로, 진·출입시설의 구성과 굴착순서가 전체 공정과 공사비에 미치는 영향을 비교한 연구는 제한적이다. 특히 시설물의 최종 형상과 시공물량이 동일하더라도 작업조의 배치와 굴착공정의 선후행 관계에 따라 전체 공사기간이 달라질 수 있다. 따라서 이러한 복합 지하시설의 계획단계에서는 BIM 객체를 공정관리 단위로 구성하고 공정 및 비용정보를 연계하여 시공대안을 비교하는 접근이 필요하다.
이에 본 연구는 태백 URL의 공개된 개념계획 자료에서 확인 가능한 시설구성과 공간적 연결관계를 대상으로 3차원 BIM 모델을 구축하고, BIM 객체에 작업분류체계, 공정 및 단위공사비 정보를 연계하였다. 다만, 현 단계에서는 부지의 상세 지질·지반조건과 세부 연구계획이 확정되지 않았으므로, 지질조건에 따른 굴착 및 지보 변경과 현장조사·계측 등에 따른 공정변화는 분석범위에 포함하지 않았다. 또한 진·출입용 수직구의 굴착순서와 경사 진입터널의 적용 여부를 달리한 세 가지 시공대안을 설정하고, 대안별 시공순서, 전체 공사기간 및 직접공사비를 비교함으로써 계획단계에서 5D BIM을 활용한 시공대안 비교 및 시공계획 검토의 적용 가능성을 평가하고자 한다.
3. 5D BIM을 활용한 태백 지하연구시설의 시공 시나리오 분석
3.1 태백 지하연구시설의 시설계획 및 시공대안
태백 지하연구시설은 강원특별자치도 태백시 철암동 일대에 조성될 고준위방사성폐기물 처분기술 연구시설이다. 본 연구에서는 공개된 조감도와 배치자료에서 확인되는 3개의 수직구, 서로 다른 심도에 배치되는 수평 지하시설 및 연구모듈, 그리고 이들을 연결하는 진·출입체계를 태백 URL의 주요 시설구성으로 반영하였다. 다만 수직구와 터널의 세부 배치 및 단면 제원이 구체적으로 확정되지 않았으므로, 공개된 조감도와 배치자료를 토대로 5D BIM 모델 구축에 필요한 시설물의 배치와 제원을 설정하였다. 태백 지하연구시설의 지상시설과 지하시설 규모는 각각 약 36,000 m2와 60,000 m2이며, 지하시설은 지표면에서 약 500 m 심도까지 설치되는 3개의 수직구와 심도별 수평 연결통로 및 연구모듈 터널로 구성된다(Fig. 1).
수평 지하시설은 기준 심도 50 m, 275 m 및 500 m의 세 단계로 구분하여 B1, B2 및 B3로 정의하였다. Shaft #1과 Shaft #3은 진·출입용 수직구, 두 수직구 사이의 Shaft #2는 환기용 수직구로 설정하였다. 각 심도에는 수직구 접속터널, 주요 통로 및 연구모듈 터널을 배치하여 수직구와 수평 지하시설이 연결되도록 구성하였다. 태백 지하연구시설의 평면도와 종단면도는 각각 Fig. 2(a)와 Fig. 2(b)에 나타내었다.
주요 통로 및 연구모듈 터널은 폭 6.0 m, 높이 4.5 m의 D형 단면으로 설정하였으며, 수직구 접속 및 진입터널은 폭 8.0 m, 높이 6.0 m의 D형 단면으로 설정하였다. 진·출입용 Shaft #1과 Shaft #3은 직경 6.0 m, 환기용 Shaft #2는 직경 3.5 m의 원형 단면으로 설정하였다. 경사 진입터널은 종단경사 12.5%, 연장 약 4 km로 설정하였다. 3차원 BIM 모델 구축에 적용한 주요 터널의 단면 형상과 제원은 Fig. 3에 나타내었다.
본 연구에서는 진·출입시설의 구성과 굴착순서에 따른 영향을 비교하기 위하여 세 가지 시공대안을 설정하였다. 대안 1과 대안 2는 Shaft #1과 Shaft #3을 모두 진·출입용 수직구로 사용하는 동일한 시설구성을 적용하되, 작업조별 수직구 및 심도별 수평터널의 굴착순서를 달리하였다. 대안 1은 두 작업조가 각각 B1과 B2의 수평터널을 우선 시공한 후 수직구를 B3까지 굴착하여 최하부 수평터널을 시공하는 방식이며, 대안 2는 한 작업조가 B1, B2 및 B3의 시설을 심도별로 순차 시공하고 다른 작업조가 수직구를 B3까지 연속 굴착한 후 최하부 수평터널 시공에 참여하는 방식이다. 대안 3은 진·출입용 수직구 1개소를 경사 진입터널로 대체하고, 나머지 진·출입용 수직구와 병행하여 심도별 수평터널을 시공하는 방식이다. 각 대안의 세부 굴착순서와 공정조건은 3.3절에서 제시하였다.
