영원한 숙제 건설현장의 생산성 제고 방안
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건설 현장의 인력, 전문가 부족과 생산성 저하 등의 문제는 현장의 작업 효율이 낮다는 것이 원인으로 지목되고 있다. 이러한 현장의 낮은 작업 효율 문제를 해결하기위한 대안으로 건설장비의 무인/자동화 기술이 주목을 받고 있으며, 안전과 효율 향상에 크게 기여할 것으로 예상되고 있다.
건설산업은 타 산업과 비교해 낮은 생산성의 문제가 현재까지도 이어져 오고 있으며, 특히 고령화와 숙련된 전문가 부족으로 인해 건설 자동화는 이제 필수 아닌 필수가 됐다. 또한 국내 건설장비 자동화 기술은 굴삭기 등 일부 장비만 적용되고 있고, 그 외에는 해외의 기술에 의존하고 있어 경쟁력을 강화하기 위해서라도 건설 자동화를 위한 기술 개발이 필요한 시점이다.
이에 국토교통부는 건설산업의 생산성과 안전성을 향상시키기 위해 ‘스마트건설기술 현장적용 가이드라인’을 마련하고, 건설자동화를 목표로 기술개발과 실용화를 위한 전략적인 연구개발에 착수했다. 이러한 목표아래 착수된 ‘스마트건설기술개발사업’에서는 스마트 기술을 융합해 건설장비 자동화 기술 개발이 활발하게 진행되고 있다.
무인/자동화 건설장비는 기술적으로 인지, 판단, 제어 시스템으로 구성돼 각 시스템이 서로 맞물려 동작하는 복잡한 시스템이다. 인지시스템의 경우 카메라, 라이다, 레이더 등 다양한 주변 환경 인지 센서로부터 얻은 데이터를 가공해 최적의 정보를 만들어 장비의 인접한 주변 지형, 장애물 등의 정보를 정량적인 데이터로 알려주게 된다.
판단 시스템은 인지 시스템으로부터 받은 데이터를 기반으로, 작업 패턴을 인공지능으로 학습시켜 무인/자동화 건설장비가 해야 하는 작업에 대한 매순간의 행동 결정과 궤적 생성 작업을 만든다. 또한 제어 시스템은 무인/자동화 건설장비의 절대 위치와 자세를 알 수 있도록 IMU, RTK GNSS 등 센서들로 구성된 MG(Machine Guidance) 시스템과 해당 시스템에서 처리한 센서 정보를 기반으로 판단 시스템에서 생성한 경로를 안전하고 정밀하게 추종할 수 있도록 제어하게 된다.
휠로더, 도저와 같은 주행 작업이 많은 건설장비의 경우에는 최적 주행 제어와 자동 굴착, 자동 상차 작업을 할 때의 최적 제어 전략 관련 기술이 추가적으로 개발되고 있다. 예를 들어, 주행 위주의 건설장비가 굴삭 작업을 수행할 때는, 구동력이 높거나 지면의 낮은 마찰력으로 인한 주행 슬립으로 작업 생산성이 낮아지지 않도록 주행 슬립을 최소화하도록 엔진과 변속기의 구동력을 적절히 제어하고 휠로더 버켓의 움직임을 동시에 제어해 자동 굴착량이 최대가 되도록 제어하는 기술도 추가적으로 개발되고 있다.
특히 자동화된 건설장비를 효율적으로 운영하기 위해서는 관제시스템이 매우 중요하다. 중앙 관제 시스템의 경우, 건설현장의 전체를 통합해 관제하고 드론을 통해 작업장의 지형을 측량하고 시공 도면, 암층 정보 등 건설현장의 정보들을 통합 분석하는 역할을 한다.
분석된 데이터를 기반으로 작업 계획을 수립하고, 현장의 각 건설장비에 작업 명령을 내리게 된다. 이와 동시에 관제 대상 현장의 모든 건설장비와 시설에서 보내는 정보를 수신해 진도 모니터링이 가능하며, 돌발 상황 시 원격으로 제어해 사고 예방도 할 수 있게 된다.
이러한 건설장비의 무인/자동화 기술을 기반으로 스마트건설 시장을 선도하고 있는 현대두산인프라코어는 건설현장을 종합 관리할 수 있는 사이트클라우드 플랫폼을 출시하며, 국내 건설현장의 생산성 향상과 디지털화에 기여하고 있다. 사이트클라우드는 측량, 분석, 장비 운용, 시공관리 등 각각 기능별로 분산돼 있는 기존 업무를 하나의 플랫폼에서 통합 관리할 수 있다는 것이 특징이다.
또한 무인 건설장비 개발을 지속적으로 추진하면서도 부분 자동화를 통해 운전자가 보다 쉽고 편하게 작업할 수 있도록 MG(Machine Guidance)와 MC(Machine Control), Payload (Weighing) 기능을 상품화했다. 이러한 부분 자동화 기술로 인해 작업자의 안전보장과 더불어 비숙련 작업자도 숙련자처럼 작업 효율을 낼 수 있어 건설 현장이 위험하고 힘든 업종이라는 인식을 변화시킬 수 있을 것으로 기대를 모으고 있다.
현대두산인프라코어 김동목 책임(사진)은 “무인/자동화 건설 장비 도입을 통해 측량을 포함한 건설 현장의 전문 기술이 숙련자보다 부족해도 쉽게 작업을 할 수 있고, 원격 제어, 위험 감지, 부분 자동화 기술로 쉽고 효율적으로 정확하게 작업이 가능해진다”며 “관제 측면에서도 건설 현장의 작업 효율 향상과 지속적인 발전을 촉진하는 역할을 할 수 있는 드론 측량을 비롯한 건설현장 디지털화와 통합 관제 기술로 현장의 물리적 제약과 비효율성을 개선해 건설업 전반적인 생산성 향상을 기대하고 있다”고 말했다.
현대두산인프라코어가 지난 2019년 시연에 성공한 ‘Concept-X’에서 세계 최초로 보여준 건설 현장의 모든 작업을 자동화한 종합관제 솔루션의 모습은 모든 건설 현장에 도입하고자 하는 최종 비전이다. 하지만 현장마다의 디지털화 수준이 다르고, 주변 환경의 무인/자동화 준비 수준에 따라 부분 관제와 시공 디지털화 정도의 솔루션만 현장 적용이 필요할 수도 있다.
이에 현대두산인프라코어는 무인 장비 기반의 종합관제 솔루션만이 아니라 현장의 현황에 맞게 단계적으로 도입할 수 있는 부분 요소 기술의 개발과 출시도 함께 진행하고 있다. 즉, 건설 현장에서의 정확하고 빠른 작업을 기반으로 생산성 향상, 비용·리스크 감소 등 고객의 니즈에 맞는 단계별 인프라 솔루션을 개발·출시해 인프라 솔루션 사업으로의 확대를 목표로 최선을 다할 계획이다.
[공학저널 전찬민 기자]
출처 : 공학저널(http://www.engjournal.co.kr)
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