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BIM을 이용한 이스탄불 최초의 자동화된 지하철 프로젝트

AEC Excellence Awards // 2018

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복잡한 지역을 탐색하여 이스탄불 최초의 완전 자동화된 지하철 노선 설계

Prota Engineering은 프로젝트의 생애 주기 전반에 걸쳐 Revit 소프트웨어를 사용합니다. 최근 이 소프트웨어는 이스탄불에서 가장 붐비게 될 지하철 노선 중 하나를 설계하는 데 유용하게 활용되었습니다. 이 구역은 이스탄불 최초로 완전 자동화되는 지하철 시스템의 일부이자 전 세계 최초 자율 주행 지하철 노선 중 하나입니다. Prota Engineering은 시공 중 실시간 업데이트를 제공하는 BIM을 이용해 준공 프로젝트 단계를 배제하여 거의 3년이라는 시간을 단축할 수 있었다고 평가합니다.

이스탄불 인프라 확장

터키 앙카라에 본사를 둔 Prota Engineering은 30여 년간 20여 개국의 고객에게 설계, 엔지니어링, 컨설팅 서비스를 제공해 왔습니다.

Istanbul Metropolitan Municipality는 Prota의 풍부한 경철도 시스템, 버스 노선, 공항 및 기차역, 다양한 구조물 계획 및 설계 경험을 믿고 이스탄불 최초로 완전 자동화될 지하철 시스템이자 전 세계적으로도 많지 않은 자율 주행 지하철 노선 중 하나인 이 지하철 노선 프로젝트 설계 작업 대부분을 의뢰했습니다.

Prota Engineering은 BIM(빌딩 정보 모델링) 코디네이터인 Saniye Öktem의 지휘하에 터키에서 BIM 요구 사항이 추가된 두 번째 지하철 프로젝트인 M9 Atakoy – Ikitelli 지하철 노선의 설계를 감독했습니다. Prota는 2017년 AEC Excellence Award를 수상한 Kabatas – Mecidiyekoy – Mahmutbey 노선도 설계한 바 있습니다.

BIM의 도입으로 준공 프로젝트 단계를 사실상 배제할 수 있게 됨에 따라 일정을 거의 3년이나 앞당길 수 있었습니다. BIM을 통해 달성한 성과에 깊은 인상을 받은 Istanbul Metropolitan Municipality는 이 기술을 후속 지하철 노선 프로젝트에도 적용하기로 결정했습니다.

An overview of the Atakoy – Ikitelli metro line project
이미지 제공: EMAY Engineering

터키 이스탄불의 Atakoy-Ikitelli 지하철 노선도

지하철을 스마트하게 업그레이드한 역사적 도시

세계에서 두 번째로 오래된 이 지하철 노선은 약 1875년부터 Metro Istanbul에서 관리하고 있습니다. 거의 150년에 달하는 세월 동안 수많은 변화를 거듭해 온 Metro Istanbul은 첨단 기술을 활용한 광범위한 확장에 착수했습니다.

이 기관에서는 총 284.7km 길이의 신규 지하철 노선을 건설할 계획으로 2023년에는 총 길이 1,000km를 목표로 하고 있습니다. 이 방대한 계획에는 5개의 신규 노선과 50개의 신규 역사 건설이 포함됩니다.

M9 Atakoy – Ikitelli 지하철 노선은 5개 지구를 관통하며 이스탄불에서 가장 붐비는 지역을 가로지르게 됩니다. 13.5km 길이의 M9 노선은 6개의 다른 지하철 노선과 통합되며 11개의 역이 건설됩니다. Prota에서는 이 노선이 완공되면 일일 약 50만 명의 승객을 실어 나르게 될 것으로 예상합니다.

An aerial view of Halkali Station construction
이미지 제공: Istanbul Metropolitan Municipality

Halkali 역 건설 항공 사진

모두의 힘을 모아

이 프로젝트의 큰 규모를 고려할 때 수많은 인력이 필요하며 M9의 설계 및 시공에는 약 150개의 도급업체와 2,000명 이상의 작업자가 참여하게 됩니다. 따라서 프로젝트의 성공을 위해서는 효율적인 공동 작업이 무엇보다 중요했습니다.

Prota는 이 프로젝트를 위해 이스탄불, 앙카라, 이즈미르의 설계 팀을 소집했습니다. 이 노선은 6개의 다른 지하철 노선과 통합되므로 Prota에서는 다른 지하철 노선 건설 프로젝트에 참여했던 설계자 및 엔지니어와도 소통하고 공동 작업을 진행해야 했습니다.

