CADMATIC vs AVEVA Marine 선박 3D 설계 비교 분석 상세 실무 해설

선박 전기·기관 설계 현장은 규격 위반으로 인한 재작업 비용과 프로젝트 지연 위험이 상존한다. 이러한 위험을 최소화하려면 설계 툴이 국제 규격을 어떻게 지원하는지 명확히 알아야 한다. 본 장에서는 IEC 60092·IEC 60364·DNV 등 주요 규격을 축으로 CADMATIC과 AVEVA Marine의 기능을 체계적으로 비교한다. 각 조항별 요구사항을 해석하고 실제 적용 사례를 제시함으로써 선택 기준을 제공한다.

IEC 60092‑101 전기 설비 배선 규격 요구사항

IEC 60092‑101은 선박·해양플랫폼의 전기 설비에 적용되는 배선 규격을 정의한다. 주요 내용은 전선 종류·단면·전류 허용량, 절연 등급, 그리고 설계 검증 절차이다. 전선 선택 시 첫 단계는 전압 등급(≤ 1 kV)와 환경(해수·공기·내부) 조건을 확인하고, 다음으로 전류 부하와 열허용량을 매칭한다. 전류 용량은 단일 전선의 허용 전류와 전선 배열에 따른 전류 공유율을 고려해 산정한다(IEC 60092‑101 Table 4). 설계 검증 절차는 ‘선택‑계산‑검증‑문서화’ 4단계로 구성된다. 선택 단계에서는 전선 종류와 절연 등급을 규정하고, 계산 단계에서는 전류·전압 강하·열해석을 수행한다. 검증 단계에서는 규격 한계(전압 강하 ≤ 5 %, 열 상승 ≤ 30 K)와 선체 구조와의 간섭 여부를 확인한다. 최종 문서화 단계에서는 설계 검증 결과와 설계 변경 이력을 기록한다.

CADMATIC와 AVEVA Marine은 각각 IEC 60092‑101 기반 배선 설계 기능을 제공하지만 접근 방식에 차이가 있다. CADMATIC는 전선 종류·단면을 선택하면 자동으로 전류 용량 표를 연동하고, 열해석 결과를 색상으로 시각화한다. 반면 AVEVA Marine은 전선 파라미터 입력 후 별도 ‘전류 용량 검사’ 모듈을 실행해야 하며, 검증 결과는 텍스트 레포트 형태로 제공한다. 두 툴 모두 전압 강하 계산을 자동화하지만, CADMATIC는 실시간으로 강하 값을 표시하고, AVEVA Marine은 계산 후 레포트를 생성한다.

아래 표는 두 툴이 IEC 60092‑101 요구사항을 충족시키는 방식을 비교한 표이다.

다음은 가상의 3상 400 V·150 kW 부하에 대해 전압 강하와 열 상승을 계산하는 예시이다.

1. 전선 선택: 구리 3 × 25 mm², 절연 등급 V2 (IEC 60092‑101).
2. 전류 계산: I = P/(√3·V·cosφ) ≈ 150 kW/(1.732·400 V·0.85) ≈ 255 A.
3. 전압 강하: ΔU = 2·I·R·L·cosφ, 여기서 R ≈ 0.017 Ω·mm²/m, L = 30 m → ΔU ≈ 2·255·0.017·30·0.85 ≈ 2.2 V (0.55 %).
4. 열 상승: ΔT ≈ I²·R·θ ≈ 255²·0.017·0.9 ≈ 990 K·°C·m⁻¹ → 실제 배선 길이와 절연에 따라 20 K 이하로 제한.

계산 결과 전압 강하는 5 % 한계의 0.55 %이며, 열 상승도 30 K 이하로 유지된다. 따라서 선택한 전선은 IEC 60092‑101 요구사항을 만족한다.

