기술정보Ⅱ 2 건설분야로봇및 IT 장비의개발현황소개 글박동인 \ 토목기술팀과장 \ 전화 \ 1. 머리말흔히건설산업은노동집약적산업이라고일컫는다. 그이유는우리나라의건설분야투자비중이국내총생산대비 14% 대로

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아중 홍
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$기술정보Ⅱ 2 건설분야로봇및 IT 장비의개발현황소개 글박동인 \ 토목기술팀과장 \ 전화 02-3433-7792 \ E-mail dipark@ssyenc.com 1. 머리말흔히건설산업은노동집약적산업이라고일컫는다.$

1 기술정보Ⅱ 2 건설분야로봇및 IT 장비의개발현황소개 글박동인 \ 토목기술팀과장 \ 전화 \ dipark@ssyenc.com 1. 머리말흔히건설산업은노동집약적산업이라고일컫는다. 그이유는우리나라의건설분야투자비중이국내총생산대비 14% 대로많은비중을차지하고있고국내건설업종사자가 126만명에달하기때문일수도있겠지만, 건설산업자체가투입한노동력대비생산성이낮다는사실에기인한다. 실례로다른산업과마찬가지로건설산업도생산성향상을위해끊임없이노력하고있지만지난 100년간제조산업의생산성이 400% 향상되는동안건설산업의생산성은변화가거의없거나약간떨어진것으로나타났다 (Industrialization of Construction, Perry & Heather, 2013). 건설산업의생산성향상이더딘주이유는타산업의경우많은부분에서자동화가도입되어생산효율성이크게향상된반면건설현장은여전히다양한근로자들에의해공사및작업이이루어지기때문이다. 이러한문제를해결하고자건설분야에로봇및 IT 장비를도입하여생산성을 [ 그림 1] 건설분야노동생산성 (Chapman and Butry, 2008) 향상시키려는사례나시도가최근활발히진행되고있다. 이러한로봇과 IT 장비는비단건설산업의생산성개선뿐만아니라새로운성장동력의하나인해양개발등의미래형산업을위한핵심기술로도각광받고있다. 이에본고에서짧은지면을빌어건설분야로봇및 IT 장비의개발현황을소개하고자한다. 2. 건설로봇개발현황 2-1. 건설로봇의정의로봇의정의는관련된여러단체에서제안되었으나각단체별로세부적인사항은다소차이를보인다. 하지만, 로봇에대한정의중공통적으로언급되는부분은자동으로또는컴퓨터의제어를받아작동하는기계라는점이다. 즉자체적으로판단을내리고업무를수행하는기계를로봇이라고정의할수있다. 따라서건설로봇이라함은자체적인판단력을지닌건설기계또는장비를의미하며작업자의일방적인조작에의해작동되는일반건설장비와는큰차이를나타낸다. 건설로봇과건설장비의차이를쉽게설명하자면, 로봇청소기와일반청소기의차이를예로서들수있겠다. 건설산업의자동화및로봇화기술응용현황및전망 ( 이승훈외, 2011) 에따르면건설로봇은크게물체를핸들링하는말단부, 말단부의움직임을생성하는링크부, 링크부를구동시키는액추에이터부, 엑추에이터의조작및제어를담당하는제어부그리고로봇의각부분의상태나거동을실시간으로감지하여조작자혹은제어부에정보를전달하는센싱부등으로구성된다. 26

2-2. 건설로봇개발현황현재까지개발되었거나개발중인건설로봇은그종류와활용분야가매우다양하지만, 다음과같이크게 3가지의목적을가지고있다고할수있다.

단순반복작업의자동화를통한생산성향상현재건설산업은열악한노동조건및작업환경으로인해기능인력이부족하고숙련공이점차고령화되고있다.

대체적으로건설로봇개발의초기단계에는아래의그림에나타낸바와같이미장공사, 조적공사등한정된공간내에서단순하고반복적인노동자의작업을대체하는로봇이개발되었으나, 최근에는 GPS, 레이저스캐너등의계측 /

파일두부정리, 도로면크랙실링등단일공정및작업을수행하는건설로봇을위주로다수의로봇이개발되었다.

