4차산업혁명 도래로 하루가 다르게 성장하고 있는 정보통신기술(ICT)은 기존의 제조, 서비스, 국방, 의료 등 기존 산업 분야의 생산 체계와 업무 방식을 혁신적으로 바꿔놓고 있다. 건설도 예외일 수 없다. 빅데이터와 인공지능(AI), 사물인터넷(IoT)과 3D 프린팅, 로봇 등을 현장에 적용해 보다 안전하고 효율적인 시공이 가능해질 전망이다.

타분야보다는 더딘 편이지만, 건설 현장은 이미 변화를 보이고 있다. 지난해 11월 SK텔레콤은 건설기술연구원, 현대건설기계 등과 함께 ICT를 측량, 설계, 시공, 관리 등 공사 전단계에 적용한 결과 생산성이 30% 향상되고 공사기간 및 비용이 25% 단축됐다고 밝혔다.

이러한 흐름에 발맞춰 정보통신공사협회와 정보통신산업연구원은 건설산업 등 6개 기존 산업분야와 ICT 융합공종을 발굴하고 이에 대한 설계기준을 제정해 발표하고 있어 눈길을 끌고 있다.

 

ICT 도입으로 건설현장 인력 크게 줄 듯

현재로선 요원하지만, ICT 융합이 성숙되면 건설현장의 모습은 180도 달라질 것으로 보인다. 인력에 의존해 현장 중심으로 이뤄졌던 많은 공정들이 공장화, 자동화되기 때문에 점점 현장에 투입되는 인력을 찾아보기 어려워질 전망이다.

먼저 건설 계획·설계 단계를 살펴보면, 현재는 정보 취득을 위해 사람이 측량 장비로 측량 후 2차원 지형도를 작성한다. 이는 인력과 시간뿐 아니라, 정확한 물량 산정에 어려움을 겪게 된다.

그러나 향후 드론이 도입되면 카메라를 통해 지형을 촬영해 3차원 지형데이터를 도출하게 된다. 이를 통해 생산성 향상 및 극지나 재난 지역 등 접근성이 낮은 지역의 조사가 용이해진다.

설계 과정에서는 기존에는 설계자가 컴퓨터 지원 설계(CAD) 프로그램을 이용해 도면을 작성해 오류 및 변경을 해야 했다.

여기에 3차원 건설정보모델링(BIM)이 도입되면 시설물의 생애주기에 걸쳐 발생하는 모든 정보를 통합해 활용이 가능하도록 정보로 구현된다.

BIM(Building Information Modeling)은 기획부터 설계·시공·유지관리에 이르기까지 건설 생애주기의 모든 정보를 3차원으로 통합 관리하는 기술과 프로세스를 일컫는다. 이를 통해 건설 전단계의 플랫폼이 구축되면 기존에 빈번했던 시공 시행착오를 줄일 수 있고, 공사비가 감축된다.

건설기계 운용에도 ICT가 적용될 전망이다. 운전자의 수동 조작 및 시공에서 벗어나, 인공지능(AI)의 모니터링에 따라 자율주행 및 시공이 이뤄지게 되는 것이다.

시설 구축도 현장 타설 및 양생이 아닌, 공장에서 모듈로 생산하고, 비정형 모듈은 3D 프린터로 출력해 현장에서는 조립만 진행하는 방법이 적용될 것으로 보인다.

현장 안전관리도 인력에만 의존하던 방식에서 벗어나 ICT를 통해 장비와 근로자 위치를 실시간으로 파악하고 안전 정보를 즉시 제공해 사고를 예측, 예방할 수 있게 된다.

유지관리 역시 사물인터넷(IoT) 센서로 실시간 모니터링과 로봇을 통한 자동 점검 및 진단을 통해 정밀하고 신속한 시설물 점검 및 진단이 이뤄지게 될 전망이다.

 

국내 기업들, 도입 의사 아직은 적어

그러나 현장에서의 적용은 매우 더딘 편이다. 건설산업연구원이 지난해 12월 발표한 보고서에 따르면, 국내 건설기업의 75.3%가 ICT 융합 건설기술에 대해 일정 수준 인지하고 있으며, 63.9%가 10년 내 활성화 가능성에 대해 긍정적으로 인식하고 있었다.

