[공학저널 전찬민 기자] 우리 사회 전반에 걸쳐 디지털 경제로 빠르게 전환됨에 따라 산업은 디지털 전환(DT, Digital Transformation)의 속도를 높이고 있다. 건설산업이 DT를 기반으로 생산성과 품질을 향상시키기 위해서는 건설 정보가 3차원 객체 정보에 속성 정보가 포함돼 있다는 것과 각각의 객체는 위치정보 값을 내포하고 있다는 특성에 따라 3D모델-메타정보-위치값-비용 등 정보들의 연계가 필수적이다.
하이테크 분야의 경우, DT 구성을 위한 특성이라고 할 수 있는 공간-객체-비용 정보가 유기적으로 연계돼 있고, 주요 공사가 설비시설 중심으로 돼 있어 기획 단계부터 유지관리까지 각종 정보들을 연계하기에 건설 산업 대비 유리한 측면이 있다. 또한, MEP 장비들의 간섭체크와 Retrofit Engineering(기술세대의 변화와 노후화에 따라 기존 장비 혹은 설비시설을 새롭게 추가, 교체하는 행위)과 같은 작업 형태가 활발하게 수행되고 있다.
이러한 특성으로 하이테크 분야의 DT가 선행되고 있다는 점을 고려해 건설산업은 하이테크의 DT를 벤치마킹할 필요가 있으며 이를 위해서는 데이터 중심체제로 발전돼야 한다는 것이 전문가들의 의견이다.
최근 건설산업에서는 시각적인 기술 개발에 집중하는 현상이 발생하고 있다. 전문가들은 시각적인 부분도 중요한 요소지만, 우선 데이터의 기준이 정립된 이후 목적을 갖고 데이터 분석을 수행해야 하며, 그 결과 값을 통해 시각적으로 표현하는 과정을 거쳐야 한다고 강조하고 있다.
이와 함께 건설산업의 DT 핵심요소로 BIM(Building Information Modeling)의 활용은 반드시 필요하다는 목소리가 높다. BIM은 건축, 건설 프로세스에서 사용되는 디지털 기반의 정보 모델링 기술로 건설 프로젝트의 전 과정에 걸쳐 정보를 관리하고 건축물의 기획, 설계, 시공, 운영, 유지관리 등 모든 단계에서 활용될 수 있으며 다양한 이점을 제공하기 때문이다.
기획과 설계 단계에서 BIM은 건물의 모형화를 통해 설계 단계에서 시각화를 제공하며, 이를 통해 설계자는 건물의 모습과 기능을 미리 확인하고 수정할 수 있다는 것이 장점이다.
BIM 데이터를 기반으로 다양한 설계 시나리오를 시뮬레이션하고 비교 분석해 최적의 설계 결정을 지원하고, 건축 시뮬레이션을 기반으로 건물 요소들의 간섭, 충돌과 설계 오류를 사전에 예방할 수도 있다.
시공 단계에서 BIM을 사용하게 되면 구체적인 설계와 시공 계획을 시각화해 건설 현장에서 작업자들은 쉽게 이해할 수 있다. 또한, 자동화된 구조물 제작 및 공정 계획을 통해 작업일정을 최적화하고 생산성을 향상시킬 수 있으며, 현장에서 BIM 데이터 시각화를 통해 실시간으로 설계 변경 사항을 공유하고, 효율적인 협업이 가능하게 만들 수 있다.
운영과 유지관리 단계에서는 건물 운영과 유지관리에 필요한 정보들을 BIM에 통합해 관리할 수 있다. BIM 데이터를 활용해 건물의 유지보수 계획을 수립하고, 건물 시설의 센서 데이터와 연동해 실시간으로 건물 상태 모니터링을 통해 문제 발생 시 빠르게 대응할 수 있게 한다는 것이다.
특히, BIM은 AI와 XR과 융합돼 더욱 강력한 기능을 제공할 수 있다는 것이 가장 큰 장점이다. AI는 머신러닝과 딥러닝 알고리즘을 기반으로 데이터에서 패턴을 인식하여 학습하고 이를 통해 문제를 해결하거나 새로운 상황에 대처할 수 있으며, 이를 기반으로 설계, 시공, 유지관리 전 프로세스에서 BIM 데이터 분석 기반의 다양한 기술적용이 가능하다.
또한, AI 기술, 3D BIM 데이터와 XR 기반 시각화 기술과 융합하게 되면 애플리케이션에서 BIM 기반 정보를 직관적으로 제공하고 실제 세계에 대한 인식과 이해를 향상시킬 수 있다.