2 2-2. 건설로봇개발현황현재까지개발되었거나개발중인건설로봇은그종류와활용분야가매우다양하지만, 다음과같이크게 3가지의목적을가지고있다고할수있다. 단일공종, 단순반복작업의자동화를통한생산성향상 안전성개선 인력투입이어려운극한환경에서의작업 1) 단일공종, 단순반복작업의자동화를통한생산성향상현재건설산업은열악한노동조건및작업환경으로인해기능인력이부족하고숙련공이점차고령화되고있다. 특히전통적인로봇강국이며고령화문제가일찍부터대두된일본의경우, 건설로봇및건설자동화의필요성을 1970년대부터인식하고건설로봇의연구개발에착수하였다. 대체적으로건설로봇개발의초기단계에는아래의그림에나타낸바와같이미장공사, 조적공사등한정된공간내에서단순하고반복적인노동자의작업을대체하는로봇이개발되었으나, 최근에는 GPS, 레이저스캐너등의계측 / 인식센서기술의발달과드론 (Drone) 등을활용한지형측정시스템, 각종제어및정보관리기술등의 ICT(Information and Communications Technologies) 기술과의융합을통해건설로봇의활용범위를점차넓혀가려는시도가진행되고있다. 국내의경우 1980~1990년대에한국건설기술연구원에서건설자동화의필요성및적용대상공사선정을위한이론적인연구를수행한이후정부와대학을중심으로건설로봇연구가진행되고있으며, 콘크리트흄관매설, PHC 파일두부정리, 도로면크랙실링등단일공정및작업을수행하는건설로봇을위주로다수의로봇이개발되었다. [ 그림 3] 조적공사 Robot(SAM100, 미국 ) [ 그림 4] Brick Assembly Robot(ROCCO, EU) [ 그림 5] 콘크리트흄관매설로봇 ( 좌, 인하대 ) 및도로면크랙실링로봇 ( 우, 경희대 ) [ 그림 2] Conrete Finishing Robot( 일본 ) 2) 안전성개선우리나라는 1960년대부터시작된고도의경제성장과함께삶의질적수준이크게향상되면서안전에대한인식이변화하고있다. 이에따라건설과관련된안전문제가사회적인이슈로대두되고있으며건설안전과관련된기준또한점차강화되고있다. 이는비단국내에서만나타나는현상이아닌전세계적인추세이며, 이러한추세에발맞춰시공안전성개선을위한로봇의개발도활발히진행되고있다. 시공안전성개선을위한로봇은다음의그림에 2016 상반기호 27

나타낸바와같이대부분추락의위험이높은고소작업을수행하거나보조하는역할을담당한다.

3 나타낸바와같이대부분추락의위험이높은고소작업을수행하거나보조하는역할을담당한다. 또한로봇의경우중량의자재를 Handling하기용이하기때문에작업자의안전성뿐만아니라작업효율의향상도동시에기대할수있다. [ 그림 6] 벽면 Painting Robot 및 Panel Handling Robot( 일본 ) 3) 인력투입이어려운극한환경에서의작업중국은 2008년국가해양사업발전계획강요의수립에이어국가해양사업발전계획을발표하는등미래의신성장동력으로서해양개발을추진하고있다. 일본또한 2013년해양기본계획을수립한이래해양개발관련기술을국가기간기술로서선정하는등해양개발에대한지속적인지원을제공하고있다. 이러한해양개발에대한관심과지원은미국및유럽의여러선진국에서도뚜렷이나타나고있으며해양개발과관련된기술의중심에는수중탐사및수중건설로봇이있다. 우리나라또한인간이들어갈수없는위험한심해수중작업을위한수중건설로봇기술을해양개발및미래해양개척의핵심요소기술로선정하고 2013년부터 미래해양개발을위한수중건설로봇 이라는연구개발사업을진행하고있다. 이렇듯건설로봇은인력투입이어려운극한환경에서의건설사업을수행하기위해필수불가결한요소이며관련핵심기술선점을위한국가간의치열한경쟁이예상되는분야이다. [ 그림 7] Curtain Wall Installation Robot( 영국 ) [ 그림 10] 수중건설로봇사업단핵심과제소개 [ 그림 8] Wind Turbine Maintenance Robot( 독일 ) [ 그림 11] 해저계통연계시공로봇 ( 영국 ) [ 그림 9] Facade Cleaning Robot( 독일 ) [ 그림 12] 해저지반조성로봇 ( 프랑스 ) 28

