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[건설] 더 이상 3D 업종 아닌 스마트한 건설업

다양한 산업 분야에 기술들이 융합되면서 '~테크'라는 용어는 이미 많은 곳에 자리 잡고 있는데요. ‘콘테크(Con-tech)’ 역시 건설을 뜻하는 콘스트럭션(Construction)과 기술을 의미하는 테크놀로지(Technology)가 합쳐진 말입니다. '콘테크'는 건설업에 인공지능과 빅데이터 등의 첨단 기술을 도입해 비효율을 해결하는 것을 의미합니다. 그동안 건설 사업은 다른 산업군에 비해 인력이 많이 투입되고, 상대적으로 디지털화가 많이 진행되지 않는 것처럼 보였으나 콘테크 기업들의 등장으로 많은 변화가 일어나고 있습니다.


대표적인 콘테크 기업으로는 2003년 미국 캘리포니아주에 설립된 프로코어가 있습니다. 프로코어는 건설 프로젝트를 관리하는 소프트웨어를 만듭니다. 입찰 관리에서부터 생산성 향상 솔루션, 프로젝트 관리, 품질·안전 유지, 재무 관리 등의 서비스를 제공합니다. 태국 방콕의 콘도·주택 개발회사인 아난다 디벨롭먼트는 프로코어를 활용해 2005년 5%였던 시장 점유율을 2019년 26%까지 끌어올렸다고 합니다.




(출처 : 삼정KPMG



콘테크 산업은 꾸준히 성장할 것으로 전망됩니다. 투자 회사인 RET 벤처스의 존 헬름 파트너는 “단기적으로는 특정 건설 기술이 현장 공정을 간소화할 수 있고, 인력 수를 줄일 수 있어 사회적 거리 두기 조절을 쉽게 한다는 점에서 도움이 될 것이며, 중기적으로는 부동산 소유주들이 개발에 집중하고 있기 때문에 건설 기술 시장은 점점 커질 것”이라고 말했습니다.


건설업계에 중대한 변곡점의 시기가 도래하고 있습니다. 4차 산업혁명과 코로나19로 인한 새로운 산업구조와 인력구조의 변화, 혁신 기술의 발전 등에 따라 근본적 혁신이 요구되고 있기 때문입니다. 이에 IT와 디지털 기술이 접목된 스마트 건설 기술이 확산되면서 안전, 비용, 인력, 시간의 효율을 극대화하기 위한 다양한 혁신안이 나오고 있습니다.


'스마트 건설'이란 ▲IoT(사물인터넷) ▲ICT(정보통신 기술) ▲빅데이터 ▲로봇 ▲드론 ▲BIM(디지털 모델링) 등과 같은 4차 산업의 첨단기술이 융합된 신개념의 건설기술을 뜻합니다. 스마트 건설은 조사계획부터 설계, 시공 및 유지관리까지 체계적이고 최적화된 디지털 환경을 기반으로 안전하고 체계적인 건설 자동화를 지향하면서 경제적인 효율성을 도모합니다. 4차 산업혁명으로 인해 촉발된 스마트 건설 기술의 활성화는 코로나19 여파로 더욱 가속화되는 추세입니다. 인공지능(AI), 드론, 3D프린팅, 자율로봇 등을 활용한 첨단 기술이 건설 현장에 본격적으로 도입되면서 리스크는 줄이고 공기 단축 등의 효율성은 높이고 있습니다.


이번 베네핏 레터는 우리나라 건설산업의 재도약을 위한 핵심 성장동력이 될 스마트 건설 기술의 발전현황과 적용사례에 대해서 알아보겠습니다.




#1. [BIM] 빌딩정보모델링(BIM) 통합 관리로 건설업의 3D 의미 바뀌나?


건설업은 힘들고 위험한 업무로 소위 3D(Dirty, Dangerous, Difficulty) 업종이라는 인식이 강합니다. 그러나 BIM 스마트 건설기술에서의 3D는 3차원(Three Dimensional)을 의미합니다. 스마트 건설기술은 3D 모델링 기술 BIM(Building Information Modeling), 드론, 로봇, 사물인터넷(IoT), 빅데이터, 인공지능(AI), 가상현실(VR)·증강현실(AR) 등이 융복합된 첨단기술을 뜻합니다. 이 중 3D입체 설계를 통해 견적을 손쉽게 하고 부가적 현장 도면을 불필요하게 하는 BIM의 필요성은 점차 높아지고 있습니다.


BIM이란 쉽게 말하면 건물을 짓기 전 컴퓨터상에 건물을 지어보는 것이라고 할 수 있습니다. 단순히 외형만 3D모델링으로 비슷하게 한 것이 아니라 자재와 하중, 길이 등의 총체적인 정보를 담은 것입니다. BIM의 근본적인 목적은 설계 정보를 명확하게 하여 설계 의도와 프로그램을 빠른 시간 내에 이해하고 평가함으로써 신속한 의사 결정을 유도하는 것입니다. BIM은 현재 건축 계획, 설계, 엔지니어링, 시공, 유지·관리, 에너지 등 건설 산업의 전 분야에 걸쳐 광범위하게 적용되어 가고 있습니다. 기존의 2차원 기반의 도면 정보 체계에서 건물의 실제 형상과 정보를 가지는 3차원 파라매트릭 솔리드 모델링 기반의 정보 체계로 건설 산업의 패러다임을 변화시키고 있습니다.




