A Study on the Development of Technology Roadmap for Construction Automation

大 韓 土 木 學 會 論 文 集 第28卷 第4D 號·2008年 7月 pp. 493~504

施 工 管 理

건설기계 자동화를 위한 기술 로드맵 개발에 관한 연구

A Study on the Development of Technology Roadmap for Construction Automation

김영석*·서종원**·이준복***·김성근****

Kim, Young-Suk

·

Seo, Jong-Won

·

Lee, Junbok

·

Kim, Sung-Keun

···

Abstract

Considerable effort has been made to improve construction processes through mechanization and robotization of current work. In this paper, the trend of research and development related to the construction machinery automation to improve the construction productivity has been reviewed. A classification system is proposed for automation of architectural and civil works. Then, the priority among the classified construction tasks for automation has been identified through the questionnaire study. Based on the priority for automation a comprehensive technology road map was also developed. The technology road map suggests the time frame to complete R&D work for the selected construction tasks and the core technology required for automation of the selected tasks. Such automation R&D road map for construction machinery can be utilized as a milestone in setting up the R&D strategy in the construction industry.

Keywords :construction equipment, automation, technology roadmap, R&D, AHP

···

요 지

현재 건설시장에서는 시공의 기계화 및 로봇화 촉진을 통하여 인력의존형으로부터 탈피하고자 하는 노력이 지속적으로 이어져 오고 있다. 본 연구에서는 건설생산의 효율성 제고를 위한 건설기계장비의 활용도 향상을 위해 국내·외 건설기계 자동화와 관련된 연구개발 동향을 살펴보고, R&D 투자현황을 조사·분석하였다. 또한 건축과 토목공사에 있어 건설자동화 분류체계를 수립하고, 자동화 대상작업의 후보군을 선정한 후 설문조사를 통하여 자동화 대상작업의 우선순위를 도출하였 다. 도출된 자동화 우선순위를 바탕으로 총괄로드맵을 작성하였으며, 자동화 단위 그룹과 단위 그룹 내 자동화 대상작업의 자동화에 필수적으로 요구되는 요소기술의 도출결과를 바탕으로 중점영역별 로드맵을 구축하여 제시하였다. 본 연구의 결 과물은 국내 건설 생산방식의 성력화 및 기술집약화를 위한 첨단 기술분야 R&D 전략수립의 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

핵심용어

:

건설기계, 자동화, 기술로드맵, R&D, AHP

···

1.

서 론

1.1

연구의 배경 및 목적

1970

년대 후반부터 국내 건설현장에서 활용되기 시작한 건 설기계는 1980년대에 들어서면서 건설공사에 본격적으로 투 입되었으며, 이로 인해 국내 건설현장의 인력절감, 작업능률 및 품질향상 등에 지대한 기여를 하였다. 그러나 건설기능인 력 수급 불균형 심화, 노무 생산성 저하, 국제 경쟁력 약화, 품질의 균일성 및 안전성 확보 미비, 임금상승으로 인한 채 산성 악화 및 주요 핵심기술에 대한 해외 의존도 심화 등은 국내 건설 산업이 여전히 해결해야할 문제점으로 남아 있 다. 현재 국내 건설산업이 직면하고 있는 당면과제를 해결하 기 위해서는 다양한 방식의 접근이 가능하나 기술적 접근

방법의 하나로서 건설기계의 자동화 및 로봇 기술 개발이 절실히 요구된다. 건설산업에 있어 ‘건설 자동화 및 로봇

(construction automation systems and Robot)’

의 활용은

이미 오래 전부터 안전성, 생산성, 품질, 작업환경의 향상과 미래의 숙련공 부족에 대한 가장 적극적인 기술적 해결방안 으로 거론되어 왔으나, 다양한 산업 분야에 걸쳐 자동화시스 템과 로봇의 개발 및 응용기술이 해마다 눈부신 발전을 거 듭하고 있는 현실에 비추어 볼 때, 건설산업에 있어 기계자 동화 및 로봇기술의 발전은 현재까지도 매우 낙후되어 있는 실정이다. 선진 외국의 경우, 장기적 안목에서 미래건설시장 에서의 경쟁력 확보를 위해 1980년대 초반부터 막대한

R&D

투자를 통하여 대학연구소와 업체를 중심으로 건설기

계 자동화 및 로봇 활용기술을 개발하여 현재 실용화 단계

*인하대학교건축공학과부교수·공학박사 (E-mail : [email protected])

**정회원·교신저자·한양대학교 토목공학과 조교수·공학박사 (E-mail : [email protected])

***정회원·경희대학교토목건축공학부조교수·공학박사 (E-mail : [email protected])

****정회원·서울산업대학교 건설공학부 조교수·공학박사 (E-mail : [email protected])

에 있다. 국내의 경우, 2000년도 초반부터 건설교통부의 주 관하에 산학연 공동연구 개발 사업으로 건설 자동화 기계를 개발하기 위한 연구를 수행하고 있으며, 개발된 건설 자동화 기계의 실용화를 위해 노력하고 있다. 즉, 국가 차원에서의 적극적인 지원 및 대기업의 자발적 참여의지 그리고 철저한 수요 분석과 같은 해외 건설자동화 개발사례의 성공요소를 분석하여 국내의 실정에 맡는 건설자동화를 위한 R&D 기술 로드맵의 필요성이 제기된다. 또한 국내 건설산업이 당면하 고 있는 문제점들을 건설 기계 자동화를 통해 해결하기 위 해서는 국내외 건설기계 개발 수준의 비교·분석 및 자동화 대상작업의 선정, 개발 우선순위 도출, 건설 기계 자동화를 위한 요소기술의 정립 등을 통해 중·장기적인 기술 로드맵 의 개발이 요구된다. 따라서 건설 현장에서 자동화의 필요성 이 높은 대상작업들을 순차적으로 자동화하고, 이를 기술적 으로 구현하기 위한 건설기계 자동화 기술 로드맵을 제시하 고자 한다.

