Construction Technology Research and Development Planning - In the Case of Real-time Construction Project Monitoring System Development -

大 韓 土 木 學 會 論 文 集 第28卷 第6D 號·2008年 11月 pp. 849~857

施 工 管 理

건설 기술 연구 개발을 위한 기술 기획

− 적시 시공을 위한 시공 현장 모니터링 기술 사례를 기반으로 − Construction Technology Research and Development Planning

− In the Case of Real-time Construction Project Monitoring System Development −

김창윤*·김형관**·김창완***·김문겸****

Kim, Changyoon·Kim, Hyoungkwan·Kim, Changwan·Kim, Moon Kyum

···

Abstract

Technology roadmapping is one of the widely used technology planning methodologies. Using a technology roadmap, the researchers can increase the possibility of the project success by systematic management of research contents, budgets, and commercialization strategies. Currently, Ministry of Land, Transport and Maritime Affairs has a plan to increase the research fund to improve the construction industry. As a result, the number of long term research projects with more than five years of research period, is increasing. This entails the need for a methodology for the systematic planning and management of research.

However, the construction industry has the characteristics that the research results should ultimately be implemented in an out- door environment. Through processes of diverse literature reviews, questionnaire-based survey, and pilot research, this paper presents a systematic procedure for the development of construction technology roadmaps, which can consider the unique nature of the construction industry. Based on the procedure, a technology roadmap for intelligent construction monitoring is also developed.

Keywords :technology planning, construction management, research and development

···

요 지

기술 로드맵은 신제품 개발과 연구 과제 도출을 위한 기획방법론 중 하나로 여러 연구 기관과 산업계에서 사용되고 있다.

제품 개발자나 연구 진행자들은 기술 로드맵을 사용함으로써 체계적인 프로젝트 진행과 효과적인 연구를 수행할 수 있으며, 연구 내용, 추진 전략, 소요 예산 등을 정확하게 설정할 수 있어 연구개발 가능성을 높일 수 있다. 현재 국토해양부에서는 건설 분야 기술력 증진 및 건설 산업 발전을 위하여 많은 연구개발 예산을 투입하고 있으며, 그 규모 또한 점차 늘어날 것으로 예상된다. 연구개발 예산이 증가함에 따라 5년 이상의 장기 연구개발 과제가 늘어나고 있고, 그 결과 체계적인 연구 수행과 높은 기술 개발 가능성을 위한 방법론의 필요성이 점차 커지고 있다. 건설 산업의 연구 개발은 타 산업의 연구 개 발과는 달리 연구 개발 후 현장 적용을 기본 목표로 하고 있으며, 작업을 하는 공간 또한 외부에 노출되어 있어 개발된 기술의 적용이 용이하지 않은 특성을 가지고 있다. 본 논문에서는 위와 같은 건설 산업의 특성을 고려하여 다양한 문헌 분 석, 설문 조사를 통한 시장 수요 조사, 사전 연구를 통한 기술의 적용 가능성 검토를 실시하였으며 이를 통하여 새로운 건 설 기술 연구 개발을 위한 기술 로드맵 도출 과정을 제시하고, 사례 연구를 통하여 기술 로드맵 도출 과정에 대한 타당성 및 적용 가능성을 알아보고자 한다.

핵심용어 : 기술 기획, 시공관리, 연구 개발

···

1. 서 론

1.1

연구의 배경 및 목적

기술 로드맵(Technology Roadmap) 도출은 해당 기술이 과거에 어떠한 과정을 통하여 발전되어 왔는지 분석하고 향 후 발전 방향에 대한 세부 기술개발 목표를 설정하는데 적

합한 연구 기법이다. 기술 로드맵은 기술 관리 및 기획을 하는데 효과적인 방법론 중 하나로(Lee et al., 2007), 민간 기업, 연구기관 및 정부에서 많은 예산과 시간이 투입되는 기술의 사업화 및 정책 수립의 기본 틀 설정과 같은 미래 전략 수립에 많이 사용되어 왔다. 프랑스의 우주산업 기업인

ALCATEL SPACE

에서는 첨단 소재 기술을 이용한 위성의

*정회원ㆍ연세대학교공과대학토목공학과박사과정 (E-mail : changyoonkim@yonsei.ac.kr)

**정회원ㆍ교신저자ㆍ연세대학교 공과대학 사회환경시스템공학부 조교수 (E-mail : hyoungkwan@yonsei.ac.kr)

***정회원ㆍ중앙대학교건축학부건축공학과조교수 (E-mail : changwan@cau.ac.kr)

****정회원ㆍ연세대학교 공과대학 사회환경시스템공학부 교수 (E-mail : applymkk@yonsei.ac.kr)

부품 개발 사업에서 기술 로드맵 도출을 통한 개발기술의 사업화를 진행 하였으며(Hoa et al., 2003), 연방 기관인 미 국의 BPA (Bonneville Power Administration)에서는 재생 가능 에너지 개발 및 에너지 효율화 사업을 위하여 기술 로 드맵을 통한 미래 에너지 기술개발전략을 수립하였다(Daim