IEC 60364‑5 저압 배선 설계 해석

IEC 60364‑5는 선박·해양 설비에 적용되는 저압(≤ 1000 V) 전기 배선 설계 기준을 제공한다. 핵심은 전압 강하·단락 전류·보호 장치 선택이며, 설계 단계에서는 ‘전압 강하 ≤ 5 %’, ‘단락 전류 ≥ 설계 전류× 3’를 만족해야 한다. 전압 강하 계산은 ΔU = 2·I·R·L·cosφ 식으로 수행되고, 단락 전류는 I_sc = U / Z 로 구한다. 여기서 Z는 회선 임피던스이며, IEC 60364‑5 Table 53에 제시된 전선 종류별 임피던스 값을 사용한다.

CADMATIC와 AVEVA Marine은 저압 배선 해석 모듈을 제공한다. CADMATIC는 전압 강하와 단락 전류를 모델링 단계에서 실시간으로 계산하고, 결과를 색상(녹색/노란색/빨강색)으로 구분한다. AVEVA Marine은 전선 파라미터 입력 후 ‘배선 해석’ 명령을 실행해야 하며, 결과는 별도 창에 텍스트와 그래프 형태로 제공한다. 자동화 수준을 비교하면 CADMATIC가 설계 단계와 해석 단계의 경계를 최소화하고, AVEVA Marine은 해석을 별도 프로세스로 분리한다.

두 툴의 IEC 60364‑5 적용 현황을 정리한 표는 다음과 같다.

다음은 400 V·3상·100 kW 부하(역률 0.9)와 25 m 구리 전선(표준 임피던스 0.018 Ω·mm²/m)을 가정한 전압 강하·단락 전류 계산 예시이다.

1. 전류: I = 100 kW/(√3·400 V·0.9) ≈ 160 A.
2. 전압 강하: ΔU = 2·160·0.018·25·0.9 ≈ 1.3 V (0.33 %).
3. 임피던스: Z ≈ R + jX ≈ 0.018 Ω·mm²/m·25 mm² = 0.45 Ω.
4. 단락 전류: I_sc = 400 V / 0.45 Ω ≈ 889 A (≥ 3·I = 480 A, 충족).

계산 결과 전압 강하는 5 % 한계의 0.33 %이며, 단락 전류는 3배 기준을 초과한다. 따라서 IEC 60364‑5 요구조건을 만족한다.

DNV‑GL 규정에 따른 구조물 충돌 검사

DNV‑GL 규정 § 3.5.2는 선박 구조물 간 충돌 방지를 위한 3D 모델 충돌 검사를 요구한다. 핵심은 ‘충돌 감지 알고리즘·오버랩 최소 0.5 mm·알림·우선순위 지정’이다. 충돌 검사는 모델링 단계에서 실시간으로 수행되어야 하며, 감지된 충돌은 시각적(색상·하이라이트) 및 텍스트(경고 코드) 형태로 사용자에게 전달된다. 또한, 충돌 영역이 설계 허용 오차(± 1 mm) 내에 있으면 자동 승인, 초과 시 설계 변경이 필요하다.

CADMATIC은 ‘Collision Check’ 기능을 기본 제공한다. 전역 좌표계 기반의 BVH(Bounding Volume Hierarchy) 알고리즘을 활용해 실시간으로 오버랩을 감지하고, 충돌 부위는 빨간색 하이라이트와 함께 상세 리스트를 팝업한다. AVEVA Marine은 ‘Clash Detection’ 모듈을 별도 플러그인 형태로 제공한다. 알고리즘은 Octree 기반이며, 충돌 결과는 별도 ‘Clash Report’ 창에 나열된다. 사용자 알림 방식에서 CADMATIC는 모델 뷰에 직접 색상 변화를 주어 즉시 인지하도록 설계했으며, AVEVA Marine은 레포트 창을 열어야 확인할 수 있다.

두 툴의 충돌 검사 기능을 비교한 표는 다음과 같다.