1.2

연구의 범위 및 방법

본 연구에서 수행한 연구의 범위 및 방법은 다음의 다섯 단계: (1) 건설자동화 관련 연구개발 동향 분석, (2) 자동화 분류체계 수립, (3) 자동화 대상작업의 선정 및 우선순위 도 출, (4) 중점영역 및 자동화 요소기술 설정, (5) 기술로드맵 작성, 로 구분될 수 있다. 우선 관련 연구개발 동향 분석을 위해 문헌고찰을 통해 국내·외에서 연구 개발된 건설 자동 화 기계의 개발 현황 및 R&D 투자 현황의 분석을 통해 건설 자동화 기계 개발 필요성 및 기술 수준을 비교·분석 하고, 자동화 기계 개발을 위해 요구되는 요소기술을 도출하 기 위한 기반을 구축하였다. 자동화 기계 개발의 효율성과 요구되는 기술의 상호보완, 자동화 대상작업의 선정을 위해 건축, 토목 분야에 적합한 자동화 분류체계를 제시하였는데, 건축의 경우는 건축물을 완성하기 위해 수행되는 주요 단위 작업에 대해 건축물의 부위에 따라 분류되었으며, 토목은 ‘통 합건설정보분류체계(건설교통부, 2001)’와 ‘표준시방서’를 토 대로 작성되었다. 자동화 대상작업 선정을 위해 건설기계법 상에 명시된 건설기계 26종과 현재까지 연구개발된 53종의 건설기계가 수행하고 있는 작업 및 자동화 분류체계 상의 단위 작업, 건축공사 표준시방서, 토목공사 표준시방서 및 통 합건설정보분류체계가 참고되었으며, ‘자동화의 필요성’과 ‘자 동화 요인’으로 구분된 설문지를 작성하여 80명의 현장 관 리자에게 설문조사를 수행함으로써 선정된 자동화 대상작업 에 대한 개발 우선순위를 도출하였다. 각각의 단위 작업을 자동화 할 경우 많은 시간과 노력, 비용이 소요되므로 유사 한 작업 특성을 지닌 단위작업을 자동화 중점영역으로의 구 분이 필요하다. 또한 중점영역내에서 유사 작업 그룹을 2차 로 구분하여 자동화 기술 개발시 유사 기술의 상호보완이 가능하도록 함으로써 자동화 기술 개발의 효율성을 증대시 킬 수 있도록 하였다. 마지막으로 설문조사를 통한 자동화 대상작업의 개발 우선순위를 바탕으로 자동화 중점영역의 우 선순위를 도출하였고 중점영역의 우선순위를 바탕으로 향후

10

년 동안의 자동화 작업 그룹간의 개발 순서를 정립한 건 설기계 자동화 총괄 로드맵을 작성하였다. 또한 중점영역내 의 작업 그룹을 자동화하기 위해 요구되는 요소기술의 도출

및 개발 관계수립 등을 표현하고 있는 중점영역별 로드맵을 구축하였다.

2.

국내외 건설자동화관련 연구개발 동향 및 자동화 대상작업의 선정

2.1

국내외 건설자동화관련 연구개발 동향 및

R&D

투자 현황

국내 건설 산업은 1970년대에 연평균 20~30%의 급속한 성장을 하였고, 1980년대에도 연 10%대의 성장을 계속하였 다(한미파슨스, 2007). 그럼에도 불구하고 국내 건설은 여전 히 인력 중심의 산업구조를 가지고 있으며 전문적인 건설용 로봇의 연구개발이 간헐적으로 수행된 바 있으나 실용화에 성공한 사례는 찾아보기 어렵다. 그러나 최근 국내 건설 및 메카트로닉스 전문가 집단을 중심으로 건설자동화의 연구개 발이 다시 활기를 찾고 있다.

표 1과 같이 1980~1990년대는 국내 건설자동화 관련기술 의 도입기로 한국건설기술연구원에서는 건설자동화의 필요성 및 적용대상 공사 선정을 위한 이론적인 연구를 수행하였고, 진동롤러의 반자동화, 타워크레인의 반자동화 연구 등 현장 적용을 위한 기존장비의 자동화 방안 연구를 수행하였다.

2000

년대는 건설자동화의 도약 및 성장기로 볼 수 있다. 최 근 미장로봇의 국내개발이 성공적으로 이루어졌고, 교량유지 관리를 위한 교량하부 안전 점검용 로봇이 개발되어 활용되 고 있다. 또한 흄관매설 자동화 장비, 도로면 유지보수를 위 한 크랙실러의 개발, GPS와 머신비전(machine vision)을 활 용한 타워크레인 작업 효율성 향상에 관한 연구, 기성 콘크 리트 말뚝의 두부정리 자동화 연구 등이 수행되었으며, 콘크 리트 표면절삭 원격조종 장비, 교량유지보수 로봇 연구개발 이 현재 진행 중에 있다.

외국의 경우 건설자동화는 1980년대 후반부터 일본, 미국, 유럽에서 부분적으로 진행되었으며 그 실적도 상당수 보고 되고 있다. 이와 같은 건설자동화 연구개발 실적은 크게 단 일 작업용 장비와 다목적 장비의 개발로 구분할 수 있다.

일본은 미장용 로봇과 같은 개별 공정에 대한 로봇화, 무인 화의 연구와 동시에 대형 건설회사에서 공장식 자동화시스 템의 개발을 통하여 도심에서의 전자동 고층 건축물 구축도 실시하여 건설자동화의 가능성을 보여 주었다. 미국은 우주

표

1.

국내 건설자동화 관련기술 동향

도입기

(1980~

1990

년대)

•

건설자동화의 이론적 정립 (필요성, 개발대상 항목, 평가 등)

•

건설공사의 자동화를 위한 기초적 연구

•

진동롤러의 원격조종기술 개발

•

타워크레인의 반자동화 기술개발

도약 및 성장기

(2000

년대)

•

콘크리트 타설 펌프의 자동화

•

철골 공사용 로봇 손 개발

•

교량하부 안전 점검용 로봇 개발

•

콘크리트 마감용 미장로봇 개발

•

흄관 매설 자동화를 위한 원격조정장비 개발

•

도로면 유지보수를 위한 크랙실러 개발

• GPS

및 머신 비전을 활용한 타워크레인 작업 효율 성 향상 방안

•

기성 콘크리트 말뚝의 연직도 자동제어, 두부정리 및 잔재처리 로봇 개발

•

철골 용접 로봇 개발 등

개발 프로젝트와 같은 국가적 대형 프로젝트의 구성요소로 서 건설용 로봇을 개발하는 등 꾸준한 연구·개발을 이루었 다. 유럽에서도 조적, 굴착, 미장 등 개별 공종에 대한 로봇 의 연구·개발이 진행되고 있다.

국내의 건설자동화 관련 R&D 투자는 건설교통기술평가원 의 건설핵심기술개발사업에서 간헐적으로 1년에 2~3건 정도 의 건설자동화 관련 과제를 지원하고 있으며 1994년부터

2005

년까지 건설자동화 관련 R&D 투자 현황을 표 2와 같 이 정리하였다. 2005년 현재까지 총 지원금 2428.9억 원 중 59.58억 원이 건설자동화와 관련된 과제에 지원된 것으 로 조사되었으며, 이는 첨단 시공기술 분야의 기술개발에 있 어 미국, 일본 등 건설 선진국의 R&D 투자 금액에 비해 매우 미미한 수준인 것으로 분석되었다.

미국에서는 1980년대부터 20여 년 동안 건설자동화 분야 의 연구개발이 우주항공국(NASA) 및 국립표준국(NIST;

National Institute of Standards and Technology), CIFE (Center for Integrated Facility Engineering), CII(Construction Industry Institute)

등의 연구소와 Univ. of Texas-Austin,

Purdue Univ., MIT, Carnegie Mellon Univ., North Carolina State Univ., Univ. of Wisconsin-Madison, Stanford

Univ.

등의 대학을 중심으로 수행되고 있다. 일본의 경우 일

본건설기계화협회(Japan Construction Mechanization As-

sociation)

라는 사단법인이 운영되고 있는데, 여기에서는 건설

전(全)분야의 기계화 및 자동화에 관한 연구를 총괄하여 관 리·수행하고 있다. 또한 기술 선진국들의 추격에 대비하여 건설성, 건설관련 학회, 로봇기술관련 위원회 등에 의하여 건 설자동화에 관한 연구개발 분위기가 확산되고 있다.

