China Construction Eighth Engineering Division

미래의 고층 건물 시공 방식을 변화시키는 고급 BIM 도구와 공업화 건축

China Construction Eighth Engineering Division(CCEED)은 전 세계에서 가장 규모가 크고 복잡하며 지속 가능한 고층 건물을 여럿 건설했습니다. 이 회사는 Tianjin Chow Tai Fook 금융 센터를 위해 고급 빌딩 정보 모델링(BIM), 사전 제작, 공업화 건축 프로세스를 적용해 LEED Gold 표준에 따라 상징적인 103층짜리 초고층 건물을 건설했습니다. CCEED의 접근 방식은 초고층 건물을 설계하고 건설하는 데 더욱 효율적이고 정확하며 협력적인 방식을 선도하고 있습니다.

고층 건물 건설에 대한 새로운 사고

친환경 건설 분야의 리더이자 중국 최대 건설 복합 기업의 일부인 China Construction Eighth Engineering Division은 1952년에 설립되어 중국을 비롯해 전 세계에 건설 서비스를 제공하고 있습니다. Su Yawu가 사업부장으로 있는 CCEED의 고층 건물 사업부는 현재 건설 중인 20개를 포함해 전 세계에 30개의 고층 건물을 건설했습니다.

Su는 고층 건물 분야에서 약 20년의 경력을 쌓은 건설 업계 베테랑입니다. 그는 Excel 파일, 모델 파일, 프로젝트 계획 도구가 서로 연결되지 않고 뒤섞인 기존의 방법으로는 고층 건물 건설 프로세스를 제어하기 어렵다는 것을 곧바로 깨달았습니다. 그는 "대단히 어려운 일이었고, 경험을 통해 많은 것을 배웠습니다"라고 합니다. "가능한 한 고층 건물과 관련된 모든 기술을 배우기로 결심했습니다." Su는 300미터가 넘는 초고층 건물 2개 등을 시공한 경험을 바탕으로 이제 아시아에서 가장 규모가 크고 혁신적인 초고층 건물 프로젝트를 감독하고 있습니다.

Tianjin Chow Tai Fook Tower의 프로젝트 관리자 Su Yawu가 건설 현장에서 캡처한 레이저 스캔을 검토하고 있습니다. 사진 제공: China Construction Eighth Engineering Division.

다목적 랜드마크 고층 건물의 독특한 프로파일

CCEED의 역대 가장 큰 프로젝트는 중국 북부 주요 해안 도시인 톈진에 위치한 Tianjin Chow Tai Fook 금융 센터로, 이는 높이가 530미터(약 1,739피트)에 달하는 103층짜리 고층 건물입니다. 이 건물은 CCEED에서 첫 번째로 건설한 500미터 이상의 건물이지만 어려운 점은 건물의 규모만이 아니었습니다. 이 타워는 뒤틀린 선과 곡선이 파도 모양을 이루는 독특한 디자인으로 설계되었습니다. "최근에는 건물 구조에 커튼월을 부착하여 고층 건물의 앞면에 곡선을 적용하는 방식이 인기를 끌고 있습니다"라고 Su가 설명합니다. "하지만 Tianjin CTF의 경우 커튼월을 사용하지 않고 내부 구조를 실제로 그렇게 만든 것이었습니다."

또한, 이 타워는 39만 평방미터(거의 420만 평방피트)의 면적에 다목적 시설(소매점, 사무실, 300여 개의 고급 아파트, 객실 350여 개를 갖춘 5성급 호텔 등)을 모두 수용할 수 있어야 했습니다. Su는 이를 위해 "100가지가 넘는 다양한 유형의 전기, 기계, 배관 시스템을 수정 없이 결합해야 했습니다"라고 설명합니다. 높이와 복잡성 외에도, Tianjin CTF 금융 센터 프로젝트에는 LEED Gold 글로벌 친환경 건물 인증 표준을 준수해야 한다는 목표도 있었습니다.

Tianjin Chow Tai Fook 금융 센터는 바람의 하중을 줄이고 구조적 효율성을 극대화할 수 있도록 공기역학적 테이퍼 형태의 구조와 곡선 구조로 설계되었습니다.
직선 형태로 된 대부분의 초고층 건물과 달리 Tianjin CTF의 내부 구조는 지진 안정성을 높이는 경사 기둥 8개로 구성된 곡선 형태입니다.
구조용 강재 구성요소를 공장에서 제작한 후 레이저 스캐너로 측정해 BIM 모델과 비교함으로써 정확도를 확인했습니다.
사전 제작된 강재 구성요소를 공장에서 조립하기에는 너무 크기 때문에 건설 현장으로 운반해 조립하고 설치했습니다.
프로젝트에서 사용된 고급 제조 프로세스의 일환으로, 구성요소에는 공장부터 설치 단계까지 추적할 수 있도록 QR 코드 태그를 부착했습니다.
팀원들은 진행도를 일정과 비교하고 BIM 모델을 업데이트하기 위하여 드론을 이용해 매일 건설 현장의 사진 데이터를 수집했습니다.

