1. 개요
건설사업의 자동화 정의 및 고속기술이 건설산업에 필요한 이유, 기대효과, 종류, 적용 범위와 활용 현황, 문제점 및 개선 방안을 통해 건설산업의 발전 방향을 논하고자 이 글을 작성하였습니다. 건설산업은 사람이 직접 생산하는 노동의 비중이 높은 산업입니다. 거성산업의 특수성으로 생산 자동화가 늦어지고 있으며 생산성 저하는 국제 경쟁력이 낮아지고 건설공사비용 또한 높아져 최근 아파트 분양가가 높아져 사회적 부담으로 작용하고 있습니다.
기피 업종으로 사회에서 인식되고 젊은 인력은 이제 건설 현장에 진입조차 생각하지 않습니다. 인력이 고령화가 되고 기능인력 현재 세대가 건설 현장을 떠날 경우 기능공 구하기는 불가능할 수 있습니다. 본인 생각에 건설 로봇 활용 및 자동화가 100% 대안은 되지 못한다고 생각합니다. 그러나 보안은 해야 하고 해결책은 찾아야 하지 않겠습니까?
건설산업에서 변화하고 발전하고 있는 자동화 및 로봇 활용 기술을 소개하겠습니다.
2. 건설 자동화(Construction Automation) 정의
건설장비와 로봇을 활용하여 건설산업에서 시공 및 생산에 이용하는 기술로서 미국은 물리적 시스템으로 정의하고, 일본에서는 노동력을 제거하는 모든 시스템이라고 정의하고 있습니다. 즉 기계화(건설기계 및 장비개발)를 통한 인력 절감과 자동화(반자동화: Man-machine bal an Ced)와 로봇화(완전 자동화: 전자동 건설 로봇)로 스스로 판단하며 행동하여 생산성 향상하는 방식을 뜻합니다. 자동화 관련 기술은 시공 전 단계에서 지능형 타당성 검토 시스템, 자동 프로토타이핑 기술, 실시간 설계 협업 시스템이 적용되고, 시공 단계에서는 통유리벽 시공 로봇, 인력 대체 자동화 기술 및 착용형 건설 로봇 활용되고 시공 후 단계에서는 재해복구용 무인 로봇, SOC 진단 로봇, 노후 SOC 해체 및 재시공 로봇 기술이 활용되며, 신규시장 창출 단계에서는 극지 개발 로봇, 건설 로봇 자동화 시스템, 미래형 건설 중장비로 전반에 걸쳐 영향을 미칠 것으로 판단됩니다.
3. 건설 자동화와 로봇 기술이 건설산업에 필요한 이유와 기대효과
1) 건설 자동화와 로봇 기술이 건설산업에 필요한 이유
· 생산성 저하
건설산업은 다른 산업에 비해서 다품종 설비 자동화로 인해 자동화가 이루어지고 있지만 건설산업은 개별(단일) 생산 방식에다 인력 의존도가 높으므로 생산성이 높지 않습니다.
· 품질 저하
품질 저하는 여러 요인이 복합적으로 작용하며, 설계하자, 시공하자, 자재 자체의 품질 하자 등 여러 요인이 작용하고 있습니다. 경험상 얘기하자면 설계, 시공, 자재 또한 고품질이라고 해도 환경적 측면 예를 들자면 외기온도, 자연(비), 지반의 컨디션 등 무수한 하자 요인이 작용하고 있습니다.
· 건설 재해 발생
최근 안전에 대해 정부가 강하게 규제 강화하고 있지만 건설 재해는 지속해서 발생하고 있습니다. 건설산업은 안전사고, 재해 발생률이 높은 직종으로 안전사고 예방 활동을 꾸준히 하고 있습니다. 건설 재해는 인명피해, 경제적 손실, 공기 지연 등 초래되어 특별관리하고 있습니다.
· 기능인력 고령화와 인력 부족 현상 심화
건설산업은 기피 업종으로 인식하며 젊은 인력들이 배우고자 하지도 않으며, 기능인력은 한세대가 끝나면 대가 끊어질 정도로 기능을 배우고자 하는 사람이 없습니다. 지금 기능인력들은 고령화로 생산성이 떨어지고 있고, 그 대안으로 외국 노동자가 대체되고 있습니다. 본인이 경험 한 바로는 대화가 안 되고 품질이 떨어질 경우 대안 찾기가 어렵고, 복잡한 기술이나 기능이 요구되는 작업에는 작업지시가 어렵습니다.
· 발주자들의 다양한 변화 요구
건설산업은 기능인력의 태부족 현상과 고령화로 실제 작업 진행할 사람이 부족합니다. 또한 발주자들의 요구가 다양하고, 작업의 변화 즉 설계변경 등도 빈번히 벌어져 생산성이 떨어지고 발주자의 리즈를 제대로 반영하기 힘든 현장이 많은 실정입니다.
· 규제 중심의 제도, 경쟁력 심화, 경기 하락 전망
규제 중심의 제도 운용으로 건설산업 자체가 경직되고, 자율성이 낮아져 있어 창의성 있는 운영에 제한적입니다. 또한 무분별한 개발과 회사 난립으로 경쟁력이 높은 산업이 건설산업입니다. 건설경기 자체가 하락하고 있으며 건설경기 사이클로 봐서는 하락기입니다.