본 연구에서는 태백 URL의 계획단계에서 공개된 시설구성과 공간적 연결관계를 시공대안 비교의 기본조건으로 반영하였다. 반면, 부지의 상세 지질·지반조건과 연구모듈별 시험계획이 아직 확정되지 않았으므로 지질조건에 따른 굴진율 및 지보형식의 변화, 그라우팅, 시공 중 지질조사 및 계측, 현장시험 수행에 따른 작업중지 및 공정제약은 분석조건에 포함하지 않았다. 따라서 본 연구의 분석범위는 현재 공개된 개념계획을 기준으로 진·출입시설의 구성과 굴착순서가 전체 공정 및 직접공사비에 미치는 상대적 영향을 비교하는 계획단계의 검토로 한정하였다.
3.2 3D BIM 모델 구축
태백 지하연구시설의 3차원 BIM 모델은 Autodesk Civil 3D를 이용하여 구축하였다. 모델은 경사 진입터널, 수직구 및 심도별 연구모듈 터널 등 지하시설의 주요 구성요소를 대상으로 작성하였으며, 각 시설물은 형상과 제원의 변경이 가능하도록 매개변수 기반 객체로 생성하였다. 터널 및 수직구의 단면은 3.1절에서 설정한 제원을 적용하였고, 지하시설은 B1, B2 및 B3의 세 레벨로 구분하여 모델링하였다.
각 레벨의 심도는 공정계획에 적용된 분류체계에 따라 B1은 -50 m, B2는 -275 m, B3는 -500 m로 설정하였다. 수직구는 지표면과 각 지하 레벨을 연결하도록 배치하였으며, 수평 연결통로와 연구모듈 터널은 평면 및 종단 배치에 따라 각 레벨의 수직구와 연결되도록 구성하였다(Fig. 4(a)). 또한 대안 3의 검토를 위하여 종단경사 12.5%, 연장 약 4 km의 경사 진입터널을 3차원 모델에 추가하였다(Fig. 4(b)). Fig. 4(a)의 모델은 진·출입용 수직구 2개소를 적용한 대안 1과 대안 2에 공통으로 활용하였으며, Fig. 4(b)의 통합모델은 진·출입용 수직구 1개소를 경사 진입터널로 대체한 대안 3의 검토에 활용하였다.
구축된 3D BIM 모델은 시설물의 형상과 공간적 배치를 표현하는 기본모델로 활용하였다. 이를 통해 수직구와 수평터널의 연결관계, 터널 간 이격 및 교차 여부, 지하시설의 공간구성 등을 확인할 수 있도록 하였으며, 이후 공정 및 공사비 정보를 연계할 수 있도록 시설물을 공정관리 단위에 따라 구분하였다.
공정정보는 WBS (Work Breakdown Structure)를 기반으로 구성하였다. WBS는 태백 지하연구시설을 최상위 항목으로 설정하고, 공통공사, 심도별 지하시설 및 경사 진입터널로 구분하였다. 심도별 지하시설은 B1, B2 및 B3로 분류하였으며, 각 분류체계 하위에는 수직구와 수평터널의 굴착구간을 세부 작업으로 구성하였다.
각 세부 작업에는 고유한 Activity ID, 작업명, 공사기간 및 WBS 코드를 부여하였다. 예를 들어 공통공사에는 인허가와 경사 진입터널 및 수직구 준비공을 포함하였고, 각 지하 레벨에는 수직구 굴착과 수평 연결통로 굴착을 포함하였다. 경사 진입터널은 심도별 굴착구간과 상향굴착 구간으로 구분하여 공정정보를 작성하였다. 본 연구에 적용한 주요 WBS와 Activity 구성은 Table 2에 제시하였다.
Table 2.
