[과학의 달인] 안전성 확보와 효율적인 건설을 위한 '스마트 건설기술' 개발
2022년 09월 08일 오전 09:00
■ 김주형 / 한국건설기술연구원 지반연구본부 본부장
[앵커]
쾌적한 도시활동을 위해 꼭 필요한 게 지하공간인데요, 이 지하공간을 잘 관리하기 위해서는 지속적인 상태 점검이 이뤄져야 하죠. 그런데 국내 연구팀이 위험하기도 하고 육안으로 확인도 쉽지 않은 지하공간 점검 작업을 해결할 수 있는 '스마트 건설 기술'을 개발해 주목받고 있는데요. 오늘 '과학의 달인'에서는 한국건설기술원 지반연구본부 김주형 본부장님과 만나 이야기 나눠보겠습니다. 어서 오시죠
[인터뷰]
반갑습니다.
[앵커]
본부장님이 이끄시는 지반 연구본부는 어떤 일을 하시는 곳인지 알려주시죠.
[인터뷰]
제가 일하고 있는 한국건설기술연구원은 우리나라 유일의 건설분야 정부출연연구기관입니다. 제가 속해 있는 건설연 지반연구본부에서는 지반공학과 관련한 전반적인 신기술을 연구하고 개발하고 있는데요, 지반공학은 땅 위에 건설되는 모든 구조물, 예를 들면 도로, 터널 그리고 건축물과 교량 기초, 굴착 등의 건설분야 전반에 걸쳐 안전성 확보와 효율적인 건설을 위한 다양한 연구개발을 진행하고 있습니다.
특히 최근에는 IoT 및 인공지능 기술과 건설기술을 접목한 스마트건설기술에 대해 집중적으로 연구를 수행하고 있습니다.
[앵커]
저희가 앞서서 '스마트 건설기술' 개발하셨다고 설명을 드렸었는데, 이게 어떤 건지 좀 더 설명 부탁드립니다.
[인터뷰]
건설분야는 타 분야에 비해 인력 투입 대비 생산성이 상대적으로 낮고요, 안전사고도 타 분야에 비해 많이 발생하는 편입니다. 따라서 건설산업의 전반적인 생산성과 안전성 향상을 위해 스마트장치, 즉, 스마트폰이라든지, GPS, 다양한 센서, 로봇, 자동화 기술 등을 이용해 건설 생산성과 안전성을 향상 시킬 수 있는 기술을 의미합니다.
[앵커]
말 그대로 스마트한 건설기술이다 이렇게 볼 수 있겠는데요. 그러면 지반공학 분야에서 스마트건설기술을 이용한 대표적인 기술은 어떤 것이 있을까요?
[인터뷰]
크게 건설 생산성을 높이는 기술과 안전성을 확보하는 기술들로 구분하여 개발되고 있습니다. 우선, 건설 생산성을 높이는 가장 대표적인 스마트건설기술은 굴착기나 다짐롤러 등과 같은 건설장비에 GPS와 다양한 센서를 장착하고 운전석에 있는 모니터를 보며 운전을 할 수 있는 장비 관련 기술입니다. 기존에는 장비 운전자의 경험에 크게 의존하였지만, 스마트기술의 도움을 받을 수 있기 때문에 초보자도 경험이 많은 운전자와 같이 장비 운전을 할 수 있는 것이 특징입니다.
두 번째로, 안전성 확보를 위한 대표적인 스마트건설기술로는 지중 점검 로봇이 있습니다. 매년 우리주변에서‘싱크홀’이라고 불리는 ‘지반함몰’ 사고가 자주 발생하고 있는데, 건설연에서 ‘지반함몰’의 원인이 되는 지하 관로 건전성 평가 로봇과 터널의 건전성을 평가하는 지중 점검 로봇을 개발한 바 있습니다.
[앵커]
지하를 점검하기는 사람이 점검하기 쉽지 않을 거 같은데요. 지중 점검 로봇이 있으면 정말 간편할 거 같은데, '지중 점검 로봇' 이 어떤 기능을 하는지 조금 더 자세히 말씀을 해주시겠습니까?
[인터뷰]
대상 구조물이 지하 관로인지 또는 터널구조물인지에 따라 다른 종류의 로봇을 사용해야 하는데요. 우선 지하 관로에 사용하는 로봇의 경우에는 고성능 카메라를 이용해 지하관로 내부의 상태를 확인하고 자동적으로 위치와 지하 관로 내부 결함을 확인해서 그 결과를 관리자에게 정량적으로 제공해주는 기술입니다. 최근에는 로봇이 지하 관로 내부를 지나가면서 내부상태를 확인하고 땅속에 설치된 지하 관로의 3차원 설치 형태를 확인할 수 있는 기술도 현재 거의 개발이 완료된 상태입니다
.