국토해양부에서는 “건설교통 R&D 혁신 로드맵 보고서”를 통하여 건설 교통 연구개발을 위한 로드맵을 제시하였고 이에 따른 목표 달성 전략을 수립하였다(건설교통부, 한국건설교통 기술평가원, 2006). 이를 바탕으로 한국건설교통기술평가원을 중심으로 미래 건설기술발전을 위한 연구개발 투자확대 계획 을 진행하여 2000년에서 2006년까지 총 6,532억 원의 연구개 발 예산을 투자하였으며, 향후 연구개발 투자 예산은 점차 늘 어날 것으로 예상된다(한국건설교통기술평가원, 2006). 건설기 술 분야 연구개발 투자가 증가함에 따라 연구개발 기간이 5년 에서 10년 사이인 장기 연구과제가 늘어나고 있으며, 각 연구 단은 효과적인 연구결과 도출 및 체계적인 연구단 운영을 위 하여 장기 연구개발 계획 수립을 통한 연구개발 전략을 세우 고 있다. 각 연구 기관에서는 개발될 결과물의 형태 및 기술 개발 목표에 따라 연구의 기술 로드맵을 작성하지만 그 수준 이 개념적인 설명으로, 간략한 로드맵에 그치는 경우가 많다.

또한 로드맵 설정에 있어서 사용되는 핵심 기술의 경우 그 기술에 대한 충분한 이해와 사전 시험 없이 활용 계획을 세 워 어려움에 봉착하기도 한다. 이로 인하여 연구 수행자가 연 구 개발 방향 및 목표를 상실하거나 기술적 문제에 봉착하는 등의 어려움을 겪기도 한다. 특히, 정보통신기술, 나노기술, 로 봇 기술 등 첨단기술을 기반으로 한 건설기술개발의 경우 타 산업으로의 직·간접 영향이 큰 건설 산업이라는 특성과, 이 종산업의 융합을 통한 새로운 건설 기술 개발이라는 점에서 개발 기술의 타당성 평가 및 경제성 평가가 중요하며 체계적 인 기술 로드맵 수립을 위한 방법론 도출이 필수적이다.

1.2

연구의 범위 및 방법

본 연구는 기술 로드맵 기법을 이용한 첨단기술기반 건설 기술 연구 및 개발 전략 수립을 위한 방법론 도출을 목적으 로 하며 다음과 같은 과정으로 진행된다.

첫째, 기존 연구문헌을 고찰하여 기술 로드맵 도출 과정 제시를 위한 기본적인 자료를 수집하고 기술 로드맵의 적용 분야 및 범위에 대하여 고찰한다. 또한 기존의 기술 로드맵 정의 및 도출 단계에 대하여 파악하여 건설 산업에 적합한 기술 로드맵 도출 과정을 수립한다.

둘째, 건설 기술 개발을 위한 기술 로드맵 수립 과정을 설명하고 첨단기술 활용에 특화된 연구 개발을 위한 기술 로드맵을 제시한다.

셋째, 실제 연구 개발의 구체적인 사례 적용을 통하여 제 시된 기술 로드맵 도출 과정의 적용 가능성 및 타당성을 검 증한다.

2. 기술로드맵

2.1

기존 연구 사례

기술 로드맵은 개발하려고 하는 기술에 관하여 현재까지의

기술 개발 사례 및 동향을 분석하기 위하여 사용된다. 혁신 기술의 대표적 예로 들 수 있는 반도체 산업의 경우 1970 년부터 1996년까지의 반도체의 기술 동향을 분석하여 향후 반도체 산업이 나아가야 할 로드맵을 제시하고, 현재 업계가 갖추어야 할 전략에 관한 연구를 진행하기도 하였으며(Baldi,

1996), Kostoff

등(2004)은 혁신적 기술 로드맵(Disruptive

technology roadmaps)

의 특성 및 기술적 현실성과 적용 가

능성을 알아보기 위하여 문헌 분석 기반의 로드맵 도출 과정 을 제시하였다. 또한, 로드맵 도출을 통하여 향후 조직이 나 아가야 할 전략을 세우며 의사 결정을 위한 체계를 마련하는 데 활용하였다. Arden(2003)은 세계 반도체 산업계의 연구 조직이 도출한 ITRS(International Technology Roadmap

for Semiconductors) 2001

을 바탕으로 반도체 산업이 해결

해야 하는 기술적 요소들을 도출하였으며, 그 해결 방법과 전략을 모색하였다. 네델란드의 폐기물 관리 업체에서는 로 드맵 도출을 통한 폐기물 관리 시설의 운영 전략 및 의사 결정 체계를 수립하였다(Fenouillet-Beranger, 2006).

기술로드맵은 신제품 개발이나 새로운 기술을 이용한 연구 개발을 목적으로 활용하기도 한다. 자동차 산업에서는 자동 주행 시스템을 장착한 자동차를 개발하기 위한 로드맵을 구 성하여 기술적 타당성과 개발 가능성 등을 파악하였으며

(Heide and Henning, 2006),

유럽의 광전지(Photovoltaic)

연구 조직인 PVNET에서는 광전지 개발을 위한 로드맵 도 출을 통하여 연구 개발을 위한 체계를 수립하였다(Jäger-

또한, Lee 등(2007)은 LCD(Liquid Crystal

Display)

관련 기술 개발을 위한 한국 재료 산업의 연구개발

기술 로드맵을 도출하기도 하였다.