BIM 설계 적용사례 (출처 : 기계설비신문)



BIM의 장점은 설계, 엔지니어링 및 관리 시스템의 개발 및 통합을 통한 정보의 공유 및 재활용입니다. 또한 설계, 엔지니어링, 시공 시스템 등 각 과정의 연계를 통해 공사 기간을 단축하고, 재작업이나 실수로 인한 손실을 감소시킬 뿐 아니라 통합적인 공학 시스템, 전문가 시스템, 지식 개발 시스템(knowledge-based system)을 통해서 건축물 설계 및 시공 방법의 최적화 등도 기대할 수 있습니다.


쌍용건설은 ‘BIM’을 적극 활용하고 있습니다. 지난 2007년부터 평면설계의 단점을 보완하기 위해 3D 입체 설계 시스템인 BIM 이론 및 기술 연구를 시작하여 2008년 남산 쌍용 플래티넘 현장에서 BIM를 처음 적용했습니다. 그 이후부터 지금까지 국내외 건축, 토목 분야에서 약 40개 프로젝트의 설계와 시공과정에 BIM을 도입해 운영해 왔습니다. 


쌍용건설이 BIM 시공을 적용한 주요 프로젝트로는 두바이 최고급 건축물인 로얄 아틀란티스 호텔, 싱가포르 WHC 병원, 서울 마곡 넥센타이어 연구개발(R&D)센터, 루이비통 플래그쉽 청담 등이 있습니다. 쌍용건설은 이들 현장에서 BIM을 통해 공기 단축과 원가절감 효과를 올렸습니다. 




#2. [IoT & Data] 안전과 효율 두 마리 토끼를 잡는다



건설 현장에서 임시시설 구조물의 안전사고는 건설 공사 안전사고의 약 40%에 달할 정도로 사고 빈도가 높고, 사고 발생 시 주변 도로와 건물의 파손 및 인명 사고로 이어질 수 있어 대책 마련이 절실합니다.


현대건설은 공사 중에 발생할 수 있는 붕괴 사고 예방을 위해 현장의 가설 구조물 및 지반의 상태를 실시간으로 통합 관리 할 수 있는 '자동 계측 모니터링 시스템'을 개발해 현장에 적용한다고 밝혔습니다. 이 시스템은 현장에 설치된 자동 계측 센서와 클라우드 기반의 시스템을 통해 임시시설 구조물의 안전성을 실시간으로 모니터링함으로써 안전사고를 철저히 방지할 수 있습니다. 특히 현대건설에서 운영 중인 현장 안전관리 시스템인 HIoS(Hyundai IoT Safety System)와 연동해, 현장의 데이터를 실시간으로 전송하고 자동으로 데이터 정리와 분석이 가능해서 언제 어디서나 현장의 안전성을 파악할 수 있습니다.


종전까지는 구조물 안정성과 관련된 정보를 수동 계측으로 주 2회 측정해 별도 데이터로 분석해야만 이상 여부를 판단할 수 있어 위험 징후 발생 시 예측 및 즉각적인 대응이 어려운 실정이었습니다. 그러나 새로 개발한 스마트 자동 계측 모니터링 시스템은 현장을 실시간으로 통합 관리 할 수 있고 지반 침하, 지반 붕괴 및 지하수 유출의 징후를 사전에 인지하여 즉각적인 대응이 가능하게 되었습니다. 




통합 스마트 자동 계측 모니터링 플랫폼 개념도 및 파일럿 현장(송도 힐스테이트) (사진출처: 현대건설)




#3. [로봇] 추락사고 위험 있는 교량건설은 원격, 무인으로 로봇이 한다


한국건설기술연구원이 교량 건설 현장에서의 추락사고를 막을 수 있는 ‘교량 원격·무인화 시공 기술’을 개발했습니다. 이 기술을 통해 높은 곳에서 이뤄지는 작업에 투입되는 인력을 대신해 원격 제어 로봇이 교량의 상부 구조물을 설치하고 교각을 시공할 수 있습니다.


한국의 지속가능발전목표(SDGs) 보고서에 따르면, 우리나라의 산업재해 사망자 수는 OECD 국가들 중에서 4번째로 많습니다. 고용노동부에 따르면 근로자 사고 사망자 비율은 감소하고 있지만, 여전히 높은 수준의 산업재해가 발생하고 있습니다. 특히, 건설업은 전체 사고 사망자의 51.9%를 차지하고 있을 정도로 산업재해 발생 빈도가 심각한 상황입니다.


