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[월요기획] 스마트 건설기술 강자는? 생산단계별 수준 비교해봤더니…
기사입력 2019-03-18 05:00:20. 폰트 폰트확대폰트축소

국내 첫 비행드론 적용 대우, 조사ㆍ측량 분야 ‘선두주자’

시공-현대, 정밀 굴착 자동화…로봇 현장활용 연구도

안전-대형건설사 대부분 ICT 기반 센서 도입…인력ㆍ장비 관리 활용

모듈러-포스코, 그룹 차원서 조립식 주택ㆍ공장 기술 ‘선점 행보’


 

 

   
조사ㆍ측량 분야에선 대세가 된 드론. 



건설 선진국에서는 제조업발(發) 4차 산업혁명이 건설산업으로 옮겨간 지 오래다. 생산성 지체에 빠진 대한민국 건설산업도 핵심 기술을 기반으로 경쟁력을 높이고, 사업  단계별로 디지털화에 매진해야 한다. 선의의 경쟁은 기술 발전의 자양분이다. <건설경제신문>이 각사 기술연구소 자료를 근거로 국내 스마트 건설 시장을 주도하는 상위 6대 건설사의 스마트화 수준을 비교해봤다.

전문가들은 한국과 미국의 기술 격차가 6년 이상 벌어진 만큼 대형 건설사라고 해도 스마트 건설 수준이 대체로 기대치에 못 미친다고 평가했다. 그래도 생산 단계별로 쪼개보면 회사별로 약간의 우열이 가려진다.

조사ㆍ측량 분야에선 이미 대세가 된 드론(Drone) 활용에 강점을 보인 대우건설이 상대적으로 앞서 있다. 건설산업 디지털화를 주도할 플랫폼인 BIM(빌딩정보모델링) 기반 설계에선 GS건설의 기량이 출중한 편이다. 시공 분야에선 ‘건설업계 맏형’인 현대건설의 저력이 돋보인다.

건설산업에 제조 방식을 접목해 생산성을 끌어올릴 무기로 주목받는 모듈러 건설(Modular Construction) 분야는 포스코건설이 적극적이다. 삼성물산과 대림산업은 특별히 두각을 나타내는 분야는 없지만, 전 분야에 걸쳐 고른 스마트 건설기법 접목에 매진하고 있다.

 

①조사ㆍ측량 분야

   
대우건설이 국내 최초로 건설현장에 적용한 수직이착륙 비행드론(V-TOL).



조사ㆍ측량 분야가 하늘을 나는 무인 비행체인 드론을 중심으로 고도화된다면 땅 위에선 레이저 스캐너가, 땅 속은 지표투과 레이더(GPR)가, 물에선 무인 수상정인 USV 등이 폭넓게 활용되고 있다.

간판 기술인 드론의 경우 활용 수준은 엇비슷하지만 대우건설이 상대적으로 앞서 있다는 평가를 받고 있다. 대우건설 관계자는 “조사ㆍ측량 분야의 선두 주자는 단연 드론”이라며 “기존의 인력 측량보다 정확하고 효율성이 높으면서도 유인 항공측량보다 비용이 저렴한 게 장점”이라고 말했다.

대우건설은 국내 최초로 수직이착륙 비행드론(V-TOL)을 건설현장에 적용했다. V-TOL은 고정익의 장기간 비행과 회전익을 통한 수직이착륙의 장점을 겸비한 무인 비행체다.

지난 1월 경북 경산시 경산지식산업단지 현장에 처음 도입돼 측량, 3D 모델링, 지형도 제작 업무를 수행했다. 이 현장은 부지 면적 281만㎡, 절토량 1017만㎥, 성토량 1228만㎥의 대규모다. 과거엔 이 정도 현장을 측량하려면 항공기를 써야 했다.

대우건설 관계자는 “기존 드론 측량은 소형 부지에 국한됐다”며 “V-TOL은 최대 100㎢ 부지에서 쓸 수 있어 항공측량 분야까지 커버할 수 있다”고 설명했다.

