건축/환경에너지

Nikkei Construction_2020.6.22 특집 요약 (p30-53)

건설DX (디지털 트랜스포메이션)
코로나19를 날려 버리는 건설 ICT2020

코로나 사태의 암운을 날려버리면서 발본적인 생산성 향상으로 연결시킨다. 건설업계가 직면하고 있는 2대 과제를 함께 해결하고 업무방식 개혁을 극적으로 바꿀 대책이 ‘건설DX(Digital Transformation)’다. 디지털 기술을 총동원해 설계의 자동화나 건설기기의 ICT화를 실현. 조사부터 유지관리까지 모든 건설 프로세스를 변혁하는 흐름에 뒤처져서는 안 된다.

Part 1. 건설DX에 본격 투자
보정 예산 178억엔의 충격

코로나19로 업무방식을 개혁할 수 밖에 없는 사회. 건설업계도 예외는 아니다. 국토교통성은 178억엔을 투자해 건설DX를 추진한다. 디지털 기술은 건설업계를 구원할 것인가?

건설업계의 업무방식 개혁에 전기가 찾아왔다. 코로나19가 종식될 기미는 보이지 않고 있어 ‘3밀’을 피하는 새로운 생활에 순응하는 것이 필요하다. 종이 도면을 사용한 대면 회의나 수발주자 입회 하에 치러지는 검사 등의 업무방식은 재검토되어야 한다.

해결책으로서 주목을 받고 있는 것이 ‘디지털 트랜스포메이션(DX)’이다. 국토교통성은 20년 4월, 코로나19의 경제 대책으로서 정부가 편성한 제1차 보정예산 안에서 인프라∙물류분야의 DX를 추진하기 위해 178억엔을 계상했다.

이 정도의 금액이 투입되는 DX는 과연 무엇일까? 일본경제단체연합회는 애프터 코로나 사회에 DX의 필요성에 대해 ‘디지털 기술과 데이터 활용을 추진해 사회나 산업, 생활 방식을 근본부터 혁명적으로 바꾸는 것’이라고 정의했다.

‘건설DX’로서는 조사∙측량부터 유지관리에 이르기까지의 건설 프로세스 전체를 바꾸는 대책에 대한 기대가 크다.

디지털 기술을 이용해 개개의 업무를 효율화하는 것 만으로는 DX라고 할 수 없다. 예를 들면 지금까지도 CAD의 등장으로 청사진 도면은 도태되었고, 디지털카메라의 보급으로 공사 사진의 필름 관리가 불필요하게 되는 등의 변화는 있었다. 그러나 이들 모두는 건설 프로세스 전체의 변혁까지는 이르지 못했다.

-- ICT 건설기기의 실증 필드를 설립 --

Part 2. AI를 이용한 자동 설계
작도나 계산의 반복에서 해방

비교 검토나 조건이 변경될 때마다 계산을 다시 하고, 도면 수정 작업을 해야 하는 설계업무. 기술자를 괴롭혀 온 작업을 3차원 모델이나 인공지능(AI)을 사용해 자동화하는 3개의 움직임을 소개한다.

● 드디어 ‘카피 앤 페이스트 설계’ 실현
시공 분야와 비교해 다소 뒤처져 있던 설계 분야에서도 자동화 기운이 일고 있다. 비교 검토할 때마다 대량의 도면을 그리고, 조건이 바뀌면 처음부터 모든 것을 다시 하는 설계 방법에 변화의 조짐이 보이고 있다.

건설 컨설턴트 회사 중에서도 빠르게 설계 자동화를 실시한 곳은 퍼시픽컨설턴트다. 다쏘 시스템(Dassault Systemes)의 ‘CATIA’라는 설계 소프트를 채용. 제조업 등에서 이용하고 있는 ‘파라메트릭스 설계’를 도입하기 시작했다.

파라메트릭스 설계에서는 교각 등의 3차원 모델을 미리 ‘템플릿’으로 준비한다. 프로그래밍을 통해 높이나 폭과 같은 파라미터에 따라 구조 계산 등을 성립시키면서 모양을 자유롭게 바꿀 수 있도록 해 둔다. CAD를 조작하지 않아도 숫자를 넣기만 하면 3차원 모델을 수정할 수 있게 된다.