2.2

건설자동화 분류체계 수립 및 자동화 대상작업 선정 건설기계의 자동화 시 자동화 대상작업의 선정 및 우선순 위 도출, 요소기술의 적용 등을 위해서는 자동화 대상작업의 특성을 고려한 자동화 분류체계의 개발이 요구된다. 건축공 사에서는 자동화 대상작업의 자동화를 위해 자동화 분류체 계를 외벽 및 내벽, 천장, 바닥 등의 부위별로 분류함으로써 자동화 요소기술의 개발·적용시 상호보완이 가능하도록 하 였다. 토목공사의 자동화를 위한 분류체계는 ‘통합건설정보 분류체계’를 이용하여 수립함으로써 토목공종에 있어 단위작 업 구분의 일관성을 확보하고 자동화 우선순위를 효과적으 로 도출할 수 있도록 하였다.

2.2.1

건축공사 자동화 분류체계 수립 및 자동화 대상작업

선정

건축공사 자동화 분류체계의 대분류는 시설물의 부위별 특 징을 지니고 있는 건축공사와 부위와 관련은 없으나 건축공 표

2.

건설교통기술평가원의 건설자동화 관련

R&D

투자 현황

연도

‘94 ‘95 ‘96 ‘97 ‘98 ‘99

관련 과제수

0 0 0 0 0 1

총 과제수

18 38 67 9 13 32

관련 과제 연구비(억원)

0 0 0 0 0 4.91

총 연구비(억원)

22.8 59.2 104.1 136.6 83.8 92.5

연도

00 01 02 03 04 05

계 비율(%)

관련 과제수

2 4 3 2 1 2 15 2.69

총 과제수

29 76 42 65 74 94 557 100

관련 과제 연구비(억원)

9.15 14.88 20.68 4.28 5.68 18.39 59.58 2.45

총 연구비(억원)

102.3 188.3 216.6 447.2 455.5 520 2428.9 100

표

3.

건축공사 자동화 분류체계 및 대상작업 대분류

(

공종) 중분류

(

부위) 소분류(작업)

가설공사 공통

측량작업 가설울타리 설치작업

비계 설치작업 가설 시설물 설치작업

가설물 철거작업

토공사 공통

토공사 작업 흙막이 설치작업 흙막이 철거작업 기초공사 공통 기성콘크리트 말뚝 설치작업

철근콘크리트 공사

공통

철근 가공 수평콘크리트 타설작업 수직콘크리트 타설작업

동바리 설치작업

벽체 거푸집 설치작업

철근콘크리트 공사

벽체

갱폼 인양작업 철근 조립작업 콘크리트 다짐작업

바닥

철근 조립작업 콘크리트 면고르기작업 콘크리트 바닥마감작업

천장 거푸집 설치작업

ALC

블록공사 공통 가설작업

벽체

ALC

블록 조적작업

ALC

패널공사 공통 가설작업

벽체

ALC

패널 설치조립작업 프리캐스트

공사 벽체 가설작업

프리캐스트 콘크리트 설치·조립작업 바닥 프리캐스트 콘크리트 설치·조립작업

.

. .

. . .

. . .

사를 위해 반드시 요구되는 공통 공사로 구분하였다. 중분류 는 건설기계의 구동기술 적용과 관련하여 외벽, 내벽, 천장, 바닥 등으로 구분되고, 공통공사의 중분류는 수직운반, 수평 운반, 유지보수 등으로 구분된다. 소분류는 현재까지 연구 개 발된 건설기계 26종과 53종의 해외 건설 자동화 기계가 수 행하는 작업을 기준으로 구성된다.

본 연구에서는 제안된 자동화 분류체계 및 건축공사 표준 시방서를 기반으로 건축 자동화 대상작업을 도출하였다. 26 종 건설 기계 및 53종 자동화 장비가 수행하고 있는 작업 은 이미 자동화의 필요성이 입증된 것으로 자동화 장비가 연구·개발되어 실용화 단계에 있는 것이므로 자동화 대상 작업에 우선적으로 포함된다. 또한, 건축공사 표준시방서를 분석하여 26종 건설 기계 및 53종 자동화 장비가 수행하고 있는 작업 이외에 추가적으로 자동화가 요구되는 분야에 대 한 자동화 대상작업이 조사되었다. 표 3은 자동화 분류체계 및 건축공사 표준시방서를 바탕으로 도출된 97개의 자동화 대상작업이다.

2.2.2

토목공사 자동화 분류체계 수립 및 자동화 대상작업

선정

토목공사의 경우 ‘통합건설정보분류체계’와 표준시방서를 토대로 자동화 분류체계를 수립하였으며, 이는 토목 공종에 있어서 단위 작업 구분의 일관성 및 타당성 확보를 통해 자 동화 우선순위의 효과적 도출에 기여할 수 있을 것으로 판 단된다. 우선 통합건설정보분류체계의 공종분류에 따른 15개 의 대공종과 74개의 중공종으로 구분하였으며, 다시 중공종 은 표준시방서를 바탕으로 작업의 일관성 및 유사성을 고려 하여 101개의 단위작업으로 최종 분류하였다(표 4).

3.

자동화 대상작업의 우선순위 도출 및 중점 영역 설정

3.1

설문조사를 통한 자동화 대상작업의 우선순위 도출

3.1.1

자동화 대상작업의 우선순위 도출 방법

본 연구에서는 도출된 자동화 대상작업(건축 97개, 토목

101

개)을 기반으로 설문조사를 수행함으로써 현장수요를 반 영한 건축 자동화 대상작업의 우선순위를 도출하였다. 설문 은 서울 및 인천, 경기도 지역에 위치하고 있는 종합건설업 체의 현장관리자(80명)을 대상으로 수행되었다. 설문대상자 는 자동화 대상작업에 대한 자동화의 필요성에 대해 낮음, 보통, 높음 가운데 하나를 선택할 수 있도록 하였고, 자동화 의 필요성 요인은 “안전성, 생산성, 품질, 장비활용성, 노동 활용성” 중에서 복수로 선택할 수 있도록 함으로써 ‘어떤 측면에서 자동화가 필요한가?’에 대한 의견을 수렴할 수 있 도록 하였다(그림 1).

설문 응답자들이 작업별로 자동화의 필요성에 대해 높음, 중간, 낮음의 항목별로 응답한 것을 바탕으로 합을 구하고, 높음은 3점, 보통은 2점, 낮음은 1점으로 가중치를 부여하여 자동화 대상작업별 자동화 필요성 점수를 도출하였다. 또한 자동화 대상작업별로 응답된 자동화의 요인(안전성, 생산성, 품질, 장비활용성, 노동활용성)의 응답 수 합계를 구하고,

AHP(Analytic Hierarchy Process)

기법을 이용하여 요인별

가중치(안전성 0.30, 생산성 0.36, 품질 0.19, 장비활용성

0.08,

노동활용성 0.07)를 산정하고, 각 작업별 요인의 응답

수에 가중치를 곱하여 각 작업에 해당하는 자동화 요인의 총점을 도출하였다(표 5).