사진 제공: China Construction Eighth Engineering Division

BIM 모델을 이용한 복잡성 관리

CCEED는 2014년 Tianjin Tower의 사전 시공 작업을 시작하면서 교차 분야 BIM 팀을 만들어 전 세계 설계자 및 중국 현지 건설 회사들과 협업했습니다. 이 팀은 185,000개의 모델 구성요소로 1,000개의 BIM 모델을 제작했습니다. 팀원들은 Revit을 사용해 석조 패널, 격벽, 파이프 샤프트, 문, 장비 하우징 및 기타 조립품을 모델링했습니다. 또한 Navisworks를 사용해 MEP 시스템을 수용할 수 있도록 수만 가지의 배치를 조정했습니다. Dynamo(영문) 로는 커튼월의 파라메트릭 설계 모델을 생성했고, AutoCAD로는 4만 장에 달하는 제작용 건축 도면을 작성했습니다.

방대한 양의 BIM 데이터를 관리하기 위해 CCEED는 클라우드 액세스가 가능한 "EBIM" 전용 플랫폼을 개발해 BIM 모델의 용량을 줄이고 모바일 장치에서도 액세스할 수 있게 만들었습니다. 이로써 건설 팀에서는 레이저 스캐너와 드론으로 수집한 데이터를 이용해 실시간으로 현장에서 모델을 업데이트하고, 로봇을 이용해 파이프 지지대 위치를 조정하여 정확하게 설치할 수 있었습니다. BIM 모델은 설계 시뮬레이션과 작업자 안전 교육을 위한 VR 체험을 제작하는 데도 사용되었습니다.

100명으로 구성된 CCEED의 BIM 팀은 1,000개의 BIM 모델로 Tianjin Chow Tai Fook 금융 센터의 복잡한 설계를 렌더링해 미국, 영국, 홍콩 및 기타 국가의 설계자가 중국 현지 건설 회사와 협력할 수 있도록 지원했습니다. 사진 제공: China Construction Eighth Engineering Division.

고급 제조를 통한 높은 정밀도 달성

타워 건설에는 정밀한 사양에 맞게 제작된 막대한 수의 복잡한 구성요소가 필요하므로 CCEED는 고급 제조 및 건설 자동화 기술을 도입했습니다. Su는 "매우 복잡한 프로세스이기는 하지만 Tianjin CTF 금융 센터 건설에 공업화 건축 방식을 활용하고 싶었습니다"라고 합니다. "이 방식으로 건설을 관리하면 프로젝트를 더욱 정확하게 완성할 수 있습니다."

CCEED의 BIM 팀은 Inventor 및 기타 기계 설계 소프트웨어를 사용해 커튼월, 구조용 강재 조립품, 덕트 및 기타 구성요소를 구성하는 부품을 생산하기 위한 모델 및 조립품 목록을 작성했습니다. 공장에서는 CNC 공작 기계에 모델 데이터를 입력해 정밀한 사양에 맞는 구성요소를 자동으로 제작했습니다. 각 구성요소에 QR 코드 태그가 부착되어 모든 부품의 정보를 BIM 모델에 통합하고, 공장부터 설치 단계까지 이러한 부품을 추적할 수 있었습니다. 건설 현장에서 거대한 구조용 강재 구성요소를 결합할 때 서로 빈틈없이 들어맞도록 하기 위해, 공장에서 해당 구성요소를 3D 레이저 스캐너로 스캔하고 ReCap(영문) 소프트웨어를 사용해 모델을 생성했습니다. 그런 다음 이러한 모델을 분석하여 원래 사양과의 차이를 평가하고 BIM 모델을 업데이트했습니다.

타워를 이루는 거대한 곡선형 구조의 기둥은 공장에서 정밀한 사양에 맞게 제조된 후 건설 현장으로 운송되어 조립되었습니다. 사진 제공: China Construction Eighth Engineering Division.

초기부터 반영한 지속가능성

톈진의 빈하이 지구에 위치한 Tianjin Chow Tai Fook 금융 센터는 이전의 공업 지대를 국제 무역과 금융의 중심으로 변화시키려는 주요 재개발 계획에 포함된 랜드마크 프로젝트입니다. 다목적의 빈하이 지구는 고성능 건물 표준, 접근성이 우수한 대중 교통, 효율적인 전력 공급망, 지속 가능한 수자원 관리를 아우르는 친환경 설계의 모델로 개발되었습니다.

