제461호 2020 march
4차 산업혁명 시대에 접어들며, 다양한 산업 분야에서 IoT 등의 ICT를 활용한 혁신이 일 어나고 있다. 이러한 변화는 가장 전통적이라고 평가받고 있는 건설산업에서도 예외는 아 니다. 비정형적인 경험과 노동력에 의존하는 건설산업은 4차 산업혁명 시대의 스마트 기 술과 접목되면서 다양한 측면에서 혁신이 이루어지고 있다. 미국, 일본뿐 아니라 최근에는 중국에서도 ICT, IoT, BIM, 로봇기술 등을 융합한 건설 생산성 혁신 모델이 보고되고 있다.
우리나라에서도 이러한 중요성을 인지하고 많은 민간기업에서 관련 기술을 개발하고 있 으며, 정부에서도 지난 2018년 10월에 ‘스마트 건설기술 로드맵’을 통하여 ICT 등 첨단기 술을 도입하여 설계-시공-유지관리 등 건설생산 과정을 혁신하기 위한 로드맵을 제시한 바 있다. 이에 이 글에서는 스마트 건설기술의 특성과 해외사례를 살펴본 후 이를 토대로 우리나라의 스마트 건설기술 지원과 활용을 위한 정책적인 방안 등을 제시해 보고자 한다.
스마트 건설기술은 4차 산업혁명 요소기술을 활용하여 계획, 설계, 시공, 유지관리, 철거 등 건설공사의 전 단계에서 모든 참여자들의 정보 공유와 연결성을 바탕으로 생산성을 혁 신하기 위한 제반의 기술로 정의할 수 있다. 여기에 사용될 수 있는 새로운 기술의 적용 가 능성과 영향도는 <그림 1>과 같다.
KPMG가 지난 2016년도에 발주자, 건설 및 엔지니어링 기업 CEO급 전문가 218명을 대상으로 한 설문분석 보고서인 Building a technology advantage에 따르면, 2016년 에 이미 65% 기업이 건설현장에 원격모니터링 기술을 적용하고 있으며, 42%의 기업이 드 론을 활용할 정도로 스마트 건설기술은 건설산업과 현장에 급속히 적용되고 있다(KPMG International 2016). 보스턴컨설팅그룹(BCG)과 세계경제포럼(WEF)이 주도한 Future of Construction 프로젝트에서는 미래 건설산업을 변화시킬 10대 건설기술을 활용한 건설 생산 및 현장의 미래 사진을 <그림 2>와 같이 제시한 바 있다(BCG, WEF 2017). 이 자료 에서는 프리패브 기술과 첨단재료도 미래기술로 소개되어 있지만 대부분 건설로봇, 드론,
머리말
스마트
건설기술이란?
스마트 건설기술과 정책지원 방안
조훈희 | 고려대학교 건축사회환경학부 교수 ([email protected])
3D 프린팅, 빅데이터 등의 스마트 건설기술들을 소개하였으며, 이러한 기술들을 통하여 건설산업의 생산성을 향상시키고 사회, 경제, 환경에 부정적인 영향을 극복할 수 있을 것 으로 예상하고 있다.
건설사업의 각 단계별로 스마트 건설기술의 적용 가능성을 살펴보면, 우선 설계 및 기 획단계에서는 BIM과 인공지능을 활용하여 설계 대안을 자동 생성하고 법규 등을 검토하 여 최적화된 설계안을 도출할 수 있을 것으로 예상된다. 시공 단계에서는 IoT 기술을 활용 하여 건설장비, 작업자, 건설자재 현황을 실시간으로 공유하게 된다. 또한 수집된 빅데이
자료: BCG, WEF 2017.
<그림 2> 미래의 10대 유망 건설기술 자료: WEF 2016.
