[환경안전] 4차산업 기술을 활용한 스마트건설관리의 미래

현장의 다양한 시공리스크에 보다 적극 대응
김한결 기자
eco@ecomedia.co.kr | 2020-09-07 12:39:58
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▲ 이 호 (주)에스코컨설턴트 환경안전사업본부 본부장
스마트 자동화계측 시스템과 AI 기반 공동탐지 기술
2018년부터 시행되고 있는 지하안전관리에 관한 특별법(이하 지하안전법)이 지반침하 사고 예방에서 가시적인 성과를 보여주고 있다. 그렇더라도 건설현장에서 대부분 적용되고 있는 수동계측 기반의 건설안전관리의 단점을 원천적으로 해결하기 위해서는 현장계측 시스템의 자동화가 무엇보다 절실하다.


지금까지 자동화 계측 시스템의 현장 도입을 방해하고 있는 주요 원인 중 하나는 계측기 설치비와 시스템 구축비가 수동계측에 비해 5~10배 이상 월등히 비싸다는 점이다. 최근 이러한 문제점을 보완하기 위한 다양한 자동화계측 시스템이 활발히 도입되는 추세다. 그중 하나가 스마트 자동화계측 시스템이다. 이 시스템은 지표침하-지중경사-지하수위 측정을 하나의 Sensor로 통합하고 변형률계, 하중계 등의 각종 계측기와 연계, 무선 송출해 관리서버에 D/B화함으로써 이상 징후 발생 시 관리자에게 실시간 경보해 즉각적인 대처가 가능하기 때문이다. 

 

지반침하사고의 발생 원인은 건설현장 자체의 시공리스크뿐만 아니라 여러 가지 요인에 의해 발생하는 연약지반과 지하공동이 굴착시공에 따라 지반이완을 가속화시킴으로써 지반침하사고에 직・간접적인 영향을 줄 수 있다. 이러한 연약지반과 지하공동의 분포특성에 대한 정보를 획득하기 위해서는 직접 굴착해 육안으로 확인하면 좋겠으나 분포특성이 매우 불규칙하고 광범위한 특성이 있다. 따라서 한정된 예산과 시간의 제약 등으로 인해 간접적인 조사방법인 물리탐사, 그중에서도 기술적인 이론과 성능이 입증된 지반투과레이더 탐사(Ground Penetrating Radar, 이하 GPR탐사)를 주로 활용하고 있다.  

 

지하안전법이 시행되면서 지하공동의 분포특성에 대한 정보를 제공하기 위한 GPR탐사는 그 어느 때보다 활발히 적용되고 있다. 하지만 대부분 해외수입 장비에 의존하는 상황이고 장시간을 필요로 한다. 다채널 3D-GPR탐사의 경우 1km당 6만여 개의 영상데이터 분석이 필요한데, 연장 10km 도로의 GPR탐사 결과를 분석하기 위해서는 분석에만 수십 일이 걸린다.  

 

정확도에 있어서도 분석사의 숙련도에 따라 편차가 매우 심한 것으로 알려져 있다. 최근에는 인공지능 딥러닝(Deep learning)을 기반으로 한 GPR탐사 영상데이터 자동분석 프로그램이 개발돼 숙련된 분석사 대비 약 8배 이상의 분석속도와 정확도를 제공해 이러한 단점을 극복하는 노력이 진행 중이다.

 

▲ 스마트 자동화계측 시스템

▲ 인공지능 기반 공동탐지 시스템


 
 

 

 

 

 

 

 

 

로봇을 활용한 건설안전 및 유지관리 시스템
최근 4족 보행 로봇(스팟, SPOT)이 국내 건설현장에 도입됐다. GS건설은 건설 소프트웨어 스타트업인 큐픽스(Cupix)사와 협력해 미국 보스톤 다이나믹스(Boston Dynamics)의 4족 보행 로봇인 스팟을 건설현장에서 활용하기 위한 실증시험에 성공했다고 밝혔다.


