건축/환경에너지

Nikkei Construction_2019.1.28 특집 요약 (p38-43)

여기까지 온 VR (AR∙MR)
미래의 토목∙건축 테크놀로지 (제1회)

이번 호부터 시작된 최신 건설기술 트렌드를 쫓는 연재 첫 회에서는 급속하게 확산되고 있는 VR(가상현실)의 활용 사례를 소개한다. 현장에서 일어날 수 있는 사고를 체험하는 안전 교육 용도에 주목이 집중되었다. 그러나 설계도 확인이나 시공계획 검토 등 다양한 용도로 사용되기 시작하였다.

1. 대형 건설업체의 안전∙시공관리
거대 현장에서 수백 명의 안전을 지킨다.

시미즈건설∙구마가이구미(熊谷組)∙도큐건설∙다케나카토목∙고노이케구미(鴻池組)JV가 시공하는 도쿄외곽환상도로의 본선 터널 오이즈미미나미 공사는 국내 최대 외경을 자랑하는 쉴드기를 사용한다. 하루에 최대 300명의 기능자가 쉴드기 조립에 관여하는 현장에서 작업 흐름이나 중장비 움직임을 확인하는 안전교육에 VR을 채용하였다.

외경 16.1m의 쉴드기를 구성하는 수갱(竪坑‧Shaft)은 가로 폭이 최대 17.5m로 좁다. 자재나 기재를 임시로 보관할 장소를 마련하지 않으면 안 된다. 또한 반입이나 반출용 대형 트럭이 작업자 근처를 지나는 일도 빈번하다. 작업에 집중한 나머지 주위를 잘 살피지 않으면 큰 사고로 이어질 수 있다.

젊은 기능자가 복잡한 갱내 상황을 도면을 보고 파악하는 것은 어렵다. 그래서 시미즈건설JV는 3차원 CAD 등으로 사전에 작성한 설계 데이터와 현장에서 취득한 3차원 점군 데이터를 조합하여 VR 공간에 현장을 재현한다. 시공 전에 위험을 숙지시켜 사고나 재작업 없이 작업을 진행할 수 있도록 하였다.

현장 사무소에는 VR을 언제나 이용할 수 있도록 전용 체험 공간을 두었다. 헤드 마운트디스플레이를 장착하고 머리를 움직이면 가상공간 안을 360도로 볼 수 있다. 체험 공간 안을 걸으면 실제 현장을 걷는 것과 똑같은 경치가 펼쳐진다.

작업 계획에 맞춰서 중장비를 배치하여 가동시키는 것도 가능하다. 컨트롤러로 중장비를 조작하면 선회 범위가 색으로 표시되기 때문에 중장비가 가동하고 있는 동안에 기능자가 현장에 들어오면 사고 가능성이 있는 장소를 알 수 있다. 많은 기능자가 일하는 좁은 현장에서 위험한 장소가 얼마나 많은지를 이해하는데 도움이 된다.

높은 곳에서 추락하는 것도 ‘경험’할 수 있다. 현장에서는 갠트리 크레인 위나 쉴드기의 후방 대차 등 높은 곳에서 하는 작업도 많다. 수백 명의 기능자나 직원에게 VR 안전교육을 실시한 결과, 강의 교육과는 비교할 수 없을 정도로 리얼한 체험이라는 호평을 받았다.

-- VR 공간에서 난공사 계획 --
현장을 재현한 VR 공간은 시공 관리에도 도움이 된다. 이 공사에서는 굴삭한 흙을 임시 보관할 장소가 근처에 없다. 그래서 대량의 흙을 순식간에 운반하기 위해 도쿄외곽환상도로 5.5km의 도로 위에 벨트 컨베이어를 설치한다. 전례가 없는 공사이기 때문에 도쿄외곽환상도로를 달리는 일반 차량에 지장이 없도록 신중한 작업 계획이 요구된다.

시미즈건설JV는 시공 중에 얻은 3차원 점군 데이터를 가상공간에 반영하여 작업 계획을 검토하였다. 설계 데이터와 점군 데이터를 비교하여 현재 상황과 계획과의 차이를 확인하였다. 또한 컨트롤러를 조작하여 측량하면서 벨트 컨베이어의 프레임을 설치. 재작업을 없애 작업 시간을 단축할 수 있었다.

시공 중에 과제가 발생한 경우는 가상공간에서 기자재를 움직여 관계자에게 대책을 설명함으로써 도면을 보여주는 것보다 쉽데 이해를 구할 수 있다. 앞으로는 3차원 데이터와 VR을 사용한 공사 사진 관리도 검토한다.

