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▶▶ 기술정보 Ⅱ

건설분야 로봇 및 IT 장비의 개발현황 소개

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글 박동인 ＼ 토목기술팀 과장 ＼ 전화 02-3433-7792 ＼ E-mail dipark@ssyenc.com

흔히건설산업은노동집약적산업이라고일컫는다.그이유는우

리나라의건설분야투자비중이국내총생산대비14%대로많은비

중을차지하고있고국내건설업종사자가126만명에달하기때문

일수도있겠지만,건설산업자체가투입한노동력대비생산성이

낮다는사실에기인한다.실례로다른산업과마찬가지로건설산

업도생산성향상을위해끊임없이노력하고있지만지난100년간

제조산업의생산성이400%향상되는동안건설산업의생산성은

변화가거의없거나약간떨어진것으로나타났다(Industrialization

ofConstruction,Perry&Heather,2013).건설산업의생산성향상

이더딘주이유는타산업의경우많은부분에서자동화가도입되

어생산효율성이크게향상된반면건설현장은여전히다양한근

로자들에의해공사및작업이이루어지기때문이다.이러한문제

를해결하고자건설분야에로봇및IT장비를도입하여생산성을

향상시키려는사례나시도가최근활발히진행되고있다.이러한

로봇과IT장비는비단건설산업의생산성개선뿐만아니라새로

운성장동력의하나인해양개발등의미래형산업을위한핵심기

술로도각광받고있다.이에본고에서짧은지면을빌어건설분야

로봇및IT장비의개발현황을소개하고자한다.

2-1. 건설로봇의 정의

로봇의정의는관련된여러단체에서제안되었으나각단체별로

세부적인사항은다소차이를보인다.하지만,로봇에대한정의

중공통적으로언급되는부분은자동으로또는컴퓨터의제어를

받아작동하는기계라는점이다.즉자체적으로판단을내리고업

무를수행하는기계를로봇이라고정의할수있다.따라서건설로

봇이라함은자체적인판단력을지닌건설기계또는장비를의미

하며작업자의일방적인조작에의해작동되는일반건설장비와

는큰차이를나타낸다.건설로봇과건설장비의차이를쉽게설명

하자면,로봇청소기와일반청소기의차이를예로서들수있겠다.

‘건설산업의자동화및로봇화기술응용현황및전망(이승훈외,

2011)’에따르면건설로봇은크게물체를핸들링하는말단부,말단

부의움직임을생성하는링크부,링크부를구동시키는액추에이터

부,엑추에이터의조작및제어를담당하는제어부그리고로봇의

각부분의상태나거동을실시간으로감지하여조작자혹은제어

부에정보를전달하는센싱부등으로구성된다.

1. 머리말

2. 건설로봇 개발현황

[그림 1] 건설분야 노동 생산성(Chapman and Butry, 2008)

272016 상반기호

2-2. 건설로봇 개발현황

현재까지개발되었거나개발중인건설로봇은그종류와활용분야

가매우다양하지만,다음과같이크게3가지의목적을가지고있

다고할수있다.

•단일공종,단순반복작업의자동화를통한생산성향상

•안전성개선

•인력투입이어려운극한환경에서의작업

1) 단일공종, 단순 반복작업의 자동화를 통한 생산성 향상

현재건설산업은열악한노동조건및작업환경으로인해기능인

력이부족하고숙련공이점차고령화되고있다.특히전통적인로

봇강국이며고령화문제가일찍부터대두된일본의경우,건설로

봇및건설자동화의필요성을1970년대부터인식하고건설로봇의

연구개발에착수하였다.대체적으로건설로봇개발의초기단계에

는아래의그림에나타낸바와같이미장공사,조적공사등한정된

공간내에서단순하고반복적인노동자의작업을대체하는로봇

이개발되었으나,최근에는GPS,레이저스캐너등의계측/인식센

서기술의발달과드론(Drone)등을활용한지형측정시스템,각종

제어및정보관리기술등의ICT(InformationandCommunications

Technologies)기술과의융합을통해건설로봇의활용범위를점차

넓혀가려는시도가진행되고있다.국내의경우1980~1990년대

에한국건설기술연구원에서건설자동화의필요성및적용대상공

사선정을위한이론적인연구를수행한이후정부와대학을중심

으로건설로봇연구가진행되고있으며,콘크리트흄관매설,PHC

파일두부정리,도로면크랙실링등단일공정및작업을수행하는

건설로봇을위주로다수의로봇이개발되었다.