Work breakdown structure and representative activities for the Taebaek URL
3D BIM 모델의 시설물 객체와 공정정보는 WBS 코드와 Activity ID를 기준으로 연계하였다. 이를 통해 각 터널과 수직구 객체에 해당 공정의 착수 및 완료 시점을 대응시키고, 시설물의 종류와 시공연장을 기준으로 비용정보를 연계할 수 있도록 구성하였다. 이러한 정보구조를 바탕으로 3.3절에서는 시공대안별 4D 공정 시뮬레이션을 수행하고, 3.4절에서는 시설물별 단위공사비를 연계하여 직접공사비를 비교하였다.
3.3 시공 시뮬레이션(4D)
3차원 BIM 모델에 시간 및 공정정보를 연계하여 시공순서를 시각적으로 검토할 수 있는 4D 공정 시뮬레이션을 구성하였다. 공정표는 3.2절에서 작성한 WBS와 Activity를 바탕으로 Oracle Primavera P6를 이용하여 작성하였으며, Autodesk Navisworks의 TimeLiner 기능을 활용하여 각 공정과 BIM 객체를 연계하였다. 이를 통해 공정 진행에 따른 시설물별 시공상태를 시각화하고, 수직구와 수평터널 간의 선후행 관계, 동시 시공구간 및 주요 공정경로를 분석하였다.
공사기간 산정을 위한 공정조건은 모든 대안에 동일하게 적용하였다. 초기 작업 준비기간은 6개월로 설정하였으며, 굴착구간별 공사기간은 시공연장과 적용 굴진율을 기준으로 산정하였다.
굴진율 설정을 위하여 국외 심층처분시설의 시공계획 사례를 검토하였다. ONKALO의 진입터널은 주 5일, 일 2교대 작업과 굴진장 4.6 m, 선행 그라우팅 및 지보공정을 고려하여 Drill and Blast 방식으로 20–25 m/week의 굴진율이 계획되었다(Posiva Oy, 2003). Forsmark의 기준설계에서는 Drill and Blast 방식의 경사 진입터널에 약 30 m/week의 굴진율을 적용하였으며, 발파식 수직구는 그라우팅을 포함하여 40 m/month의 굴진율을 적용하였다(Bäckblom et al., 2004). 또한 ONKALO의 수직구 굴착에는 Raise Boring 공법이 적용되었으며, reaming 단계에서 약 0.5 m/hour의 굴진성능이 보고된 바 있다. 국외 심층처분시설의 주요 굴진율 사례를 Table 3에 정리하였다.
Table 3.
Representative excavation rates in overseas deep geological disposal facilities
ONKALO와 Forsmark의 굴진율은 각 시설의 암반조건, 굴착단면, 장비구성 및 작업체계를 반영한 값이다. 본 연구에서는 이러한 국외 사례를 참고하고 국내 터널 및 수직구의 시공여건과 태백 URL의 계획단계를 고려하여 굴진율을 보수적으로 설정하였다. 이에 진·출입용 Shaft #1과 Shaft #3의 굴진율은 25 m/month, 수평터널 및 경사 진입터널은 50–75 m/month를 적용하였다. 경사 진입터널은 경사구간에서의 시공 제약이 존재하지만 수평터널과 동일한 Drill and Blast 방식의 반복 굴착공정으로 계획됨에 따라 동일한 범위의 평균 굴진율을 적용하였다. 환기용 Shaft #2는 RBM (Raise Boring Machine) 공법을 적용하여 50 m/month의 굴진율을 설정하였다. 다만 ONKALO에서 제시된 Raise Boring 굴진성능은 reaming 단계의 장비 운전속도이므로 본 연구의 월평균 굴진율과 직접 비교하기보다는 공법 적용사례 및 시공성 검토를 위한 참고자료로 활용하였다. 따라서 본 연구의 굴진율은 상세설계 이전 단계에서 진·출입시설의 구성과 작업조별 굴착순서에 따른 공정 차이를 비교하기 위한 계획단계의 분석조건으로 적용하였다.
대안 1은 직경 6.0 m의 진·출입용 Shaft #1과 Shaft #3에 각각 1개 작업조를 투입하여 두 수직구를 동시에 굴착하는 방안이다. 한 작업조는 GL -50 m에 도달한 후 해당 심도의 수평터널 시공을 담당하고, 다른 작업조는 GL -275 m에 도달한 후 해당 심도의 수평터널을 시공하도록 구성하였다. GL -50 m와 GL -275 m의 수평터널 시공이 완료된 이후에는 각 수직구의 잔여구간을 GL -500 m까지 굴착하고, 최종적으로 GL -500 m에 배치된 수평터널을 시공하도록 공정순서를 설정하였다. 대안 1의 세부 공정과 주요 공정경로는 Fig. 5에 나타내었다.