설문 응답자는 본 연구에서 제시한 5가지의 자동화 요인 을 종합적으로 반영하여 자동화의 필요성을 ‘높음, 보통, 낮 음’으로 최종 판단하였다. 따라서 본 연구에서는 자동화 우 선순위 도출을 위해 각 작업별로 도출된 자동화의 필요성 점수와 자동화 요인 점수가 우선순위에 미치는 영향을 7:3으 로 적용하였다. 한편, 가중치를 적용하여 자동화 우선순위 점 수를 산정함에 있어서 자동화 필요성 점수의 총점은 설문응 답자 80명 모두 높음을 선택하였을 경우를 기준으로 240점 이고, 자동화 요인 점수는 모든 요인을 선택하였을 경우를 기준으로 총점이 80점이므로 이미 240:80의 가중치가 반영 되어 있으므로 7:3의 가중치를 다시 적용할 경우 총 21:3의 가중치가 적용된다. 따라서 자동화 필요성 점수와 자동화 요 인 점수를 100점 만점으로 환산하여 7:3의 가중치를 적용함 으로써 자동화 대상작업의 우선순위를 도출하였다. 그림 2는 자동화 대상작업의 우선순위를 도출하기 위한 방법을 도식 화한 것이다.

표 6은 자동화 대상작업인 강교제작의 자동화를 위한 설 문조사 내용을 바탕으로 우선순위 도출 방법론을 이용하여 자동화 필요성 점수와 자동화 요인 점수를 도출함으로써 강 교제작 작업의 자동화 점수를 산정한 예시이다.

3.1.2

자동화 대상작업의 우선순위 도출 결과

제안된 설문조사 분석 방법을 토대로 건축 공사의 97개 자동화 대상작업과 토목 공사의 101개 자동화 대상작업에 대해 자동화 우선순위를 결정하였다. 자동화 우선순위 도출 표

4.

토목공사 자동화 분류체계 및 대상작업

대공종 중공종 소공종(자동화 대상작업)

터널공사

터널굴착

터널 굴착

TBM

굴착 터널 굴착 후 처리

굴착토 운반 터널 라이닝 터널 라이닝

보강 및 안정

숏크리트 타설 락볼트 정착 강지보재 시공 및 바닥판 설치

지반개량 공사

지반그라우팅 그라우트공 천공 보강재 삽입, 충전재 주입

지하연속벽

굴착 및 안정액 주입 콘크리트 타설 철근망 설치, 거푸집 설치

지반앵커 지반 앵커

연약지반처리

약액 주입 압밀 섬유매트 등 재료 포설

관정 관정

. . .

. . .

. . .

결과 표 7과 같이 ‘철근콘크리트공사의 공통부위 철근 가공 작업’이 우선순위 총점 88.05점으로 국내 건설 산업에서 가 장 시급히 자동화가 이루어져야 하는 것으로 분석되었다. 다 음은 ‘철골공사의 공통부위 철골 용접작업’이 86.53점으로 차순위를 차지하고 있으며, ‘철골공사의 공통부위 철골 설치 작업’이 86.15점으로 3순위를 차지하고 있는 것으로 분석되 었다. ‘금속공사의 바닥부위 맨홀 설치작업’은 41.90점을 획 득하여 자동화 우선순위가 가장 낮은 것으로 분석되었다.

3.2

건설자동화를 위한 중점 영역 설정

본 연구에서는 설문조사를 바탕으로 건축 97개, 토목 101 개 자동화 대상작업에 대한 우선순위를 도출하였다. 도출된 우선순위에 따라 각각의 자동화 기계를 개발할 수 있으나 이는 자동화 기술 개발 시 유사한 요소기술을 사용하는 다 른 자동화 대상작업으로부터 상호간의 기술 이전이 어려운 단점을 가지고 있다. 따라서 유사한 작업 특성을 지니고 있 는 자동화 대상작업에 대해 건설기계 자동화 중점 영역을 그림

1.

자동화 필요성 조사를 위한 설문구성 및 응답결과의 예

표

5. AHP

기법을 활용한 자동화 요인별 가중치 산정

구 분 안전성 생산성 품질 장비활용성 노동활용성 가중치

안전성

1 1 2 3 4 1.50 0.30

생산성

1 1 3 4 5 1.81 0.36

품질

1/2 1/3 1 3 4 0.95 0.19

장비활용성

1/3 1/4 1/3 1 1 0.40 0.08

노동활용성

1/4 1/5 1/4 1 1 0.34 0.07

열합계

3.08 2.78 6.58 12.00 15.00 5.00 1.00

그림

2.

자동화 대상작업의 우선순위 도출 방법

설정함으로써 요구되는 핵심 유사 기술에 대한 상호보완을 통해 자동화 기술 개발 시 시행착오의 감소 및 자동화 기계 개발 기간의 단축이 가능할 것으로 판단된다. 즉, 건설 자동 화 기계 개발 시 중점영역을 설정하는 것은 결과적으로는 우수한 성능을 지닌 건설 자동화 기계를 개발할 수 있는 기 반을 마련할 수 있다.

3.2.1

건축공사 자동화 중점 영역

본 연구에서는 건축공사의 일반적인 라이프사이클 및 공종 의 대분류를 기준으로 건축공사 자동화를 위한 중점 영역을 가설공사 자동화, 자재 운반 및 양중 자동화, 구조체 공사 자동화, 조적 및 단열, 방수 자동화, 설비 공사 자동화, 건 축물 내·외부 마감 공사 자동화, 건물 유지관리 자동화로 구분하고 97개 자동화 대상작업을 각각의 중점영역에 분류 하였다(표 8).

3.2.2

토목공사 자동화 중점 영역

토목공사의 경우 자동화 분류체계의 대공종을 자동화 중 점 영역으로 설정하였다. 이는 토목공사 작업분류가 시설물 별 공종 및 공법에 근거해 있으며, 자동화의 효율성과 집 중도를 높이기 위해 시설물(대공종)별 분류가 합리적인 것 으로 판단되었기 때문이다. 그 자세한 내용을 표 9에 제시 하였다.

표

6.

자동화 대상작업의 우선순위 도출의 예

구 분 자동화 필요성 점수 자동화 요인 점수

대분류 중분류 소분류 높음

(3

점) 보통

(2

점) 낮음

(1

점) 안전성

(0.30)

생산성

(0.36)

품질

(0.19)

활용성 장비

(0.08)

활용성 노동

(0.07)

강구조물 공사 강교제작 및 가설 강교제작

35 3 0 22 26 34 13 4

가중치 적용

105 6 0 6.6 9.36 6.46 1.04 0.28

111 23.74

100

점 만점 환산

92.50 59.45

7:3

가중치 적용

64.75 17.835

총점

82.59

표

7.

자동화 대상작업의 우선순위 도출결과

구분 대분류 중분류 소분류 필요성

점수 자동화요인

점수 우선순위

총점

1

철근콘크리트공사 공통 철근 가공

97.86 65.15 88.05

2

철골공사 공통 철골 용접작업

104.04 45.67 86.53

3

철골공사 공통 철골 설치작업

101.98 49.22 86.15

4

철근콘크리트공사 벽체 갱폼 인양작업

99.94 53.90 86.13

5

돌공사 공통 돌 가공작업

101.98 44.23 84.65

6

강구조물공사 강교제작 및 가설 강교 제작

92.50 59.45 82.59

7

터널공사 터널굴착 터널 굴착

91.67 60.06 82.18

8

내화피복공사 천장 천장 내화피복작업

91.68 52.01 79.78

9

데크플레이트 공통 데크플레이트 용접작업

96.83 38.92 79.46

10

프리캐스트 콘크리트 공사 프리캐스트 콘크리트 제작 프리캐스트 콘크리트

90.83 48.16 78.03 .