위와 같이 여러 산업계에 적용되고 있는 기술 로드맵은 기술 개발에 필수적인 요소로 인식되고 있으며 그 활용성을 높이기 위한 다양한 연구가 진행되고 있다. Kajikawa 등

(2008)

은 로드맵 활용의 효용을 높이기 위하여 과학 기술

분야의 로드맵 도출을 위한 지식 구조를 연구하여 체계적인 로드맵 설정을 위한 틀을 제공하였다. 체계적인 기술 로드맵 도출을 위한 웹기반의 시스템을 구성하고 요구되는 변수 입 력으로 손쉽게 로드맵을 도출할 수 있도록 하였으며, 계속적 인 로드맵 수정을 가능하게 하여 보다 정확한 로드맵 도출 을 가능하게 하였다(Lee and Park, 2005).

2.2

기술 로드맵의 정의

제품 개발을 위한 기술 로드맵 도출 과정은 일종의 기술 기획 과정으로 시장의 요구를 충족시키는 기술적 대안을 시 간을 기준으로 표현한 것이다(엄기용 등, 2003). 기술 로드 맵은 체계적이고 단계적인 목표 설정을 통하여 많은 금액과 시간이 투자되는 제품 기술개발 사업의 위험을 감소시키며, 효율적인 제품 개발이 이루어질 수 있도록 도움을 준다. 연 구 개발을 위한 기술 로드맵 역시 제품 개발을 위한 기술 로드맵과 마찬가지로 시장의 요구와 기술적 타당성 분석을 통하여 연구 개발을 위한 기술적 전략을 도출하여야 한다.

기술 로드맵은 보통 다음과 같은 과정을 통하여 도출된다.

Garcia and Bray(1997)

는 기술 로드맵 도출 과정을 개발하

고자 하는 제품의 설정에서부터 기술 로드맵 작성까지 총 7

단계의 과정으로 이루어져 있으며 회사 내에서와 같은 작은

규모의 로드맵 도출에서 산업 규모의 큰 규모의 로드맵 도 출 모두에 적용될 수 있다고 하였으며, Lee 등 (2007)은 소재 산업의 연구 개발 로드맵 도출을 위하여 1) 기술 로드 맵 초기화, 2) 주제 선정, 3) 기술 수요 조사·분석, 4) 기 술 개발 계획 수립, 5) 기술 로드맵 이행, 그리고 6) 기술 로드맵 추적 작업의 6가지 단계로 연구를 수행하였다. 본 연구에서는 위의 두 기술 로드맵 도출 과정을 참고하여 건 설 산업의 특성에 맞는 기술 로드맵 도출 과정을 제시하고 자 한다.

3. 기술기반 건설 기술로드맵 도출단계

본 연구는 기술을 기반으로 한 건설부분 연구개발 로드맵 도출을 목표로 하였다. 기존의 기술 로드맵과는 달리 전통적 인 건설 기술에 첨단 이종 기술의 결합을 통한 기술 로드맵 도출이 필요하기 때문에 그 과정 또한 상황에 맞는 설정이 필요하다. 상세한 기술기반 건설 기술 로드맵 도출 단계는 그림 1에 나타나 있다.

3.1

연구 주제 도출

연구 주제 도출 단계는 연구하고자 하는 기술 로드맵의 주 제를 설정하는 단계이다. 이 단계에서는 논문 및 특허와 같 은 문헌 분석, 설문조사를 통한 시장의 수요 조사를 통하여 다양한 연구 주제를 선정한다. 선정한 연구 주제들을 시장의 수요와 현재 기술 수준에 맞게 통합, 삭제, 확장, 축소시켜 일정한 수준의 개수로 연구 주제를 도출한다. 도출된 연구 주제를 설문조사, 전문가 평가와 같은 과정을 통하여 시장 수요 조사를 실시한다. AHP(Analytical Hierarchy Process) 분석, SMART(Simple Multi-Attribute Rating Technique) 등 다양한 우선순위 도출 기법을 활용하여 연구 분야의 순 위를 도출하고 주제를 설정한다.

3.2

환경 분석

선정된 연구 주제의 현재 기술 수준 및 시장 수요를 도출 하기 위하여 환경 분석을 실시한다. 이 단계는 크게 시장 동 향 분석과 연구개발 동향 분석으로 나누어지며, 시장 동향 분 석에서는 개발될 연구개발 과제의 주요 제품 시장 파악, 제품 시장별 시장 수요, 미래 시장 수요 전망 등이 이루어지며, 연 구개발 동향 분석에서는 연구 주제의 논문분석, 특허분석, 자 체 분야 및 이종 분야의 연구 개발 동향을 분석한다. 환경 분석을 통하여 개발하고자 하는 연구 과제의 현재 시장 수요 및 기술 수준을 도출할 수 있으며 이를 기반으로 현실적이고 실현 가능한 기술 로드맵 도출 및 예산 산정이 가능하다.

3.3

핵심 요소기술

기술 로드맵의 도출에 앞서 환경 분석을 기반으로 기술 로드맵 구성을 위한 핵심 요소기술 도출이 필요하다. 시장의 수요(현재 시장에서 어떠한 기술이 가장 필요한가), 현재 기 술 수준(현재의 기술 수준으로 연구 주제를 달성할 수 있는 가), 연구자의 연구 역량(현재의 연구 예산과 연구자의 능력 으로 연구를 수행할 수 있는가)을 기준으로 다양한 기술을 선정 및 평가하여 연구 주제에 맞는 핵심 요소기술을 도출 한다. 개발 될 기술 분야별 핵심 요소기술을 체계적으로 분 류하고 핵심 요소기술의 현재 개발 동향을 파악하여 연구의 실현 가능성을 높인다.