대안 2는 대안 1과 동일하게 Shaft #1과 Shaft #3을 동시에 굴착하되, 각 수직구에 투입된 작업조의 굴착순서를 다르게 구성한 방안이다. Shaft #1에 투입되는 작업조는 지표면에서 GL -500 m까지 수직구를 연속적으로 굴착한 후 GL -500 m의 수평터널 시공에 투입하도록 구성하였다. 반면, Shaft #3에 투입되는 작업조는 GL -50 m에 도달한 후 해당 심도의 수평터널을 시공하고, 이후 수직구를 GL -275 m까지 연장하여 해당 심도의 수평터널을 순차적으로 시공하도록 하였다. 이후 수직구의 잔여구간을 GL -500 m까지 굴착하고 최하부 수평터널을 시공하도록 계획하였다. 대안 2의 세부 공정과 주요 공정경로는 Fig. 6에 나타내었다.
대안 3은 진·출입용 수직구 2개소 가운데 1개소를 종단경사 12.5%, 연장 약 4 km의 경사 진입터널로 대체하는 방안이다. 경사 진입터널은 지표면에서 GL -500 m까지 연결하고, 굴착 과정에서 GL -50 m, -275 m 및 -500 m에 배치된 수평 지하시설과 순차적으로 연결되도록 계획하였다. 나머지 진·출입용 수직구는 경사 진입터널과 병행하여 굴착하도록 하였으며, 수직구와 경사 진입터널을 통해 심도별 수평터널의 시공이 이루어지도록 공정순서를 설정하였다. 대안 3의 세부 공정과 주요 공정경로는 Fig. 7에 나타내었다.
3.4 공사비 검토 및 분석(5D)
4D 공정모델의 BIM 객체에 시설물별 시공연장과 단위공사비 정보를 추가하여 5D BIM 분석모델을 구성하였다. 각 BIM 객체는 3.2절에서 설정한 WBS 및 Activity와 연계되어 있으므로, 동일한 객체를 기준으로 시설물의 형상과 시공물량, 공정 및 직접공사비 정보를 통합하여 관리할 수 있도록 하였다. 이를 바탕으로 진·출입시설의 구성과 굴착순서가 다른 세 가지 시공대안의 공사기간과 직접공사비를 동일한 정보체계에서 비교하였다.
공사비 산정을 위한 단위공사비는 2024년 민간투자사업으로 추진된 서울지역 간선도로 지하화사업의 설계 실적자료를 참고하였다. 태백 URL은 현재 개념계획 단계로 시설별 상세 수량과 공법별 공사비 자료가 확보되지 않았으므로, 진·출입시설의 구성과 굴착연장 변화에 따른 직접공사비의 상대적 차이를 비교하기 위한 기준단가로 해당 자료를 적용하였다. 진·출입용 Shaft #1과 Shaft #3에는 수직구 설비비를 제외한 단위연장당 40.6백만 원/m, 환기용 Shaft #2에는 24.3백만 원/m, 수평터널과 경사 진입터널에는 10.2백만 원/m를 적용하였다. 수직구의 단위공사비는 단위연장 기준의 개략적인 직접공사비로 적용하였으며, 심도 증가에 따른 권양, 환기, 배수 및 버력처리 조건의 변화와 이에 따른 시공효율 및 설비비 변화는 별도로 반영하지 않았다. 또한 현장관리비와 장비 대기비 등의 간접비 및 운영단계 비용은 분석범위에서 제외하였다.
대안별 직접공사비 산정 결과, 시설구성과 시공물량이 동일한 대안 1과 대안 2는 각각 약 726.4억원으로 동일하게 산정되었다. 반면 대안 3의 직접공사비는 약 938.7억원으로 산정되어 대안 1과 대안 2에 비해 212.3억원 증가하였다. 이는 대안 3에서 직경 6.0 m, 연장 약 500 m의 진·출입용 수직구 1개소를 연장 약 4 km의 경사 진입터널로 대체함에 따라 전체 굴착연장이 증가한 결과이다.
3.5 시공대안 비교 및 고찰
대안별 공사기간과 직접공사비를 종합한 결과는 Table 4와 같다. 대안 1과 대안 2는 동일한 진·출입시설과 시공물량을 적용하였으나, 전체 공사기간은 각각 37.0개월과 34.5개월로 2.5개월의 차이를 나타냈다. 특히 대안 2는 작업조별 굴착순서와 심도별 수평터널의 선후행 관계를 조정함으로써 대안 1과 동일한 직접공사비 조건에서 공사기간을 단축하였다. 이는 복합 지하시설에서 시설물의 구성과 시공물량뿐만 아니라 작업조 운영과 공정 간 선후행 관계가 전체 공사기간에 영향을 미칠 수 있음을 보여준다.
