BIM 도구 활용을 통한 건축공학설계교육 프로세스 개선에 관한 연구 = A study on the improvement of the education process in architectural engineering by using BIM tools

국문 초록 (Abstract)

BIM은 최근 공공 및 민간 발주자에 의해 활용이 점차 확대 시행 되고 있으며, 설계사무실에서도 BIM을 도입하고자 하고 있다. 이처럼 급변하는 건축정보모델 활용환경에 미리 대처하고 실무와 건축공학 교육의 연계를 강화하기 위하여 BIM 교육은 대학의 건축공학 설계교육과정에서 필요한 중요 요소로 검토되어야 할 것이다. 따라서 본 연구에서는 기존의 건축공학교과과정과 긴밀히 연계되고 보다 효율적인 교육과정을 만들기 위하여 BIM 도구의 장점을 중심으로 한 건축공학설계의 교육프로세스의 개선방안을 제안하는 것을 목적으로 한다.
연구의 방법은 기존 연구문헌을 고찰하고, 건축공학설계교육과 BIM에 대하여 이론적으로 고찰을 한 후 K대학교에서 이루어진 BIM 교육에 대한 사례를 분석하였다. BIM 교육 후 학생들을 대상으로 설문조사를 실시하여 손도면 활용, CAD 활용, Revit 활용에 대한 각각의 장단점을 비교분석하였다. 또한 모델링 사레분석을 통하여 Revit의 활용기능을 살펴보고 CAD와 Revit 설계 프로세스를 비교하였다.
연구의 범위는 국내의 공학교육인증을 받은 건축공학과의 건축공학설계교육 프로세스로 한정하였으며, 활용된 BIM 도구는 Autodesk 사의 Revit Architecture S/W로 하였다. 또한, 국내에서 이루어지고 있는 BIM 교육 중 2011년 5월 이전까지의 대표적인 교육과정을 조사하여 커리큘럼과 특징을 분석하였고, 공학교육인증을 받은 일부 건축공학과의 건축공학설계교육 사례들을 분석하여 필요한 BIM 교육 내용을 도출하는 것을 범위로 하였다.
이론적 고찰로는 건축설계교육, BIM 교육, BIM과 관련된 국내연구와 BIM과 관련된 국외 연구 등의 기존 연구문헌 고찰과 공학교육인증 하에서의 건축공학설계와 BIM의 개요 및 적용, BIM과 교육에 대한 이론적 배경을 고찰하였다.
또한 공학교육인증을 받고 있는 국내 K대학의 건축공학설계교육 과정에서 BIM 교육을 실시한 사례를 분석하고 설문을 통하여 BIM 교육의 이해의 정도와 활용능력에 대한 Data를 분석하였다. 또한 BIM 도구를 활용하여 스미요시 나가야 주택의 모델링 적용 사례를 분석하였다.
설문분석의 결과로 손도면과 CAD, Revit의 활용능력을 비교하였고, 손도면과 CAD, Revit을 모두 활용하여 설계가 가능하지만 CAD를 활용한 도면작성은 명령어를 통한 작도로 선중심의 평면적 작도나 치수를 가지는 도형의 작도가 용이하며, Revit을 활용한 설계는 3차원으로 시각화되므로 수정이 용이하고, 평면-단면에 대한 이해가 편리한 장점을 가진다고 분석되었다.
설문결과에 대한 분석을 바탕으로 손도면, CAD, Revit을 비교분석하였고, BIM 도구 활용에 대한 장점을 다음과 같이 6가지로 도출하였다.
1) 3D 모델링 통한 평면/입면/단면의 연계
2) 여러 개의 대안 생성 및 비교가 보다 용이함
3) 3D를 통한 프레젠테이션으로 커뮤니케이션 능력 향상
4) 3D 모델링을 통한 설계변경 및 간섭체크가 보다 용이함
5) 3D 객체정보모델이므로 일람표 및 물량산출이 도면에서 직접 가능
6) 조기 일조분석 등 친환경적 통합고려가 보다 편리함
기존 공학설계교육 프로세스에 더하여 이러한 BIM 도구를 활용한 장점을 중심으로 한 프로세스 개선방안을 도출하였다. 이를 통하여 BIM 도구를 활용한 개선방안으로 다음의 5가지 교육내용을 도출하였다.
