빠른 속도로 다가오는 로봇은 토목 건설현장에 어떻게 기여하고 있나 VIDEO: Robots are Coming to a Construction Site
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[데일리 리포트 Daily Report] Nov.7(Mon) 2022 CONPAPER
건설 현장에 로봇이 오고 있다!
토목 공학:
AEC 회사들은 효율성과 생산성을 얻기 위해 자율 장비를 사용한다.
최근 로봇 장비, 건설배치 작업에 기여
한때 공상과학소설로 여겨졌던 것이 전 세계 건설현장에서 현실이 되고 있다. 로봇과 기타 자율 장비는 측량 데이터 수집에서 자재 배포 및 해체, 설치 및 검사 수행에 이르기까지 거의 모든 건설 단계에서 매우 다양한 작업을 수행하고 있다.
카메라, 센서, 로봇 팔, 그리고 다른 기능들을 갖춘, 모든 모양과 크기의 로봇들은 인간이 차라리 피하고 싶은 일들을 수행하고 있다. 로봇은 반복적이고 때로는 위험한 작업을 수행하며 종종 CAD 및 BIM 데이터에 의해 안내된다. 건설 산업이 노동력 부족에 직면하고 있는 가운데, 새로운 도구는 AEC 회사들이 증가하는 작업 부하에 보조를 맞추도록 돕고 있다.
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데이터 수집 및 레이아웃
많은 건설 프로젝트의 첫 단계 중 하나로, 측량 장비가 더 자동화되고 1인 측량 승무원이 한때 3명 이상이 필요했던 작업을 완료할 수 있게 되면서, 측량 및 데이터 수집은 수년 동안 자동화에 의존해 왔다. 라이카, 트림블 및 기타 제조업체의 로봇 토탈 스테이션과 기타 장비는 자동으로 이동 대상에 고정하고 날씨 및 기타 현장 조건에 적응하며 이전에 여러 명이 필요했던 다른 작업을 완료할 수 있다.
최근에는 로봇 장비가 건설 배치 작업을 돕고 있다. 더스티 로보틱스의 FieldPrinter는 CAD 데이터를 기반으로 레이아웃 라인과 구성 요소 위치를 표시하며, 기본적으로 줄자와 분필 라인을 현장에서 디지털 건물 모델의 전체 크기 표시로 교체한다. 시스템은 일반적으로 AutoCAD 또는 Revit 도면의 모델 정보를 사용하여 바닥 또는 기타 평평한 표면에 레이아웃 정보를 직접 인쇄합니다. 또한 시스템은 부품 번호 및 치수와 같은 평면도 및 상점 도면의 추가 정보를 제공할 수 있다.
더스티 로보틱스의 설립자이자 CEO인 테사 라우는 필드프린터의 개발자들이 건설 작업 흐름의 변경을 최소화한 수동 프로세스를 위한 "드롭인 교체" 시스템이 되도록 설계했다고 말했다.
"우리는 디자인 팀이 이미 생산하고 있는 공예품을 가져다가 현장으로 가지고 나온다." 경우에 따라 CAD 또는 BIM 데이터를 압축하거나 약간 조정하여 외부 한계 대신 내부 벽 위치와 같은 필수 정보만 인쇄해야 한다. 라우는 "디자이너가 모델에 넣는 것이 항상 현장에 있는 사람들이 보고 싶어하는 것은 아니다"라고 언급하면서 더스티 로보틱스 직원이 종종 데이터 증류 프로세스에서 고객을 도와준다고 덧붙였다.
불규칙한 표면의 외부 프로젝트를 위해, 일부 AEC 회사들은 도로, 주차장 및 기타 프로젝트를 배치하기 위해 Civ Dot From Civ Robotics를 사용하고 있다. 트렌트 모스타어트 모텐슨 산업화 담당 부사장은 "미국의 건설업체 모텐슨이 태양 에너지 시설을 배치하기 위해 시빅닷을 사용해 태양 에너지 시설을 설치했다"며 "태양광 장비를 지원하기 위해 수천 개의 강철 말뚝을 찾아야 하는 경우가 많다"고 말했다. 시스템은 CSV 또는 DXF 형식의 데이터를 수신하고 점 또는 점선으로 위치를 스프레이 페인팅한다. Trimble 사용자는 Trimble 장비의 데이터를 통합할 수 있는 플러그인을 사용할 수 있다.