. .

. . .

. . .

. . .

. . .

. . .

. . .

표

8.

자동화 중점 영역 설정 및 정의

(

건축

)

자동화

중점영역 내 용

가설공사 자동화 방음·방진벽, 비계 등의 공장에서 사전 제작된 시설물을 장비와 노무자의 협동 작업으로 설치 및 철거하는 작업의 자동화

자재운반 및 양중 자동화

철근콘크리트공사의 갱폼 인양작업과 돌공사의 돌 운반작업, 커튼월공사의 커튼월 운반작업과 같 이 중량의 자재를 운반 또는 양중하는 작업의 자동화 구조체공사

자동화

철근콘크리트공사, ALC블록공사, 프리캐스트콘 크리트공사, 철공공사, 목공사와 같이 건축물의 구 조체를 형성하는 작업의 자동화

조적 및 단열, 방수 자동화

블록·벽돌 등을 쌓는 조적공사와 외벽 및 바닥, 천장 등의 구조체 단열 공사 및 아스팔트·에폭 시·합성수지 등을 사용하여 건축물의 방수昭逆 잠누수방지 등을 하는 방수 공사의 자동화

설비공사 자동화

승강설비, 위생설비, 공기조화설비, 전기설비, 배 관설비, 냉난방설비 등과 같이 구조체의 기능을 향상시키고 건축물 이용자의 편의성, 위생, 건강 을 유지하기 위한 설비 자동화

건축물 내·외 부 마감공사

자동화

돌, 타일, 테라코타, 금속, 커튼월 등 마감 자재를 부착하는 작업과 미장, 도장, 수장작업과 같이 마 감 재료를 바르거나 덧씌우는 작업의 자동화 건물 유지관리

자동화 크랙검사 및 실링, 청소와 같이 건축물 내·외부

를 유지 관리하는 작업의 자동화

3.2.3

공통부문 자동화 중점 영역

건축 공사와 토목 공사에서 설정된 자동화 대상작업 198 개(건축 97개, 토목 101개) 중 건축과 토목 공사에 공통적 으로 적용될 수 있는 작업을 분류하여 공통부분의 자동화 중점영역으로 설정하였다. 공통부분으로 분류된 자동화 중점 영역은 토공사 및 기초공사 자동화, 현장타설 콘크리트 공사

자동화, 프리캐스트 콘크리트 제작 자동화, 강구조 공사 자 동화이다(그림 3).

3.3

자동화 중점영역 내 작업 그룹 설정

자동화 중점영역내에 있는 자동화 대상작업의 자동화시 자 동화 대상작업 각각에 대한 요소기술의 적용을 통해 자동화 기계를 개발하는 것보다 자동화 중점영역 내에서 유사한 작 업 특성을 지니고 있는 작업들에 대해 다시 작업 그룹을 설 정하고 자동화를 수행하는 것이 요소기술의 적용 측면에서 효과적이다. 즉, 작업 그룹 내 자동화 대상작업에 대한 자동 화 기술 개발 시 유사 기술의 사용으로 인한 상호보완이 가 능하므로 건설기계 자동화를 용이하게 수행할 수 있을 것으 로 판단된다.

본 연구에서는 표 10과 같이 건축공사 중점영역 내에 있 는 97개 자동화 대상작업을 유사한 작업 특성을 지니고 있 는 것으로 판단되는 27개의 작업 그룹으로 분류하고, 토목공 사에 있어서는 101개 자동화 대상작업을 32개의 작업 그룹 으로 분류하였다. 공통부분에서는 8개의 작업 그룹을 설정하 였다.

표

9.

자동화 중점 영역 설정 및 정의

(

토목

)

중점영역 자동화 내 용

터널공사 자동화 터널굴착, TBM굴착, 굴착토 운반, 터널 라이닝, 숏 크리트 타설, 락볼트 정착 작업의 자동화 지반개량공사

자동화

지반개량공사 시 그라우트공 천공, 굴착, 관정, 압 밀, 섬유매트 등 재료 포설, 콘크리트 타설, 철근망 설치, 거푸집 설치 작업의 자동화

교량공사 자동화

교량기초 공사부터 강교 운반 및 설치, 교량 가설 공사, 강교 도장 작업에까지 이르는 교량 시공 전(

全)단계의 자동화(케이슨 기초 시공, 저면 슬래브 시공, I.L.M.(압출공법), 강교운반, 교량 가설, 강교 도장 등)

도로 및 포장

공사 자동화 아스팔트 콘크리트 포장, 시멘트 콘크리트 포장, 균 열 검사, 보수 공사 등의 작업에 대한 자동화 항만공사 자동화

준설공사, 사석 운반 및 투하, 케이슨 제작, 케이슨 운반, 콘크리트 블록 공사, 방식도장, 전기방식, 피 복공법, 오탁방지막공 작업의 자동화

댐 및 제방공사

자동화 댐 시공 사전 공사, 콘크리트댐 시공, 휠 댐 시공, 비탈면 처리 작업의 자동화

철도 및 궤도공

사 자동화 궤도 용접, 궤도 가공, 도상 설치, 분기기 설치, 궤 도 상태 점검, 궤도 철거 작업의 자동화.

관공사 자동화 상·하수도관 부설, 맨홀 제작, 암거구조물 시공, 측구 시공, 관 갱생 작업의 자동화

하천공사 자동화 하천바닥 준설, 누수방지공, 제방공사, 돌망태 시 공, 수문공사 관련 자동화

그림

3.

건축

/

토목

/

공통부분 중점영역 설정

표

10.

자동화 중점영역내 작업 그룹 설정

구 분 중점 영역 자동화 작업 그룹

건축 공사

자재운반 및 양중자동화

•

자재 양중 자동화

•

자재 운반 자동화

건물 유지관리 자동화

•

건물 외벽 크랙검사 및 실링 자동화

•

건물 외벽 및 바닥 청소 자동화

구조체 공사 자동화

•

데크플레이트 설치 및 용접 자동화, 프리캐스트 콘크리트 설치 및 조립자동화, ALC 패널 설치 자동화, 목재 가공 및 조립 자동화

. . .

. . .

토목 공사

터널 공사 자동화

•

굴착 및 처리 자동화, 터널 라이닝 자동화, 터널 보강 및 안정 자동화 지반 개량 공사 자동화

•

지반 개량 작업 자동화, 지반 앵커 공사 자동화, 지하 연속벽 공사 자동화

교량 공사 자동화

•

교량 기초 공사 자동화, 교량 가설 자동화 도장 자동화

.

. .

. . .

