건설공사(토목, 건축)의 페러다임의 변화 스마트건설기술
1. 스마트건설기술이란?
경험의존적, 노동집약적인 전통 토목,건축공사 기술에 드론, 로보틱스, BIM, IoT, 빅데이터등의 첨단 스마트기술을 융합하여 건설공사 전과정의 디지털화, 건설장비 자동화, 가상건설(디지털트윈), 현장 안전관리등을 접목하여 생산성과 안정성을 극대화된 정보기반산업으로 전환하는 기술을 스마트건설 기술이라 한다.
2. 스마트건설의 발전방향
(1) 건설 과정에서 생성되는 다양한 정보를 빅데이터 및 시뮬레이션등을 통한 정보기반산업으로 전환
(2) 정보통신기술(ICT), 드론, 로보틱스 등 타분야 첨단기술 접목
(3) 3D시각의 정보를 설계, 계획단계에 적용하여 건설계획 수립 및 정책결정에 정확한 정보제공
3. 발전목표
(1) 설 계 : 측량, BIM을 활용한 디지털정보모델을 적용한 설계자동화 수립
(2) 시 공 : 건설장비 자동화, 조립시공 제어로 시공전반의 자동화 수립
(3) 유지관리 : 드론, 로보틱스, 자동화센서의 기술확보 및 디지털트윈을 통한 유지관리체계를 구축하여 안전하고 신속한 시설물 관리
<표1 스마트건설기술 발전계획>
| 단 계 | 현 재 | 2025 | 2030 |
| 설 계 | 현장측량 2D 설계 |
드론측량 BIM 설계 정착 |
설계 자동화 |
| 시 공 | 수동장비, 검측, 현장타설 현장 안전관리 |
자동시공, 검측 공장제작 조립, 정밀제어 가상시공 →리스크관리 |
AI기반 통합관제 로봇 활용한 자동시공 예방적 통합 안전관리 |
| 유지관리 | 육안 점검 개별시스템 운영 |
드론,로봇 활용 점검 빅데이터 구축 |
로보틱 드론 자율진단 디지털트윈 기반 관리 |
4. 적용기술
| 구 분 | 전 | 후 | 적용기술 |
| 설계 | ㅇ2D설계 ㅇ단계별 분절 |
ㅇ3D설계 ㅇ전단계 융합 |
ㅇ Big Data 활용 시설물 계획 ㅇ Lidar, Camera활용 건설부지 정보 수집 ㅇ VR기반 대안검토 ㅇ BIM기반 설계자동화 |
| 시공 | ㅇ현장생산 ㅇ인력의존 |
ㅇ 모듈화, 제조업화 ㅇ 자동화, 현장관제 |
ㅇ 드론을 활용한 현장 모니터링 ㅇ IoT기반 현장안전관리 ㅇ 장비 자동화 &로봇시공 ㅇ 3D 프린터를 활용한 급속시공 |
| 유지관리 | ㅇ 정보단절 ㅇ 현장방문 ㅇ 주관적 |
ㅇ 정보피드백 ㅇ 원격제어 ㅇ 과학적 |
ㅇ 센서활용 예방적 유지관리 ㅇ 드론을 활용한 시설물 모니터링 ㅇ AI기반 시설물 운영 |
5. 단계별 핵심기술
(1) 설 계
① 드론기반의 지형 및 지반 모델링 자동화 기술
- 드론으로 취득한 정보(영상, 이미지, 스캐닝)로 부터 지형의 3차원 디지털모델 자동취득
- BIM을 연계한 측량 및 속성정보 통합 BIM모델링 구축
② BIM 표준
- 사용자간 정보공유를 위한 BIM설계 객체분류 및 속성정보 표준구축
- 동일한 데이터를 저장, 관리하는 표준파일형식 구축
- 구축된 BIM데이터를 정보의 재생성을 위한 빅데이터 활용 표준구축
③ BIM설계 자동화 기술
- 라이브러리를 활용한 속성정보가 포함된 BIM설계
- 완료된 프로젝트에서 BIM라이브러리 자동생성
- 자체해석이 가능한 BIM설계 시스템 구축
- 축적된 정보를 학습한 AI기반의 BIM설계 자동화 구축
(2) 시 공
① 건설기계(장비) 자동화 운영기술
- 탑재된 각종센서 및 GPS을 통해 위치, 자세 3차원 작업범위 정보를 제공
- 작업계획에 따른 자율이동 및 작업 진행상황 실시간 정보제공
② 건설기계 통합운영 및 관제기술
- 건설기계의 실시간 통합 관리 및 운영
- 센서 및 IoT를 통한 실시간 공사정보 관제 시스템 구축
③ 시공 정밀제어 및 자동화 기술
- Modular(조립식) 또는 Prefabrication(선조립식 공정)공법 확대 적용
- 시공 시 건설부재 위치의 정밀제어 기술
- 로봇을 활용한 조립시공의 자동화
④ ICT(정보통신기술)기반 현장 안전사고 예방기술
- 위험공종 작업근로자에 대한 이동정보를 스마트태그로 모니터링
- 작업패턴 분석을 통한 위험요인을 사전에 파악하여 안전사고 예방
⑤ BIM 기반 공정 및 품질관리
- BIM기반 공사관리를 통한 시공간섭 확인, 드론을 이용한 정보로 공사 진행상황 확인
- 가상의 시공(디지털트윈)을 통한 공사관리 최적화 도출
- AI를 활용한 사업목적, 제약조건에 따른 맞춤형 공사관리 도출
(3) 유지관리
① IoT센서 기반 시설물 모니터링 기술
- 특정상황 발생시 수집된 정보를 관리자에게 자동전송
- 초연결 LoT 연결성과 안정성 강화
② 드론 및 로보틱스 기반의 시설물 안전진단기술 개발
- 드론 및 로봇을 이용한 비접촉 정보수집 시설물 안전진단 시스템 구축
③ 시설물 정보를 빅데이터와 통합된 표준화 기술
- 시설관리 판단에 의한 비정형 데이터를 정형화데이터로 표준화 추진
- 산재된 건설데이터를 통합하여 빅데이터 구축
- 시설물의 3D모델(디지털트윈)을 구축한 유지관리 기본틀 활용
6. 기대효과
(1) 과학기술적 기대효과
① 건설 전주기 과정에서 생산되는 모든 정보의 디지털화를 통해 데이터 기반의 의사결정, 건설장비의 자동화 등 국내 건설기술의 경쟁력 강화 확보
② 건설 디지털화를 통한 시공 무인화/ 자동화로 해외사업 기술경쟁력 확보
③ 실시간 현장안전관리 기술 확보를 통한 안전성 재고 안전기술의 경쟁력 확보 기대
(2) 사회 경재적 기대효과
① 스마트건설의 전환으로 새로운 비지니스 모델과 일자리 창출효과
② 새로운 비지니스 모델에 의한 스타트업 기업의 창업효과기대 그에따른 신규 일자리 창출
③ 노동 집약적, 경험의존적 산업에서 4차산업혁명에 발맞춘 디지털기반의 고부가가치 산업으로 전환
④ 저출산과 고령화 사회로의 진입에 따른 노동인력감소에 따른 대비