현장 자재의 자율 운반
로봇 장비는 건설 자재를 작업 현장 주변에서 운반하는 데도 활용되고 있다. 모텐슨은 지난 9월 이탈리아에 본사를 둔 제조사인 오르테코와 손잡고 태양광 농장과 다른 대규모 현장에 말뚝을 자율적으로 분산시키는 로봇 장비를 개발하겠다고 발표했다. 최근 서부 텍사스의 태양광 프로젝트에 사용된 GPS 지원 파일 분배 시스템은 계약자가 태양 에너지 프로젝트의 초기 단계 완료를 앞당기는 동시에 다른 중요한 작업으로 인력을 리디렉션할 수 있도록 한다.
Mortenson에 따르면 이 기계는 유틸리티 규모의 태양 사이트에 걸쳐 말뚝 분배 지점을 표시하고 각 위치에 말뚝을 전달하는 데 전통적으로 필요한 공예 인력의 최대 80%를 해방시킬 수 있다. 사업 인력이 후속 작업에 집중하면서 한 번에 최대 100개의 강철말뚝을 보관하는 말뚝배분시스템이 말뚝 박기 공정에 대비해 정확한 위치에 말뚝을 배치하기 시작할 수 있게 됐다. 모스타르트는 "우리의 목표는 노동력을 줄이는 것이 아니다"라고 말했다. "진짜 목표는 우리가 얼마나 빨리 태양 프로젝트를 만드는지를 가속화하는 것입니다. 우리는 우리가 가진 노동으로부터 더 많은 것을 얻고 싶다."
로봇에 의한 현장작업
일단 말뚝이 정확한 위치로 분배되면, Mortenson은 또한 말뚝 박기 과정에서 자동화를 사용하며, Vermeer의 GPS가 가능한 말뚝 박기 기계를 사용한다. Mostaert에 따르면 이 프로세스는 GPS를 사용하여 파일 설치를 모니터링하며, 기존 파일 드라이빙 방식에 사용되는 인력의 약 50%가 필요하다. 그는 "자율적인 말뚝 분배 시스템과 반자동 말뚝 박기 기계가 함께 사용될 경우 비용과 부상 위험을 줄이는 데 도움이 되어 근로자들이 다른 작업에 자유롭게 참여할 수 있다"고 말했다. "사용 가능한 인력을 프로젝트의 올바른 측면에 현명하게 배치하고 업계 최고의 기술을 활용하여 다른 영역에서 안전과 성능을 향상시키면 이러한 상황이 현실화될 수 있다."
파일 분배 및 파일 드라이빙을 위해 Mortenson은 위치 데이터를 일반적으로 지형 조사 및 CAD 파일에서 가져온 CSV 형식으로 장비에 공급한다. 말뚝 박기 작업에는 고도, 수직도 및 기울기와 같은 더 자세한 정보가 필요하다.
미국에 본사를 둔 엔지니어링, 조달 및 건설 회사인 Black & Beatch는 빌트 로보틱스의 Exosystem을 사용하여 태양광 시설 및 기타 프로젝트에 트렌치를 수행했다. Black & Beatch의 건설 도구 및 기술 매니저인 Tyler Parker는 로봇 공학 도입 방법을 모색할 때, "중요한 작업에서 벗어나기 때문에 태양 프로젝트에 참호하는 것이 매우 적합하다는 것을 발견했다"고 말했다. "그것은 지식 구축 기회의 측면에서 낮은 위험과 높은 보상이라는 것을 스스로 보여주었다."
