도쿄 시부야 지하철역 130미터 이전 공사, 6일 만에 5,000명 이동 (도쿄도 시부야역 대규모 개보수 사업)

1946년에 설립된 도쿄규전철(도큐)은 일본 최대 규모의 건설 회사 중 하나로, 대규모 사회기반시설 및 상업 건설 프로젝트를 전문으로 합니다.
이 글에서 도큐는 BIM 기술을 적용하는 워크플로우를 공유합니다. 스케치업 도쿄 메트로 긴자선 시부야역 건설 프로젝트에 관한 내용입니다.

도쿄 메트로 긴자선 시부야역은 도쿄의 인기 지역인 시부야의 중심부에 위치해 있습니다. 한조몬선, 후쿠토신선과 함께 주요 도시철도 노선으로, 하루 약 22만 명이 이용하며, 여러 도시를 관통합니다.그리고역이 내부에 있는 건물입니다.

1938년 개통 이후 대규모 재건축이 어려웠습니다. 현재 이 역은 다음과 같은 문제점을 안고 있습니다. 1. 휠체어 접근이 불가능합니다. 2. 승강장이 좁습니다. 3. 역 내에 화장실이 없습니다.

시부야역은 혼잡, 안전 및 서비스 개선을 고려하여 재건축될 예정입니다. 2020년 1월 3일에 개통된 신 긴자선 시부야역은 무장애 시설을 갖추어 혼잡을 완화하고 다른 철도 노선으로의 환승을 더욱 편리하게 만들었습니다.

쇼핑몰과 연계된 운영 상태였기 때문에 역과 승강장을 130미터 동쪽의 새로운 위치로 옮겨야 했습니다. 저희는 승강장을 동쪽으로 이전하는 작업을 담당했는데, 여기에는 기둥 수를 줄이고(역 동쪽의 기둥 수를 7개에서 3개로 줄임) 기존의 모노레일 승강장이었던 곳에 양쪽에 철도 서비스를 제공하는 섬식 승강장을 건설하는 작업이 포함되었습니다.

새 역: 폭 12미터의 승강장이 두 선로 사이에 위치하며, 엘리베이터를 통해 휠체어 접근이 가능합니다.
또한, 승강장 연결 공사는 시부야역 주변 지역 재개발과 병행하여 2009년에 착수되었습니다. SketchUp 3D 모델 BIM/CIM(*1)을 활용하여 진행된 이 프로젝트는 높은 평가를 받아 국토교통성으로부터 2019년 i-Construction 우수상을 수상했습니다.

2019년 12월 28일부터 2020년 1월 2일까지 6일 동안 총 5,000명의 프로젝트 참가자가 이 대규모 프로젝트에 참여했습니다.
역 이전 공사에는 세 개의 철도 노선 교체가 포함되었습니다. 철도 노선 교체로 인해 긴자선이 일시적으로 운행 중단되었고, 이로 인해 공사 품질에 대한 요구가 높아졌습니다. 철도 노선 교체와 관련하여 세 가지 주요 문제가 있었습니다.

(1) 시간 제약
공사 기간은 단 6일이었다. 공사 현장은 도쿄 중심부에 위치해 있었고, 시부야역 재개발 사업의 일환으로 진행되었기 때문에, 상세한 계획에 따라 메이지도리 버스 전용차선 운영 시간 및 교통 제한 규정을 준수하며 공사를 진행해야 했다. 핵심적인 문제점들을 신속하게 파악하고 해결책을 개발하여 실행해야 했다.

(2) 3층 구조
이 건설 공사는 지상, 선로 표면, 임시 구조물 표면 등 여러 층에 걸쳐 크레인 작업이 이루어지는 복잡한 구조였습니다. 3층 구조의 건설 작업은 2차원 도면만으로는 표현하기 어려웠습니다. 각 크레인의 붐이 서로 충돌하는 것을 방지하기 위해 붐 회전 순서에 대한 상세한 작업 계획이 필요했습니다.

(3) 신뢰할 수 있는 정보 공유
5,000명의 프로젝트 참여자를 고려할 때, 복잡하고 광범위한 계획, 프로세스 및 절차가 필요했으며, 부서 간의 조정이 핵심이었습니다.
건설에 참여하는 모든 작업자는 복잡한 건설 일정과 공정에 대해 신속하고 완벽하게 숙지해야 했습니다. 또한, 열차 운행 중단을 수반하는 선로 전환 작업을 6일 이내에 완료해야 했기 때문에 프로젝트 참여자 모두가 작업에 대한 직관적인 이해와 건설 공정 및 절차에 대한 완벽한 이해를 갖추어야 했습니다.

정확한 시공을 보장하기 위해 3D 모델링 BIM/CIM을 도입합니다.
과거 전통적인 방식에서는 설계상의 문제가 발견되거나 작동성 검토가 필요하여 수정이나 변경이 요구되는 경우, 비용 증가와 일정 지연이라는 문제가 발생했습니다.
본 프로젝트에서는 의뢰인에게 검토 과정 전반에 걸쳐 협력을 요청했습니다. 개략 설계 단계에서는 SketchUp을 사용하여 시공자의 관점을 반영한 3D 모델을 제작하고, 병행 협의를 통해 설계와 병행하여 엔지니어링 설계(*2)를 진행했습니다. 또한, SketchUp 3D 모델을 활용하여 신호 위치 등 운영 안전 문제에 대해 교통 부서와 사전 협의를 진행했습니다.