2. 중소업체의 안전 교육
일주일에 수만 엔, 저비용형 도입 가속

VR의 안전 연수 콘텐츠를 오리지널로 개발하면 비용은 수백 만 엔이 든다. 때문에 VR이 주목 받기 시작한 2016년 무렵에는 대형 건설회사에서의 도입이 눈에 띄었다. 그러나 최근에는 저비용으로 손쉽게 이용할 수 있는 건설업용 VR 콘텐츠 개발이 진행되고 있다. 그것을 사용하여 안전교육을 일변시킨 건설회사도 있다.

종업원 170명의 사카타건설(도쿄)은 17년말부터 VR을 사용한 안전교육에 착수하였다. 건설 현장에서 발생하기 쉬운 사고 시나리오를 VR 공간에서 기능자의 시점에서 체험할 수 있다. 2주일에 5만 엔 정도의 적은 비용으로 큰 효과를 보고 있다고 한다.

사카타건설은 필요할 때 전화 한 통으로 VR 기재 전반을 빌릴 수 있는 서비스를 이용하고 있다. 시나리오를 자유자재로 만드는 것은 불가능하지만 도입에 드는 비용은 렌털 요금뿐이다. 사고를 당할지도 모른다는 공포를 체험한 후에 제3자의 시선에서 사고를 회상함으로써 사고가 발생한 원인을 생각하도록 하는 구조로 되어 있다.

낙하를 체험하는 시나리오를 예로 들어 보자. 높은 곳의 좁은 발판에서 다른 기능자에게 큰 부재를 건넬 때 발을 헛디뎌 뒤로 떨어진다. 그 후에 시점이 바뀌면서 사고 장면 전체를 제3자의 시선에서 볼 수 있다. 안전띠를 매지 않았다는 점, 자신의 뒤를 확인하지 않았다는 점, 부재를 건네는 기능자와의 확인이 충분하지 못했다는 점 등 사고 원인이나 주의해야 할 점을 알 수 있다.

-- 앉은 상태에서 3분에 효과 실감 --
하나의 시나리오는 3분 정도. 현장에 VR 세트를 두면 기능자는 시간이 있을 때 바로 체험할 수 있다. 사카타건설 안전품질환경본부의 우에다(上田) 부장은 “젊은 사람뿐 아니라 일본어를 못하는 외국인, 너무 익숙해서 안전관리에 소홀한 숙련 기능자에게 위험을 재인식시키는 데도 도움이 되고 있다”라고 말한다.

가격도 저렴한데다 장소를 불문하고 혼자서 이용할 수 있다는 점도 인기의 이유다. 이 VR에서는 공간 안을 스스로 돌아다니지 않고도 영상에 맞춰서 고개나 시선을 움직이는 것 만으로 사고를 체험할 수 있다. 공간을 자유롭게 돌아다니는 경우와 비교하여 현장감은 낮지만 그 자리에 앉아서 체험할 수 있기 때문에 넓은 공간이나 보조원은 필요 없다.

또한 체험할 때 사용하는 것은 사전에 영상을 인스톨한 헤드마운트디스플레이와 헤드폰뿐이다. 좁은 공사 현장에서도 기재를 둘 장소에 대한 걱정이 없다.

3. 3차원 데이터의 변환
현장보다 편리한 공간에서 설계 확인

VR은 현장감을 활용한 안전교육에 먼저 도입되었다. 한편, 설계자와 발주자가 완성 이미지를 공유하며 의사 결정을 하는 툴로서 사용하는 경우도 서서히 증가하고 있다.

도면을 보고 이미지를 상상하는 기존의 공유 방법에서는 구조물의 모양이나 분위기가 생각과 같지 않은 등의 문제가 완성 후에 발생한다. 크기나 안 길이 등의 정보를 발주자에게 정확하게 전달하는 데는 실물 크기의 모델 안을 걸으면서 확인할 수 있는 VR이 안성맞춤이다.

건설업계에서의 VR 보급을 목표하고 있는 DVERSE(미국 델라웨어주)가 개발한 ‘SYMMETRY alpha’는 3차원 설계 데이터를 누구나 간단하게 VR 영상으로 바꿀 수 있는 소프트다. 데이터를 입력하고 나서 몇 초면 변환이 가능하다.

전문회사에 위탁하여 3차원 CAD 데이터를 VR용으로 변환하는 서비스도 있지만 시간과 비용이 든다. 개발한 소프트를 사용하면 개별 컴퓨터에서 무료로 변환할 수 있다. DVERSE의 누마쿠라(沼倉) 사장은 “설계자의 컴퓨터에 필수로 설치하는 소프트로 만들고 싶다”라고 말한다.