가뜩이나 드론 측량 대중화로 위축된 항공측량 업계로선 긴장할 만한 뉴스다. 대우건설은 태양광발전 프로젝트의 유지관리 기술을 비롯해 드론 기반의 현장 관제 시스템도 개발한다는 계획이다.

GS건설도 장거리 송전선로 사업에 드론을 활용하고 있다. 포스코건설은 드론 측량의 정밀도를 한층 높여 재해예측에 활용하는 기술을 개발하고 있다. 삼성물산, 현대건설, 대림산업 역시 드론을 토공 물량 산출에 적극 활용 중이다.

대우건설과 GS건설은 지금까지 기술본부(기술연구소) 예산으로 책정했던 드론 측량 관련 비용을 사업본부 예산으로 조정하는 방안을 추진 중인 것으로 알려졌다. 드론의 현장 활용도를 높이기 위한 현실적 대안이어서 주목된다.

  삼성물산은 드론을 뛰어넘어 AR(증강현실)과 VR(가상현실)을 활용한 현장점검 시스템 도입을 진행하고 있다.

현대건설 역시 GPR을 도심지 공사현장 주변 싱크홀(지반침하) 탐사에 활용하고, 대림산업은 주택사업본부 자체로 3D 스캐너를 두고 토공 물량, 골조 시공오차 확인 등의 업무에 쓰고 있다.

 

②설계

   
GS건설이 BIM 기반 프리콘 방식으로 건설한 대구은행(DGB) 혁신센터 전경.



조사ㆍ측량 분야의 간판 타자가 드론이라면 설계 분야에선 BIM이 으뜸으로 쓰인다. BIM은 기존 2D 설계도면을 3D 모델링으로 변환하는 데 그치지 않고, 시공을 위한 공사 계획과 물량 정보까지 모두 담아내는 수준으로 진화하고 있다. 토목ㆍ건축 공사의 영원한 숙제인 공기(工期)와 공사비, 유지관리를 미리 시뮬레이션해 리스크를 줄여주는 디지털 플랫폼인 셈이다.

물론 아직까지는 설계 모델링, 공정 시뮬레이션, 물량 산출 등의 솔루션을 따로따로 쓰는 경우가 많다. 이를 하나의 패키지 솔루션으로 묶어내는 작업이 만만치 않아서다. 상황이 이렇다 보니, 발주처 등에 ‘보여주기ㆍ제출용 BIM’이 난무하는 실정이다.

GS건설은 이런 한계를 뛰어넘어 BIM 기반의 설계ㆍ시공을 현장에 제대로 구현하고 있는 대표 주자로 꼽힌다. 하나은행ㆍ대구은행 데이터센터에 프리콘(Pre-Construction), 즉 시공책임형 CM(CM at Risk) 방식을 적용해 발주자는 물론 건설업계에서 호평을 받았다.

발주자와 설계ㆍ시공자가 프로젝트 초기부터 한 팀을 이뤄 시공 노하우를 설계에 미리 반영(프리콘)하고, 설계 종료 전에 발주자와 협의한 공사비 상한(GMP) 내에서 서로 책임지고 시공하는 이상적인 구조다. 이를 원활하게 수행하는 데 필요한 툴이 바로 BIM이다. GS건설은 신규 아파트 건축현장에는 BIM 사용을 아예 의무화하고 있다.

삼성물산도 BIM 코디네이션(검토ㆍ조정)이 정착했고, 주택ㆍ인프라 M&E(Mechanical, Electrical, Plumbing) 공종에 확대적용 중이다.

대우건설은 BIM 관련 전사협의체 구성을 위한 공동 워크숍을 개최할 만큼, BIM 활성화에 열심이다. 대림산업도 주택본부에 BIM 인력을 늘리고 적용 분야도 M&E로 넓힌다는 계획이다.

