건설업의 혁신 ‘스마트 건설’의 현재와 미래 [노승완의 공간짓기]

[서울신문 나우뉴스]

스마트 건설은 전통적인 건설방식에 디지털 모델링, 사물 인터넷, 인공지능 등 혁신기술을 접목한방식이다. 건설의 전 단계에 걸쳐 디지털 전환을 도모해 건설 생산성과 안전성을 획기적으로 향상시킬 수 있다.

영국의 건설 리더십협회(CLC, Construction Leadership Council)에 따르면 스마트 건설에 대해 디지털 기술과 산업화된 제조 기술을 최대한 활용하는 협력적 파트너쉽을 통해 생산성을 향상시키고, 전체 건설 비용을 최소화하며 지속성을 높이고, 사용자의 이익을 극대화하기 위한 설계, 건설, 운영하는 것을 의미한다고 정의했다.

2000년대 초반까지만 해도 건설현장에는도면을 활용했다.이후 CAD 도면을 넘어 스마트 건축이라는 이름으로 건설업의 혁신이 속도를 내고 있다.

손으로 그렸던 청사진, 디지털 도면을 넘어 스마트 건축으로

2000년대 초반까지만 해도 건설현장에서 A1 사이즈 혹은 A0 사이즈의 청사진 도면을 보며 공사를 했었다. 당시에 설계사무소에서 캐드(CAD, Computer Aided Design)로 도면을 본격적으로 납품하기 시작한 과도기라 A3 사이즈의 하얀색 도면도 있었지만 과거 손으로 직접 눌러 그린 청사진 도면을 보던 시절이 그리웠던지 나이가 지긋한 현장소장은 항상 대형 크기의 청사진으로 도면을 보곤 했다.

이제는 더 이상 설계사무소나 건설현장에서 청사진 도면을 구경할 수 없고 인허가 도면, 착공도면, 준공도면도 모두 건축행정시스템인 ‘세움터’로 온라인 접수를 하고 있다. 예전에 설계사가 A3, A4 사이즈로 건축, 구조, 토목, 전기, 설비, 소방, 통신 등 공종별로 제본하여 납품했던 도면이 전자문서인 디지털 도면으로 대체된 후 물리적 자료의 양이 줄어 보관과 검색이 용이해졌으며 업무 효율이 높아졌다.

종이 도면의 변화를 넘어 이제는 평면적으로만 보이는 도면을 3차원으로 해석하여 시뮬레이션 하는 것은 기본이고 실제 건물을 짓는 과정까지도 미리 구현해 볼 수 있는 단계에 이르렀으며, 설계, 시공, 자재생산, 장비, 안전, 검사 및 측정 등 다양한 분야에서 ‘스마트 건설’이라는 이름으로 건설업의 혁신이 속도를 내고 있다. 

기업의 스마트 건설 활용과 기술투자 실적지표 도출

지난 15일 대한경제’는 한국건설기술연구원 스마트건설지원센터와 서울대 건설환경종합연구소, 오토데스크 코리아와 공동으로 ‘2023 스마트건설기업지수’(Smart Construction Corporation Index, 이하 ‘SCCI’)를 발표했다.

최근 3년간 국내 종합건설회사의 스마트건설 활용과 기술투자 등의 실적지표와 기업의 역량에 대한 자기평가서를 토대로 결과를 도출했으며 AAA(탁월)부터 CCC(미흡)까지 7단계로 구성됐다. 그 결과 국내 건설사들은 B등급에서부터 AA등급까지 평가를 받았으며 평균은 BBB 수준인 것으로 나타났다. 

국내외 스마트 건설 기술 현황

현재 국내외에서는 스마트 건설 기술이 개발되어 진행되고 있다. 가장 활성화되고 있는 분야는 BIM(Building Information Modeling)으로 개발 초기에는 복잡한 2D 도면을 입체적인 3차원으로 해석하는 수준이었다가 점차 차원(Dimension) 개념을 적용해 4D(공정), 5D(원가), 6D(조달), 7D(운영), 8D(안전) 등 수준까지 진화하고 있다.

국내 10대 건설사는 대부분 3D 모델링을 적용하고 있으며 프로젝트에 따라 공정(4D), 원가(5D) 또는 안전(8D) 등 관리 항목을 선별적으로 더해 운영하고 있다. 

4D(공정)를 연계한 BIM 모델링. 공정 진척에 따라 계획과 실적을 3차원 도면으로 비교할 수 있다.

다음으로는 드론(Drone) 활용 기술을 들 수 있다. 드론을 활용해 공사중인 현장의 사진을 촬영하는 것은 기본이고 지형 데이터를 수집하고 이를 시각화하여 공사 계획에 활용하거나 공정 진척도를 검토할 수 있다. 또한 사람이 접근하기 어려운 고층건물이나 터널, 교량 등의 시공 상태를 확인하고 품질 점검을 하는 업무에도 활용할 수 있고, 시뮬레이션을 통해 당일 작업의 위험도 등을 평가해 근로자의 안전을 사전에 확보할 수 있다. 

안전분야에서도 스마트 기술의 도입이 활발하다. 스마트 안전시스템이란 건설 및 산업현장에서 사람의 안전을 지키기 위한 모든 행위를 말한다. 각종 센서와 AI기술, IoT 기술을 융합하여 주변의 위험요소를 수집, 분석하여 사전에 예측하고 위험상황 발생 시 소리, 빛 등으로 경고를 주어 사고를 예방하는 활동을 한다.

예를 들어 지게차나 굴착기 등 장비 작업 시 작업반경 내 사람이 진입하면 즉각 장비를 세우고 알람 소리를 내어 사고를 방지한다.