예시로, 선체 외벽과 갑판 구조물 사이에 0.8 mm 간격이 존재한다고 가정한다. CADMATIC는 즉시 빨간색 하이라이트와 함께 ‘충돌 레벨 2’ 경고를 표시하고, 자동으로 ‘허용오차 초과’ 판단한다. AVEVA Marine은 충돌 감지 후 ‘Clash Report’에 해당 항목을 나열하고, 사용자가 수동으로 경고 레벨을 지정한다.

다음은 가상의 3 m × 2 m × 0.3 m 구조물 두 개가 0.6 mm 간격으로 배치된 경우의 충돌 검사 절차이다.

1. 모델 로드 후 BVH(또는 Octree) 생성.
2. 각 구조물의 AABB(축 정렬 경계 상자) 교차 검사.
3. 교차 영역이 0.5 mm > 허용오차이므로 충돌 레벨 2 경고 생성.
4. CADMATIC: 모델 뷰에 빨간색 하이라이트 자동 적용.
   AVEVA Marine: ‘Clash Report’에 항목 추가 후 사용자 확인.

위 절차는 DNV‑GL 규정에 명시된 실시간 충돌 감지와 사용자 알림 요구를 충족한다.

IEC 61537 케이블 트레이 설치 기준 적용

IEC 61537은 케이블 트레이·다이렉트 레일 시스템의 설계·설치 기준을 정의한다. 핵심은 ‘트레이 부하 ≤ 설계 허용 하중·안전계수 1.25’, ‘고정 방식·간격·지지점 검증’, ‘열‑전기적 연계 고려’이다. 트레이 부하는 트레이 자체 중량과 장착된 케이블 무게 합산으로 산정한다. 부하 검증은 IEC 61537 Table 5에 제시된 최대 허용 하중(예: 150 kg/m)과 비교한다. 고정 방식은 볼트·클램프·브래킷 등으로, 고정 간격은 최소 1 m, 최대 2 m로 제한한다. 또한, 트레이에 부착된 전력 케이블이 열에 의해 온도가 30 K 상승하지 않도록 열 해석을 수행한다.

CADMATIC와 AVEVA Marine은 트레이 부하·고정 검증 로직을 제공한다. CADMATIC는 트레이 파라미터(폭·깊이·재질)와 케이블 무게를 입력하면 자동으로 부하를 합산하고, 허용 하중 초과 시 색상(노랑)과 텍스트 경고를 출력한다. 고정 간격 검증은 모델링 단계에서 자동으로 수행되며, 간격이 규정 외이면 ‘고정 간격 오류’ 팝업이 뜬다. AVEVA Marine은 트레이 부하 계산을 별도 ‘Load Check’ 모듈에서 수행한다. 결과는 레포트 형태로 제공되고, 고정 간격 검증 역시 별도 ‘Support Check’ 명령을 실행해야 한다.

두 툴의 IEC 61537 적용 현황을 정리한 표는 다음과 같다.

예시로, 10 m 길이의 알루미늄 트레이(폭 0.5 m·깊이 0.2 m·중량 5 kg/m) 위에 8 mm² 구리 전력 케이블 3 개를 배치한다고 가정한다. 케이블 무게는 0.9 kg/m·케이블당으로 계산한다.

1. 트레이 자체 중량: 5 kg/m × 10 m = 50 kg.
2. 케이블 총 중량: 0.9 kg/m × 3 × 10 m = 27 kg.
3. 전체 부하: 50 kg + 27 kg = 77 kg.
4. 허용 하중: IEC 61537 Table 5 → 150 kg/m × 10 m = 1500 kg.
5. 안전계수 적용 후 허용 한계: 1500 kg / 1.25 = 1200 kg.
6. 결과: 77 kg < 1200 kg이므로 부하 기준 충족.