3.4

사전연구

개발되어 있는 기술이나 상용화될 기술의 적용 가능 여부 를 확인하기 위하여 사전연구를 실시한다. 이 단계에서는 개 념적인 연구 과정이 설계되며 설계된 연구 과정의 실제 검 증이 이루어진다. 그뿐만 아니라, 새로운 건설 기술을 개발 하기 위해서는 건설 현장의 상황에 적합한 기술 선정 및 활 용이 필요하므로 도출된 핵심 기술을 현장에 적용 해 본다.

건설 현장은 기존 제조업의 환경과는 달리 작업장이 외부 환경에 노출되어 있어 첨단기술을 활용한 기계 활용에 큰 영향을 주는 먼지와 수분의 영향을 받기 쉬워 안정화되지 않은 기술이나 현장 상황에 맞지 않은 기술을 활용하는데 어려움이 있을 수 있다. 또한 사전 연구를 통하여 실제 연 구 진행시 경험할 수 있는 시행착오를 미리 예방할 수 있어 연구비 및 연구기간 절감에 도움을 줄 수 있다.

3.5

기술 로드맵

기술 개발을 위한 연구 주제의 설정 후 환경 분석, 핵심 요소기술 도출 및 사전연구를 통하여 확정된 기술의 로드맵 을 작성한다. 기술 개발의 선·후행 관계 및 기술 개발 기 간을 설정하여 개념적인 기술 로드맵을 구성한다. 이 단계의 기술 로드맵에서는 개발될 기술 분야별 핵심 요소기술을 분 류하고, 설정한 연구기간에 따른 세부 기술의 연구 달성 기 간, 기술개발을 통한 달성 목적 등을 설정한다.

3.6

연구 개발 전략

설정된 기술 로드맵을 바탕으로 상세한 연구 개발 전략을

도출한다. 이 단계에서는 연구 목표 및 내용 정리, 연구

개발 추진 전략 도출, 추정 연구개발 예산이 설정된다. 연

그림

기술기반 건설 기술 로드맵 도출 단계

구 목표 및 내용 정리 단계에서는 연구과제의 연차별 최종 연구목표, 핵심 요소기술, 최종 성과 지표 등이 개발된다.

연구 개발 추진 전략 도출 단계에서는 연구진의 연구개발 추진체계, 국내·외 연구 네트워크 활용방안 등이 설계되 며, 추정 연구 개발 예산 설정 단계에서는 총괄 예산, 기 술 개발 단계별 예산, 분류된 기술 분야별 개발 예산들이 편성된다.

3.7

연구 결과 활용방안 및 기대효과

도출될 기술 연구 로드맵의 활용 극대화를 위하여 연구 결과의 활용방안 및 기대효과 파악이 필수적이다. 연구 개발 의 궁극적인 목적은 단편적 요소기술 중심의 성과 구현이 아닌 현장에 바로 쓰일 수 있고 이를 바탕으로 지속적인 연 구가 가능한 종합적 기술개발이다. 또한 경제적, 기술적 파 급 효과가 큰 건설 산업의 특성상 직·간접 기술 가치 측정 을 통한 기대효과 도출은 필수적이다.

3.8

상세 기술 로드맵 도출

일차적으로 도출된 기술 로드맵과 연구개발 전략, 연구결 과 활용방안 및 기대효과 연구 결과를 기반으로 하여 상세 기술 로드맵을 도출한다. 상세 기술 로드맵에는 연도별, 분 류된 기술 분야별 개발 기술, 예산 등이 설정된다.

4. 사례연구

본 연구에서는 앞서 설정된 기술 로드맵 도출 과정의 타 당성 검토 및 실제 적용을 위하여 사례연구를 실시하였다.

4.1

연구 주제 도출

본 연구에서는 한국, 미국, 유럽, 일본의 3,000여개의 특허 및 1,500여 편의 건설 및 첨단 융합기술 관련 논문 분석,

명으로 구성된 전문가 패널회의를 통하여산업계 수요조사 를 바탕으로 연구 프로그램을 발굴하였으며, 기술 위원회,

개의 설문조사, AHP 분석을 통하여 우선순위가 높은 과 제를 도출하였다(Kim et al., 2008). 시장 수요 조사 결과

Ranging(LADAR), Ubiquitous Sensor Network(USN)

등과

같은 현장 상황을 실시간으로 파악할 수 있는 센싱 기술을 활용한 자동화된 현장 모니터링 시스템에 대한 수요가 가장 많은 것으로 나타났으며, 또한 설문 조사를 통한 과제 우선 순위 조사에서도 가장 높은 우선순위를 나타낸 과제는 “실 시간 프로젝트 모니터링 시스템 개발” 과제였다. 설문 및 우 선순위 결정에 관한 상세한 사항은 첨단융합건설연구단 최 종연구결과보고서(첨단융합건설연구단, 2007)에 기술되어 있 다. 이 과제는 대형 건설 시공 단계에서의 건설정보가 필요 한 형태로 적절한 시점에 정확하게 제공되며 이를 기반으로 건설 시공 프로세스를 자동화하는 기술로 정의될 수 있다.

4.2

환경 분석

환경 분석에서는 자동화된 시공 모니터링 기술과 관련된 건설 RFID/USN 분야, 건설 영상 처리(Image Processing) 분야, 건설 데이터베이스(Database) 분야, 레이저 분야,

Global Positioning System(GPS)

분야, 건설 관리 및 시뮬

레이션(Simulation)분야에 관련된 논문 및 특허가 분석되었 다. 1991년과 2006년 사이에 발표된 International Sym-

의 학술발표자료 및 Journal of Automation in Construction의 논문을 분석하였다(그림 2).