2) 건설 자동화와 로봇 기술 도입의 기대효과
디지털 협업과 데이터 기반 설계, 시뮬레이션 활용, 새로운 제작 방식 도입, 시공 자동화로 생산성 향상과 작업 여건 개선, 기능인력 수급의 불균형 해소, 비용 절감 효과, 재시공 비율 감소로 비용 절감 효과, 건설공사 재해율 감소, 시공 품질 향상, 대외 경쟁력 강화, 건설 생산성 향상을 통한 대외 경쟁력 강화, 건설산업의 첨단화 도모 되는 효과가 있습니다.
4. 건설 자동화 종류
1) 물리적 작업 자동화
로봇을 이용하여 건물 외관 도색작업, 벽돌을 쌓고, 도로를 포장하는 등 전통적인 건설 현장의 물리적 작업을 자동화하는 것입니다.
2) 모듈식 건설 자동화
PC를 이용한 건설 자동화와 모듈식 주택으로 공장에서 부재를 제작하여 현장에 조립 설치하는 방식과 앞면과 같은 건축물의 구성 요소를 3D 인쇄하여 생산하는 방식입니다.
3) 디지털 자동화
계획, 설계, 시공관리 등을 자동화하여 현장에서의 효율성을 극대화하는 방식입니다.
5. 건설 자동화 기술의 범위와 적용
1) 설계단계
· 도입 효과: 데이터 기반 3D 통합 모델의 개발
· 디지털 협업: BIM, 가상현실, 클라우드
· 데이터 기반 설계: 데이터 고급 분석
· 시뮬레이션 및 프로토타입 제작: 가상현실, 3D 프린팅
· 물리적 구조의 가상화: 무인항공기
2) 시공 단계
· 효과: 공사비 절감, 공사 기간 단축, 안전성 확보
· 새로운 제작 방식의 적용: BIM, 클라우드, 3D 프린팅, 조립식
· 시공 자동화: 클라우드, 로보틱스, BIM, 지능형 건설 장비, 무인항공기, 데이터 고급 분석 데이터 기반 계획 구립 및 적용: · 데이터 고급 분석, 사물인터넷
· 실시간 데이터 공유 및 조정: 가상현실, BIM, 클라우드, 증강현실
3) 유지관리
· 효과: 건축물 수명 증가, 유지관리 비용 절감
· BIM 및 데이터 기반 유지관리: BIM, 클라우드, 데이터 고급 분석
· 스마트 유지관리: BIM, 증강현실, 클라우드
· 가상 핸드오버 및 시운전: 클라우드, BIM
· 성능 모니터링 및 선제적 유지관리: 사물인터넷, 데이터 고급 분석
6. 건설 자동화 추진 현황
· 현대두산인프라코어: 드론을 이용해 현장 정보를 3차원으로 분석하고 장비 관제 기능을 하고 있으며 클라우드 기반 스마트 건설 플랫폼을 운영합니다.
· 현대건설기계: 전문적인 인력 없이 굴착기 스스로 측량하는 머신 예상 전망치(레벨 1) 상용화하였습니다.
· 일본 I-Construction
1980년대부터 건설 자동화 관련 기술을 적극 개발, I-Construction을 통해 시공, 검사 전 과정에 ICT(정보통신기술, Information and Communication Technoiogy) 기술을 도입, 건설 분야 생산성 향상을 위해 일본 국토교통에서 핵심 정책으로 시행하고 있는 프로젝트입니다.
· DMZ 내에서 문산-도라산 고속도로 사업 수행 시 지뢰를 안전하게 제거하기 위해 건설기계 원격조정 시행 제거 하였습니다.
7. 건설 자동화 추진의 문제점과 개선 방안
1) 건설기계 자동화는 일부 현장에 시범 적용 중이나, 로봇은 아직 개발 초기 단계로 도입 효과는 미미한 상황입니다.
2) 현 건설 기준은 자동화 등 새로운 기술 및 확산에 한계가 있고, 초기 단계에서 기존 대비 높은 단가 등으로 활용이 저조합니다.
3) 건설 자동화 활성화를 위한 건설 기준 등 제도 정비가 필요합니다.
4) 공공에서 적극 활용 유도가 필요합니다. 이에 따라 민간까지 넓게 활용될 수 있습니다.
5) 기업들의 적극적인 기술개발 지원이 필요합니다.
6) 건설 자동화를 위해 상용화 지원 또한 필요합니다.
8. 결론
본인이 현장 경험을 바탕으로 건설 자동화를 바라본 시점은 급격한 노동인구의 감소와 근로 시간 단축, 생산성 등의 동일한 문제를 겪고 있는 일본의 경우 적극적으로 연구 및 개발 및 활용하고 있습니다. 물론 투입(원가) 대비 실적이 저조합니다.
IT 강국인 우리의 경우 데이터 활용 능력이 높고 기반 시장 또한 탄탄하므로 빅데이터 활용, 가상, 증강현실 도입, BIM의 적극 활용, 3D 프린팅의 활용 등으로 고령화되어 있는 노동시장과 인력 감소를 자동화 추진 등으로 보완해야 건설산업이 생산성이 향상되고, 국제 경쟁력 또한 살아나리라 판단됩니다. 이상으로 건설 자동화를 통한 건설산업 발전 방향을 주제로 작성하였습니다.