교각 시공 과정은 철근 연결, 콘크리트 타설, 거푸집 설치 작업 등이 높은 곳에서 진행됩니다. 특히, 크레인으로 운반된 거더(Girder, 교량의 기둥과 기둥을 연결하는 상부 구조물)를 계획된 위치에 자리 잡도록 정밀하게 조정하는 작업이 필요할 때, 현재는 작업자가 직접 교각 위에서 거더를 밀고 당기는 방식으로 이뤄지고 있어 추락위험이 매우 큽니다. 그러나 이번에 개발한 '거더 원격 정밀거치 로봇'은 원격 제어 시스템을 통해서 전달되는 명령에 따라 교각 위에서 거더의 위치와 방향을 정밀 조정할 수 있습니다.


교량 원격 무인화 시공 기술을 적용하면 높은 위치에서 진행되는 고소작업에 사람을 직접 투입하지 않아도 되기 때문에 추락사고와 같은 사고의 원인을 근본적으로 제거해 건설 현장의 안전성을 향상시킬 수 있습니다. 




교각 원격시공 기술 개요 (출처 : 한국건설기술연구원)




#4. [IoT] '스마트한 건설장비 활용과 관리'로 사고예방에 업무효율까지!


삼성물산 건설부문은 정보통신 및 센서 기술을 활용해 건설장비 가동 시간과 위치 데이터를 실시간으로 수집, 분석해 현장 내 불필요한 장비를 제거하고, 안전사고를 예방하는 '장비 위험 제거 장치(RED·Risk Elimination Device)'를 개발했습니다.




삼성물산이 개발한 건설장비 위험 제거 장치 'RED' (출처 : 삼성물산)



건설 현장에서 장비사고는 대형 사고로 이어질 가능성이 높기 때문에 불필요한 장비를 제거하는 것은 안전 확보 차원에서도 매우 중요합니다. 삼성물산이 개발한 'R.E.D장비 위험 제거 장치'는 건설 현장에 투입된 장비의 가동 여부와 위치를 모니터링한 후 수집된 데이터를 분석해, 불필요한 장비 투입을 방지하고 작업 대기시간을 단축시킵니다. 또한 위험구역에 접근하는 장비 운전원과 안전관리자에게 실시간으로 경고해 사고를 예방할 수 있습니다. 현장 출입 등 다양한 장비 관련 데이터가 자동으로 인식되기 때문에 불필요한 서류 작업도 없애줍니다. 뿐만 아니라 모바일을 통해 쉽고 빠르게 장비사용 예약신청이 가능해 신속하고 스마트한 현장 업무처리가 가능합니다.


삼성물산은 이 장비 위험 제거 장치를 테이블 리프트, 이동식 크레인, 지게차 등 현장에서 자주 사용하는 건설장비에 확대 적용할 방침이며, 기존의 현장관리 시스템과 연동해 더욱 안전하고 스마트한 현장을 구축할 계획이라고 합니다. 




#5. [드론] 안전진단부터 현장관리까지 종횡무진 활약하는 드론


건설 현장에서의 드론의 활용도가 날이 갈수록 높아지고 있습니다. 안전진단부터 현장관리까지 여러 방면에서 드론이 활용되고 있기 때문입니다. 드론은 기존 방식보다 쉽고 빠르고 안전하게 공간 데이터를 수집할 수 있는 기능이 탁월합니다. 이 혁신적 기술을 건설 현장에 활용하여, 건설 현장을 디지털화합니다. 즉, 드론을 통해서 현장을 촬영하고, 이를 분석하여 자료화한 후 건설 현장에서 활용 가능한 데이터를 기반으로 건설 현장을 운용하는 것입니다.


공사 현장에서 드론은 기존 측량작업을 위한 인력과 장비 비용을 대체할 뿐 아니라 고지대 및 위험지역으로 투입되던 인력을 줄일 수 있어 안전사고 예방에도 효과적입니다. 또한 실제 건설 현장에 나가지 않고서도 드론을 통해 공사 진행 상황을 촬영하여 데이터화 함으로써 공사 진행 상황 파악은 물론 공사 오류와 안전에 대한 문제를 실시간으로 파악할 수도 있습니다. 아울러 이렇게 축적된 데이터는 단면도와 3D 자료 등으로 가공돼 토공량 산출이나 현장 안전관리 등에 사용될 수 있습니다.




포스코건설의 건축 공동주택 현장 데이터를 분석한 화면 (출처 : 매일경제)



현대건설은 ‘한국타이어 주행시험장 조성공사’ 등 토목 현장과 쿠팡 물류센터 공사 등 건축 현장에 드론을 사용했습니다. 또한 포스코건설은 드론을 활용해 국내 공사 현장과 주변을 입체적으로 보여주는 애플리케이션 ‘POS-Mapper’를 개발해 다수의 현장에 적용 중이고, 한화건설은 대구 외곽 순환 고속도로 제1공구 현장에 드론을 투입해 공사를 진행 중입니다. 





| 큐레이터 / 이노핏파트너스 이혜숙 전문교수
| 글 정리 / 이노핏파트너스 마케팅팀




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