철근 콘크리트 구조물의 경우, 피복 두께나 철근 간격을 설정해 자동으로 배근하는 프로그램을 템플릿에 입력해 두면 개별 구조 검토는 거의 필요 없다.

기술자는 지형이나 선형에 맞춰서 템플릿을 배치하기만 하면 대략적인 설계를 마칠 수 있다. 예를 들면 교각의 예비 설계에서는 T형이나 원주형 등 몇 개의 템플릿에서 모양을 선택해 경간 수를 지정한다. 그러면 설정한 다리의 선형에 맞춰서 자동으로 높이 등을 조정하면서 여러 개의 교각이 ‘카피 앤 페이스트’처럼 순식간에 만들어진다.

-- 회의 자리에서 도면 수정 --

● 설계 프로세스의 벽을 없애다
설계 분야에 밀려오는 자동화의 흐름은 기존의 업무 프로세스에 변혁을 촉구한다. 예비 설계나 상세 설계와 같은 각 단계에서 반복하고 있던 검토 업무를 일원화할 수 있는 가능성을 안고 있다.

토목 구조물을 설계할 경우, 입지나 지질, 구조 형식 등 전제 조건이 갖춰져 있을 필요가 있다. 그러나 당초부터 모든 조건이 정해져 있는 케이스는 드물다. 통상은 예비 설계나 개략 설계 단계를 거쳐 조건을 정비하고 상세 설계를 한다. 프로세스가 진행될 때마다 새로운 조건이 더해지고, 그에 따라 검토나 계산을 실시. 도면을 다시 그리고, 처음부터 다시 설계할 필요가 있었다.

한편, 예비 설계 등의 단계부터 3차원 모델을 만들어, 그 후의 설계 프로세스에서 조건이 정해지면 모델을 경신해서 설계 정밀도를 높인다. 이런 새로운 설계 프로세스를 구상하는 것이 토목설계 소프트웨어 벤더인 가와다테크노시스템(KTS)이다.

-- 국내 벤더와 잇달아 업무 제휴 --
-- 코로나19로 클라우드가 존재감 --

● AI와 RPA가 옹벽 설계의 일부를 자동화
설계 자동화라는 말을 들으면 인공지능(AI)을 떠올리는 독자가 많을 것이다. 과연 AI는 기술자를 대신해 자동으로 토목 구조물을 설계할 수 있을까? 결론부터 말하면 AI 단독으로 아무 것도 없는 단계에서 설계 성과를 내거나 비용과 시공성의 밸런스를 조정하는 것은 아직 어렵다. 그러나 용도를 오인하지 않으면 일부 작업의 자동화는 가능하다.

디지털 기술의 개발 등을 전개하는 ANTAS(삿포로시)는 성토나 절토의 법면을 보강하는 옹벽 설계에서 AI를 적용했다. 컴퓨터 상에서의 반복 작업을 자동으로 처리하는 RPA(로봇 프로세스 자동화)와 조합해, 기술자가 시판 설계 소프트로 작업하고 있던 순서를 모방. 3일간이 걸렸던 검토를 1시간으로 절감했다.

-- 작업의 흐름을 ‘가시화’ --

Part 3. 데이터 플랫폼 원년
‘누구나 다룰 수 있다’가 변혁을 낳는다

발주자의 컴퓨터에 잠자고 이는 인프라 관련 데이터가 공개되기 시작했다. 일반 유저로부터 생각지도 못한 용도를 제안 받는 등 방재나 유지관리에 변혁을 초래하고 있다.

코로나 사태가 한창 기승을 부리던 20년 5월, 3차원 거리 모습의 동영상이 일반 유저를 통해 SNS에 공개되면서 화제를 일으켰다. 동영상의 바탕이 된 것은 MMS(Mobile Mapping System)로 취득한 1㎡당 400점 이상에 달하는 고밀도 점군 데이터다. “너무 리얼하다”는 평가가 많았다.

한편, 다른 유저는 항공 레이저 측량으로 기록한 산간부의 점군 데이터를 가공해 메시 상태로 변환, 육안으로 확인하기 어려운 경사면의 기울기를 산출해, 붕괴되기 쉬운 곳을 가시화하는 방법을 제안했다.