M9는 아야마마 강을 비롯해 유동 인구가 많은 도심 지구를 관통하므로 기존 인프라와 주택 및 기업도 고려해야 했습니다. 수직 통로와 역 위치를 찾는 것도 까다로운 일이었습니다. 위치 탐색 중에는 "구불구불하게" 얽혀 있는 도시 구조, 약한 토양 강도, 높은 지진 하중, 홍수가 잘 발생하는 지역이라는 점까지도 모두 고려해야 했습니다.

해결 방법

Civil 3D 및 InfraWorks는 유동 인구가 많은 지구를 통과하면서 병목 현상이 발생하는 지점을 식별하고 해결하는 데 도움을 주었습니다.

Prota는 Civil 3D를 이용해 이스탄불의 지형을 시뮬레이션하고 인프라 이동 위치를 확인했습니다. 한 번은 Prota에서 Bahariye 역 부근에 380kW의 전선이 매설된 것을 찾아냈습니다. 이 전선을 우회해 작업하기 위해 Oketem은 "프로젝트 초기 단계에 컨셉 설계를 2개의 중앙 홀로 변경했으며 조기에 설계를 변경한 덕분에 4개월의 시간을 절약할 수 있었습니다."라고 설명했습니다.

Prota 팀은 3D 레이저 스캐너를 이용해 제안된 역 위치 주변의 건물 이미지를 캡처하고 그 후 ReCap을 이용해 이 정보를 Revit 모델에 통합했습니다. 이를 통해 포인트 클라우드로 작업해 수직 통로와 역 위치를 찾아낼 수 있었습니다. InfraWorks 교통 시뮬레이션 도구는 역 주변의 교통 흐름을 분석하는 데 도움이 되었습니다.

Point Cloud
이미지 제공: EMAY Engineering

포인트 클라우드

Moving from BIM to VR
이미지 제공: Istanbul Metropolitan Municipality

Navisworks로 모델을 준비하는 팀원들

공동 작업을 간소화하는 클라우드 기반 솔루션

프로젝트 관계자들과 도급업체는 모두 커뮤니케이션과 공동 작업의 과부하로 인해 어려움을 겪었습니다. 클라우드 기반 응용프로그램은 팀, 관리자, 관계자 간의 반복적인 커뮤니케이션을 간소화하는 데 도움을 주었습니다.

Prota는 세 도시의 팀 간에 정보를 전달하고 공유하기 위해 BIM 360 Docs를 선택했습니다. "BIM 360 Docs는 팀 간 원활한 모델 및 정보 공유 기능을 제공했습니다."라고 Öktem은 설명합니다.

조율을 위한 회의 중에 팀원들은 Autodesk Navisworks에서 준비된 모델을 시험해 보고 모델을 사용해 설계 및 기술 문제를 논의함으로써 의사 결정 시간을 단축할 수 있었습니다. Öktem은 Prota가 6개 역에 대한 조율 회의에서 총 505개의 의견을 취합했다고 말합니다. 그중 69개는 해결했고 31개는 후반 단계에서 해결하기 위해 보류해 두었습니다. "모든 관계자가 BIM 없이는 그렇게 효율적인 처리가 가능하지 않았을 것이라는 데 동의합니다."라고 덧붙입니다.

예를 들어, 최종 설계 단계에서 Ataköy 역의 충돌 감지 프로세스를 진행하는 중에 각 부분에서 총 620건의 충돌이 나타난다는 것이 드러났고 세밀하게 들어가면 이 숫자는 1,718건으로 증가했습니다. 5번의 회의 끝에 Navisworks의 도움으로 855건의 문제를 해결할 수 있었습니다.

BIM을 통한 결과물 향상

Istanbul Metropolitan Municipality에서 이 야심찬 철도 시스템 확장을 계획하기 시작했을 때 그들은 과거의 프로젝트보다 효율적으로 계획, 설계, 시공, 관리 프로세스를 진행하고 싶어했습니다.. BIM 프로세스는 건설 일정을 수개월 앞당길 수 있도록 도와주었습니다.

UEMAY Engineering의 BIM 관리자인 Uğur Çelik은 BIM 모델에서 확보한 현실적인 수량 데이터가 제어 시간을 단축하고 교차 확인을 진행하는 데 도움이 되었다고 말합니다. 도급업체인 Aga Enerji의 BIM 관리자인 Evren Kayalıbağ은 설계 단계에서 정확한 자재 및 수량 정보를 파악함으로써 건설 현장에서 "막대한 양의 폐기물"을 줄일 수 있었다고 말합니다.