2) 안전성 개선

우리나라는1960년대부터시작된고도의경제성장과함께삶의질

적수준이크게향상되면서안전에대한인식이변화하고있다.이

에따라건설과관련된안전문제가사회적인이슈로대두되고있

으며건설안전과관련된기준또한점차강화되고있다.이는비

단국내에서만나타나는현상이아닌전세계적인추세이며,이러

한추세에발맞춰시공안전성개선을위한로봇의개발도활발

히진행되고있다.시공안전성개선을위한로봇은다음의그림에[그림 2] Conrete Finishing Robot(일본)

[그림 3] 조적공사 Robot(SAM100, 미국)

[그림 4] Brick Assembly Robot(ROCCO, EU)

[그림 5] 콘크리트 흄관 매설 로봇(좌, 인하대) 및

도로면 크랙실링 로봇(우, 경희대)

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3) 인력투입이 어려운 극한환경에서의 작업

중국은2008년국가해양사업발전계획강요의수립에이어국가

해양사업발전계획을발표하는등미래의신성장동력으로서해

양개발을추진하고있다.일본또한2013년해양기본계획을수립

한이래해양개발관련기술을국가기간기술로서선정하는등해

양개발에대한지속적인지원을제공하고있다.이러한해양개발

에대한관심과지원은미국및유럽의여러선진국에서도뚜렷이

나타나고있으며해양개발과관련된기술의중심에는수중탐사및

수중건설로봇이있다.우리나라또한인간이들어갈수없는위험

한심해수중작업을위한수중건설로봇기술을해양개발및미래

해양개척의핵심요소기술로선정하고2013년부터‘미래해양개발

을위한수중건설로봇’이라는연구개발사업을진행하고있다.이

렇듯건설로봇은인력투입이어려운극한환경에서의건설사업을

수행하기위해필수불가결한요소이며관련핵심기술선점을위

한국가간의치열한경쟁이예상되는분야이다.

나타낸바와같이대부분추락의위험이높은고소작업을수행하

거나보조하는역할을담당한다.또한로봇의경우중량의자재를

Handling하기용이하기때문에작업자의안전성뿐만아니라작업

효율의향상도동시에기대할수있다.

[그림 7] Curtain Wall Installation Robot(영국)

[그림 8] Wind Turbine Maintenance Robot(독일)

[그림 10] 수중건설로봇사업단 핵심과제 소개

[그림 11] 해저계통연계시공로봇(영국)

[그림 12] 해저지반조성로봇(프랑스)

[그림 6] 벽면 Painting Robot 및 Panel Handling Robot(일본)

[그림 9] Facade Cleaning Robot(독일)

292016 상반기호

본고에서는앞서언급한수많은건설분야의IT기술중최근차세

대IT기술로떠오르는드론,VR(VirtualReality)및AR(Augmented

Reality)장비에대해소개하도록하겠다.

3-2. 드론(Drone)

드론(Drone)의1차적인사전적의미는웅웅거리는소리를뜻하지

만,최근들어무인항공기(UnmannedAerialVehicles,UAV)를지

칭하는용어로서더욱자주사용된다.최초의드론은20세기초전

쟁을위한무인항공기를목표로개발되었으나최근에는취미활동,

방송촬영에서부터물류이송까지그활용범위가급속도로확대되

고있다.드론에는비행안정성,용이한조종및각종기록을위한

각종Software,GPS,카메라등의IT기술및장비가탑재되기는

하나사실기기자체만으로는드론을IT장비라고지칭하기는어려

울수있다.하지만대부분의학계나언론에서드론을IT또는ICT

(InformationandCommunicationTechnology)의핵심기술로서언

급하는이유는드론이지금까지접하기쉽지않았던다양한형태

의정보(Information)를수집할수있는새로운플랫폼이기때문이

다.‘건설산업드론적용가능성(김형관,2015)’에따르면,드론은

단시간에광범위한지역의이미지데이터를확보할수있고접근성

이열악한지역의상황을신속하게파악할수있어건설현장관리,

건설산업유지관리및건설자재의조달에활용될것으로전망하였

다.실례로당사가수행중인동부산관광단지현장에서축구장10

배에해당하는약7만6천m2의넓은부지면적과부지정면이바

다로둘러싸여있는물리적한계를극복하기위해드론을적용하

였으며,드론을이용한항공촬영,실시간안전관리및구조물품질

관리등을통해현장관리의효율성을개선시켰다.현재건설분야

에활용되는드론은개발초기단계에있기때문에기술적으로,그

리고제도적으로개선하고극복할부분이많은것으로보고되고

있다.아직은기존의측량방식대비오차가25~40mm로서크고

(HarwinandLucieer,2012),사물식별능력및이미지처리능력

의개선도필요하다.또한드론이용에대한법적인문제,드론추

락시안전문제,사생활침해문제,운영자의부재등도극복해나

가야할과제이다.하지만현재국내의정부기관,대학및연구소

에서건설분야에드론을적용하기위한다양한협의및연구가진

행되고있으므로근시일내에건설분야에서도드론을이용한각

종기술들이실용화될것으로예상된다.또한앞서언급한건설로

봇과드론등의IT장비를연계하여건설자동화시스템을구축하려

는시도도활발히진행되므로관련기술에대한지속적인관심이

필요한것으로판단된다.