1) 건축공학 요소설계와 연계된 설계교육 가능
BIM 프로그램을 사용하는 S/W 활용방안 중심의 교육이 아닌 건축공학 요소설계와 연계된 교육으로 구조·시공·설비에 대한 공학적 이해가 향상 될 수 있다. 그 내용으로 구조 모듈과 프레임 모델 연계가 가능하도록 하며, 건설 프로세스에 대한 이해와 공정 및 적산 연계가 가능하도록 하며, 친환경 조기 분석이 가능하도록 할 수 있다.
2) 3D 중심의 정보모델 개념에 대한 교육 가능
3D 중심의 정보모델 개념에 대한 교육을 통해 공간에 대한 이해와 정보모델을 활용하는 설계능력을 쉽게 할 수 있다.
3) 설계단계별 BIM 도구의 활용에 대한 교육 가능
설계단계별 BIM 도구의 활용을 통해 Mass study와 같은 초기설계부터 하나의 프로그램으로 보다 편리하게 활용할 수 있다.
4) 3D 활용을 통한 의사소통 및 협업에 대한 교육 가능
BIM은 설계 초기단계에 친환경검토, 구조시스템검토 등과 같이 협업을 통한 종합적 설계검토를 가능하게 하므로 3D 활용을 통한 의사소통 및 협업에 대한 교육을 통해 커뮤니케이션 능력을 향상할 수 있다.
5) BIM 도구의 자동 산출기능 활용에 대한 교육 가능
BIM 도구의 자동 산출기능 활용에 대한 교육으로 일람표, 면적표, 부재물량 등을 자동으로 도출할 수 있으며, 객체 정보를 가지므로 물량산출까지 가능하므로 설계 이후 건설과정과의 종합적 연계가 가능하다.
개선방안에 대한 검증을 위하여 BIM을 교육 받은 학생들을 대상으로 설계 S/W 활용에 대한 비교설문을 실시하였다. 분석결과를 통하여 개선방안 중에 건축공학 요소설계와 연관된 설계교육, 3D 중심의 정보모델 개념에 대한 교육, BIM 도구의 자동 산출기능 활용에 대한 교육의 효율적이며 필요한 교육임을 검증하였다.
이 연구의 한계는 현행 공학설계 교육과정의 분석을 중심으로 1개 대학의 사례를 분석하여 설문결과를 통한 프로세스의 개선에 대한 개선방안의 제시에 한정된 점이다. 이 제시된 개선방안은 추후 연구를 통해서 정량적인 분석을 통한 교육결과 자료의 수집과 분석을 거쳐서 보다 구체화 될 필요가 있으며, 설계와 IT가 연계된 설계교육은 후속 연구를 통하여 계속 연구되어야 할 부분이다.
또한 본 연구의 활용방안은 기존의 건축공학교과과정과 긴밀히 연계되고 보다 효율적인 교육과정이 될 수 있도록 건축공학설계교육을 위한 커리큘럼을 작성하는데 참고자료로 활용되는 것이다. 그리고 BIM 교육을 도입하고자하는 교육내용에 참고할 수 있는 실증적 자료로서 활용이 가능할 것이다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The purpose of this study is to demonstrate the improvement of the design process in architectural engineering through the analysis of the advantages of the BIM tool. As public institutions and owners have been introduced to Building Information Modeling (BIM) tools, BIM has become an important factor in the design process in undergraduate university programs.
First, literature on Architectural Design Education, BIM education, literature of BIM-related issues, domestic and overseas, was analyzed as well as the architectural engineering design under ABEEK, summary of BIM, use of BIM, and BIM education.
Second, a case study of BIM education was conducted at Keimyung University under the ABEEK. Students did a survey about the understanding of BIM and the use of BIM tools. Furthermore, there was a case study of BIM modeling with the subject of the Sumiyoshi nagaya house (Architect: Ando, Tadao) where the 2D design process was compared with the 3D design process. As a result of the analysis, six advantages of the use of BIM tools were found:
1) Connection of plans, elevations and sections by 3D modeling
2) Making several comparative alternatives
3) Improvement of communication through 3D modeling presentation
4) Ability of change of design, interference check through 3D modeling
5) Ability of making building component list, calculating quantities
6) Ability of eco-friendly integrated the analysis of solar exposure
Third, as a result of this research, following five issues are found about BIM　education through advantage of using BIM tools.