조달 회사에서는 2D 결과물 대신 3D 모델의 실내 배치도를 사용해 BIM 워크플로우에 맞게 조정된 3D 현장 도면을 제작할 수 있었습니다. M9 모델은 BIM을 기반으로 현장 정보 및 기존 상태에 따라 업데이트되었습니다.

Prota는 Oculus Rift 헤드셋과 함께 Revit Live를 이용해 역에 대한 가상 현실(VR) 연구를 진행했습니다. 그 동안 설계 팀은 Unity Technologies 게임 엔진을 통해 역사 건물을 연구하면서 흥미로운 시간을 보냈습니다.

A tunnel on the M9 line in Istanbul
이미지 제공: EMAY Engineering
Moving from BIM to VR
이미지 제공: Istanbul Metropolitan Municipality

이스탄불 M9 노선의 터널

터널을 통과하여

Prota는 Revit, Dynamo, AutoCAD, Civil 3D for Navisworks를 이용해 4D 지원 터널 모델을 작성했습니다. Navisworks 4D 시뮬레이션을 통해 지면 조건과, 터널 굴착 및 최종 라이닝 프로세스에 필요한 기타 매개변수가 제시되었습니다.

초기 단계에서 Prota는 지하철 건설에서 대단히 중요한 작업인 TBM(터널 굴착기)을 위한 시뮬레이션을 준비했습니다. 한 시뮬레이션에서 Prota는 장비를 지지하는 TBM 플랫폼이 15 Temmuz 역에 도달하는 시점에 콘크리트 플랫폼 시공이 완료되지 않는다는 것을 발견했습니다. 이 정보를 파악한 도급업체의 기획 팀에서는 그에 맞게 일정을 조정할 수 있었습니다.

화재 감지 설계 팀은 Autodesk CFD 진동 분석 기능을 이용해 모든 역과 주변 지역에 대해 연기 가시성과 화재 분석을 수행하여 승객 및 건물 안전성 향상을 도모할 수 있었습니다.

친환경 솔루션

Istanbul Metropolitan Municipality에서는 이 자동화된 지하철 노선 프로젝트를 통해 연간 탄소 배출량을 77,246톤 줄이는 것을 목표로 삼았습니다. 새 노선이 운행되면 도로에서 15,424대의 차량이 줄어들 것이라는 예상에 따라 산출된 수치로, 달성이 쉽지 않은 목표였습니다.

이 지방 자치 당국의 친환경 목표 달성을 돕기 위해 Prota는 대부분의 역에 공원과 녹지 공간을 포함하여 설계했습니다. 건설 팀은 총 10,000그루의 나무를 심을 것입니다.

역사에는 에너지 절약을 위한 채광 기능이 포함될 것입니다. 이 설계를 위해 Prota는 에너지 및 빛의 값을 Revit으로 전달해 DIALux 소프트웨어로 가져왔습니다. 설계자는 DIALux를 사용하여 에너지 및 조명 목표를 달성할 수 있도록 조명과 채광 시설 배치를 마무리할 수 있었습니다.

대중 교통 재편

Prota Engineering과 수십 곳의 도급업체는 BIM 기술 덕분에 여러 팀과 지역 간에 효율적으로 공동 작업을 진행할 수 있었습니다. BIM은 설계 단계에서 의사 결정 시간을 단축하고 생산성을 높이고 구매 프로세스를 지원하는 데 유용하게 활용되었습니다.

도급업체는 제조업체와의 보다 효율적인 공동 작업으로 30% 비용 절감을 실현할 수 있었으며, 인프라 및 설계 단계에서 복잡한 문제가 해결되었기 때문에 시공 공정은 4개월 가량 단축되었습니다. 또한 준공 프로젝트 단계를 배제할 수 있게 됨에 따라 Prota는 2~3년을 단축하여 이 시간 동안 다음 인프라 프로젝트에 집중할 수 있게 되었습니다.

신기술 도입을 꺼리는 정부 기관도 있지만 Istanbul Metropolitan Municipality는 세계에서 가장 발전된 운송 시스템 중 하나에 BIM을 도입함으로써 큰 혜택을 누릴 수 있었습니다.

프로젝트 핵심 도구