반면 10년 내 ICT 융합 건설기술을 도입할 계획은 30.6%만이 가지고 있어, 상대적으로 낮은 것으로 파악됐다.

전체 건설기업의 10년 이내 도입 계획은 드론(34.8%), BIM(34.3%), 모듈러(34.3%), 3D 프린팅(28.9%) 등의 순으로 높게 나타났으며, 가상현실 및 증강현실(25.5%)에 대한 도입 계획이 가장 낮은 것으로 조사됐다.

또한 현재 ICT 융합 건설기술 기반의 솔루션을 건설사업에 적용한 사례는 매우 제한적이다. 전체 건설기업 가운데 활용 수준이 높게 파악된 기술은 드론(19.9%), BIM(15.4%), 모듈러(14.9%), 빅데이터 및 인공지능(11.4%) 순으로 나타났으며, 지능형 건설장비 및 로봇기술(5.5%)이 가장 낮았다.

이와 함께 ICT 융합 건설기술 도입을 위해 내부 인력보다는 외부 인력을 사용하겠다는 기업들이 그렇지 않은 기업보다 많았다. ICT 전문인력 확보·양성계획 조사 결과, 외부 업체를 활용하겠다는 비율이 7개 기술 평균 59.5%로 가장 높게 나타났다.

 

정부, 건설-ICT 융합 위해 나서

하지만 건설산업의 변화 압력은 안팎으로 커지고 있다.

국내 건설 기업의 노동생산성은 타산업은 물론, 해외 건설 분야와 비교해도 최하위 수준이다. 여기에는 노동 집약·현장 의존적인 생산체계, 공급자 위주 산업구조, 참여주체 간 정보단절 등의 문제들이 자리잡고 있어, ICT 도입이 시급한 실정이다.

게다가 고령화 및 숙련인력 감소가 빠르게 진행되고 있어 디지털화 필요성은 더욱 더 커지고 있다.

이에 건설산업 ‘스마트화’를 위해 정부가 팔을 걷어붙였다.

국토교통부는 2018년 10월 2025년까지 스마트 건설기술 활용기반을 구축하고, 2030년까지 건설자동화를 완성한다는 ‘스마트 건설기술 로드맵’을 마련하고, 그 일환으로 ‘스마트 건설기술 개발사업’을 4월 착수할 예정이다.

2025년까지 6년간 2000억원의 자금을 투입, 건설산업의 생산성을 25% 이상 높이고 공사기간과 재해율은 25% 이상 감축한다는 복안이다.

여기에는 토공 장비 자동화와 다수 장비 간 협업 시공을 위한 실시간 통합관제, BIM 기반 모듈러 시공, 로봇을 활용한 무인 원격 시공, 스마트 안전관리 및 실제 구조물을 그대로 재현하는 디지털 트윈 기반 가상시공 시뮬레이션 등 건설공정 전반을 획기적으로 혁신할 수 있는 기술들이 연구과제로 포함돼 있다.

조달청은 대형사업 위주로 적용해오던 BIM을 총사업비 300억원 미만의 중소규모 사업으로 확대, 이달부터 시행한다고 지난 4일 밝혔다.

조달청은 현재 시설공사 맞춤형서비스로 설계용역을 발주하는 공공건축물의 일부 설계단계 및 대형공사 입찰 등에 BIM을 활용하고 있다.

이번 확대로 총사업비 200억원 이상 300억원 미만인 사업을 대상으로 기존 계획설계에만 적용하던 것을 계획·중간·실시설계의 모든 단계로 적용하게 된다.

다만, 중소 규모 사업의 설계에 참여하는 업체 실정을 감안해 건축·구조 분야로 적용 공종을 한정하고 BIM 수행 대가를 지급할 계획이다.

 

지진감시 시스템 설계기준 ‘눈길’

정보통신업계도 변화의 흐름에 대비하는 모양새다.