공통 부문

프리캐스트 콘크리트 공사 자동화 • 프리케스트 콘크리트 제작 자동화

강구조 공사 자동화

•

강교 및 철골제작 자동화, 철골 용접 및 설치작업 자동화, 표면 청소 및 코팅 자동화 현장타설 콘크리트 공사 자동화

•

콘크리트 시공전 작업 및 타설 작업 자동화, 철근 작업 자동화, 거푸집 및 동바리

작업 자동화

토공사 및 기초공사 자동화

•

측량 자동화, 말뚝 작업 자동화

4.

자동화 요소기술 설정 및 건설자동화 기술로드맵 개발

4.1

중점 영역별 자동화 요소기술 설정

4.1.1

자동화 요소기술의 분류

상기한 198개 작업을 자동화하기 위해서는 각각의 작업 특성에 부합하는 자동화 요소기술의 개발이 선행되어야 한 다. 본 연구에서는 자동화 기계 개발시 일반적으로 요구되는 자동화 요소기술의 개발을 위해 자동화 기계의 동작 프로세 스에 따른 요소기술을 분류하였다. 자동화 요소 기술은 지각

및 인지 프로세스에 해당하는 센싱기술

¹⁾,

제어 프로세스에 해당하는 제어 및 교시기술

²⁾,

통신 및 MMI기술

³⁾,

그리고 동작 프로세스에 해당되는 이동 메커니즘 기술

⁴⁾

으로 구분될 수 있다(그림 4).

4.1.2

중점 영역별 자동화 요소기술 설정

198

개 자동화 대상작업을 자동화하기 위한 자동화 기계의 동작 프로세스에 따른 일반적인 요소기술(센싱, 제어 및 교 시, 통신 및 MMI, 이동 메커니즘)의 개발 및 적용뿐만 아 니라 중점 영역 내에서 유사한 작업 특성을 바탕으로 그룹

그림

4.

자동화 프로세스에 따른 요소기술의 구분

1.

센싱 기술은 주변이나 로봇의 상태와 변화에 대한 정보를 수집하는 기술이며, 크게 지각센서 기술과 오감센서 기술로 분류할 수 있 다. 지각센서 기술은 위치·속도·힘 등의 정보를 수집하는 기술로 위치 및 거리 센싱 기술이 포함되며, 오감센서 기술은 시각·청 각·촉각·미각·후각 등의 정보를 수집하는 기술로 시각센싱 기술, 운동 및 촉각센싱 기술이 포함된다. 또한 센싱 기술에는 센서 를 작동하기 위한 엑추에이터 기술(actuator, 모터기술)도 포함될 수 있다.

2.

제어 및 교시 기술은 센싱 기술을 통해 수집된 정보를 이용하여 건설 자동화 시스템 및 로봇의 이동기술을 구현하기 위한 가공 및 분석기술이다.

3.

통신 및 MMI기술은 로봇이 습득한 정보와 사용자가 가지고 있는 정보사이의 교환을 통하여 로봇의 움직임을 모니터링하고 제어하 는 기술을 말한다. 이러한 통신 및 MMI기술은 크게 정보통신기술과 시뮬레이션 기술로 분류할 수 있다.

4.

이동메커니즘 기술은 주행 및 동작, 말단장치를 이용하여 여러 지점에서 작업을 수행할 수 있도록 구현하는 기술이다.

표

11.

자재운반 및 양중 자동화를 위한 세부요소기술의 예

중점영역 그룹 대분류

(

공종) 중분류

(

부위) 소분류

(

작업) 주요 요소기술

자재운반 및 양중 자동화

자재 양중

자동화 철근콘크리트

공사 벽체 갱폼 인양작업

•

현장정보 파악을 위한 CAD 기술

•

양중자재 중량 및 크기파악 기술

•

갱폼 인양을 위한 말단장치 기술

•

실시간 자재운반 및 양중위치 파악 기술

•

설치위치 파악을 위한 비젼 알고리즘 및 시각 센싱 기술

•

타워크레인 간섭 및 충돌회피 기술

•

양중 안전성 측정 및 확보 기술

•

갱폼 수직, 수평도 측정 및 오차보정 기술

•

타워크레인 원격조종 및 제어 기술

자재 운반 자동화

돌공사 벽체 돌 운반작업

•

자재 중량 파악 및 운반 기술

•

현장정보 파악을 위한 CAD 기술

•

커튼월 설치위치 맵핑 기술

•

실시간 운반 위치탐지 센싱 및 제어 기술

•

자재운반 및 상하차 말단장치 기술

•

커튼월 양중장비의 말단장치설계 및 제작 기술

•

크레인 자동주행 제어 및 교시 기술

•

양중 안전성 측정 및 확보 기술

•

자재설치 수직,수평도 측정 및 검사 기술

•

커튼월 접합 기술

•

자재 운반 시뮬레이션 및 원격조종 기술

커튼월 공사 공통 커튼월

운반작업

핑된 각각의 작업 그룹을 자동화하기 위한 세부 주요 요소 기술의 개발이 요구된다. 표 11은 건축공사 중점영역의 하 나인 ‘자재운반 및 양중자동화’를 위해 요구되는 세부 요소 기술을 정리한 것이다. 중점영역 ‘자재운반 및 양중자동화’

의 작업 그룹은 크게 갱폼 인양 작업을 자동화하기 위한 ‘자 재 양중 자동화’와 돌운반작업과 커튼월 운반작업을 자동화 하기 위한 ‘자재 운반 자동화’로 구분될 수 있다. 표 11과 같이 자재 양중 자동화를 위한 주요 요소기술로는 현장정보 파악을 위한 CAD 기술 및 양중자재 중량 및 크기파악 기 술, 갱폼 인양을 위한 말단장치 기술, 실시간 자재운반 및 양중위치 파악 기술, 설치위치 파악을 위한 비젼 알고리즘 및 시각 센싱 기술, 타워크레인 간섭 및 충돌회피 기술, 양 중 안전성 측정 및 확보 기술, 갱폼 수직/수평도 측정 및 오차보정 기술, 타워크레인 원격조종 및 제어 기술 등이 요 구된다.

4.2

건설기계 자동화를 위한 기술 로드맵 개발

로드맵 작성시 기본적으로 요구되는 요소는 수요, 수요에 의한 목적물, 목적물을 완성하기 위한 요소기술, 참여주체별 역할 및 책임, 시간, 개발과정 등이다. 이와 같은 요소들을 하나의 표 또는 도식으로 표시함으로써 연구개발 과정을 시 계열별로 파악할 수 있으며 또한 주요 기술별로 대안들을 검토하여 결정하며 완성해 가는 것이다. 본 절에서는 현재까 지 분석된 결과를 바탕으로 건설 분야 모든 공종을 아우르 는 총괄 기술로드맵과 각 공종에서의 목적물 완성을 위해 필요한 요소기술 및 각각의 요소기술간의 관계 등에 관한 사항을 설명하고 도식화하여 보여준다. 로드맵의 형태는 크게 두 가지: product technology roadmap, emerging technology

roadmap

가 있는데(Kim et al., 2000) 본 연구에서는 연구

목표상 목적물 산출과 그 과정이 중심이 되는 것으로 두 종 류 중 product technology roadmap이라 할 수 있다. 본 절에서 제시되는 로드맵은 다수의 건설 자동화 관련 전문가 및 관련학과 대학교수들의 논의를 통해 수립된 것이며, 로드 맵 작성 후 별도의 전문가 자문을 거쳐 확립된 것이다.

