건설산업의 디지털 트랜스포메이션, 스마트 건설(Smart Construction)
인류가 문명을 영위하기 위해 필수적인 사회기반 시설을 구축하는 건설산업은 세계 GDP의 13%를 차지하는 최대 산업으로서, 팬데믹 여파를 극복하고 인프라 부문을 중심으로 2030년까지 지속적으로 성장할 것으로 예상되고 있다. 최근에는 산업 전반의 디지털화 바람과 함께 건설 분야도 산업의 지속가능성 확보와 미래 성장 발판 마련을 위해 ‘스마트 건설’을 도입하는 분위기가 조성되고 있다. 2025년 무렵에는 세계 건설시장에서 스마트 건설이 차지하는 비율이 11%(약 1,700조 원)를 상회할 것이라고 예측되고 있으며, 건설산업에서 디지털화 등을 통한 생산성 향상으로 창출할 수 있는 추가 가치는 2,000조 원에 이를 것으로 추정된다.
스마트 건설기술은 전통적인 토목·건축 기술에 BIM, 로봇, 드론, AI, IoT 등 디지털 혁신 기술을 융합하여 건설 프로세스를 디지털화하고, 장비 자동화, 가상 건설, 안전관제 등을 통해 건설 과정의 생산성과 안전성을 극대화하는 기술이다. 정부는 제6차 건설기술진흥기본계획(2018~2022)에 건설자동화를 목표로 하는 스마트 건설 2025 비전을 담고, 기술개발에 필요한 구체적인 로드맵 수립과 예비타당성조사를 거쳐 2020년에 국가 R&D 과제로 ‘스마트건설기술개발사업(2020~2025)’을 착수하였다. 총사업비가 2천억 원에 이르는 이 사업은 도로 분야를 대상으로 1)토공 자동화 및 디지털 맵핑, 2)구조물 시공 자동화 및 프리팹 기반 구축, 3)스마트 건설안전, 4)데이터 통합관리 및 플랫폼 구축 등 4대 중점분야의 기술을 개발하고 실증하는 것으로써, 각 중점분야는 3개씩의 세부과제로 이루어져 있다. 29개구성 기술을 개발하는 12개 세부과제에 120여 개 기관의 천여 명의 연구진들이 참여하고 있으며, 한국도로공사가 사업을 총괄한다.
건설 현장의 안전을 지켜주는 디지털 기술의 개발
스마트 건설기술 R&D에서는 건설 현장의 안전향상을 위한 다양한 디지털 기술을 개발하고 있다. 토공자동화연구단, 구조물공자동화연구단은 롤러·도저·그레이더 등 건설기계 자동화 및 관제,거더·교각 등 높은 위치의 교량 시공 자동화를 통해 건설 현장의 무인화와 원격관리로 위험한 작업에서 사람의 개입을 최소화하는 연구를 진행하고 있다. 장비 주변의 사람·사물 식별과 경보를 통해 사고를 방지하는 기술도 포함된다. 또한 카메라·라이다를 장착한 드론과 지상 로봇을 이용하여 사람 대신 지형을 측량하고 현장 정보를 수집하는 기술,발파와 천공 대신 굴착기계(TBM)를 사용하여 터널을 안전하게 건설하는 기술도 개발 중이다.
스마트안전연구단은 3개 과제로 나누어 건설안전기술을 개발하며, 사고 예방을 위한 통합체제로서 안전 분석-긴급재해 대응-관제센터로 구성되는 스마트안전관제시스템을 구축하고 있다. 작업자 위험 요인 인지 기술, 현장 맞춤형 위험 예방 및 평가기술을 개발하고, 실감형 안전교육에 필요한 콘텐츠도 마련 중이다.
사고가 빈번한 임시구조물(거푸집·동바리·비계·흙막이·비탈면 등)에 대해서도 가설기자재 품질관리, 구조물 설치·해체·운영 안전 확보 기술을 연구하고 있다. 건설안전분석 기술은 데이터마이닝을 기반으로 안전사고 자료를 분석하여 위험 발생 요소의 시나리오를 구성하고, 작업자 위치·건강 상태, 임시구조물의 안전성, 건설장비 위치 등 안전 관련 데이터를 통합하여 분석하는 알고리즘을 통해 사고를 예측하거나 인지하는 것이다. 긴급재해 대응 기술은 굴착현장의 침수, 화재, 흙막이 붕괴 등을 예측하고 대응하도록 한다.
관제시스템은 실시간 안전 분석과 현장 대응이 가능한 엣지컴퓨팅시스템, 현장-발주자-센터를 연결하는 네트워크, 안전관리BIM기술 등으로 구성하여 디지털트윈 기반으로 운영하게 되며, 건설공사안전 관리종합정보망(CSI)과 연계하여 안전분석DB와 연동한다. 공사의 계획단계에서 위험성 평가를 통해 작업자 위험 요인·수준을 파악하고, 현장 특성을 반영한 안전교육으로 작업위험 인지 및 안전의식 향상을 도모하게 된다. 시공 중에는 영상 기반 위험 인지와 작업자 위치 파악, 생체정보 측정을 통해 물리적으로 위험한 작업환경 및 규정 위반 사항 판별, 미인지 위험 상황 경보, 위험 상황 예측 등 작업자에게 노출된 위험을 사전에 예상하고 감지하여 제어할 수있게 된다.
임시구조물의 안전을 위해서는 가설자재 품질 측정·정량화·관리 기술, 영상인식을 통한 구조물 설치·해체 시 안전성 확보 기술, 구조물·프로세스 식별 및 구조안전성 분석에 필요한 센싱 기술을 개발하고 있다. 여기에는 공통적으로 BIM, 인공지능, 사물인터넷, 로봇, 드론 등과 같은 디지털 요소 기술들이 활용되는데, 특히 수많은 이미지들을 학습데이터로 활용하는 이미지 분석시스템은 위험 식별 대상의 확대와 정확도 향상을 통해 우월한 성능을 확보하도록 할 것이며, 현장별로 목적에 맞는 웨어러블디바이스와 영상취득 장치를 선택적으로 적용할 수 있도록 모듈화 시스템을 적용하고, 위험성평가와 안전교육 콘텐츠 개발 SW는 공공재 성격의 운영으로 건설안전 관련 주체들의 소셜 플랫폼으로 성장시키고자 한다.
연구개발 성과의 현장 활용을 통한 신기술의 트랙레코드 창출이 중요
건설엔지니어링의 디지털 전환을 이끄는 스마트 건설기술은 건설 현장에서 작업위험 탐지와 대응을 통해 안전사고를 예방하는 역할도 톡톡히 해낼 것이다. 스마트건설사업단은 디지털 기반의 다양한 기술의 연구뿐 아니라 개발한 성과를 테스트베드의 실증을 거쳐 실제 건설 현장에서 활용할 수 있도록 실용화하는 데에 총력을 기울이고 있다. 국가 R&D사업의 성과가 연구실에만 머무르지 않고, 국민의 생활과 산업 현장에 뿌리내리기 위해서는 연구자들의 각성과 의지는 물론 정부와 산업계의 일치된 관심과 지원, 제도개선 노력이 절실하다.