<그림 1> 4차 산업혁명 주요 건설 신기술의 영향도
제461호 2020 march
해외 스마트 건설 추진현황
터를 활용하여 최적의 생산성과 안전성을 고려하여 자동화된 건설장비와 인간-로봇협업 시스템을 활용하며, 드론, 3D 스캐너, AR/VR기술 등을 활용하여 공사감독 및 검측업무를 효율화할 수 있다. 또한, 유지관리 단계에서는 BIM 기반의 건축물 현황정보를 바탕으로 건축물 및 사회기반시설에 대한 최적의 관리방안을 도출할 수 있게 된다.
1. 미국
미국의 경우는 자유로운 시장경제 원칙에 입각하여 ‘제조업 확장 파트너십(MEP)’ 등을 통 한 스마트 건설기술 스타트업 활성화 정책으로 많은 성과를 내고 있다. 전통적인 BIM 플 랫폼을 보유한 오토데스크와 벤틀리 등 캐드업체의 신기술 개발뿐 아니라 AR/VR 기술을 접목하여 디지털 현장 헬멧을 개발한 DAQRI, 스마트 패드를 이용한 사업관리 시스템을 보급하고 있는 Procore, 목조 주택을 모듈화하여 생산성을 혁신하고 있는 Katerra 등 다 양한 스타트업들이 건설산업의 생태계를 변화시키며 산업을 혁신하고 있다.
2. 영국
영국은 ‘Construction 2025’ 발표를 통하여 2025년까지 건설산업의 발전을 위해 약 17억 파운드를 편성하였으며, 33%의 비용 감축, 50%의 공기 및 탄소 배출량 감축, 그리고 50%
자료: Constructing Excellence 2019.
<그림 3> 영국의 Constructing Excellence 성과
의 전문가 양성을 목표로 하고 있다. 주요 핵심 사업으로는 건설환경 개선, 건설안전, 지속 가능성 확보 BIM 활용이 있다. 영국의 스마트 건설 추진은 BIM 기술 활용을 기반으로 하 고 있으며, 첨단기술의 활용뿐 아니라 건설 프로젝트의 조달 방식과 협업 시스템 등 관리 적인 부분도 스마트화하면서 그 효율을 극대화하고 있는 것이 특징이다.
3. 일본
일본은 지난 2016년 3월 ‘IoT, CPS를 활용한 스마트 건설생산 시스템’ 보고서를 통해 차세 대 BIM/CIM과 ICT를 활용한 스마트 건설생산 시스템(Construction 4.0)을 제시한 바 있다 (産業競争力懇談会 2016). 이러한 배경은 우리나라와 유사하게 건설 숙련인력 감소(2014년 340만 명에서 2024년 110만 명)에 대비하고자 하는 취지가 있었으며 2025년까지 건설생산 성 20% 향상을 목표로 ‘i-Construction’을 추진하여 문제점을 극복하고자 하였다.
2016년에는 584건의 공사에서 드론 측량과 코마쯔의 첨단굴삭기 등 ICT를 활용한 새로 운 기술을 토공에 적용하였으며, 현장 시공효율화에 관한 요소기술 가이드라인을 책정하 여 규격 표준화를 실시하고 있다.
1. 국내 스마트 건설기술 정책 추진
국내 스마트 건설의 비전은 건설산업의 스마트화 관련 국가 정책의 일환인 스마트 건설기술 로드맵(국토교통부 2018)을 바탕으로 후속 연구개발 과제 추진 및 실증이 이루어지고 있다.
이 로드맵은 현재 우리나라의 건설산업이 당면한 과제인 고령화 및 인력 감소 등 사회 의 변화와 기술경쟁력 저하로 인한 해외 수주고 하락, 국내 투자 감소 등에 대응하기 위한 건설기술을 혁신하고, ICT 등 첨단기술을 건설산업 전반에 접목하여 건설과정을 디지털 화, 자동화하여 생산성과 안전성을 향상시키기 위해 구상되었다. 여기에서는 2025년까지 스마트 건설기술 활용기반을 구축하고, 2030년 건설자동화 완성을 목표로 하고 있는데, 2025년까지 건설생산성 50% 향상, 제조업 수준의 건설안전성 향상, 건설 스타트업 500개 창업을 단기적 목표로 설정하고 있다.