또한, 터널의 경우에는 터널 내부 콘크리트 표면에 발생한 균열을 점검하여 균열의 크기에 따라 시설물의 상태를 평가하고 이를 바탕으로 보수보강의 우선순위를 결정하고 있는데요, 최근에는 콘크리트 표면에 생긴 균열을 영상 센서 기반 인공지능을 활용하여 균열을 감지하고 분석하는 여러 가지 기술들이 개발되고 실무에 적용되고 있습니다.
[앵커]
그렇다면 로봇이 어떤 기술을 활용해서 이렇게 시설을 점검해 주는 건가요?
[인터뷰]
여러 가지 방식이 있습니다만, 저희 건설연 지반연구본부에서 개발한 지하공간 자동화 점검 로봇기술은 인공지능을 이용하고 있습니다. 일반적인 인공지능은 많은 데이터를 이용해 학습을 시켜야만 제대로 작동을 할 수 있는데요, 저희가 개발한 기술은 적은 수의 영상 데이터만으로도 명확한 균열 탐지가 가능하도록 개발되었습니다. 또한, 두 대의 카메라로 동시에 촬영하는 스테레오 비전 기술을 통해 3차원 균열 측정 기술을 개발하여 구조물의 정확한 상태 진단도 가능합니다.
[앵커]
인공지능이 여기까지 사용이 되네요. 지하공간 자동화 점검 로봇기술이 지하공간을 점검하면 저희 같은 사람이 하는 것보다 어떤 이점이 있나요?
[인터뷰]
2016년도에 '하정우'씨가 주연한 터널이라는 재난영화를 예로 들 수 있습니다. 저도 매우 재미있게 봤는데요, 영화 초반 부에 터널이 붕괴가 되어 주인공이 터널 내에 갇히게 되면서 시작되는 영화입니다. 실제로 영화에서와같이 드라마틱하게 터널 붕괴가 발생하지는 않습니다만, 터널 균열로 인해 누수가 된다든지 또는 국부적으로 콘크리트가 탈락 되어 낙하한다든지 이런 사고들이 발생할 수 있는데, 이 로봇기술을 사용한다면, 우리나라에 약 2,700여 개의 터널 내부 균열 데이터를 체계적으로 관리할 수 있을 뿐만 아니라 신속한 점검과 보수가 가능해 빠르게 노후화되어 가는 터널 구조물에 대한 안정성 확보가 가능할 것으로 생각됩니다.
[앵커]
여러 가지 이점이 있는 기술이다 라는 생각이 드는데요. 하지만 로봇이 사람보다 뛰어나고 안전성 확보에도 도움이 되겠지만, 반대로 사람에 비해서 부족한 부분도 있을 것 같습니다. 예를 들면 장애물에 부딪혔을 때 회피를 하거나 이런 기능에 한계가 있을 거 같거든요?
[인터뷰]
맞습니다. 현재는 정해진 단면 크기에 대해서만 적용될 수 있고, 또한 이동 간 장애물, 예를 들면 로봇 이동 중에 바닥에 케이블이 있다던가, 아니면 턱이 있다든지 하는 곳은 현재 상태의 로봇으로는 극복하기가 좀 어려운 점들이 있는 것이 사실입니다. 이러한 부분도 많은 유사 현장에서 많은 시험을 통해 한계점을 찾아내고 이를 극복할 수 있는 것이 앞으로 해야 할 일이라고 생각합니다.
[앵커]
건설연 지반연구본부에서 개발한 스마트 건설기술, 로봇 기술 등을 소개해주셨는데 또 다른 기술개발도 있나요?
[인터뷰]
네 저희가 세계 최초로 개발한 기술이 있는데요. 터널 시공을 위해서는 일반적으로 폭약을 이용한 발파 공법과 터널 굴착을 위한 전용장비 터널 보링머신, TBM, 이라고 하는 것이 있습니다. 저희 연구원에서는 오랜 기간 동안 TBM에 대한 국산화를 연구해왔고, 많은 연구성과들이 있었습니다.
TBM은 전면 커터 헤드로 땅을 파는 동시에 장비 내 벨트 컨베이어를 이용해 흙이나 암석을 지상으로 배출하고, 굴착과 동시에 구조체를 바로 시공할 수 있는 안전한 시공 방법입니다.