고정 간격을 1.5 m로 설정하면 6개의 고정점이 필요하고, CADMATIC는 모델 뷰에 고정점이 누락된 경우 빨간색 알림을 표시한다. AVEVA Marine은 ‘Support Check’ 실행 후 레포트에 누락 고정점 목록을 출력한다. 따라서 두 툴 모두 IEC 61537 부하·고정 검증을 지원하지만, 실시간 시각화와 자동 문서화 측면에서 CADMATIC가 보다 효율적이다.

IEC 60331 내화·난연 요구사항 구현

IEC 60331은 선박 전기 설비에서 화재 발생 시 전선·접속부가 최소 30 분(표준 30 분) 동안 화염·연소를 전파하지 않도록 내화·난연 특성을 요구한다. 이 규격은 재료 선정(절연피복·케이블 트레이·전기함)과 시험 절차(열‑전기‑기계 복합 시험)를 명시한다. CADMATIC과 AVEVA Marine은 이러한 요구사항을 설계 단계에서 자동화된 검증 로직으로 지원한다.

① 재료 데이터베이스 연동: 두 툴 모두 IEC 60331‑인증을 받은 절연재·케이블 트레이 소재를 별도 속성 필드(‘내화등급’)에 등록한다. 사용자는 부품 선택 시 ‘내화 30 min’·‘난연 UL 94 V‑0’ 등 등급을 필터링할 수 있다.

② 배치 검증 알고리즘: 배관·전기 구획이 선체 구조물(복합재·강판)과 접촉할 경우, 툴은 접촉면적·열전도도·예상 화재 온도(≈ 1000 °C) 등을 계산해 IEC 60331 표 4‑2 기준 초과 여부를 판단한다.

③ 시험 데이터 연동: 시험 결과(예: ISO 834 열‑전기 시험) 파일을 업로드하면 툴은 시험 온도·시간·전압 데이터를 자동 매핑해 ‘내화 인증 완료’ 플래그를 생성한다.

실무 적용 예시를 들어 보자. 가령 3 mm² Cu 전선 2 kV 전압 구간을 선체 내부 구조물에 150 mm² 면적으로 고정한다면, CADMATIC은 자동으로 열 전도도 0.35 W/m·K와 예상 화재 온도 950 °C를 적용해 28 분 내화 여부를 산출한다. 결과가 30 분 미만이면 ‘내화 보강 필요’ 알림을 제공한다. AVEVA Marine도 동일 계산을 수행하나, 사용자가 직접 보강 옵션(추가 절연재·방화 코팅)을 선택해야 한다.

이와 같이 두 툴은 IEC 60331의 핵심 요구를 데이터베이스·알고리즘·시험 연동이라는 세 축으로 구현한다. CADMATIC은 자동화 수준이 다소 높아 설계 검증 시간을 15 % 정도 단축할 수 있으며, AVEVA Marine은 사용자 정의 유연성을 제공한다. 두 시스템 모두 DNV‑GL Rule Marine 3.2 “Fire Protection”과 LR Rule “Fire Safety” 등 선급 규정과 연계해 최종 보고서에 내화 인증 상태를 자동 삽입한다.

IEC 60079 방폭 설비 설계 지원

IEC 60079는 위험 물질이 존재하는 구역을 ‘Zone 0·1·2’로 구분하고, 각 구역에 맞는 전기·전동기(Ex‑d·Ex‑e·Ex‑i) 선택을 규정한다. 방폭 설비 설계 시 구역 지정, 전동기 온도 상승·전류 제한, 차폐·밀폐 방식 등을 검증해야 한다.

① 구역 모델링: CADMATIC은 3D 선체 모델에 ‘위험 물질 (가스·증기·분말)’ 속성을 부여하면 자동으로 Zone 0·1·2 영역을 생성한다. AVEVA Marine도 동일 기능을 제공하나, 구역 경계는 사용자가 직접 정의하고, 위험 물질 종류별로 색상 코드를 지정한다.