4.2.1

총괄 로드맵

현재까지 건설 분야에서 단일 제품에 대한 기술 로드맵은 다수의 논문이나 연구보고서에서 찾아볼 수 있으나 건설(건 축·토목) 전(全)분야에 걸쳐 각 공종별 자동화 기술 로드맵 의 개발은 없었다. 본 연구에서 제시하는 기술 로드맵은 국 가 차원에서 2007년부터 향 후 10년 간 집중적으로 육성·

지원해야 할 구체적인 건설자동화 연구개발 목표물을 건축 과 토목 분야로 통합·구분하여 제시한다. 구체적으로 건축, 토목, 공통 부문의 20개 중점 영역 및 작업 그룹에 포함된 자동화 대상작업을 대상으로 수행된 설문조사 결과를 바탕 으로 중점영역의 개발 우선순위를 도출하였다. 중점영역의 우선순위 도출결과 그림 5과 같이 ‘프리케스트 콘크리트 공 사 자동화’가 총점 78.03점을 얻어 자동화가 가장 시급히 요구되는 것으로 분석되었고, ‘자재운반 및 양중 자동화’가

76.26

점을 얻어 차순위로 자동화 기술 개발이 요구되는 것으

로 분석되었다.

국내 건설산업의 자동화를 위해 향후 10년 동안 연구개발 이 요구되는 분야에 대해 설문조사결과 도출된 중점영역의 자동화 우선순위를 바탕으로 건설자동화 총괄로드맵을 그림

6

과 같이 작성하였다. 건설자동화 총괄로드맵은 10년을 3단 계(2007~2010, 2011~2013, 2014~2016년)로 나누어 구성되 었고, 가로축에는 자동화 기간을 표기하고 세로축에는 설문 조사 결과에 의한 자동화 우선순위에 의한 중점영역을 표기 하였다. 자동화 총괄로드맵의 내용은 유사한 작업 특성에 따 라 분류된 건축 27개, 토목 32개의 작업 그룹으로 구성하고, 중점영역의 우선순위에 따라 작업 그룹의 연구개발 순서를 배치하였다. 본 연구를 통해 제안된 총괄로드맵상의 자동화 중점영역 및 작업 그룹에 속한 자동화 대상작업의 자동화를 위한 순차적인 연구개발이 수행될 경우, 국내 건설산업의 자 동화를 위한 연구개발 노력 및 비용, 기간 등을 절감할 수 있을 것으로 기대된다.

4.2.2

중점 영역별 로드맵

건설 자동화 중점영역별 로드맵은 자동화 작업 그룹과 작

그림

5.

중점영역의 자동화 우선순위

업 그룹 내 자동화 대상작업을 자동화시키기 위해 필수적으 로 요구되는 요소기술의 도출결과(표 11)를 바탕으로 총괄 로드맵상의 자동화 우선순위와 기간을 반영하여 그림 78과 같이 작성되었다. 특히 작업 그룹 내 모든 자동화 대상작업 을 자동화시키기 위해 공통적으로 요구되는 기술(공통기술) 을 중앙에 배치하고 각각의 자동화 대상작업을 자동화시키 기 위해 요구되는 특정 요소기술을 자동화 대상작업의 순서 에 따라 기술하였다. 또한 자동화 대상작업의 자동화 기간 내에서 요소 기술 간의 개발 관계(relation)를 설정함으로써 자동화 기계를 효과적으로 개발 할 수 있도록 하였다. 중점 영역별 로드맵에서는 자동화 대상작업을 자동화하기 위해 요 구되는 요소기술의 현재 기술수준과 개발의 중요도, 실현(구 현)가능성을 대학교수 및 건설기계장비 개발업자 등의 관련 분야 전문가의 자문에 근거하여 각각의 요소기술내에 상중 하로 나누어 표기함으로써 자동화 대상작업의 자동화시 개 발 주체가 용이하게 참고할 수 있도록 하였다(그림 7). 예로 써 중점영역인 ‘자재운반 및 양중자동화’의 작업 그룹인 ‘자 재 운반 자동화’에 속한 자동화 대상작업인 ‘돌운반 작업’과

‘

커튼월 운반작업’의 자동화를 위해 공통기술로써 ‘현장정보 파악을 위한 CAD 기술 및 자재운반 및 상하차를 위한 말

단장치 기술, 크레인 자동주행제어 및 교시기술, 양중 안전 성 확보기술, 자재 설치를 위한 수직/수평도 측정 및 검사 기술, 자재 운반을 위한 시뮬레이션 및 원격조종기술’이 요 구된다. 돌 운반 작업을 위한 특정기술로는 ‘자재 중량 파악 및 운반 기술과 실시간 운반 위치 탐지 및 센싱, 제어 기술’

이 요구되며, 커튼월 운반작업을 위한 요소기술로는 ‘커튼월 설치위치 파악을 위한 맵핑기술과 커튼월 양중장비의 말단 장치 설계 및 제작 기술, 커튼월 접합기술 등’이 요구되는 것으로 분석되었다(그림 7).

4.3

건설자동화를 위한 기술 로드맵 추진전략

건설자동화에 대한 인식이 극히 부족한 국내 건설산업의 현 실정을 감안하여 볼 때, 20개 중점영역에 대한 자동화 초기단계에는 다음과 같은 주체별 역할분담이 적합할 것으 로 판단된다. 대학의 경우, 건축 및 토목공학뿐만 아니라 건 설 자동화의 연구개발을 위한 이론적 기초를 제공하는 기계, 전기·전자 및 컴퓨터공학 등 여러 공학 분야에 걸쳐 다양 한 교육프로그램이 운영되고 있으며 비교적 저렴한 비용으 로 연구수행을 위한 다양한 수준의 전문가 활용이 용이하다.

특히, 국내의 몇몇 대학의 경우에는 건설 자동화 기계 개발

그림

6.

건설공사 자동화를 위한 총괄 로드맵

에 직·간접적인 경험을 지닌 교수요원이 확보되어 있어, 이 들의 적극적인 활용을 통한 타 관련분야 전문가와의 원활한 지식과 정보의 공유가 가능하고 각종 실험을 위한 첨단 연 구기자재 및 관련 참고서적 등을 보유하고 있어 이론적 기 초를 토대로 한 풍부한 연구수행 여건이 조성되어 있다. 또 한 대학 내에서는 정부나 업계에 비해 상대적으로 진보적이 고도 다양한 사고가 가능하여 기술혁신에 대한 변화와 수용 이 용이하고 비교적 저렴한 투자비용으로 고품질의 연구결 과물을 창출해 낼 수 있는 잠재성도 지니고 있다.