1) The design education associated with design elements in the engineering education
2) The education of the BIM concept focussed on 3D modeling
3) The education of the use of BIM tools in the architectural design process
4) The education of communication and cooperation using 3D modeling
5) The education of the automatic calculation skills of BIM tools
Fourth, the result of this research was verified by conducting a survey on the use of BIM softwares.
The limitation of this study was to analyze the case study of only a single university. This proposed improvement requires a continuing study of quantitative analysis and design associated with IT.

목차 (Table of Contents)

• 제1장 서 론 1
• 1.1 연구의 배경 및 목적 1
• 1.2 연구의 방법 및 범위 3
• 제2장 이론적 고찰 6
• 2.1 기존 연구문헌 고찰 6
• 2.1.1 건축설계교육 관련 연구문헌 고찰 6
• 2.1.2 BIM 교육 관련 연구문헌 고찰 9
• 2.1.3 BIM과 설계 관련 연구문헌 고찰 11
• 2.1.4 BIM 관련 국외 연구문헌 고찰 14
• 2.2 건축공학설계교육의 의미와 범위 18
• 2.2.1 공학인증교육에서 제시된 건축공학설계교육 18
• 2.2.2 공학교육인증을 받은 건축공학설계 사례 19
• 2.2.3 건축공학설계 교과과정 사례 20
• 2.3 BIM (Building Information Modeling)의 개요 및 적용 21
• 2.3.1 BIM의 정의 21
• 2.3.2 BIM 개념의 활용 도구 23
• 2.3.3 BIM의 적용 분야 24
• 2.3.4 설계단계에 따른 BIM의 활용 25
• 2.3.5 가이드라인에 따른 BIM 모델의 활용 기준 29
• 2.3.6 국내 BIM 적용사례 33
• 2.4 BIM 교육 39
• 2.4.1 국외 BIM 교육 및 시상사례 39
• 2.4.2 국내 BIM 교육현황 40
• 2.5 소 결 45
• 제3장 BIM 교육 사례분석 47
• 3.1 대학교의 BIM 교육 사례분석 47
• 3.1.1 건축공학설계와 BIM 교육의 관계 47
• 3.1.2 BIM 교육 강의내용 사례 48
• 3.1.3 BIM 도구를 활용한 설계결과물 50
• 3.2 BIM 도구 활용에 대한 분석 51
• 3.2.1 BIM 도구 활용에 대한 자료 수집 51
• 3.2.2 BIM 도구 활용에 대한 자료 분석 52
• 3.2.3 BIM 도구를 활용한 영향요소도출 58
• 3.2.4 영향요소를 통한 설문결과 설계도구 활용 비교분석 59
• 3.3 BIM 도구를 활용한 3D 모델링 적용 사례 62
• 3.3.1 스미요시 나가야 주택 개요 62
• 3.3.2 3D 모델링 과정 63
• 3.3.3 3D 모델링 적용 사례 64
• 3.3.4 3D 모델링 적용 사례분석 72
• 3.4 소 결 73
• 제4장 건축공학 설계교육 프로세스 개선방안 75
• 4.1 프로세스 개선방안 75
• 4.1.1 건축공학 요소설계와 연계된 교육 가능 77
• 4.1.2 3D 중심의 정보모델 개념에 대한 공학설계교육 가능 79
• 4.1.3 설계단계별 BIM 도구의 활용에 대한 교육 가능 80
• 4.1.4 3D 활용을 통한 의사소통 및 협업에 대한 교육 가능 81
• 4.1.5 BIM 도구의 자동 산출기능 활용에 대한 교육 가능 81
• 4.2 개선방안의 검증 82
• 4.2.1 설계 S/W 활용에 대한 검증 데이터 수집 82
• 4.2.2 설계 S/W 활용에 대한 검증 데이터 분석 83
• 4.3 소 결 91
• 제5장 결 론 92
• 참 고 문 헌 95
• 부 록 100
• 영 문 초 록 105
• 한 글 초 록 108