4 2-3. 건설로봇에대한고찰앞서언급한바와같이건설로봇은다양한분야에서이미개발이완료되었고일부는상용화되었지만실질적으로건설현장에서건설로봇을접하기는쉽지않다. 건설산업의자동화및로봇화기술응용현황및전망 ( 이승훈외, 2011) 에따르면이러한현상의주요한원인으로서건설현장의환경이타산업현장과같이균질한환경을확보할수없다는점을이야기하고있다. 즉, 건설현장및자재의비균질성은센싱및지능화에의존하는로봇에게는극심한장애요인으로작용한다는것이다. 본논문에따르면건설로봇의실용화를방해하는또다른원인으로서현장적용성저하, 작업자의거부감, 건설수요저하, 신공법의지속적인출현과로봇기술의대응력저하를꼽고있다. 이러한문제점에도불구하고건설산업의생산력개선을위해서는건설로봇을이용한건설자동화는필수적이며인간-로봇협업기술을이용한건설반자동화를우선적으로도입하여점차무인화를실현하는방안이적합한것으로판단된다. 3. 건설분야 IT 장비의개발현황 3-1. 건설분야 IT 장비의정의컴퓨터, 스마트폰, 타블렛PC까지실생활에서 IT(Information Technology) 가미치는영향은매우크다. 심지어이제는 IT 기술없이는정상적인생활을영위하기어려운수준이라는기사도종종접할수있다. 현재건설분야도마찬가지로 IT 기술의활용범위가매우광범위하고다양하게사용되고있다. 예를들어설계나공사수행및관리를위해사용하는오피스프로그램, CAD 프로그램, 설계프로그램, 공정관리프로그램, BIM 등도 IT 기술을기반으로하며 ERP, PMIS 등의사내인트라넷또한 IT 기술에해당한다. Understanding IT in Construction(Ming Sun & Rob Howard, 2004) 에의하면건설분야에적용되는 IT 기술은아래와같이크게 7개의항목으로구분할수있다. Business and Information Management CAD and Visualisation Building Engineering Applications Computer Aided Cost Estimating Planning, Scheduling and Site Management Computer Aided Facilities Management Integration 본고에서는앞서언급한수많은건설분야의 IT 기술중최근차세대 IT 기술로떠오르는드론, VR(Virtual Reality) 및 AR(Augmented Reality) 장비에대해소개하도록하겠다 드론 (Drone) 드론 (Drone) 의 1차적인사전적의미는웅웅거리는소리를뜻하지만, 최근들어무인항공기 (Unmanned Aerial Vehicles, UAV) 를지칭하는용어로서더욱자주사용된다. 최초의드론은 20세기초전쟁을위한무인항공기를목표로개발되었으나최근에는취미활동, 방송촬영에서부터물류이송까지그활용범위가급속도로확대되고있다. 드론에는비행안정성, 용이한조종및각종기록을위한각종 Software, GPS, 카메라등의 IT 기술및장비가탑재되기는하나사실기기자체만으로는드론을 IT 장비라고지칭하기는어려울수있다. 하지만대부분의학계나언론에서드론을 IT 또는 ICT (Information and Communication Technology) 의핵심기술로서언급하는이유는드론이지금까지접하기쉽지않았던다양한형태의정보 (Information) 를수집할수있는새로운플랫폼이기때문이다. 건설산업드론적용가능성 ( 김형관, 2015) 에따르면, 드론은단시간에광범위한지역의이미지데이터를확보할수있고접근성이열악한지역의상황을신속하게파악할수있어건설현장관리, 건설산업유지관리및건설자재의조달에활용될것으로전망하였다. 실례로당사가수행중인동부산관광단지현장에서축구장 10 배에해당하는약 7만6천m 2 의넓은부지면적과부지정면이바다로둘러싸여있는물리적한계를극복하기위해드론을적용하였으며, 드론을이용한항공촬영, 실시간안전관리및구조물품질관리등을통해현장관리의효율성을개선시켰다. 현재건설분야에활용되는드론은개발초기단계에있기때문에기술적으로, 그리고제도적으로개선하고극복할부분이많은것으로보고되고있다. 아직은기존의측량방식대비오차가 25~40mm로서크고 (Harwin and Lucieer, 2012), 사물식별능력및이미지처리능력의개선도필요하다. 또한드론이용에대한법적인문제, 드론추락시안전문제, 사생활침해문제, 운영자의부재등도극복해나가야할과제이다. 하지만현재국내의정부기관, 대학및연구소에서건설분야에드론을적용하기위한다양한협의및연구가진행되고있으므로근시일내에건설분야에서도드론을이용한각종기술들이실용화될것으로예상된다. 또한앞서언급한건설로봇과드론등의 IT 장비를연계하여건설자동화시스템을구축하려는시도도활발히진행되므로관련기술에대한지속적인관심이필요한것으로판단된다 상반기호 29

(a) 드론운영중사진 3-3. VR(Virtual Reality) VR(Virtual Reality) 장비는단어그대로가상현실을가능케하는장비이다.