명확하고 쉬운 소통이 핵심입니다. 2차원 문서로는 설계 의도와 프로젝트 순서를 전달하기 어렵기 때문에, SketchUp은 관련된 모든 부서 간의 정보 조율 및 순서 조정을 위한 플랫폼으로 활용되었습니다. 각 부서는 자체적인 파일 체계와 타임라인을 사용하고 있었습니다. SketchUp은 간단하고 유연한 도구로, 모든 부서에서 단기간에 숙달할 수 있습니다. SketchUp을 3D 모델링에 활용함으로써 부서 간 이해의 편향을 없앨 수 있었습니다.
또한 VR(가상현실) 및 4D 모델을 활용한 검토를 통해 SketchUp 3D 모델에 분 단위로 타임라인과 움직임을 추가하여 프런트엔드 작업(*3)을 수행할 수 있습니다. 프런트엔드 작업의 목적은 프로젝트 초기 단계에서 시공 작업 및 시공 절차의 효율성을 점검하여 신속한 의사 결정을 내리고, 재작업을 방지하며, 시공 과정에 참여하는 여러 담당자 간에 일관된 정보를 공유함으로써 생산성을 향상시키는 것입니다.

디지털 시뮬레이션(왼쪽) 및 현장 조사(오른쪽)
이 방법론을 통해 건설 관리자가 프로젝트를 이해하는 데 필요한 시간을 약 절반으로 단축할 수 있었습니다. 개별 프로젝트별로 보면 인건비를 약 60% 절감하는 데 성공했습니다.
저희 회사는 BIM/CIM 전문 외부 업체에 의존하지 않습니다. SketchUp을 자체적으로 활용하고, 직원들을 위한 스킬 매뉴얼을 개발했으며, 200명이 넘는 현장 엔지니어들에게 초기 교육을 제공하여 건설 현장에서 주도적으로 활용할 수 있도록 했습니다.

SketchUp BIM/CIM을 활용하면 생산성 향상뿐만 아니라 고객, 시설 사용자 및 관련 이해관계자에게도 추가적인 이점을 제공합니다. 저희는 SUBIM 워크플로우를 건설 현장에 적용하고 나아가 회사 전체로 확대해 나가도록 노력하겠습니다.

도큐 철도 토목공학부 부서장 인터뷰 영상
*1 BIM/CIM(건축/건설 정보 모델링 및 관리)은 연구 및 설계 단계에서 시작하여 시공, 유지보수 및 관리 단계에 3D 모델을 적용하는 워크플로입니다. 시스템 제품군의 시공, 생산 및 관리에 사용되며, 재료, 강도 등의 속성 정보를 추가하여 품질 관리를 보장하고 생산성을 향상시킵니다.
*2 동시공학(Concurrent Engineering, CE)은 제조 및 기타 산업 분야의 개발 과정에서 여러 작업을 동시에 실행하고 부서 간 정보 공유 및 공동 작업을 통해 개발 주기를 단축하고 비용을 절감하는 것을 목표로 하는 방법론입니다. BIM은 다음과 같은 효과를 가져올 것으로 기대됩니다.

설계 단계에서 시공 관리자의 의견과 계획 변경 사항을 반영하여 운영 후의 ​​작동성과 품질을 보장하고, 시설의 외관과 사용 편의성을 개선합니다.
설계 단계에서 유지보수 및 관리 담당자의 의견을 반영하여 유지보수 및 관리에 필요한 사항(예: 자재, 취약한 부분 미설치 등)을 고려해야 합니다. 설계 및 시공 단계에서 유지보수 및 관리에 필요한 정보를 활용 가능한 형태로 제공함으로써 유지보수 및 관리의 효율성과 수준을 향상시킬 수 있습니다.
프로젝트 참여자들의 협업은 의사결정 속도를 높이고 대기 시간을 줄여 건설 기간과 전체 프로젝트 기간을 단축할 수 있습니다. (국토교통부 CIM 가이드라인 일반판)
*3 프런트엔드 작업이란 시스템 개발 및 제품 제조 산업 분야에서 품질 향상 및 건설 기간 단축을 목적으로 후속 공정의 사양 변경 가능성 등을 초기 단계에서 미리 고려하는 것을 말합니다.

BIM의 경우, 철근 콘크리트 구조물의 철근 간섭 검사 및 설계 단계에서의 임시 시공 방법의 효율성 고려를 통해 시방서를 변경하고, 시공 단계에서는 재작업 방지를 위한 검사, 시공 절차 점검 등의 검사를 수행하며, 설계 및 시공 단계에서 유지보수 관리 관점에서 검사를 진행함으로써 원하는 효과를 얻을 수 있다. (일본 건설정보센터 재단 웹사이트에서 발췌)