Table 4.
Comparison of 5D construction analysis results for the three alternatives
경사 진입터널은 차량과 장비가 지표에서 지하시설까지 직접 이동할 수 있어 시공 및 운영단계의 접근성과 물류 측면에서 수직구와 다른 기능을 갖는다. 실제 ONKALO는 경사 진입터널과 수직구를 함께 사용하는 진·출입체계로 구성되어 있으며(Posiva Oy, 2003), Forsmark의 기준설계에서도 경사 진입터널과 수직구를 병행하는 방안이 검토되었다. Bäckblom et al.(2004)은 Forsmark에서 경사 진입터널과 수직구를 병행 굴착할 경우 지하시설의 공사기간을 단축할 수 있음을 제시하였다. 따라서 경사 진입터널의 적용성은 공사기간과 직접공사비뿐만 아니라 시공단계의 병행작업, 장비 및 자재운반과 운영단계의 접근성 등을 함께 고려하여 평가할 필요가 있다. 다만 본 연구의 대안별 비교결과는 계획단계에서 설정한 굴진율과 단위공사비를 전제로 한 것으로, 향후 실제 조사 및 설계조건의 구체화에 따라 재검토될 필요가 있다.
4. 결 론
본 연구에서는 다수의 수직구와 심도별 수평터널이 결합된 태백 URL의 개념계획을 대상으로 3차원 BIM 모델에 공정 및 비용정보를 연결하고, 진·출입시설의 구성과 굴착순서가 다른 세 가지 시공대안을 비교하였다. 주요 결과는 다음과 같다.
첫째, 수직구, 심도별 수평터널 및 경사 진입터널을 공정관리 단위의 BIM 객체로 구성하고, 각 객체에 WBS, Activity, 공사기간, 시공연장 및 단위공사비를 연계하였다. 이를 통해 시설물의 형상, 공정 및 비용을 동일한 정보모델에서 관리하는 5D BIM 기반의 시공계획 검토체계를 구축하였다.
둘째, 4D 공정 시뮬레이션 결과 대안 1, 대안 2 및 대안 3의 전체 공사기간은 각각 37.0개월, 34.5개월 및 43.0개월로 산정되었다. 동일한 시설구성과 시공물량을 적용한 대안 1과 대안 2의 비교에서 작업조별 굴착순서와 심도별 수평터널의 선후행 관계를 조정한 대안 2의 공사기간이 2.5개월 짧게 나타났다. 이는 복합 지하시설에서 작업조 운영과 공정 간 선후행 관계가 전체 공사기간에 영향을 미칠 수 있음을 보여준다.
셋째, 5D 직접공사비 분석 결과 대안 1과 대안 2는 각각 726.4억 원, 경사 진입터널을 적용한 대안 3은 938.7억 원으로 산정되었다. 본 연구에서 설정한 조건에서는 대안 2가 대안 1과 동일한 직접공사비로 가장 짧은 공사기간을 나타냈다. 한편 대안 3은 경사 진입터널의 적용으로 공사기간과 직접공사비가 증가하였으나, 차량 및 장비의 직접 진입, 시공단계의 물류 및 운영단계의 접근성과 같은 경사 진입터널의 기능은 정량적 비교에 포함하지 않았다. 따라서 진·출입방식의 선정에는 공사기간과 직접공사비뿐만 아니라 시공 및 운영단계의 활용조건을 함께 고려할 필요가 있다.
넷째, 본 연구에서 구축한 5D BIM 모델은 태백 지하연구시설의 형상, 공정 및 비용정보를 연계하여 시공대안을 비교하기 위한 계획단계의 정보모델로 활용할 수 있다. 향후 지질조사와 상세설계, 실제 시공실적 및 계측자료가 확보될 경우 관련 정보를 BIM 객체에 추가함으로써 설계 및 시공단계의 분석결과를 지속적으로 갱신할 수 있을 것으로 판단된다.
다만 본 연구에서 제시한 공사기간과 직접공사비는 공개된 개념계획 자료와 계획단계에서 설정한 시설 제원, 굴진율 및 단위공사비를 적용한 비교결과이다. 향후 부지의 지질·지반조건과 상세 설계 및 시공조건이 구체화될 경우 관련 정보를 반영하여 분석결과의 적용성과 신뢰성을 재검토할 필요가 있다.