-- 사용 편리성을 추구 --
헤드마운트디스플레이를 장착하고 ‘SYMMETRY alpha’로 3차원 CAD 데이터를 읽으면 바로 눈 앞에 100분의 1 크기의 모델이 나타난다. 모델을 클릭하면 실제 크기로 확대. 설계한 건물 안을 걸으면서 세부를 확인할 수 있다. 바닥이나 벽의 질감, 시간 별로 태양광이 들어오는 정도, 수면의 모습도 재현하였다. 보고 싶은 장소를 컨트롤러로 클릭만 하면 이동할 수 있는 등 조작도 간단하다.

떨어진 장소에 있는 수주자와 발주자가 VR 공간에서 논의하는 것을 상정하고 발화 내용을 녹음하거나 문자로 변환하는 기능을 탑재하였다. 또한 음성인식이나 물체인식 기술을 사용하여 말로 지시한 내용을 시스템이 듣고 자동으로 VR 공간의 레이아웃을 변경할 수 있다. AI(인공지능)와 조합하면 인식 정밀도가 향상되어 언어 통역도 가능하다고 한다.

4. 재해 체험∙설계 지원
최상의 유사체험으로 피난 촉진

지진이나 호우에 의한 재해가 이어지고 있어 주민의 피난을 돕기 위한 방책이 중요해지고 있다. 그런 가운데 VR을 활용하여 피난을 돕는 사업을 전개하는 곳이 닛폰코에이(日本工営)다. 해일이나 하천 범람, 토사 범람에 의한 피해를 수치 해석 등으로 시뮬레이션한 결과를 VR 영상으로 가시화한다.

닛폰코에이 기술본부첨단연구개발센터의 노지마(野島) 주임은 “재해는 실제로 발생해야 알 수 있다는 생각이 변하고 있다. VR은 최상의 재해 유사 체험 툴이다”라고 말한다. 해저드 맵 등으로는 재해에 대한 현실감이나 위기감을 주민에게 전달하기 어렵다. VR 공간에서 현실과 같은 체험을 함으로써 자신에게도 피해가 발생할 수 있다는 사실을 이해시킨다.

닛폰코에이는 지역의 지형이나 구조물의 조건에 맞춰서 토사 범람이나 해일 시뮬레이션을 실시한다. 그 결과를 VR로 영상화하여 지자체나 하천관리자에게 제공할 방침이다. 주민 대상의 방재 교육에 사용하는 것을 상정한다.

토사 범람의 시뮬레이션에서는 토사가 마을에 흘러 들어가 건물이나 도로를 덮치는 모습을 체험할 수 있다. 실제 지역을 재현하기 위해 항공측량에서 얻은 해발이나 지형 정보, GIS(지리정보시스템)에서 얻은 건물 모양 정보를 조합하였다. 또한 게임 제작 용 소프트를 사용하여 실시간 영상을 만들어 자신이 사는 동네에서 재해가 발생하는 공포를 실감할 수 있도록 하였다.

또한 해일 시뮬레이션에서는 건물 별로 피해를 체험할 수 있다. 창문이나 출입구 등의 열리는 부분의 크기에 따라서 건물 내에서의 해일의 움직임은 다르다. 층 별로 파도 세기나 높이의 차이도 알 수 있다.

이 시스템을 사용하면 피난처로 지정되어 있는 건물의 안전성이나 해일 대책을 관계자들이 검토할 수 있다. 국토교통성에서는 이미 주민의 방재 의식을 향상시키기 위해 해일이나 토사범람을 VR로 체험하도록 하는 방재 교육에 착수하였다.

-- 설계 업무와 좋은 궁합 --
닛폰코에이에서는 재해 시뮬레이션 결과의 가시화를 시작으로 VR의 활용 폭을 확대하여 설계 업무에도 이용하고 있다. 3차원 설계 데이터를 VR 공간에서 열람하면 도면만으로는 알 수 없는 실수를 쉽게 찾을 수 있다. 발주자가 만족할 수 있도록 쉽게 설명할 수도 있다.

하수도 관련 시설의 설계에서 주변 환경을 가시화했을 때는 식물 재배 유무에 의한 눈가림 효과의 차이나 태양광 패널의 반사 정도 등을 확인. VR 공간에서 돌아다니지 않으면 확인이 어려운 포인트들이다. 도시에서 하수도 관련 시설을 계획할 때는 주변에 일반 가옥이 있는 경우가 많으므로 환경이나 치안에 대한 세심한 배려가 필요하다. 지금까지는 건물이 완성된 후에 확인하는 경우가 많았지만 VR을 사용하여 업무 효율을 향상시키고 있다.

 -- 끝 --