블랙앤비치는 빌트 로보틱스와 제휴해 300m 길이의 굴착에서 시작해 1,500m 길이의 굴착까지 진행하다가 올해 초 프로젝트에 이 기술을 전면적으로 구현했다. "로봇은 정확히 의도한 대로 했다," 라고 파커가 말했다. "매우 성공적이었다."
빌드로보틱스의 엑소시스템은 기존 굴삭기를 애프터마켓 업그레이드를 통해 참호형 로봇으로 전환한다고 빌드로보틱스의 통신 담당 이사인 에롤 아흐메드는 말했다. 이 회사의 에베레스트 소프트웨어 플랫폼은 노트북 컴퓨터로 엑소시스템을 모니터링, 관리, 운영하기 위한 클라우드 기반 명령 센터 역할을 한다.
그 회사는 또한 개조된 로봇 굴착기를 임대용으로 제공한다. 빌트 로보틱스의 기술은 또한 Mortenson과 다른 계약업체들에 의해 태양, 풍력, 주택, 인프라 및 데이터 센터에 사용되었다고 Ahmed는 말했다.
Built Robotics 시스템은 CAD 도면 또는 측량 지점의 설계 데이터와 함께 작업자 입력을 사용하여 시작 지점, 끝점 및 주요 트렌치 치수를 설정한다. 아흐메드는 트렌치가 진행됨에 따라 시스템이 트렌치 길이, 너비 및 위치와 같은 실시간 애즈-빌트(As-Built) 데이터도 컴파일한다고 말했다. 설계 데이터를 기반으로 시스템은 기계가 작동해야 하는 경계를 알려주는 가상 장벽인 지오펜스를 설정한다. 지오펜스는 물리적 장벽, 안전등, 경고 신호, 무선 및 유선 비상 정지 장치, 청각 경고 및 장애물 감지 카메라를 포함하는 8단 안전 시스템의 일부다.
기타 건설현장 로봇 응용 작업
로봇들은 또한 많은 다른 건설 응용 분야로 진출하고 있다. 보스턴 다이내믹스의 4족 로봇인 스팟은 현장 데이터를 수집하고 현장 상황을 모니터링하는 데 사용되며, 사람이 항해하기 어렵거나 위험한 지역으로 모험을 떠난다. 건설로보틱스는 벽돌 쌓기를 위한 SAM(Semi-Automated Mason)과 건설현장에서 무거운 자재를 다루는 MULE(Material Unit Lift Enhancer)를 제공한다.
Hilti's Jaibot은 기계, 전기 및 배관(MEP) 작업에 사용되는 반 자율 이동형 천장 드릴링 로봇이다. Husqvarna, Waste Robotics 및 기타 제조업체는 다양한 로봇 해체 장비를 제공한다. ULC Technologies의 RRES(Robotic Roadworks and Excurvation System)는 유틸리티 기업들이 파이프라인 및 기타 지하 시설의 검사 및 수리를 자동화할 수 있도록 지원한다.
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블랙앤비치는 혼다와 손잡고 건설자재, 물, 기타 물자를 미리 설정된 목적지까지 견인하고 운송하는 등 여러 공사 응용을 수행할 수 있는 로봇 장비를 개발하고 있다. 그 팀은 뉴멕시코의 건설 현장에서 혼다 자율주행차(AWV)의 프로토타입을 테스트했다.
다른 로봇 시스템은 페인팅(PictoBot), 드라이월 마감(Canvas), 타이트 철근(TyBOT), 용접 및 검사와 같은 반복적인 작업을 수행하기 위해 다양한 배치 단계에 있다. 산업화 및 로봇 건설 현장(IROCS) 연구를 이끈 롭 라이히트 펜 주립대 건축공학 부교수에 따르면 로봇 솔루션은 벽 내 검사, 오버헤드 검사 및 기타 품질 관리 관련 작업을 수행하기 위해 탐구되고 있지만 아직 초기 단계에 있다고 합니다.