② 전동기 선택 로직: 두 툴 모두 전동기 카탈로그에 IEC 60079‑0 ‘Ex‑d·Ex‑e·Ex‑i’ 인증 레벨을 속성으로 저장한다. 구역이 Zone 0이면 ‘Ex‑d (밀폐형)’만 허용하고, Zone 1·2에서는 ‘Ex‑e (증기 차폐)’·‘Ex‑i (내부 차폐)’를 선택 가능하도록 필터링한다.

③ 전선·케이블 트레이 검증: IEC 60337‑2에 따른 방폭 케이블(예: ‘Ex‑d 2 mm² Cu’)을 선택하면 툴은 자동으로 전선 길이·전류·열 부하를 계산해 Zone 0 요구 전류 ≤ 5 A 조건을 만족하는지 판단한다.

예를 들어, 4 kW 전동기가 Zone 0 구역에 설치된다고 가정한다. 가정값: 전압 380 V, 효율 0.9, 전류 I = P/(√3·U·η) ≈ 6.8 A. CADMATIC은 즉시 ‘Ex‑d 밀폐형 전동기(정격 전류 ≤ 5 A)’가 필요하다는 경고를 출력한다. AVEVA Marine에서는 사용자가 전동기 카탈로그에서 ‘Ex‑d’를 선택하고, 전류 제한을 수동으로 확인해야 한다.

두 시스템 모두 DNV‑GL Rule Marine 3.5 “Explosion Protection”과 ABS Guideline “Explosion Safety”와 연계해 구역·전동기·전선 일관성을 검증한다. CADMATIC은 자동 경고·교정 제안을 통해 설계 수정 주기를 평균 2 일 단축할 수 있다. AVEVA Marine은 상세 보고서 출력에 강점이 있어, 검증 결과를 PDF 형태로 바로 제공한다.

IEC 61508 기능안전 SIL 레벨 모델링

IEC 61508은 전기·전자 시스템의 기능안전을 위해 위험도 분석(Risk Assessment)·SIL (Safety Integrity Level) 2·3 등급을 정의한다. 주요 절차는 위험도(Failure Probability per Hour, PFH) 산출, 안전 요구사항(SAF) 도출, 설계 검증이다.

① 위험도 입력: CADMATIC과 AVEVA Marine 모두 위험도 분석 템플릿을 제공한다. 사용자는 ‘고장 모드·고장 영향·발생 빈도’를 입력하면 툴이 PFH = λ·β·γ 식으로 자동 계산한다(λ = 고장률, β = 감지율, γ = 복구율).

② SIL 매칭 로직: 산출된 PFH를 IEC 61508‑3 표 1‑1 SIL 구간(예: PFH ≤ 1×10⁻⁷ → SIL 3)과 비교한다. CADMATIC은 매칭 결과를 색상(녹색·황색·적색)으로 시각화하고, 필요한 안전 기능(중복·다중화·자동 차단)을 자동 제안한다. AVEVA Marine은 매칭 결과를 텍스트 보고서에 나열하고, 사용자가 직접 안전 기능을 선택한다.

③ 자동 보고서 생성: 두 툴 모두 위험도·SIL·안전 기능·검증 결과를 포함한 ‘기능안전 보고서’를 자동으로 생성한다. 보고서는 IEC 61508‑3 ‘Safety Validation’ 항목과 선급 DNV‑GL Rule Marine 5.3·LR Rule “Functional Safety”에 맞춰 서식이 미리 정의돼 있다.

가령, 전동기 제어 시스템의 고장률 λ = 2×10⁻⁶ h⁻¹, 감지율 β = 0.9, 복구율 γ = 0.8이라면 PFH = λ·β·γ ≈ 1.44×10⁻⁶ h⁻¹이다. 이는 IEC 61508‑3 표 1‑1에 따라 SIL 2 범위에 해당한다. CADMATIC은 즉시 ‘이중화·독립 감시 회로’를 추가하도록 권고하고, 자동으로 배선·제어 로직을 업데이트한다. AVEVA Marine은 사용자가 해당 안전 기능을 선택하도록 안내한다.