논문 분석 결과 1991년과 1992년에 총 16편의 관련 논 문들이 발표된 것으로 나타났으며 그 양은 크게 늘어 2005 년과 2006년 사이 36개의 관련 분야 연구가 진행된 것으로 나타났다. 첨단 현장 모니터링 분야 연구가 점차 늘어나는 것을 알 수 있으며, 특허 분석도 이와 비슷한 결과를 나타 내어 국내·외 연구기관에서 자동화된 시공 모니터링 관련 연구가 활발히 진행되는 것으로 나타났다.

4.3

핵심 요소기술

시장 수요 조사, 문헌 분석, 특허 분석 등을 바탕으로 하 여 핵심 요소기술을 도출하였다. 먼저 시장 수요 조사와 전 문가 검토를 바탕으로 건설 분야에서 가장 필요로 하는 기 술을 도출하였고, 도출된 시장 수요를 바탕으로 주제별 각각 의 연구 과제 설명서를 구성하였다. 도출된 연구과제 설명서 를 바탕으로 4명으로 구성된 건설 기술 및 첨단 기술 연구 자들이 통합, 삭제, 변경의 작업을 거쳐 핵심 요소기술을 설 정하였다. 그 결과는 표 1과 같다. 개발될 핵심 요소기술은

각종 첨단 센서의 실측값 획득을 통한 실시간 건설자원 모니터링 시스템 개발, 2) 실시간 시공 자료와 3차원 모델링 에 의한 사전 건설 시스템의 연동 및 건설 프로세스 최적화 기술 개발, 3) 건설 프로세스 진행상의 전체 작업장에 대한 실시간 현장 계측 및 안전 모니터링 시스템 개발, 4) 데이 터 마이닝 기법을 이용한 프로젝트 통합관리 시스템 기반 실시간 의사결정시스템 개발로 분류되었으며 각 요소별 상 세 기술 내역은 표 1에 나타나 있다.

4.4

사전연구

기존의 연구 개발 기획 및 연구 로드맵 도출 과정은 연구 문헌 분석 및 전문가 검토 등 기술적 검토를 실질적으로 거 치지 않아 실제 연구 진행시 기술적인 한계로 효과적인 연 구진행이 어려울 수 있었다. 본 연구에서는 실시간 프로젝트 모니터링 시스템 개발 관련 기술을 검증하기 위하여 사전 연구를 진행하였다. RFID/USN 기술을 이용한 자재 관리

그림

현장 모니터링 분야 논문 발표 동향

시스템, Flash LADAR를 이용한 현장 모니터링 시스템에 관련된 사전연구를 실시하였다. 사전 연구는 핵심 요소기술 의 기술 수준 및 현장 적용 가능성 검증을 목표로 하기 때 문에 실내 실험과 현장 실험으로 나누어 연구를 진행하였다.

먼저 실내 실험을 실시하여 기술이 가지는 장점과 한계를 분석하였으며, 현장 적용을 위한 기술적 특성을 도출하였다.

현장 실험에서는 실내 실험에서 도출된 연구 결과를 바탕으

로 하여 연구 과정을 설계하였고 실제 현장 적용하여 기술 의 적용 가능성 및 한계를 분석하였다(그림 3).

RFID/USN

기술과 Flash LADAR 장비를 이용한 사전

연구 결과 위의 기술이 실시간 프로젝트 모니터링 시스템 개발을 위한 핵심 기술이 될 수 있을 것으로 확인되었으며, 건설 현장의 외부 영향에도 불구하고 기술의 안정성과 정확 성을 담보할 수 있을 것으로 예상되었다. 실제 연구 개발 진행 시, 사전 연구에서 분석된 시행착오와 결과를 바탕으로 보다 체계적인 연구 수행이 이루어 질 것이다.

4.5

기술 로드맵

도출된 핵심 요소기술을 개발 소요 기간 및 기술별 연관 관계를 고려하여 1차 기술 로드맵을 도출하였다(그림 4). 1 차 기술 로드맵에는 핵심 요소기술 별로 구성된 기술의 로 드맵이 나타나 있으며 화살표의 길이는 연구개발 기간을 나 타낸다. 각종 첨단 센서의 실측값 획득을 통한 실시간 건설 자원 모니터링 시스템 개발 핵심 기술에서는 5개의 상세 기 술이 기술 로드맵 상에 설정되었으며, 실시간 시공 자료와

차원 모델링에 의한 사전 건설 시스템의 연동 및 건설 프 로세스 최적화 기술 개발, 건설 프로세스 진행상의 전체 작 업장에 대한 실시간 현장 계측 및 안전 모니터링 시스템 개 표

핵심 요소기술 구성 내용

핵심 요소기술 핵심 요소기술 설명 기술 구성

각종 첨단 센서의 실측값 획득을 통 한 실시간 건설자 원 모니터링 시스

템 개발

•

건설현장에 존재하는 자원들에 첨단 계측용 센서들을 부착함으로써 넓은 건설현장의 인력자원, 자재의 재고 및 설치현황, 장비자원의 이동 및 투입 등에 관한 시공현황을 모니터링 할 수 있는 기술