정보통신공사협회와 정보통신산업연구원은 2017년부터 지난해까지 교통·농수산·건설·안전및국방·의료·에너지 등 6개 산업 분야에서 33개 ICT 융합 신공종을 발굴, 이에 대한 설계기준을 제정해오고 있다.

이 중 건설 분야에 해당하는 융합공종으로 지진감시 시스템 설계기준이 마련돼 있어 눈에 띈다.

지진감시 시스템은 지진 발생 시 지진 감지부로부터 취득한 지진파를 분석해 경보를 제공하는 시스템을 말한다. 이를 통해 지진데이터를 분석, 구조물의 안정성을 평가하고, 지진 발생 이후에도 사용자가 지진에 대한 정보를 분석할 수 있다.

지진감시 시스템 설계기준의 주요 내용을 살펴보면, 먼저 지진감시 시스템은 크게 지진 감지부, 지진상황 전송부 및 지진상황 표시부로 구성돼야 한다.

지진 감지부의 지진 가속도 계측기는 △지진 가속도 계측센서 △지진 가속도 기록계 △계측데이터 처리시스템 △통신기기 △부대설비로 나뉜다.

또 지진 가속도 계측센서는 자유장 지진 가속도 계측센서와 시설물 지진 가속도 계측센서로 구분된다. 자유장은 일반적인 시설물 등이 없는 지표면을 말한다.

계측데이터 처리시스템은 기록계로부터 데이터를 전송받아 각 설치 대상 시설물의 안전성 평가 등이 가능하도록 구성된다.

통신기기는 계측 자료를 동시에 다중 전송할 수 있도록 구성돼야 하며, 부대설비에는 전원공급장치와 낙뢰보호장치 등이 포함돼야 한다.

자유장에 설치되는 지진 가속도 계측센서는 계측대상 시설물이 위치한 부지의 지반 운동을 대표할 수 있는 장소에 설치하도록 설계해야 한다.

건축물에 설치할 때는 건축물 주변의 자유장 계측과 건축물의 지진거동 계측이 가능하도록 설계돼야 한다. 공항시설에 설치할 때에는 활주로 주변의 자유장 계측과 여객터미널 및 관제탑 계측이 가능하도록 기준에 맞춰 설계해야 한다.

지진상황 전송부의 네트워크는 유무선 네트워크 방식과 네트워크 이중화 방식과 네트워크 보안 방식을 반영해 설계해야 한다.

또한 통신기기는 지진 감시부 계측자료를 동시에 다중 전송할 수 있어야 한다. 이와 함께 지진 감지부가 통신기능을 보유한 복합형이거나 통신기기 단독으로 통신기능을 보유해야 한다.

지진상황 표시부는 기록데이터의 최대값, 최소값 및 평균값을 1초 간격으로 실시간 전송해야 하며, 이벤트 구간 데이터 상황을 인지할 수 있어야 한다.

아울러 무정전전원장치가 정전 등의 유사시에 지진감시 시스템이 안정적으로 운영될 수 있도록 소요전력을 산출해 설계해야 한다.

지진 가속도 계측센서는 시설물의 지진거동특성을 효율적으로 계측할 수 있도록 시설물의 고유주기와 최대 계측 허용범위를 고려해 설계해야 한다. 지진 가속도 기록계는 센서에서 획득한 계측자료를 모두 디지털 신호로 변환할 수 있는 성능을 고려해 설계해야 한다.

통신기기는 지진 가속도 기록계가 통신기능을 보유한 복합형이거나, 통신기기 단독으로 통신기능을 보유하도록 고려해 설계해야 한다.

설계기준에는 ‘방송통신설비의 안전성·신뢰성 및 통신규약’에 따라 지진 대책을 해야 하는 통신설비도 적시돼 있다. 지진 대책 통신설비 범위에는 △통신국사 △교환기, 중계장치, 기지국 송수신 장치 등의 통신장비 △변전장치, 정류기, 예비전원설비 등의 전원설비 △부대설비 △철탑시설 △통신구, 관로, 맨홀 등의 선로 구조물 등이 포함된다.