이를 위해 국토교통부, 과학기술정보통신부, 산업통상자원부에서는 민간의 기술 개발 을 유도하고, 공공의 역할을 강화하며, 스마트 생태계를 구축할 계획이다.
2. 민간기업의 대응
현재까지 우리나라의 건설기업에서 활용하거나 준비 중인 스마트 건설기술은 BIM 기술과 연계한 AR/VR 기술, 드론 및 자동화 토공 장비를 활용한 토공자동화시스템, 3D 프린팅
국내 추진현황
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기술을 활용한 비정형 건축물 시공, 프리콘 서비스, AI 기반의 지능형 설계 등으로 알려 져 있다.
토목 분야의 경우는 국토교통부의 ‘스마트 건설기술 개발사업’을 통하여 개발되는 성 과물을 바탕으로 도로 및 포장 건설사업을 대상으로 선진국 수준의 건설자동화를 달성 할 계획을 갖고 있다. 또한 기존 BIM, IoT, AR, VR, 빅데이터 기술을 활용하여 설계 및 측량, 검측 분야의 생산성과 정확도를 높이기 위한 노력을 기울이고 있다.
건축 분야의 경우는 BIM 활용을 제외하고는 스마트 건설기술에 적용하기가 다소 어려 운 측면이 있다. 이는 토목공사에서 활용되는 대형 장비에 비해 건축공사에서 사용되는 소 형 장비의 자동화 경제성이 상대적으로 낮기 때문인 것으로 판단된다. 대신 건축 분야의 경 우는 OSC(Off Site Construction) 및 모듈러 기술을 활용하여 현장인력을 줄이고 건설현 장 내 자원운송 장비를 반자동화하기 위한 연구가 추진 중이다.
다만 이러한 건축 및 토목 분야 연구들이 대형 건설기업과 건설정보서비스 업체를 중심 으로 기존 업무의 개선을 위해 이루어지고 있는데, 이는 기존에 알려진 혁신 기술을 활용 하는 데에만 초점이 맞추어져 있을 뿐, 스타트업을 중심으로 한 완전히 새로운 플랫폼이나 기술이 개발되는 것은 아니다.
스마트 건설기술의 적용 여부에 따라 건설기업의 미래는 크게 좌우될 수 있다. KPMG 의 ‘Future-ready Index: Leaders and followers in the engineering & construction industry’ 보고서에서는 223명의 발주기관, 건설 및 엔지니어링 회사를 대상으로 12 개 분야에 대한 설문문항을 조사 · 분석하여, 상위 20% 그룹을 ‘혁신적 리더(innovative
스마트 건설기술 개발과 활용 촉진 방안
자료: KPMG 2019.
<그림 4> 스마트 건설기술의 적용 비율
leaders)’, 중앙의 60%를 ‘추격자 그룹(followers)’, 하위 20%를 ‘지체자(behind the curve)’
그룹으로 구분하여 스마트 건설기술의 적용 비율을 조사한 바 있다. 이들 세 개 그룹별로 15개의 스마트 건설기술을 적용하고 있는 비율을 보면 <그림 4>와 같이 유의한 차이를 보 이고 있다. 즉 상위 그룹에 포진할수록 기업과 현장에서 스마트 건축기술의 적용 비율이 높다는 것을 알 수 있었는데, 절대값(%p)을 기준으로는 BIM과 드론, AR/VR 등에서 차이 가 컸으며, 비율에서는 드론, AR/VR과 함께 AI 기술에서 많은 차이가 나타났다.
특히 상위 20% 그룹은 이미 스마트 건설기술에 상당한 수준의 투자를 해오고 있으며 앞으로도 이를 지속할 것이라고 밝히고 있어 향후 5~10년 이내 격차는 더욱 벌어질 것 으로 예상되고 있다. 즉 가까운 미래에 스마트 건설기술의 활용 여부는 미래 건설기업 의 경쟁력을 떠나 생존에까지 영향을 미칠 것이며 이를 위한 다양한 노력을 기울여야 할 것이다.