•

영상센서로부터 시공 중이거나 시공이 완료된 구조물의 기하학적 정보를 취득, 3차원 으로 모델링하여 영상정보의 분석(형태분석, 구조분석, 위치분석, 재질의 분석 등)을 통해 측정 구조물의 상태를 측정하는 것이 가능하게 하는 시스템; 실측 모델링과 설계 값과의 비교를 통해 실시간으로 공정을 관리하는 것이 가능하게 함

•

건설 인력자원 모니터링 기술

•

건설 자재자원 모니터링 기술

•

건설 장비자원 모니터링 기술

•

센서기반의 구조 환경 모니터 링 기술

•

실내외 목적물의 물량관리 기술

실시간 시공자료 와 3차원 모델링 에 의한 사전 건 설 시스템의 연동 및 건설 프로세스 최적화 기술 개발

•

시공과정에서 발생하는 실측 데이터와 사전에 설계된 데이터와의 연동을 통해 오류 를 검출하고, 검증된 설계의 변경 또는 실측 데이터가 우선시 되는 상황발생시 실측 데이터를 설계 데이터로 대치함으로써 최적의 시공 상황을 조정해 나가는 것이 가능함

•

시공진행에 따라 최적의 데이터로 시공계획을 갱신함으로써 제한된 구조물에 대한 최 적의 건설 프로세스를 구현해내는 것이 가능해짐

•

건설현장 내 또는 인터넷 및 이동통신 등을 통한 외부와의 자유로운 데이터통신환경 을 구축하여 현장의 건설정보를 관련업체 및 감독 및 감리 기관등과 실시간으로 공유 하는 것이 가능하게 함

•

건설 프로세스 최적화 기술

•

건설 공정의 시각화 기술

•

가상공간 및 인터넷을 활용한 건설정보 교환기술

건설 프로세스 진 행상의 전체 작업 장에 대한 실시간 현장 계측 및 안 전 모니터링 시스

템 개발

•

흙막이, 형틀, 장비와 같은 현장 운용에 있어 지극히 중요하고 위험요소가 큰 자원들 에 대한 상태 측정 및 안전성 모니터링 시스템 개발이 필요함. 현장에서 사용되는 대 부분의 계측요소(일반적인 센서들에 의해 얻어지는 모니터링 값)들은 진척률에 관계 한 것이 대부분이며 현장의 안전도 측정 및 향상을 위한 모니터링 시스템이 개발되어야 함

•

건설되는 구조물 이외에도 주변 환경에 의한 안전성의 위협과 같은 상태가 측정되었 을 시 전산화된 자동통제 시스템에 의해 전체 작업장 및 관계된 건설사 및 감리 등의 업체들에게 대피나 보수에 대한 경고 및 지시를 할 수 있음

•

가스센서, 전류센서, 진동센서, 풍량 센서, 압전 센서 등의 다양한 첨단센서들의 측정 값이 시공 작업 또는 자연재해로 인해 발생할 수 있는 위험요소를 사전에 측정해 내 는 것이 가능하고 감지된 값들을 통제시스템에서 해석함으로써 위험요소의 범위 내에 있는 자원들에게 메시지를 전달하는 것이 가능함

•

흙막이, 형틀, 장비운용 등의 계 측 자동화

•

가스, 전기, 화재 위험 계측 자 동화 및 작업자, 장비 등의 위 험지역 자동 통제 시스템 구축

•

재해 및 안전 컴퓨팅 시스템 및 중앙통제 시스템

데이터 마이닝 기 법을 이용한 프로 젝트 통합관리 시 스템 기반 실시간 의사결정시스템

개발

•

각종 센서로부터 얻어진 정보들은 일반적으로 유선으로 이루어진 네트워크를 통해 중 앙의 컴퓨터로 전달이 됨. 건설현장의 특성상 넓고 복잡하며, 중장비가 많은 환경을 가지게 되므로 무선통신기술을 통한 데이터 전송기법을 사용하는 것이 적합함

•

각종 센서들로부터 얻어진 데이터의 표현을 통일하거나 또는 각각의 표현값을 변환 하여 저장하는 방식을 취하는 범용 데이터 모델의 개발이 필요함

•

측정 후 전송된 데이터들은 데이터베이스에 저장되어지고 일정 상황이 발생하였을 때 데이터베이스 질의어(예: SQL)에 의해 해당 데이터들이 검색되어지고 연산 식에 의 해 사용자가 원하는 결과값을 제공해줌. 또한 데이터마이닝 기법을 이용해 저장된 데 이터들 간의 관계를 정의하고 유용한 정보들을 추출해내는 역할을 수행하게 함

•

대규모 건설정보를 위한 무선 통신 기술

•

측정된 데이터들의 상호 운용 성(Interoperability)을 위한 데 이터 모델 개발

•

데이터 마이닝(Data Mining)기 법을 기반으로 한 프로젝트 통 합관리 시스템

그림

사전 연구

현장 실험

발, 데이터 마이닝 기법을 이용한 프로젝트 통합관리 시스템 기반실시간 의사결정시스템 개발 핵심 요소기술은 각각 3가 지의 상세 기술이 로드맵 상에 설정되었다.

4.6

연구 개발 전략

1

차 기술 로드맵을 바탕으로 실시간 프로젝트 모니터링 시 스템 개발을 위한 상세 연구 개발 전략을 도출하였다. 1차 년도에서 5차 년도까지의 상세 연구 개발 계획을 수립하였 으며 연구 개발 추진 전략을 구성하였다.