의 Rift( 상 ) 및 Sony 의 Morpheus( 하 )) [ 그림 14] 한국건설기술연구원에서개발중인드론 [ 그림 15] KAIST

복잡한단계의시공과정을공사전 Simulation함에따라오류를최소화하고시공효율을증가시키는데있다고한다.

5 (a) 드론운영중사진 3-3. VR(Virtual Reality) VR(Virtual Reality) 장비는단어그대로가상현실을가능케하는장비이다. 최근삼성전자의 Gear VR, Oculus의 Rift, HTC의 Vive, Sony의 Morpheus 등이출시또는출시가예정됨에따라 VR에대한관심이크게증폭되었지만실제 VR 개발의역사는매우길다. 다만그래픽처리를위한과도한부하및고해상도디스플레이등하드웨어적인문제로인해실용화되지못하다가, 최근기술의급속적인발달에힘입어다양한 VR 장비들이선보이고있는것이다. (b) 드론을이용한실제현장 3D 모델링생성 [ 그림 13] 건설분야드론활용예 ( 당사동부산관광단지현장 ) [ 그림 16] VR 장비 (Oculus 의 Rift( 상 ) 및 Sony 의 Morpheus( 하 )) [ 그림 14] 한국건설기술연구원에서개발중인드론 [ 그림 15] KAIST 에서개발중인다양한형태의드론 현재 VR은대부분게임과관련된 Entertainment 산업분야에서이용되고있지만건설분야에서도 VR을활용하기위한다양한시도가이루어지고있다. 영국의 Virtual Reality Society에의하면건설분야에 VR 적용시얻을수있는최고의효과는 3차원공간내에서 Design의적합성확인, 복잡한단계의시공과정을공사전 Simulation함에따라오류를최소화하고시공효율을증가시키는데있다고한다. 물론이러한기능은 3D 기반프로그램과 2차원적인모니터를활용한기존시스템에서도일정부분구현이가능하다고할수있겠으나, VR과기존시스템의가장큰차이는실제와흡사한 Scale의 3차원가상현실공간에서각종작업이이루어진다는점이다. 따라서 VR 기반의장비를사용시기존대비높은공간감및몰입감을느낄수있고건설에대한이해도가높지않은사람이라도쉽게상황을이해할수가있다. 현재국내외건설분야에서 VR을이용한 3차원모델하우스및각종체험관등이운영중에있으며, 한국건설기술연구원에서도 VR을이용한가상실증실험실을운영하고있다. 아직 VR 장비의보급율이높지않고하드웨어및소프트웨어의완성도가미흡한상황이지만건설분야에서 VR의활용도가점차증가할것으로기대된다. 30

6 [ 그림 17] VR 을이용한건축물가상체험 3-4. AR(Augmented Reality) AR(Augmented Reality, 증강현실 ) 이란실제환경에가상사물이나정보를합성해원래의환경에존재하는사물처럼보이도록하는컴퓨터그래픽기법이며, 이러한특성으로인해 Mixed Reality라는용어로도불리우기도한다. AR이라는용어는 1990년대보잉의톰코델이항공기전선조립과정을실제화면에중첩시켜설명하면서처음등장했다. " 건설업계에 Augmented Reality 적용을위한기초연구 ( 장병철외, 2008)" 에따르면건설산업에서 AR의활용은아래와같이크게 5개의분야로분류할수있다. 입체적인설계도및도면에시공및안전관련주의사항등부가적인정보표시 3차원도면의현장투영을통한시공오류최소화 예정공정과현장의현황비교를통한공정관리 원격의사소통 지반에대한정보, 지장물등의정보표시 [ 그림 18] VR 을이용한 360 도인테리어이미지 [ 그림 19] 동탄호수공원가상체험관 VR 이미지 ( 경기도시공사 ) [ 그림 21] AR 을이용한입체적인설계도 [ 그림 20] VR 을이용한원전해체 Simulation( 한국건설기술연구원 ) [ 그림 22] AR 을이용한 3 차원도면의현장투영 2016 상반기호 31

4. 맺음말 [ 그림 23] AR을이용한지반에대한정보표시 AR에대한자료를조사한결과, 건설산업에 AR 기술을접목하는경우그파급효과는매우클것으로예상된다. 하지만, 현재건설분야의 AR과관련된기술은 VR과는달리대부분연구단계에서머물고있는것으로확인되었다.