두 개의 아이디어의 공통점은 시즈오카현이 20년 4월 30일에 무상 공개한 점군 데이터를 이용하고 있다는 점이다. 개인이 대용량의 데이터를 다룰 수 있게 되면서, 지방자치단체가 생각지도 못했던 용도가 등장하기 시작했다. 인프라 유지관리나 방재 분야의 업무를 혁신할 가능성이 있다.

발주자가 보유하고 있던 지형이나 지질, 인프라 구조물에 관한 정보를 사용하기 쉬운 형태로 온라인 상에 집약하는 기반을 ‘인프라 데이터 플랫폼’이라고 부른다. 시즈오카현의 사례처럼 갑자기 주목을 받고 있다.

-- 지하의 점군 데이터도 수집한다 --
-- 유하(流下) 시뮬레이션을 자동화 --
-- 정부 주도의 플랫폼 시동 --

Part 4. 매우 저렴한 ICT 키트
모든 건설기기가 ‘추후 장착’으로 변신

유압 굴착기 업체를 불문하고 추후 장착으로 ICT 시공을 가능하게 하는 저렴한 ‘키트’가 개발됐다. 전체의 98%에 달하는 ICT 기능이 없는 건설기기를 재탄생시키는 ‘최종 병기’가 될 것인가?

건설 현장의 생산성의 20% 향상을 목표로 국토교통성이 16년도부터 추진하고 있는 시책 ‘i-Construction’. 3개 핵심 중에 하나로 사업 프로세스에서의 ICT(정보통신기술)의 전면적인 도입이 있다.

중에서도 대표적인 것이 ICT 시공이다. 본지에서도 댐이나 터널, 조성 등 여러 개의 대규모 현장에서의 선진 사례를 소개해 왔다.

한편으로 ICT 시공에 이용하는 건설기기는 다루기도 어렵고 고가이기 때문에 지방의 중소기업일수록 도입을 망설이는 경우가 적지 않았다. 그러나 그러한 상황도 크게 변할 가능성이 있다. 건설기기 업체인 고마쓰가 20년 3월에 이 문제를 해결하는 ‘Smart Construction Retrofit kit’를 발표했기 때문이다.

GNSS(위성을 이용한 측위 시스템의 총칭) 안테나나 센서, 컨트롤러 등의 기기를 건설기기에 장착하기만 하면 단순한 유압 굴착기가 ICT건설기기로 재탄생한다. 게다가 고마쓰의 제품이 아니어도 된다.

장착 비용을 제외한 가격은 불과 70만엔이다. 일반적으로 국내의 주력 기종인 20t급의 유압 굴착기는 중고 가격이 약 500만엔이다. 그것을 개조해 ICT화하면 1,000만엔 이상이다. 지방의 건설회사에게는 상당히 큰 액수다.

ICT 기능이 없는 건설기기는 국내에서 가동하는 총 대수의 98% 이상이다. 고마쓰가 개발한 기술 시장은 매우 크다.

-- 수 만엔 추가 부담으로 렌털 가능 --
-- 생산 프로세스에 연계 --

Part 5. i-Construction 보급의 열쇠
드론을 사용해 벌목 관리

i-Construction으로 성과를 올리는 것은 대형 건설회사만은 아니다. 하천 공사를 대상으로 ICT를 활용하는 2곳의 C등급 건설회사를 통해 지방에서의 i-Con 보급의 열쇠를 탐색한다.

불과 14명의 종업원으로 ICT를 활용한 공사 실적을 지속적으로 올리고 있는 건설회사가 있다. 도야마현 다테야마마치에 본사를 두고 있는 마쓰시마건설이다. 정부의 발주 표준에 따르면 C등급에 해당한다.

19년도에는 국토교통성 호쿠리쿠지방정비국이 발주하는 조간지가와(常願寺川)의 유지관리 공사에서 하도 정비나 수목 벌채에 ICT를 활용했다. 하도 정비에서는 건설기기를 3차원으로 자동 제어하는 머신컨트롤(MC)을 도입. 벌목 과정에서도 ICT를 도입했다.

벌목 작업에서는 개산(槪算) 발주가 기본이다. 수주자와 발주자가 나무가 무성한 산 속으로 들어가 벌채할 입목의 사방 10m의 밀도를 합의한 후에 단가로 결정했었다.