당면 과제 해결
실험실 테스트에서 작업장으로 건설 로봇 공학의 발전은 고무적이지만, 몇 가지 장애물이 미래의 채택을 가로막고 있다고 라이히트는 말했다. "제조업과 같은 다른 산업과 비교할 때 건설 산업은 새로운 개념에 대한 협업을 제한하는 수직 및 수평 사일로로 분열되어 있다"고 그는 지적했다. 입찰 가격이 낮은 조달이 주를 이루는 건설의 경쟁적 성격은 또한 많은 AEC 회사들이 연구에 자금을 지원하고 창의적인 개념을 탐구하는 것을 제한한다. 그는 설계 및 통합 프로젝트 제공과 같은 대체 조달 접근 방식을 통해 설계자와 건설자가 협업하고 새로운 기술을 시도할 수 있는 더 많은 기회를 제공할 것으로 보고 있다.
Leicht는 또한 로봇 공학의 혜택을 받을 수 있는 많은 회사들이 건설 로봇을 구입하는 데 필요한 6자리 숫자의 투자를 주저하는 중소 무역 계약업체들이라고 언급했다. 그는 로봇이 보편화될수록 가격이 더 저렴해질 수 있다고 언급하면서 "대부분의 기계들이 아직 상대적으로 새롭고 시도되지 않은 상황에서 작은 회사에 큰 부탁이다"라고 말했다.
설계 정보를 공사에 전달하는 데도 개선이 필요하다. "우리는 여전히 종이 기반의 오리엔테이션을 하고 있습니다."라고 Leicht는 말했다. "점점 나아지고 있지만 디지털 핸드오프로 정착되기는 요원하다." 그리고 디지털 모델이 개발되더라도 로봇을 운전하기에 항상 세부 수준이 충분하지 않다고 라이히트는 덧붙였다. CAD 및 BIM과 함께 사용되는 매개 변수 도구는 정보 흐름 및 세부 수준을 개선할 수 있는 기회를 제공할 수 있다.
업계의 디지털화의 일환으로 복셀의 개념은 3D 객체의 모델링 동작에서 더욱 일반화될 수 있다. 픽셀이 2D 래스터 이미지에서 가장 작은 주소 지정 가능 요소를 묘사하는 데 사용되는 것과 마찬가지로 복셀은 3D 요소를 나타내는 볼륨 요소이다. 로봇이나 다른 프로세스가 시공 진행과 관련된 이미지를 캡처할 때 복셀을 사용하여 생성된 요소를 표시하고 점유된 3D 공간을 설계 모델의 3D 공간과 비교할 수 있다.
로봇은 반복적인 작업을 자동화하는 데 있어 생산성이 입증되었지만, 건설은 무수한 프로젝트별 요구를 처리하기 위해 항상 인간의 개입이 필요할 것이다. 건설에서 로봇이 인간을 대체하는 시나리오는 가능성이 매우 낮다. 오히려, AEC 회사들은 증가하는 작업량을 따라잡고 더 중요한 작업을 위해 노동자들을 해방시키기 위해 로봇에 더 많이 의존할 수 있다.
또한 장비 개발자와 업계 실무자는 안전하고 신뢰할 수 있으며 경제적으로 실행 가능한 실용적인 솔루션을 찾기 위해 긴밀히 협력해야 합니다. 자율주행차, 스마트 도로 및 기타 기술 개발자가 배운 교훈은 인간의 개입과 자율 운영의 최적의 균형을 찾는 데 도움이 될 수 있다. 종종 위험을 피하는 산업에서 건설 전문가들은 현장에서 로봇 공학을 널리 채택하기 전에 성공의 증거를 보고 싶어할 것이다.
황기철 콘페이퍼 에디터 국토부 인플루언서
Ki Chul Hwang Conpaper editor influencer
(Source:
cadalyst.com/digital-design-solutions/civil-engineering/robots-are-coming-construction-site-near-you-79689)
The Soul of Mortenson: A Legacy of Construction and Community Impact
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