1. 국가 R&D 및 인력양성 지원 확대
국토교통부와 국토교통과학기술진흥원에서는 올해 ‘스마트 건설기술 개발사업’을 통하여, 69개월간 약 1400억 원을 투자하여 4차 산업혁명에 대응하기 위한 스마트 토목공사 기술 을 개발할 예정이다. 이러한 정부의 R&D 지원은 스마트 건설기술과 같이 막 태동하는 현 단계에 매우 효과적인 수단으로 이후에도 지속적인 연구 개발이 필수적일 것이다. 특히 외 국에 비하여 국내 시장규모가 상대적으로 작은 우리나라의 경우 혁신적인 스마트 기술의 일차적인 적용을 위한 시장이 작기 때문에, 정부의 지원이 없다면 상대적으로 대상 시장이 넓은 외국기업과 경쟁하기가 어려울 것이 사실이다. 따라서 새로운 스마트 건설기술 개발 을 위한 하향식 대형 과제뿐 아니라, 공급자 제안형 상향식 소형 과제의 지원을 통하여 통 합시스템뿐 아니라 소형 스타트업을 활성화할 수 있을 것이다.
이러한 연구과제의 지원뿐 아니라, 전문인력 양성 분야의 지원도 절실하다. 스마트 건 설기술은 타 학문분야로 이동하고 있는 유능한 젊은 인력을 건설 분야로 유인할 수 있는 유용한 수단이 될 수 있다. 기존의 건설전공 학부 학생을 대상으로 건설자동화, 빅데이터, 인공지능, 드론 등을 연구할 수 있는 대학원 연구인력의 양성은 기술의 지속적인 혁신을 위해 필수적인 사항으로 판단된다.
2. 기술 검증을 위한 테스트 베드 제공
건설산업은 타 제조업과 다르게 개발된 기술의 검증에 어려움이 존재한다. 이를 해결하기 위하여 정부투자기관인 각 공사에서 발주하는 사업에 스마트 건설기술을 활용할 경우, 인 센티브(낙찰자 선정에 가점, 또는 기술 대안 입찰에 공사비의 일정 비율 이상을 스마트 건
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설기술 활용 금액으로 배당)를 제공할 필요가 있다. 이를 통해 스마트 건설기술에 대한 구 현 경험을 쌓을 수 있고, 해외 진출을 위한 발판도 마련될 수 있을 것이다.
3. 스마트 건설기술 기술창업 유도
앞서 살펴본 미국의 사례를 보면 미국은 건설 분야에 다양한 스타트업이 출현하면서 기존 의 산업생산 방식과 생태계를 혁신하고 있다. 또한 이들 스타트업의 생산방식은 기존의 건 설현장과는 다른 제조업 성격을 띠고 있어 유능한 젊은 인력을 건설산업에 유인하는 긍정 적인 효과를 주고 있다.
최근 각 대학에서는 기존의 교육과 연구에서 한 걸음 더 나아가 대학(원)생들의 ‘기술창 업’ 프로그램을 다양화하고 있다. 따라서 정부에서는 국토교통부를 중심으로 기존의 공공 데이터를 활용한 건설서비스 혁신, 단순화된 생산 프로세스, 소규모 건설장비 및 사업관리 툴 등 참신하고 혁신적인 아이디어와 기술로 기존에 없던 새로운 서비스와 상품을 창조하 는 스마트 건설기술 스타트업 지원을 위한 노력이 필요할 것이다.
최근의 다양한 창업지원 프로그램들이 있지만 대부분 바이오나 IT 분야에 집중되어 있 어 건설 부분은 이러한 지원에서 소외되어 있는 것이 사실이다. 따라서 비록 규모는 작더 라도 건설 부분에 특화된 스타트업 창업 프로그램 지원을 통해 기존에 없던 도전적인 기술 개발을 유도하는 것도 필요하다.
국토교통부. 2018. 건설생산성 혁신 및 안전성 강화를 위한 스마트 건설 기술 로드맵, 10월 31일. 국가과학기술자문회의 심의회의 운영위원회 회의자료.
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참고문헌