“가시나무나 나무의 돌출된 부분에 걸려 작업복이 망가지는 경우도 적지 않다. 도저히 생산적이라고는 말할 수 없었다”(마쓰시마건설의 마쓰시마 전무). 그래서 마쓰시마건설이 제안한 것이 GNSS 측량기나 드론을 사용한 벌목 작업 면적 측정과 입목 밀도의 확인이다.

우선은 GNSS 측량기로 드론 평정점(評定點)이 되는 XYZ의 좌표를 측정한다. 그리고 거기에 요정점(要定點)을 두고, 드론을 비행시키면서 하천 부지의 사진을 촬영했다. 그리고 사진을 바탕으로 벌채할 입목의 밀도를 확인해 단가를 결정한다.

수목 속에 들어가지 않아도 협의를 할 수 있었기 때문에 작업 대기 시간 등을 절약할 수 있어 시공성은 향상됐다. “시간적인 여유가 생기고 이익으로 이어졌다”(마쓰시마 전무).

지방의 건설회사는 유지관리 공사 등을 하청할 기회가 많다. ICT 활용처는 시공에만 국한되지 않고 마쓰시마건설이 실시한 벌목 관리도 포함된다. 훌륭한 i-Construction 대응이다.

-- 드론은 스콥과 같은 도구 --
-- 젊은 기술자 2인에게 건설기기 조작을 맡긴다 --
-- 중소기업의 80%가 효과를 실감 --

Part 6. BIM/CIM화를 2년 앞당긴다
발주자의 개혁이 시작된다

국토교통성은 BIM/CIM(Building/Construction Information Modeling)의 원칙화를 앞당기기로 결정했다. ‘인프라 디지털화’의 성공 여부를 가를 BIM/CIM의 보급은 발주자와 그 지방의 건설 컨설턴트 회사에 달려 있다.

건설업계의 DX에서 BIM/CIM의 역할은 크다. 3차원 설계 모델에 다양한 정보를 더해, 건설 프로세스 전체를 수미일관으로 관리하는 BIM/CIM은 계획부터 유지관리에 이르기까지 함께 효율화할 수 있기 때문이다.

국토교통성은 20년 4월, 직할 사업에서 BIM/CIM의 원칙화의 목표를 23년도로 변경했다. 코로나19 감염증의 영향으로 업무의 디지털화를 가속시킬 필요가 있기 때문에 당초 계획을 2년 앞당기기로 결정했다.

예를 들면, BIM/CIM에 의한 3차원 모델은 이미지를 전달하기 쉽고, 수발주자 간 웹 회의에서 의사 소통이 쉬워진다. 국토교통성은 20년 3월에 BIM/CIM 활용 공사에서 감독∙검사 매뉴얼을 작성. 3차원 모델에 현장 영상을 겹쳐서 표시하는 AR(증강현실)을 사용해 원격으로 검사하는 방법 등을 제시했다.

19년도에 직할 사업으로 BIM/CIM을 활용한 것은 약 420건이 될 전망이다. 18년도에 비교하면 약 2배로 증가했지만 아직 전수에는 미치지 못한다.

국토교통성은 보급을 위해 발주자의 의식 향상이나 환경 개선에 주력한다. 20년 3월에는 “발주자의 BIM/CIM 실시 요령’을 정리했다. 주목해야 할 점은 발주자의 책무나 역할을 담았다는 점이다.

‘BIM/CIM 모델의 확인이나 수정 지시가 가능하도록 하드웨어나 소프트웨어, 통신 환경을 정비하는 것’ ‘발주 전에 이용 목적을 명확하게 해 둘 것’과 같은 취지를 기재했다. “생산성을 높일 필요가 있는 것은 수주자만이 아니다. 발주자도 어떻게 하면 자신이 편해질 수 있을지를 생각해야 한다”(국토교통성 기술조사과).

20년에는 BIM/CIM을 다룰 수 있는 발주자를 육성하기 위해 지방정비국 별로 교육 체제를 구축한다. 전국 12곳에서 실시하고 있는 BIM/CIM 활용 모델 사업에서 얻은 지식을 바탕으로 커리큘럼을 작성. 검사나 유지관리 등 업무 프로세스에 따른 이용 방법을 알려 나간다.

-- 3차원으로 젊은 인력 육성 --

 -- 끝 --

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