추진 전략은 연구의 시작부터 상용화와 기술이전 단계까지 추진 과정을 순차적으로 설정한다. 1차 기술 로드맵과 상세

연구 내용 및 연구 개발 추진 전략을 기반으로 하여 총 추 정 연구 개발 예산을 설정하였고, 총괄 예산, 기술 개발 단 계별 예산, 분류된 기술 분야별 개발 예산들을 편성하였다.

4.7

연구결과 활용방안 및 기대효과

핵심 요소 기술별 연구결과 활용방안을 도출하였으며 상세 한 활용방안을 설정하여 기술 개발이 상용화로 이어지는 것 이 용이하도록 하였다(표 2).

기술적, 경제적, 사회적, 산업 정책적 기대효과를 도출하여 개발될 기술의 가치를 측정하였다. 기술적 기대효과에서는 실시간 프로젝트 모니터링 시스템 개발과제 종료 후 나타날 수 있는 기술적 파급효과를 예상하였다.

경제적 기대효과에서는 기술개발로 나타날 수 있는 기술 개발 종료 후 5년간의 직·간접 효과 및 투자대비 효용을 그림

차 기술 로드맵

표

핵심 요소기술 별 연구결과 활용방안 핵심 요소기술 연구결과 활용방안 각종 첨단 센서의 실측값

획득을 통한 실시간 건설 자원 모니터링 시스템 개

발

•

센서를 기반으로 한 건설 현장 모니 터링

•

효율적 장비, 인력 자재 모니터링 및 관리

•

생애주기를 고려한 구조물 모니터링 실시간 시공자료와 3차원

모델링에 의한 사전 건설 시스템의 연동 및 건설 프 로세스 최적화 기술 개발

•

일관된 업무 프로세스 구축

•

임의적인 업무 수행의 최소화

•

건설 업무의 체계화, 시스템화

•

건설 현장 모델링을 통한 시각적 구현

•

공기 지연 최소화 건설 프로세스 진행상의

전체 작업장에 대한 실시 간 현장 계측 및 안전 모니

터링 시스템 개발

•

재해재난, 안전사고 방지

•

환경 모니터링을 통한 민원 발생 최 소화

•

건설 장비 자동화를 위한 건설 현장 모델링

데이터 마이닝 기법을 이 용한 프로젝트 통합관리 시스템 기반의 실시간 의

사결정시스템 개발

•

건설 정보 축적 및 재활용 환경 구축

•

지식기반의 건설 사업관리 환경 전환

•

프로젝트 관리 시스템과 연동

표

분야별 기대효과

구분 기대효과

기대효과 기술적

•

생애주기 특성에 맞는 건설 기술의 개발

•

국내 정보화 기술과의 연계를 통한 응용기술 확보

•

사회기반시설물, 건설구조물 모니터링 프로세스 표준화

•

하드웨어 및 소프트웨어 표준화 선도 기대효과 경제적

•

직접효과: 313,094,000,000원 (5년간)

•

간접효과: 2,028,879,000,000원 (5년간)

•

투자대비효용: 159.32 (5년간) 기대효과 사회적

•

건설 관리 비용 감소

•

사회기반시설물 관리 비용 감소

•

신기술 개발을 통한 일자리 창출

•

과학적 모니터링을 통한 민원 및 분쟁 감소 정책적 산업

기대효과

•

건설 산업 재해 감소

•

건설 산업의 시공 능력 및 품질 향상

•

건설 산업의 긍정적 이미지 증대

•

해외건설 시장에서의 수주증대

측정하였다. 사회적 기대효과 및 산업 정책적 기대효과 측정 에서는 건설 산업의 특성 상 나타날 수 있는 타 분야 및 산업으로의 파급 효과에 대하여 예측하였다(표 3).

직접효과는 한국과학기술정보연구원(KISTI)에서 제공하는 스타밸류시스템(STAR-Value System)(한국과학기술정보원,

2007)

을 활용하였고 간접효과는 한국은행의 산업 연관 분류

표를 활용 간접성과 승수를 곱하여 타 산업으로 파급되는 간접 효과를 도출하였다.

4.8

상세 기술 로드맵 도출

상세 기술 로드맵을 도출하기 위하여 지금까지의 연구 결 과를 기반으로 핵심 요소 기술의 상세 기술 내역 별 기술 연구 내역을 도출하였다. 표 4는 그 분류를 나타낸 것이다.

표 4에 명시된 4분야의 핵심 요소 기술, 14개의 기술 구 성, 33개의 상세 기술 연구 내역의 분류와 각각의 연구 개 발 소요 시간, 예산, 연구 투입 인원을 참고하여 그림 5의 상세 기술 로드맵을 도출하였다. 상세 기술 로드맵에는 각