포스코건설은 DfMA(공장 제작 및 조립방식ㆍDesign for Manufacturing and Assembly)를 위한 BIM 설계ㆍ시공 계획 기술을 연구 중이다. 현대건설도 시공 단계에 쓸 수 있는 AR 플랫폼 개발과 시공계획 지원을 위한 BIM의 활용방안을 다각도로 찾고 있다.

 

③시공

   
굴삭기 등 건설장비에도 자동화시스템(MC)이 확산되고 있다.



시공 단계에선 MC(Construction Machine Controlㆍ건설장비 자동화 시스템)가 화두다. 인력 투입을 최소화하고, 시공 품질을 높이기 위한 노력의 일환이다. 종합건설사보다는 전문건설사들의 역할이 더 중요한 분야다.

MC를 장착한 스마트 굴삭기를 사용하면 별도의 측량사가 필요없다. 굴삭기의 버킷(삽), 암(팔) 등에 지형의 경사와 면적 등을 측정하는 센서를 달아 운전기사가 모니터에 표시된 설계도대로 작업하면 된다.

작업자의 경험과 직감이 아니라 데이터에 기반해 시공하기 때문에 고정밀 시공이 가능하다. 작업 속도도 빠르고 굴삭기에 측량사가 부딪히는 사고나 재해까지 예방할 수 있다.

현대건설은 대규모 토공사(Open Cut)의 정밀 굴착에 MC를 활용하고 있다. 특히, 해외공사의 경우 전문업체에 맡기는 대신 직영하는 방안을 검토 중이다. MC 외에도 산업용 로봇을 건설현장에 활용하는 연구도 진행하고 있다. 아울러 용접 자동화 기술을 확보해 건설현장에 적용한다는 계획도 세웠다.

삼성물산은 지하공간 토목공사에 쓸 자동화 토공장비를 개발 중이다. 또 그룹 공사 물량이 많은 중ㆍ소형 모듈을 운반할 무인 운반차(AGV) 개발도 병행하고 있다.

대림산업 역시 굴삭기, 불도저, 롤러 등 주요 건설장비에 MC를 적용해 장비의 품질 개선과 생산성 개선을 위한 연구를 진행 중이다.

대우건설의 경우 조립ㆍ해체 작업 때 사고가 잦은 갱폼(Gang Formㆍ대형 거푸집)을 자동화하기 위한 기술 개발을 다각적으로 진행해왔다. 아울러 중국 등에서 고층 빌딩 건축에 성공한 모델인 3D 프린팅 활용방안을 찾고 있다.

GS건설은 굴삭기 1대를 추가 구입한 것을 비롯해 불도저, 롤러 등에도 MC를 적용할 예정이다. 기초 말뚝의 항타 최적 깊이를 자동 측정하는 장비의 현장 적용도 추진한다. 과거엔 항타 관입량을 수작업으로 하는 바람에 부실 기초지반공사의 원인을 제공하기도 했지만 이런 기술 혁신을 통해 균질한 기초공사 품질을 확보하겠다는 의지다.

포스코건설은 주택 마감재와 플랜트 분야에 IoT(사물인터넷) 기반의 물류관리를 확대한다는 목표다.

 

④ 모듈러

   
현대건설의 모듈화 공법인 'MTP' 시공 모습.



레고처럼 블록을 쌓아 집을 짓는 ‘모듈러(modular) 건축’은 생산성 혁신을 위한 중요한 열쇠로 꼽힌다. 현장마다 여건이 달라 발생하는 불확실성을 최소화하고, 표준화를 통해 생산성을 높이려면 공장에서 주요 자재와 부품을 미리 생산해 현장에서는 조립만 하는 모듈러 방식으로 바꿔야 한다.

모듈러 건축이 활성화되려면 ‘공장생산 시스템’ 구축과 ‘공장의 자동화’가 동시에 뒷받침돼야 한다. 반면 한국은 공장생산 시스템조차 아직 걸음마 단계다.