한국건설 기술연구원에서는 TBM의 가장 핵심적이고 성능을 좌우하는 커터 헤드에 대한 설계 원천기술도 개발을 하였는데, 세계 7번째로 커터 헤드 설계 원천기술 개발하였고, 이와 더불어 커터 헤드 설계를 전자동으로 할 수 있는 기술을 개발하였는데, 이 기술은 세계 최초로 개발한 기술입니다.
[앵커]
오늘 여러 가지 진보된 기술에 대해 소개해주셨는데요. 그렇다면, 상용화를 위해 풀어야 할 과제는 무엇일까요?
[인터뷰]
모든 개발 기술이 마찬가지입니다만, 기술 개발 과정은 매우 복잡하고 많은 시간이 요구됩니다. 특히 건설기술의 경우에는 기술 개발이 완료되었다 하더라도 현장 적용을 통해 지속적으로 기술을 수정하고 업그레이드해야만 실무에 활용할 수 있습니다.
국토부에서는 스마트건설기술 확산을 위해 올해 스마트건설기술 활성화 방안이라고 하는 정책을 발표하였는데요, 스마트건설기술 확산을 위한 건설기준 및 관련 제도 정비 그리고 기업들이 개발한 스마트건설기술을 자유롭게 실 검증 할 수 있는 성능시험장 구축 등의 내용이 포함되어 있습니다. 이 정책에 대한 후속 액션 플랜들이 잘 계획되고 실행된다면 우리나라에 스마트건설기술 확산을 통해 건설 분야의 이미지 제고뿐만 아니라 생산성, 그리고 안전성 확보라고 하는 세 마리 토끼를 잡을 수 있을 것이라고 예상해 봅니다.
[앵커]
이 기술들이 상용화되기 위해 풀어야 할 과제까지 설명을 해주셨습니다. 어떤 건축물을 만들 때도 아래에 위치한 지반의 안정성이 가장 중요하다고들 하는데요. '스마트 건설 기술'이 더 탄탄하고 안전한 지반을 구축을 하고 건설 효율성을 높이는 데 많은 도움이 될 것 같습니다. 오늘 말씀 여기까지 듣겠습니다. 한국건설기술연구원 지반연구본부의 김주형 본부장과 함께했습니다. 고맙습니다.
YTN 사이언스 김기봉 (kgb@ytn.co.kr)
[앵커]
쾌적한 도시활동을 위해 꼭 필요한 게 지하공간인데요, 이 지하공간을 잘 관리하기 위해서는 지속적인 상태 점검이 이뤄져야 하죠. 그런데 국내 연구팀이 위험하기도 하고 육안으로 확인도 쉽지 않은 지하공간 점검 작업을 해결할 수 있는 '스마트 건설 기술'을 개발해 주목받고 있는데요. 오늘 '과학의 달인'에서는 한국건설기술원 지반연구본부 김주형 본부장님과 만나 이야기 나눠보겠습니다. 어서 오시죠
[인터뷰]
반갑습니다.
[앵커]
본부장님이 이끄시는 지반 연구본부는 어떤 일을 하시는 곳인지 알려주시죠.
[인터뷰]
제가 일하고 있는 한국건설기술연구원은 우리나라 유일의 건설분야 정부출연연구기관입니다. 제가 속해 있는 건설연 지반연구본부에서는 지반공학과 관련한 전반적인 신기술을 연구하고 개발하고 있는데요, 지반공학은 땅 위에 건설되는 모든 구조물, 예를 들면 도로, 터널 그리고 건축물과 교량 기초, 굴착 등의 건설분야 전반에 걸쳐 안전성 확보와 효율적인 건설을 위한 다양한 연구개발을 진행하고 있습니다.
특히 최근에는 IoT 및 인공지능 기술과 건설기술을 접목한 스마트건설기술에 대해 집중적으로 연구를 수행하고 있습니다.
[앵커]
저희가 앞서서 '스마트 건설기술' 개발하셨다고 설명을 드렸었는데, 이게 어떤 건지 좀 더 설명 부탁드립니다.
[인터뷰]
건설분야는 타 분야에 비해 인력 투입 대비 생산성이 상대적으로 낮고요, 안전사고도 타 분야에 비해 많이 발생하는 편입니다. 따라서 건설산업의 전반적인 생산성과 안전성 향상을 위해 스마트장치, 즉, 스마트폰이라든지, GPS, 다양한 센서, 로봇, 자동화 기술 등을 이용해 건설 생산성과 안전성을 향상 시킬 수 있는 기술을 의미합니다.