그림

상세 기술 로드맵

표

핵심 요소기술 별 상세 기술 연구 내역

핵심 요소기술 기술 구성 상세 기술 연구 내역

각종 첨단 센서의 실측값 획 득을 통한 실시간 건설자원

모니터링 시스템 개발

•

건설 인력자원 모니터링 기술

•

건설 자재자원 모니터링 기술

•

건설 장비자원 모니터링 기술

•

건설자원 센싱기술 니즈조사

•

센싱 모듈 개발 및 테스트

•

건설자원 동제기술 개발

•

모니터링 프레임 워크 개발

•

센싱 데이터 표현 기술

•

모니터링 데이터 통합 기술

•

센서기반의 구조 환경 모니터링 기술

구조 환경 분석기술

•

구조물 형태 측정 기술

•

실내외 목적물의 물량관리 기술

•

물량 측정용 센싱 기술

•

물량 측정용 알고리즘 개발

•

물량관리 기술 개발

실시간 시공자료와 3차원 모델링에 의한 사전 건설 시 스템의 연동 및 건설 프로세

스 최적화 기술 개발

•

건설 프로세스 최적화 기술

•

건설 프로세스 모델 구축

•

시공자료 기반 프로세스 최적화

•

시공자료 처리 및 네트워크 연동기술

•

건설 공정의 시각화 기술

•

실시간 시공자료 취득기술

•

시공정보 3차원 모델링 기술

•

시공정보 시각화 기술

•

실시간 시공정보 및 사전건축 정보 연동 기술

•

가상공간 및 인터넷을 활용한 건설정보 교환기술

건설 정보 교환 웹 모듈 개발

•

시공 자료 공유 기술

상세 기술 연구 내역 별 연구 개발 시간(화살표의 길이), 각 기술별 개발 선·후행 관계가 나타나 있으며, 연차별 각 핵 심 요소기술의 소요 예산 및 투입 인원(범례 참고)이 표시되 어 있다. 소요예산은 정부 연구 개발 과제로 가정하여 정부 출연금과 기업 부담금을 합한 금액이며, 연구 인원의 경우 책임 연구원급, 선임 연구원급, 연구원급의 인원을 모두 포 함한 수이다.

5. 결 론

본 연구에서는 체계적인 연구 방법론을 통하여 건설 산업 에 맞는 기술 로드맵 과정을 도출하였다. 이를 위하여 논문, 특허 등의 문헌 분석, 설문 조사를 통한 시장 수요 조사, 사전 연구를 통한 기술의 적용 가능성 검토를 실시하였으며,

차 기술 로드맵 도출, 상세 기술 로드맵 도출을 통하여 새 로운 건설 기술 개발을 위한 로드맵 도출 과정을 제시하였 다. 본 연구와 같은 과정을 통하여 도출된 기술 로드맵은 많은 예산과 긴 시간이 소요되는 기술 개발의 체계적인 연 구를 위한 가이드라인이 될 것으로 예상되며 향후 진행될 연구 개발 과제의 기획 연구에도 적용될 수 있을 것으로 기 대된다. 진행될 연구 개발 과제의 효율적이고 체계적인 연구 를 위하여 기술 로드맵 도출이 필수적이며, 이를 위하여 다 양한 방법 및 충분한 시간이 필요 할 것이다.

Lee

등 (2007)은 체계적이고 뛰어난 기술 로드맵 을 위해 서 다음과 같은 원칙을 중시해야 한다고 도출하여 기술 로 드맵의 중요성을 강조하였다.

1.

많은 사람이 참여하여 기술 로드맵 구성을 위한 아이디어 를 도출하여야 한다.

2.

다양한 기획 방법론과 프로젝트 방법론을 기술 로드맵 도 출 과정에 통합하여야 한다.

3.

기술 로드맵 도출에 가장 많이 투자해야 할 항목은 시간 이다.

더불어, 본 연구에서 제시된 연구 예산 및 투입 인원은

향후 정책적 판단이나 연구자의 재량에 의하여 변경될 수 있으며, 향후 새롭게 개발될 기술 사항이나 기존 기술의 발 전에 의하여 변경될 수 있다.

감사의 글

본 논문은 국토해양부가 출연하고 한국건설교통기술평가원 에서 위탁시행 한 2007년도 첨단융합건설연구개발사업(과제 번호 : 05첨단융합A01)의 지원으로 이루어졌습니다.

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표

핵심 요소기술 별 상세 기술 연구 내역

계속

핵심 요소기술 기술 구성 상세 기술 연구 내역

건설 프로세스 진행상의 전 체 작업장에 대한 실시간 현 장 계측 및 안전 모니터링

시스템 개발

•

흙막이, 형틀, 장비운용 등의 계측 자동화

안전 모니터링 환경 조사 및 분류

•

안전 관련 센싱 및 데이터 표현 기술

•

가스, 전기, 화재 위험 계측 자동화 및 작업자, 장비 등의 위험지역 자동 통제 시스템 구축

•

센서/작업별 적용방안 연구

•

안전 모니터링 프레임워크 개발

•

안전계측 통합 데이터베이스 구축

•

위험 상황별 시나리오 구축

•

재해 및 안전 컴퓨팅 시스템 및 중앙통제 시스템

구축을 위한 망설계 및 통신 모듈 설계

•

작업장 내 USN 센서 연동 기술

데이터 마이닝 기법을 이용 한 프로젝트 통합관리 시스 템 기반 실시간 의사결정시

스템 개발

•

대규모 건설정보를 위한 무선통신 기술

건설 무선통신 모듈

•

측정된 데이터들의 상호 운용성을 위한 데이터 모델 개발

•

통합 정보 분류 및 색인

•

범용 건설 정보 모델 개발

•

프로젝트 통합 데이터베이스 구축

•

건설자원/시공자료/안전계측 데이터 통합

•

데이터 마이닝 기법을 기반으로 한 프로젝트 통합관 리 시스템

•

건설 데이터 마이닝 기술

•

의사결정 엔진 설계

•

통합 의사결정 시스템

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(

접수일: 2008.5.15/심사일: 2008.7.28/심사완료일: 2008.10.9)