모듈러 건축 방식은 라멘(Rahmen)식과 벽식, 인필(Infill)식 등 세 가지로 나뉜다. 라멘식과 벽식은 똑같이 컨테이너 박스 형태의 블록을 쌓아 올리는 방식이지만, 하중을 받는 구조가 기둥ㆍ보(라멘식)냐, 벽체(벽식)냐에 따라 달라진다. 인필식은 기둥(세로)과 보(가로) 형태로 구성된 기본 구조체에 박스 모듈을 하나씩 끼워 넣는 공법이다. 고층건물엔 인필 방식이 주로 쓰인다.

포스코건설은 세계 철강 수요가 감소하는 상황에서 그룹 차원에서 모듈러 건축을 새 성장동력으로 키우고 있다. 포스코건설의 스마트 건설기술 자체가 모듈러를 지향하고 있다. 3D 스캐너와 BIM 활용이 프리패브리케이션(prefabricationㆍ조립식 주택)과 DfMA(공장 제작ㆍ조립)를 겨냥한다.

특히, 이 회사는 기존에 엔지니어링본부 밑에 있던 기술전략실을 R&D센터로 독립시키고, 스마트컨스트럭션그룹 등을 새로 만들어 4개 그룹 82명이던 조직을 7그룹 214명으로 대폭 키우는 등 첨단기술 선점을 위한 조직개편도 단행했다.

삼성물산 역시 모그룹 차원의 하이테크 반도체 생산설비(FAB)를 중심으로 한 모듈화에 적극적이다.

현대건설은 모듈화 공법의 일종인 ‘MTP(Multi-Trade Prefabricationㆍ복합공종 모듈화 시공법)’를 상용화해 해외현장에 기술을 제안한다는 방침이다. 국내에선 ‘현대 모터스튜디오 고양’과 ‘부천성모병원 증축’ 현장에 이미 적용했다.

대림산업은 도로 램프, 지하 외벽 등 PC(프리캐스트 콘크리트) 개발에 착수했고, 모듈러 중고층 건축의 생산성 향상기술을 국책과제로 연구하고 있다.

대우건설은 아파트 건설에 모듈러 방식을 적용하기 위한 기술개발을 시작했다. GS건설도 터널 풍도 슬래브와 아파트 벽체의 PC화를 진행 중이다.

 

⑤안전

공사현장의 안전사고를 막는 데도 스마트 건설기술은 필수다. 전체 산업현장 사망사고의 절반 이상이 건설업에서 발생하고 있다. 지난해 건설현장 사고 사망자는 506명으로, 전체 사망자(964명)의 52.5%를 차지한다. 상황이 이렇다 보니 건설산업은 현 정부가 역점적으로 추진하는 ‘산재사망사고 절반 줄이기’의 집중 타깃이 되고 있다.

6대 건설사 대부분이 ICT 기반의 센서를 인력ㆍ장비 관리에 폭넓게 쓰고 있다.

삼성물산과 GS건설은 AI(인공지능) 기반의 CCTV 분석 등 안전관리 솔루션을 도입해 적용 중이다. 현대건설은 형상인식 VR 기술을 활용해 현장 관리와 시설 유지관리에 활용하는 방안을 연구하고 있다. 포스코건설은 영상해석 기반의 가시설 붕괴 예측 기술을 개발하고 있다.

이 밖에도 건설사별로 시공현장 관리 시스템을 다양하게 운용 중이다.

대우건설은 CCTV를 통한 공사현장 원격 관제 시스템(DSC-CPS)을 통해 공정률, 장비ㆍ인력 투입 현황을 실시간으로 파악하고 있다.

현대건설과 포스코건설은 빅데이터의 활용기술 개발과 빅데이터 경진대회 등을 통해 활성화에 노력하고 있다. 삼성물산은 하이테크 공동구를 점검하는 로봇을 개발하고, 단순ㆍ반복 업무에 자동화 시스템을 도입하고 있다.

 

김태형기자kth@



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