프로젝트 팀은 이 지속 가능한 도심 환경 기준을 충족하는 것은 물론, 이를 능가하기 위해 프로젝트 시작 시점부터 LEED Gold 인증 달성을 목표로 했습니다. 그들은 환경 친화적인 건설 프로세스를 이용했고 친환경 설계 요소를 도입했습니다. 여기에는 일광을 극대화하고 좋은 전망을 유지하면서 냉난방의 필요를 줄여주는 고성능 정면 구조가 포함됩니다. CCEED는 BIM 모델을 사용하여 건물 구성요소를 정밀하게 제작하고 잠재적 충돌을 예측함으로써 건설 중에 발생하는 폐기물의 양을 대폭 감소시켰습니다. 이 팀은 또한 타워의 고급 호텔에 사용된 2,000가지 이상의 장식용 재료에 경량 대체재를 사용하는 등, 타워 전체에 경량 재료를 이용하여 리소스를 절약했습니다.

Tianjin Chow Tai Fook 금융 센터 프로젝트는 톈진의 해안 도시인 빈하이 지구에서 진행되는 지속 가능한 대규모 개발 노력의 일부입니다. 사진 제공: China Construction Eighth Engineering Division.

미래 고층 건물의 새로운 표준

Tianjin CTF 금융 센터는 2018년 말에 완공되어 10~12개월간 정부의 검토를 거친 후 2019년 10월에 개장할 예정입니다. 이 프로젝트는 이미 미래 고층 건물 프로젝트에 대한 높은 표준을 제시하여 건설 부문의 2017 Autodesk AEC Excellence Award(영문)를 수상했습니다.

프로젝트가 완료되면 CCEED는 BIM LOD 500(Level of Development 500)(영문) 정보를 포함한 최종 BIM 모델을 건물주에게 전달할 것입니다. LOD 500 모델은 타워에 대한 포괄적인 실제 시공 데이터를 반영하며, 부품 위치 및 모델 번호 등의 상세 정보가 포함되어 있습니다. "이런 방식을 통해 BIM 모델은 건설 프로세스에서뿐만 아니라 건물의 장기적인 수명 주기에 걸쳐서도 사용될 수 있습니다"라고 Su가 이야기합니다. Tianjin Chow Tai Fook 금융 센터에 사용된 BIM 중심의 공업화 건축 프로세스는 CCEED가 고층 건물 프로젝트에 접근하는 방식을 완전히 변화시켰습니다. 이 회사는 Tianjin CTF에서 얻은 경험을 인도네시아 자카르타에 건설되는 111층짜리 초고층 건물 등의 새로운 프로젝트에 적용하고 있습니다.

"그 전에는 설계, 건설, 재료 구매가 모두 다른 프로세스였습니다. 이제 그런 모든 작업이 단일한 BIM 플랫폼에서 결합되고 모든 조정을 거쳐 상호 협력할 수 있게 되었습니다."

- Su Yawu, China Construction Eighth Engineering Division의 프로젝트 관리자

전 세계 건설 방식에 가져온 변화

Su는 건설 산업의 미래 동향을 예측해 볼 때 건설 자동화 및 연결된 BIM이 차기의 혁신적 움직임이 될 것이라고 믿습니다. 연결된 BIM은 프로젝트 데이터를 캡처하는 새로운 방식을 클라우드의 힘과 결합하여 설계, 건설 및 운영 프로세스 전반에 걸쳐 새로운 통찰력을 제공합니다. 또한, Su는 GIS(지리 정보 시스템)로 BIM을 더욱 향상시켜 BIM 모델에 실시간 위치 데이터를 제공할 수 있게 되기를 기대하고 있습니다. 그는 "우리는 이미 Tianjin Chow Tai Fook 금융 센터에 최신 GIS 기술 중 일부를 적용했습니다"라고 합니다. "우리가 지금 진행하는 일은 미래에 이러한 기술 동향을 구현할 수 있는 토대가 됩니다."

Tianjin CTF 금융 센터는 더욱 규모가 크고 복잡한 미래 고층 건물의 시작에 불과합니다. 이는 Su와 그의 팀이 중국 최초로 킬로미터 단위의 높은 건물을 건설하기 위한 토대가 되어 줍니다. "이 접근 방식은 중국과 전 세계에서 높고 낮은 건물을 건설하는 방식을 변화시킬 것입니다"라고 Su는 확신 있게 이야기합니다. CCEED는 고급 BIM, 사전 제작 및 자동화 기술을 이용해 초고층 건물을 하나하나 지어가며 전 세계에서 건물이 건설되고 있는 방식을 효과적으로 변화시키고 있습니다.

Tianjin CTF 금융 센터의 상세한 BIM 모델은 건물 자동화 프로세스를 지원해 건설을 간소화할 수 있을 뿐만 아니라 건물이 완공된 후 유지 보수와 운영에도 사용될 것입니다. 이미지 제공: China Construction Eighth Engineering Division.