[앵커]
말 그대로 스마트한 건설기술이다 이렇게 볼 수 있겠는데요. 그러면 지반공학 분야에서 스마트건설기술을 이용한 대표적인 기술은 어떤 것이 있을까요?
[인터뷰]
크게 건설 생산성을 높이는 기술과 안전성을 확보하는 기술들로 구분하여 개발되고 있습니다. 우선, 건설 생산성을 높이는 가장 대표적인 스마트건설기술은 굴착기나 다짐롤러 등과 같은 건설장비에 GPS와 다양한 센서를 장착하고 운전석에 있는 모니터를 보며 운전을 할 수 있는 장비 관련 기술입니다. 기존에는 장비 운전자의 경험에 크게 의존하였지만, 스마트기술의 도움을 받을 수 있기 때문에 초보자도 경험이 많은 운전자와 같이 장비 운전을 할 수 있는 것이 특징입니다.
두 번째로, 안전성 확보를 위한 대표적인 스마트건설기술로는 지중 점검 로봇이 있습니다. 매년 우리주변에서‘싱크홀’이라고 불리는 ‘지반함몰’ 사고가 자주 발생하고 있는데, 건설연에서 ‘지반함몰’의 원인이 되는 지하 관로 건전성 평가 로봇과 터널의 건전성을 평가하는 지중 점검 로봇을 개발한 바 있습니다.
[앵커]
지하를 점검하기는 사람이 점검하기 쉽지 않을 거 같은데요. 지중 점검 로봇이 있으면 정말 간편할 거 같은데, '지중 점검 로봇' 이 어떤 기능을 하는지 조금 더 자세히 말씀을 해주시겠습니까?
[인터뷰]
대상 구조물이 지하 관로인지 또는 터널구조물인지에 따라 다른 종류의 로봇을 사용해야 하는데요. 우선 지하 관로에 사용하는 로봇의 경우에는 고성능 카메라를 이용해 지하관로 내부의 상태를 확인하고 자동적으로 위치와 지하 관로 내부 결함을 확인해서 그 결과를 관리자에게 정량적으로 제공해주는 기술입니다. 최근에는 로봇이 지하 관로 내부를 지나가면서 내부상태를 확인하고 땅속에 설치된 지하 관로의 3차원 설치 형태를 확인할 수 있는 기술도 현재 거의 개발이 완료된 상태입니다
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또한, 터널의 경우에는 터널 내부 콘크리트 표면에 발생한 균열을 점검하여 균열의 크기에 따라 시설물의 상태를 평가하고 이를 바탕으로 보수보강의 우선순위를 결정하고 있는데요, 최근에는 콘크리트 표면에 생긴 균열을 영상 센서 기반 인공지능을 활용하여 균열을 감지하고 분석하는 여러 가지 기술들이 개발되고 실무에 적용되고 있습니다.
[앵커]
그렇다면 로봇이 어떤 기술을 활용해서 이렇게 시설을 점검해 주는 건가요?
[인터뷰]
여러 가지 방식이 있습니다만, 저희 건설연 지반연구본부에서 개발한 지하공간 자동화 점검 로봇기술은 인공지능을 이용하고 있습니다. 일반적인 인공지능은 많은 데이터를 이용해 학습을 시켜야만 제대로 작동을 할 수 있는데요, 저희가 개발한 기술은 적은 수의 영상 데이터만으로도 명확한 균열 탐지가 가능하도록 개발되었습니다. 또한, 두 대의 카메라로 동시에 촬영하는 스테레오 비전 기술을 통해 3차원 균열 측정 기술을 개발하여 구조물의 정확한 상태 진단도 가능합니다.
[앵커]
인공지능이 여기까지 사용이 되네요. 지하공간 자동화 점검 로봇기술이 지하공간을 점검하면 저희 같은 사람이 하는 것보다 어떤 이점이 있나요?
[인터뷰]
2016년도에 '하정우'씨가 주연한 터널이라는 재난영화를 예로 들 수 있습니다. 저도 매우 재미있게 봤는데요, 영화 초반 부에 터널이 붕괴가 되어 주인공이 터널 내에 갇히게 되면서 시작되는 영화입니다. 실제로 영화에서와같이 드라마틱하게 터널 붕괴가 발생하지는 않습니다만, 터널 균열로 인해 누수가 된다든지 또는 국부적으로 콘크리트가 탈락 되어 낙하한다든지 이런 사고들이 발생할 수 있는데, 이 로봇기술을 사용한다면, 우리나라에 약 2,700여 개의 터널 내부 균열 데이터를 체계적으로 관리할 수 있을 뿐만 아니라 신속한 점검과 보수가 가능해 빠르게 노후화되어 가는 터널 구조물에 대한 안정성 확보가 가능할 것으로 생각됩니다.