2-3. 건설로봇에 대한 고찰

앞서언급한바와같이건설로봇은다양한분야에서이미개발이

완료되었고일부는상용화되었지만실질적으로건설현장에서건

설로봇을접하기는쉽지않다.‘건설산업의자동화및로봇화기술

응용현황및전망(이승훈외,2011)’에따르면이러한현상의주요

한원인으로서건설현장의환경이타산업현장과같이균질한환

경을확보할수없다는점을이야기하고있다.즉,건설현장및자

재의비균질성은센싱및지능화에의존하는로봇에게는극심한

장애요인으로작용한다는것이다.본논문에따르면건설로봇의

실용화를방해하는또다른원인으로서현장적용성저하,작업자

의거부감,건설수요저하,신공법의지속적인출현과로봇기술의

대응력저하를꼽고있다.이러한문제점에도불구하고건설산업

의생산력개선을위해서는건설로봇을이용한건설자동화는필수

적이며인간-로봇협업기술을이용한건설반자동화를우선적으

로도입하여점차무인화를실현하는방안이적합한것으로판단

된다.

3-1. 건설분야 IT 장비의 정의

컴퓨터,스마트폰,타블렛PC까지실생활에서 IT(Information

Technology)가미치는영향은매우크다.심지어이제는IT기술

없이는정상적인생활을영위하기어려운수준이라는기사도종

종접할수있다.현재건설분야도마찬가지로IT기술의활용범위

가매우광범위하고다양하게사용되고있다.예를들어설계나공

사수행및관리를위해사용하는오피스프로그램,CAD프로그

램,설계프로그램,공정관리프로그램,BIM등도IT기술을기반

으로하며ERP,PMIS등의사내인트라넷또한IT기술에해당한

다.UnderstandingITinConstruction(MingSun&RobHoward,

2004)에의하면건설분야에적용되는IT기술은아래와같이크게

7개의항목으로구분할수있다.

•BusinessandInformationManagement

•CADandVisualisation

•BuildingEngineeringApplications

•ComputerAidedCostEstimating

•Planning,SchedulingandSiteManagement

•ComputerAidedFacilitiesManagement

•Integration

3. 건설분야 IT 장비의 개발현황

30 건설기술/쌍용

3-3. VR(Virtual Reality)

VR(VirtualReality)장비는단어그대로가상현실을가능케하는

장비이다.최근삼성전자의GearVR,Oculus의Rift,HTC의Vive,

Sony의Morpheus등이출시또는출시가예정됨에따라VR에대

한관심이크게증폭되었지만실제VR개발의역사는매우길다.

다만그래픽처리를위한과도한부하및고해상도디스플레이등

하드웨어적인문제로인해실용화되지못하다가,최근기술의급

속적인발달에힘입어다양한VR장비들이선보이고있는것이다.

현재VR은대부분게임과관련된Entertainment산업분야에서이

용되고있지만건설분야에서도VR을활용하기위한다양한시도

가이루어지고있다.영국의VirtualRealitySociety에의하면건

설분야에VR적용시얻을수있는최고의효과는3차원공간내

에서Design의적합성확인,복잡한단계의시공과정을공사전

Simulation함에따라오류를최소화하고시공효율을증가시키는

데있다고한다.물론이러한기능은3D기반프로그램과2차원적

인모니터를활용한기존시스템에서도일정부분구현이가능하다

고할수있겠으나,VR과기존시스템의가장큰차이는실제와흡

사한Scale의3차원가상현실공간에서각종작업이이루어진다는

점이다.따라서VR기반의장비를사용시기존대비높은공간감

및몰입감을느낄수있고건설에대한이해도가높지않은사람

이라도쉽게상황을이해할수가있다.현재국내외건설분야에서

VR을이용한3차원모델하우스및각종체험관등이운영중에있

으며,한국건설기술연구원에서도VR을이용한가상실증실험실을

운영하고있다.아직VR장비의보급율이높지않고하드웨어및

소프트웨어의완성도가미흡한상황이지만건설분야에서VR의활

용도가점차증가할것으로기대된다.