하지만 Microsoft에서개발중인 HoloLens나 Google Glass와같은 AR 장비가대중화되고, BIM 등의건설 IT 관련기술들이활성화된다면미래에는건설현장에 AR 장비가보편화될것으로예상된다. 본고에서건설분야로봇및 IT 장비의개발현황을소개하고활용전망에대해서간단히논의하였다.

끝으로본고는로봇및 IT 비전공자의입장에서작성되어다소내용이부족하거나잘못된부분이있더라도양해해주시길부탁드리며, 본글이건설산업과관련된새로운기술에대해관심을가지는데미흡하게나마도움이되었으면하는바람이다.

7 4. 맺음말 [ 그림 23] AR을이용한지반에대한정보표시 AR에대한자료를조사한결과, 건설산업에 AR 기술을접목하는경우그파급효과는매우클것으로예상된다. 하지만, 현재건설분야의 AR과관련된기술은 VR과는달리대부분연구단계에서머물고있는것으로확인되었다. 그이유는건설현장에 AR을실제적으로적용하기위해서는방대한 Data의구축, 운용및지속적인 Update가필요한점, AR의핵심기술중실제세계의좌표와가상세계의좌표를정확히일치시켜표시하는마커인식및영상합성기술을구현하기위한고가의비용, 전용 AR 장비의부재등으로인해실용화가어렵기때문인것으로추측된다. 하지만 Microsoft에서개발중인 HoloLens나 Google Glass와같은 AR 장비가대중화되고, BIM 등의건설 IT 관련기술들이활성화된다면미래에는건설현장에 AR 장비가보편화될것으로예상된다. 본고에서건설분야로봇및 IT 장비의개발현황을소개하고활용전망에대해서간단히논의하였다. 본고에서소개한기술들은대부분이아직연구단계나실용화초기단계에머물고있고현장에실질적으로적용하기에는상당기간의시간이소요될것으로판단되어많은아쉬움이따른다. 하지만건설산업의생산성향상을위해서는비단로봇및 IT 장비뿐만아닌다른분야의다양한신기술에대한지속적인관심및적용하려는시도가필요하다고생각한다. 끝으로본고는로봇및 IT 비전공자의입장에서작성되어다소내용이부족하거나잘못된부분이있더라도양해해주시길부탁드리며, 본글이건설산업과관련된새로운기술에대해관심을가지는데미흡하게나마도움이되었으면하는바람이다. 참고문헌 ❶ 이홍일 (2015), 2030 건설시장미래전망, KB금융지주경영연구소 ❷ Perry Daneshgari and Heather Moor(2013), Industrialization of Construction ❸ 이승훈, 강민성, 길명수, 한창수 (2011), 건설산업의자동화및로봇화기술응용현황및전망, 유공압시스템학회지제8권제2호, pp. 57~63 ❹ Carlos Balaguer and Mohamed Abderrahim(2008), Robotics and Automation in Construction ❺ Ming Sun & Rob Howard(2004), Understanding IT in Construction ❻ 김형관, 김홍조, 박성재 (2015), 건설산업드론적용가능성, 건설관리 ( 한국건설관리학회지 ) Vol.16 No.4, pp. 3~89 ❼ Harwin. S. and Lucieer(2012), Assessing the Accuracy of Georeferenced Point Clouds Produced vis Multi-View Stereopsis from Unmanned Aerial Vehicle(UAV) Imagery, Remote Sensing, 4(6), pp. 1573~1599 ❽ 장병철, 전영준, 박은수, 이태식 (2008), 건설업계에 Augmented Reality 적용을위한기초연구, 한국건설관리학회학술발표대회논문집, pp. 751~755 [ 그림 24] Microsoft 의 HoloLens [ 그림 25] Google 의 Google Glass 32

요약 1 요약 제 1 장사업의개요및조사방법

요약 1 요약 제 1 장사업의개요및조사방법 2 미래해양개발을위한수중건설로봇개발사업예비타당성조사보고서 요약 3 ( : ) 4 미래해양개발을위한수중건설로봇개발사업예비타당성조사보고서 요약 5 6 미래해양개발을위한수중건설로봇개발사업예비타당성조사보고서 제 2 장기술적타당성분석 요약 7 8 미래해양개발을위한수중건설로봇개발사업예비타당성조사보고서 요약 9 10 미래해양개발을위한수중건설로봇개발사업예비타당성조사보고서