건설기업 또한 풍부한 실무경험을 소유한 인적자원, 자금 력, 풍부한 자원의 조달, 사내 기술연구소의 적극적인 활용 및 로보틱스 전문 업체와의 제휴를 통하여 건설 자동화 기 계의 연구개발을 위한 주도적인 역할을 수행할 수 있다. 일 본 대형 건설기업의 경우, 업계의 보수성에도 불구하고 지난

20

년간 자사의 대외신인도 및 생산성 향상을 위해 사내 기 술연구소 및 관련업체와의 제휴를 통하여 건설 자동화 기계 를 개발해 오고 있다. 지속적인 R&D투자 및 기술혁신의 결 과, 다양한 건설 자동화 기계를 상용화하였고 이를 통하여 건설공사의 공기단축 및 원가절감의 실효를 거두고 있다. 실 례로 대형 지붕구조체를 포함하는 건축물이나 구조물의 시 공기술을 한 단계 전진시키는 기술로서 HJ 너클을 이용해 지상에서 조립 완료된 지붕구조체를 리프트업시키는 기술은 높은 곳에 배치되는 지붕 구조체의 조립 작업을 지상에서 진행함으로써 높은 곳에서 작업시 필요한 안전사고 방지 시 설을 대폭 줄일 수 있고, 건설노무비와 현장 관리 비용 등 을 크게 절감하는 효과를 가지는 것으로 분석되었다. 이 공 법을 적용한 현장을 대상으로 기존의 재래식 공법과 지붕 구조체의 조립 설치 비용(간접비)을 비교한 결과, 공기 면에

서는 약 2.5개월을 단축하는 것이 가능하고, 공사비 면에서 는 약 30%의 절감 효과가 있는 것으로 나타났다(장현성과 우성권 2003).

국내 건설기업의 경우, 프로그램 초기단계에는 학·연과의 컨소시엄 구성을 통하여 실무중심의 전문건설인력과 관련 장 비 등을 지원하고, 개발된 자동화 기계를 건설현장에 적용하 고 이를 검증함에 있어 재래식 공법과의 비교·분석을 통한 문제점 도출 및 연구결과물의 실용화를 위한 시장성과 수익 성모델 제시에 주력할 필요가 있다고 사료된다. 또한 이러한 협력과정과 연구결과물에 대한 기술이전 과정을 통하여, 건 설기업은 건설 자동화 분야와 관련한 기술적 노하우를 축적 하고, 추후 프로그램을 통해 건설 자동화 기계 연구개발 성 과가 가시화될 경우 기업의 축적된 지식과 노하우를 바탕으 로 독자적인 연구개발 방안을 모색하고 국내 건설 자동화 시장의 성장과 발전에 있어 주도적인 역할을 담당할 수도 있을 것이다. 따라서 국내 건설 산업의 기술혁신과 대외 경 쟁력 강화 및 이미지 제고를 위해서는 건설기업 또한 프로 그램 초기단계에서부터 미래 지향적 안목으로 연구개발의 핵 심적 지원역할을 수행해야 할 것으로 사료된다.

정부는 현재 타 산업 분야에 비해 낙후되어 있는 건설 산

업 분야의 대외 경쟁력 및 기술력 강화를 위해 많은 국가재

원을 투자할 계획을 수립 중에 있다. 따라서 정부가 담당해

야할 역할은 건설 자동화 기술개발에 대한 지속적인 재원의

투자 및 건설 자동화 연구개발을 장기적인 안목에서 계획하

고 이에 대한 감독 및 관리기능을 강화하기보다는 상호간의

신뢰를 바탕으로 한 자율적인 연구 환경이 조성될 수 있도

록 그 기반을 마련하는 것이 바람직할 것이다이와 같이, 각

주체들이 보유하고 있는 역할을 공유하고 장점들을 효과적

그림

7.

중점영역

(

자재운반 및 양중자동화

)

로드맵

으로 융합함으로써 성공적인 프로그램의 완수가 가능할 것 이며 실용화가 가능한 건설 자동화 기계 개발 및 건설 자동 화 현장 실현을 위한 연구 환경이 조성될 수 있을 것이다.

또한 국내 건설 산업에 있어 건설 자동화 기계 연구개발의 활성화를 위해서는 무엇보다 장기적 안목에서의 건설 자동 화 분야에 대한 정부와 업계의 지속적인 관심과 연구지원 노력이 절실히 요구된다.

건설현장의 자동화를 성공적으로 수행하기 위해서는 기획 단계에서부터 풍부한 실무경험을 지닌 현장 엔지니어와 실 제의 작업을 수행하는 노무자, 대학 및 연구소의 건설 및 기타 자동화 관련분야 우수 연구 인력의 긴밀한 협력과 정 보교류가 요구되며 연구개발 전(全) 과정에 걸쳐 이들 각자 의 전문성이 하나로 융합될 때 현장적용 및 실용화 그리고 수익창출이 가능한 건설 자동화 기계 개발 및 건설 자동화 현장의 실현이 가능할 것이다.

5.

결 론

국내외 건설자동화 기계 개발 및 R&D 현황 분석 결과, 국내외 건설산업은 노무 숙련공의 부족 및 안전성, 품질, 채 산성 확보 등을 위해 자동화 기계의 개발에 관한 연구 노력 을 기울이고 있는 것으로 분석되었다. 국내 건설산업의 자동 화를 위한 R&D 투자 현황은 선진 외국의 수준에는 미치지 못하나 향후 지속적으로 증가할 것으로 예상된다. 본 연구에 서는 건축 시설물의 부위 및 토목 통합건설정보분류체계를 바탕으로 건설자동화 분류체계를 수립함으로써 자동화 대상 작업의 선정 및 자동화 기계 개발을 위한 요소기술의 상호 보완 등을 효과적으로 수행할 수 있도록 하였다. 건설기계

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종과 현재까지 연구개발된 53종의 건설 기계가 수행중인 작업, 건축·토목공사 표준시방서, 토목공사 통합건설정보 분 류체계를 바탕으로 건축 97개, 토목 101개의 자동화 대상작 업을 선정하였다. 또한 건설현장 관리자 80명을 대상으로 설 문조사를 수행하여 선정된 198개 자동화 대상작업에 대한 자동화 우선순위를 설정하였다. 그 결과 철근 콘크리트 공사 의 철근가공 작업에 대한 자동화가 가장 시급히 요구되는 것으로 분석되었다. 연구 개발의 효율을 극대화하기 위해 자 동화 중점영역을 20개로 구분·설정하였고, 중점영역 내에

서 59개 작업그룹을 재설정함으로써 체계적으로 자동화 기 계 개발을 할 수 있도록 하였으며, 자동화 기계 개발 시 요 구되는 요소기술을 용이하게 적용할 수 있도록 하였다. 설문 조사 결과 도출된 자동화 우선순위에 따라 자동화 중점영역 및 작업 그룹에 속한 자동화 대상작업을 자동화하기 위해 요구되는 요소기술을 정의하였고, 이를 바탕으로 국내 건설 산업에서 자동화를 효율적으로 추진하기 위한 총괄 및 자동 화 중점영역 로드맵을 작성·제시하였다. 본 연구에서 제시 한 자동화 기술로드맵을 바탕으로 국내 건설산업의 자동화 를 위한 지속적인 R&D 투자와 연구노력이 수행될 경우, 작 업 품질 및 노무자의 안전성 확보, 건설 원가 절감 등을 통 한 채산성 확보에 크게 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

감사의 글

본 연구는 2004년 한국건설교통기술평가원 건설기술기반 구축사업에 의하여 지원되었음(과제번호: 04기반구축A25).

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(

접수일: 2007.3.20/심사일: 2007.4.30/심사완료일: 2007.4.30)