AI와 XR 기술은 각 고유한 기술적 특징이 존재하지만 BIM 데이터를 기반으로 서로 동기화가 가능하며, AI를 통해 분석한 정보와 XR 기술 기반의 3D BIM 데이터 시각화를 통해 실제 물리적 환경과 다차원적 상호 작용이 가능하다.
이에 대한 연구를 진행하고 있는 성균관대학교 권순욱 교수(사진)는 “BIM, XR, AI 융합기술을 바탕으로 현장에서의 실시간 정보 활용을 위한 가시화 기술과 업무 지원기술을 통한 관리업무의 효율성을 향상시킬 수 있다”며 “또한, 복잡한 구조로 구성됐거나, 시공성 확보에 대한 정확한 판단을 위해 모델 생성을 통해 실제 환경에서의 시공 가능성을 사전에 판단할 수 있을 것으로 예측된다”고 말했다.
그는 이어 “BIM과 XR 기술의 융합으로 인공지능이 인식할 수 있는 시공현장 작업의 범위가 증대되고 있다”며 “이를 통한 건설 산업의 전 생애주기에서 첨단 프로젝트관리와 업무지원 디지털 솔루션 기술 확보가 가능할 것으로 예상된다”고 덧붙였다.
한편, BIM 데이터가 일회성인 프로젝트 정보로 종료되지 않고, 차후 프로젝트에 축적된 데이터가 활용되는 선순환을 위해 기준정보체계는 매우 중요한 사항이다. 즉, 기준정보체계는 이전 건설 데이터가 차기 프로젝트의 데이터 수요에 따라 활용될 수 있도록 구성돼야 한다는 것이다.
기준정보체계는 프로젝트 관련 작업분류체계 WBS, 건설사업비 관련 비용분류체계 CBS, BIM 연계를 위한 객체분류체계 OBS 등이 있다.
이밖에도 AWP를 기반으로 프로젝트 업무 관리 기준을 통일해 업무의 연속성과 원활한 의사소통을 확보하기 위한 체계를 구축하기도 한다.
AWP(Advanced Work Packaging)의 경우 적정 규모의 Area를 묶음 단위로 패키징(packaging)해 업무(Work)를 관리하며, EPC(설계-구매-시공)의 각 단계에 따라 EWP, PWP, CWP로 구성되기도 한다. 작업 패키지(Work Package)들은 각각 설계 성과물 관리, 구매 자재 관리, 공사 작업 정보 등을 포함하고 있다. 이러한 건설정보 기준정보체계는 흩어져 있는 정보들을 Zone 또는 Room 단위로 일괄 관리해 건설정보 데이터를 체계적으로 관리할 수 있게 만드는 역할을 한다.
기준정보체계가 정립되면 BIM, XR, AI와 같은 기술을 보다 넓은 범위로 적용하고, 데이터 분석, 자동화, 자체 학습 등을 활용해 건설 생명 주기의 모든 단계에서 효율성을 극대화할 수 있을 것으로 예상되고 있다.
이를 위해서는 효율적인 커뮤니케이션과 정보 공유를 위한 플랫폼, 도구를 도입해 설계자, 시공자, 운영자 등의 역할과 데이터를 통합적으로 관리하고 협업할 수 있도록 해야 하며, 또한 건설 현장에서 생성되는 대량의 데이터를 활용하고 분석하는 것이 필요하다고 볼 수 있다.
뿐만 아니라 BIM과 IoT 센서 기술을 활용해 실시간으로 건물의 상태를 모니터링하고, AI 알고리즘을 통해 데이터를 분석해 예측 모델과 의사 결정 지원하며, XR 기술의 융합을 통해 직관적으로 분석된 정보를 제공하는 시스템 구축도 필요한 상황이다. 이에 권 교수는 이를 위한 기술들의 융합 적용과 관련된 연구를 지속적으로 수행할 계획이다.
권 교수는 “DT는 복합적인 기술로 다양한 측면에서 요소 기술들을 포함하고 있고, 이에 따라 일시적인 것이 아닌 스마트건설 기술의 지속적인 혁신과 연구 개발이 필요하다”며 “이와 더불어 산업과 학계, 정부 간의 협업을 강화하고, 새로운 기술과 솔루션을 개발하고 실험하는 환경을 조성해야 할 필요가 있다”고 말했다.
그는 이어 “또한, 교육과 인력 양성에도 투자해 스마트건설 기술에 대한 이해와 능력을 향상시켜야 할 것”이라며 “이러한 계획과 목표를 추구함으로써 스마트건설 기술의 확대 적용은 건설 산업의 혁신과 효율성 향상을 이끌어내고, 지속 가능한 건축 환경을 구현하는 데에 기여할 수 있을 것으로 기대된다”고 덧붙였다.