[앵커]
여러 가지 이점이 있는 기술이다 라는 생각이 드는데요. 하지만 로봇이 사람보다 뛰어나고 안전성 확보에도 도움이 되겠지만, 반대로 사람에 비해서 부족한 부분도 있을 것 같습니다. 예를 들면 장애물에 부딪혔을 때 회피를 하거나 이런 기능에 한계가 있을 거 같거든요?
[인터뷰]
맞습니다. 현재는 정해진 단면 크기에 대해서만 적용될 수 있고, 또한 이동 간 장애물, 예를 들면 로봇 이동 중에 바닥에 케이블이 있다던가, 아니면 턱이 있다든지 하는 곳은 현재 상태의 로봇으로는 극복하기가 좀 어려운 점들이 있는 것이 사실입니다. 이러한 부분도 많은 유사 현장에서 많은 시험을 통해 한계점을 찾아내고 이를 극복할 수 있는 것이 앞으로 해야 할 일이라고 생각합니다.
[앵커]
건설연 지반연구본부에서 개발한 스마트 건설기술, 로봇 기술 등을 소개해주셨는데 또 다른 기술개발도 있나요?
[인터뷰]
네 저희가 세계 최초로 개발한 기술이 있는데요. 터널 시공을 위해서는 일반적으로 폭약을 이용한 발파 공법과 터널 굴착을 위한 전용장비 터널 보링머신, TBM, 이라고 하는 것이 있습니다. 저희 연구원에서는 오랜 기간 동안 TBM에 대한 국산화를 연구해왔고, 많은 연구성과들이 있었습니다.
TBM은 전면 커터 헤드로 땅을 파는 동시에 장비 내 벨트 컨베이어를 이용해 흙이나 암석을 지상으로 배출하고, 굴착과 동시에 구조체를 바로 시공할 수 있는 안전한 시공 방법입니다.
한국건설 기술연구원에서는 TBM의 가장 핵심적이고 성능을 좌우하는 커터 헤드에 대한 설계 원천기술도 개발을 하였는데, 세계 7번째로 커터 헤드 설계 원천기술 개발하였고, 이와 더불어 커터 헤드 설계를 전자동으로 할 수 있는 기술을 개발하였는데, 이 기술은 세계 최초로 개발한 기술입니다.
[앵커]
오늘 여러 가지 진보된 기술에 대해 소개해주셨는데요. 그렇다면, 상용화를 위해 풀어야 할 과제는 무엇일까요?
[인터뷰]
모든 개발 기술이 마찬가지입니다만, 기술 개발 과정은 매우 복잡하고 많은 시간이 요구됩니다. 특히 건설기술의 경우에는 기술 개발이 완료되었다 하더라도 현장 적용을 통해 지속적으로 기술을 수정하고 업그레이드해야만 실무에 활용할 수 있습니다.
국토부에서는 스마트건설기술 확산을 위해 올해 스마트건설기술 활성화 방안이라고 하는 정책을 발표하였는데요, 스마트건설기술 확산을 위한 건설기준 및 관련 제도 정비 그리고 기업들이 개발한 스마트건설기술을 자유롭게 실 검증 할 수 있는 성능시험장 구축 등의 내용이 포함되어 있습니다. 이 정책에 대한 후속 액션 플랜들이 잘 계획되고 실행된다면 우리나라에 스마트건설기술 확산을 통해 건설 분야의 이미지 제고뿐만 아니라 생산성, 그리고 안전성 확보라고 하는 세 마리 토끼를 잡을 수 있을 것이라고 예상해 봅니다.
[앵커]
이 기술들이 상용화되기 위해 풀어야 할 과제까지 설명을 해주셨습니다. 어떤 건축물을 만들 때도 아래에 위치한 지반의 안정성이 가장 중요하다고들 하는데요. '스마트 건설 기술'이 더 탄탄하고 안전한 지반을 구축을 하고 건설 효율성을 높이는 데 많은 도움이 될 것 같습니다. 오늘 말씀 여기까지 듣겠습니다. 한국건설기술연구원 지반연구본부의 김주형 본부장과 함께했습니다. 고맙습니다.
YTN 사이언스 김기봉 (kgb@ytn.co.kr)
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