[그림 13] 건설 분야 드론 활용 예(당사 동부산 관광단지 현장)

(a) 드론 운영 중 사진

(b) 드론을 이용한 실제 현장 3D 모델링 생성

[그림 14] 한국건설기술연구원에서 개발 중인 드론

[그림 15] KAIST에서 개발 중인 다양한 형태의 드론

[그림 16] VR 장비(Oculus의 Rift(상) 및 Sony의 Morpheus(하))

312016 상반기호

3-4. AR(Augmented Reality)

AR(AugmentedReality,증강현실)이란실제환경에가상사물이나

정보를합성해원래의환경에존재하는사물처럼보이도록하는

컴퓨터그래픽기법이며,이러한특성으로인해MixedReality라는

용어로도불리우기도한다.AR이라는용어는1990년대보잉의톰

코델이항공기전선조립과정을실제화면에중첩시켜설명하면서

처음등장했다."건설업계에AugmentedReality적용을위한기초

연구(장병철외,2008)"에따르면건설산업에서AR의활용은아래

와같이크게5개의분야로분류할수있다.

•입체적인설계도및도면에시공및안전관련주의사항등

부가적인정보표시

•3차원도면의현장투영을통한시공오류최소화

•예정공정과현장의현황비교를통한공정관리

•원격의사소통

•지반에대한정보,지장물등의정보표시

[그림 18] VR을 이용한 360도 인테리어 이미지

[그림 21] AR을 이용한 입체적인 설계도[그림 19] 동탄호수공원 가상체험관 VR 이미지(경기도시공사)

[그림 20] VR을 이용한 원전해체 Simulation(한국건설기술연구원) [그림 22] AR을 이용한 3차원 도면의 현장투영

[그림 17] VR을 이용한 건축물 가상 체험

32 건설기술/쌍용

AR에대한자료를조사한결과,건설산업에AR기술을접목하는

경우그파급효과는매우클것으로예상된다.하지만,현재건설

분야의AR과관련된기술은VR과는달리대부분연구단계에서머

물고있는것으로확인되었다.그이유는건설현장에AR을실제

적으로적용하기위해서는방대한Data의구축,운용및지속적인

Update가필요한점,AR의핵심기술중실제세계의좌표와가상

세계의좌표를정확히일치시켜표시하는마커인식및영상합성기

술을구현하기위한고가의비용,전용AR장비의부재등으로인

해실용화가어렵기때문인것으로추측된다.하지만Microsoft에

서개발중인HoloLens나GoogleGlass와같은AR장비가대중화

되고,BIM등의건설IT관련기술들이활성화된다면미래에는건

설현장에AR장비가보편화될것으로예상된다.

본고에서건설분야로봇및IT장비의개발현황을소개하고활용

전망에대해서간단히논의하였다.본고에서소개한기술들은대

부분이아직연구단계나실용화초기단계에머물고있고현장에

실질적으로적용하기에는상당기간의시간이소요될것으로판단

되어많은아쉬움이따른다.하지만건설산업의생산성향상을위

해서는비단로봇및IT장비뿐만아닌다른분야의다양한신기술

에대한지속적인관심및적용하려는시도가필요하다고생각한

다.끝으로본고는로봇및IT비전공자의입장에서작성되어다소

내용이부족하거나잘못된부분이있더라도양해해주시길부탁드

리며,본글이건설산업과관련된새로운기술에대해관심을가지

는데미흡하게나마도움이되었으면하는바람이다.

참고문헌

❶이홍일(2015),2030건설시장미래전망,KB금융지주경영연구소

❷PerryDaneshgariandHeatherMoor(2013),IndustrializationofConstruction

❸이승훈,강민성,길명수,한창수(2011),건설산업의자동화및로봇화기술응용현황및전망,

유공압시스템학회지제8권제2호,pp.57~63

❹CarlosBalaguerandMohamedAbderrahim(2008),RoboticsandAutomation in

Construction

❺MingSun&RobHoward(2004),UnderstandingITinConstruction

❻김형관,김홍조,박성재(2015),건설산업드론적용가능성,건설관리(한국건설관리학회지)

Vol.16No.4,pp.3~89

❼Harwin.S.andLucieer(2012),AssessingtheAccuracyofGeoreferencedPointClouds

ProducedvisMulti-ViewStereopsisfromUnmannedAerialVehicle(UAV)Imagery,Remote

Sensing,4(6),pp.1573~1599

❽장병철,전영준,박은수,이태식(2008),건설업계에AugmentedReality적용을위한기초연구,

한국건설관리학회학술발표대회논문집,pp.751~755

[그림 24] Microsoft의 HoloLens

[그림 25] Google의 Google Glass

[그림 23] AR을 이용한 지반에 대한 정보표시

4. 맺음말