두 솔루션 모두 SIL 2·3 모델링 시 DNV‑GL Rule Marine 5.3·ABS Guideline “Functional Safety”와 연계해 검증 체크리스트를 자동 적용한다. CADMATIC은 위험도·SIL 일관성을 실시간으로 모니터링해 설계 변경 시 즉시 재계산한다. AVEVA Marine은 변경 이력 관리에 강점이 있어, 설계 단계별 위험도 변화를 히스토리 그래프로 제공한다.

통합 문서·보고서 자동 생성 기능

선박 설계에서는 IEC 60092 ‘전기 설비’, IEC 60364 ‘저압 배선’, IEC 61537 ‘케이블 트레이’, IEC 60331 ‘내화·난연’, IEC 60079 ‘방폭’, IEC 61508 ‘기능안전’ 등 다수 규격을 동시에 충족해야 한다. CADMATIC과 AVEVA Marine은 이러한 규격 기반 검증 결과를 통합 문서·보고서 형태로 자동 출력한다.

① 규격 매핑 테이블: 설계 객체(전선·전동기·케이블 트레이·구역·안전 기능)마다 ‘규격 코드·요구조건·검증 결과’를 속성 테이블에 저장한다. 예를 들어, 전동기 ‘Ex‑d 450 kW 380 V’는 IEC 60079‑0 ‘Ex‑d’, IEC 60364‑5‑52 ‘전동기 부하’, DNV Rule Marine 3.5 ‘Explosion Protection’에 매핑된다.

② 보고서 템플릿 엔진: 두 툴 모두 HTML·PDF·DOCX 템플릿을 미리 정의한다. 템플릿에는 ‘규격 번호·요구사항·검증 상태·비고’ 섹션이 자동 채워진다. 사용자는 템플릿을 커스터마이즈해 선급 별 서식(예: LR Form E‑202)으로 맞출 수 있다.

③ 자동 차트·표 생성: 검증 결과(내화 인증 Y/N·방폭 구역 Zone 0·1·2·SIL 등급)와 관련 통계(불합격 %·보강 요소 수)를 차트(바·파이)와 표로 자동 삽입한다. CADMATIC은 JavaScript Chart.js 기반 시각화를, AVEVA Marine은 내장된 그래프 컴포넌트를 사용한다.

④ 버전·이력 관리: 설계 변경 시 각 규격 검증 결과가 버전별로 기록돼, ‘변경 전·후 PFH 비교·내화 보강 전·후’ 등 차이점을 자동으로 하이라이트한다. 이는 IEC 61508‑3 ‘Safety Lifecycle’와 DNV‑GL Rule Marine 5.3 ‘Functional Safety’의 문서 관리 요구와 일치한다.

예시로, 설계 단계에서 IEC 60331 ‘내화’ 30 min 인증이 12 개 부품에 적용되고, IEC 60079 ‘방폭’ Zone 0 구역에 8 개의 전동기가 배치되었다고 가정한다. CADMATIC은 자동으로 ‘내화 인증 12/12 합격·방폭 Zone 0 전동기 8/8 합격’이라는 요약표를 생성하고, PDF 파일에 삽입한다. AVEVA Marine은 동일 데이터를 DOCX 템플릿에 삽입하고, 최종 PDF 변환 단계에서 수동 검토가 필요하다.

결과적으로 두 툴 모두 IEC 60092·60364·61537·60331·60079·61508 규격을 일관성 있게 검증하고, DNV‑GL·LR·ABS·KR·BV 등 주요 선급 요구에 부합하는 보고서를 자동 생성한다. CADMATIC은 자동화 수준이 높아 전체 보고서 작성 시간을 20 % 이상 단축할 수 있으며, AVEVA Marine은 템플릿 커스터마이징·이력 관리에서 유연성을 제공한다.

현장에서 자주 나오는 질문