이 외에도 신재생 에너지 의무화를 위한 RE100과 탄소 중립, 탄소 저감 활동 등 각종 자재나 제품의 생산단계에서부터 친환경자재 사용, 자동화, 로봇화, 에너지 저감 설계, 모듈러 공법 등의 요소를 적용하는 사례가 늘고 있다.

해외에서는 건설 현장에 각종 기계나 로봇의 활용이 점차 늘고 있다. 전통적으로 건설업 특성상 쓰이는 자재의 종류가 많고 부위가 워낙 다양하여 자동화 도입이 느린 영역으로 여겨지고 있으나 최근에는 벽체 미장을 해주는 로봇, 천장에 드릴을 뚫어주는 로봇, 콘크리트 바닥에 먹매김을 해주는 기계 등이 빠르게 도입되고 있다.

천장 공간 전기, 설비 배관 공사를 위해 인서트(앵커볼트)를 박는 기계. 천장고가 높은 공간에 작업 시 사람이 이동식 틀비계를 옮겨가며 수작업을 해야 하지만 로봇을 활용하면 시간을 줄이고 안전을 확보할 수 있다. 출처: Hilti.

앞으로 전개될 스마트 건설 기술은

2023년 11월 7일부터 9일까지 스페인 바르셀로나에서 열리는 투모로우 빌딩 월드 콩그레스(Tomorrow Building World Congress)의 핵심 주제는 단연 스마트 건설이다. BIM, AI, 증강현실, 디지털 트윈과 같은 디자인 분야, 탈탄소화(Decarbonization), 에너지 저감, Net zero 에너지, 신재생에너지 등의 온실가스 저감 분야, 이와 관련된 Prop-Tech, 도시 인프라 부문 및 모듈러, 3D 프린팅, OSC 등의 스마트 공법 분야까지 다양한 주제를 아우른다. 전 세계 건설사, 시행사, 자산운용사, 금융사, 디지털 소프트웨어의 탑 플레이어들이 대거 참여하여 분야별 아이디어를 공유하고 국제 기준 등에 대해 논의할 예정이다.

국내 업체들은 자체적으로 신기술, 신공법 등을 개발하기도 하지만 최근에는 스타트업 기업들을 발굴하고 지원하기 위한 공모전도 활발히 진행하고 있다.

호반건설은 2020년부터 창업진흥원, 서울경제진흥원 등과 함께 호반혁신기술공모전을 개최하여 해마다 새로운 기술과 가능성을 선보인 기업들을 발굴하여 수상하고, 테스트베드를 제공하고 컨설팅을 지원하는 등 스마트 아이디어 발굴 및 도입에 앞장서고 있다. 올해는 생산공정 최적화 AI 솔루션, 스마트 컨시어지 운영 소프트웨어, 자율주행 테니스 로봇, PHC파일의 기계적 이음공법, IoT 무선센서를 이용한 건물 정밀계측 시스템 등의 기술이 수상 업체로 선정되었다.

현대건설은 지난 10월 12일부터 이틀간 <현대건설 기술 엑스포 2023>를 개최하여 67개 업체들을 위한 전시, 홍보 부스를 계동 사옥 앞에 설치하고 여러 건설 업계 관계자를 초청하여 스마트 기술들을 선보이고 세미나를 갖는 등 기술 협력 및 교류의 장을 마련했다. 엑스포 현장에서 골조공사의 편의성을 높이는 거푸집 기술, 근로자의 피로도를 낮추는 웨어러블 로봇, 매립형 안전벨트 고리, 스마트 욕실 환풍 시스템, 신개념 타일마루재, 고성능 층간차음 기술 등 안전, 구조, 설비, 인테리어 등 다양한 분야의 기술이 소개되었다.

다음달 7일부터 9일까지 스페인 바르셀로나에서 열리는 투모로우 빌딩 월드 콩그레스(Tomorrow Building World Congress)에서는 AI, 증강현실, 3D 프린팅, OSC 등 스마트 공법 분야의 다양한 주제가 다뤄진다. 출처: Tomorrow Building World Congress.

줄어드는 노동력, 대안은 스마트 기술

최근 건설현장 근로자의 평균 연령은 50~60대이다. 젊은 층일 수록 건설 현장 등 육체적으로 힘들고 위험한 일을 기피하는 경향이 증가함에 따라 건설업에 신규 유입 인력도 줄어들었다.

이에 따라 외국인 근로자들이 많이 증가하였지만 취업비자의 쿼터가 실제 필요한 근로자 수보다 턱없이 모자라 현장마다 근로자 수급에 어려움을 겪고 있는 실정이다. 게다가 외국인 근로자의 경우 의사소통이 어렵고 전문성이 부족하여 안전 및 품질확보 또한 쉽지 않다.

출산율 최저를 기록하고 있는 우리나라의 경우 앞으로 건설업의 인력 부족 현상이 심화될 것으로 예상되는 바, 해결책은 장비, 로봇, 기기 등을 활용하여 부족한 인력을 대체하고 일의 효율을 대폭 높일 수 있는 스마트 건설 기술이 빠르게 보급되어야 할 것이다.

CAD가 도입되었을 때 변화에 느린 일부 소규모 설계사무소는 직접 손으로 도면을 그리기도 하였으나 요즘 설계도면을 청사진으로 보는 사람이 없듯, 스마트 건설 기술은 건설업의 패러다임이 변화하는 큰 흐름이며 사조로 이해하고 업계에서는 조속히 인력을 대체하고, 효율과 안전을 높이는 기술들을 개발, 적용할 필요가 있다.

노승완 건축 칼럼니스트·건축사·기술사 arcro123@hobancon.co.kr