2015년 처음 개발된 4족 보행 로봇 스팟은 장애물이나 험지에서도 무리 없이 달릴 수 있는 것으로 알려져 있다. 라이다(LIDAR) 장비, 360도 카메라, IoT센서 등 다양한 첨단 장비를 탑재한 스팟은 자율보행을 통해 각종 시공현장의 데이터를 수집한다. 그리고 수집된 데이터는 3차원 BIM(Building Information Modeling) 데이터와 연계함으로써 후속공정과의 간섭 여부 확인을 거쳐 안전관리계획 수립에 활용될 예정이다.  

 

지반침하사고 발생 중 의미 있는 원인이 지하매설물의 노후화로 지목되고 있다. 이에 대한 해결방안은 노후 매설물의 교체일 것이다. 그러나 막대한 예산이 장기적으로 소요된다는 데 어려움이 따른다. 즉, 노후 매설물의 현 상태평가가 정밀하게 이루어져서 이를 바탕으로 한 교체 또는 보수가 이루어져야만 합리적인 예산의 집행과 불필요한 낭비를 막을 수 있다. 그러나 아쉽게도 지하매설물의 상태평가는 운영 중일 때 접근성의 문제 등으로 인해 현실적인 어려움이 있다.  

 

아울러 지하매설물의 정보(매설물 위치, 종류, 관경, 심도 등) 또한 현황측량, GPR탐사, 지하정보시스템 등에서 얻어진 자료만으로는 신뢰성이 매우 떨어진다는 점이다. 따라서 건설현장의 지반침하 안전성을 확인하기 위해서는 지하매설물의 위치 정보와 노후상태를 직접적으로 조사해 정보를 수집하고 이를 D/B화 할 필요가 있다. 다만, 이를 위해서는 사람의 직접적인 접근이 어려운 지하매설물에 손쉽게 투입해서 다양한 지하매설물 정보획득이 가능한 로봇의 개발이 시급한 실정이다.  

 

과거 Reduct사(벨기에)는 ABM-90이란 지하매설물 맵핑 시스템을 개발해 지하매설물의 위치 정보를 획득하고 매설물 내부를 스캔해 노후상태를 확인하는 방법을 도입했다. 그러나 이 시스템은 항상 물이 차 있는 하・오수관이나 국내처럼 관경이 다양한 매설물에는 가변형으로 적용하기 어려운 단점이 있다. 다행히 국내 로봇개발 전문가 손진호 박사(전 LG전자 로봇선행연구소장)에 따르면, 최근의 기술로는 원하는 위치까지 자율주행이 가능하며, 물속에서도 가동이 용이할 뿐만 아니라 다양한 규격에 맞게 변형이 가능한 지하매설물 맵핑 로봇의 국산화가 충분히 가능하다. 정부 차원의 다양한 연구가 필요한 대목이다.

 

▲ 매설물 맵핑 시스템(ABM-90)


건설안전관리 효율성 제고를 위한 첨단기술 접목 

▲ 4족 보행 로봇(스팟, SPOT)

4차 산업혁명의 핵심기술인 빅데이터 구축, AI활용 영상분석, IoT센서, 증강현실 등의 첨단기술은 이미 우리 눈앞에 와 있다. 그러나 아직 건설 관련 분야는 타 분야에 비해 그 적용속도가 매우 느린 편이다. 이는 아마도 기술적인 낙수효과가 원인일 것으로 생각된다. 그러나 관성의 법칙을 따르는 것처럼 보이는 기술개발의 시대적 흐름을 역행하기는 어려울 것으로 보인다.


다만, 4차 산업혁명의 기술들이 건설 분야에, 그것도 건설안전관리 분야에 더 활발하게 접목될 것으로 예상된다. 주택, 인프라, 플랜트를 비롯한 전 건설현장의 기술은 하루가 다르게 변모하고 있으며, 스마트 건설기술 운용체계는 건설안전관리의 효율성을 보다 극대화해줄 것으로 판단된다. 이를 통해 현장에서 발생할 수 있는 다양한 시공리스크에 보다 적극적인 대응이 가능해질 전망이다.

 

<글. 이호 (주)에스코컨설턴트 환경안전사업본부 본부장>

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