건축/환경에너지

Nikkei Architecture_2020.9.10 특집요약 (p52-59)

건설 디지털 혁명
설계∙시공∙유지관리의 최신 현장

건설 프로세스의 모든 장면에서 디지털 혁명이 일어나고 있다. 이제 ‘모른다’는 말로 넘어갈 수 없게 되었다. 최근에 자주 듣는 말이 ‘디지털 트윈’ ‘점군’ ‘MR(복합현실)’의 3개 키워드다. 건축 분야에 점점 침투하고 있는 최첨단 디지털 활용을 소개한다.

Part 1. 건물이나 도시의 디지털 트윈
현실과 가상의 왕래를 통해 업데이트


현실공간과 가상공간을 융합해 자유롭게 왕래하는 ‘디지털 트윈’의 구축이 건설업계에서 붐이 되고 있다. 건물만이 아니라 도시 전체를 재현한 가상 모델의 활용 현장을 찾아가본다.

도쿄 에토구에서 개발이 진행 중인 ‘도요스 6초메 4-2∙3 구획 프로젝트(가칭)’의 구획 내에 일본의 첫 도시형 미치노에키(도로 휴게소) ‘도요스 MiCHi노에키’가 탄생한다. 사업자이며 설계∙시공도 전개하는 시미즈건설은 21년 가을 개업을 예정하고 있다. 투자액은 약 600억엔으로, 시미즈건설 단독 개발로서는 과거 최대 규모다. 만 연안의 교통 결절점이 될 것이다.

동시에 ‘도시 디지털 트윈’의 모델 현장이 되는 점에서도 주목을 받고 있다. 도쿄도는 20년 7월에 도쿄의 포텐셜을 이끌어내는 ‘스마트도쿄(도쿄판 Society5.0)’의 실장을 위해 도내 3개의 프로젝트를 지원한다고 발표. 그 중 하나가 위의 구획을 포함한 ‘도요스 스마트시티’다. 시미즈건설은 구획과 그 주변을 대상으로 피지컬(현실) 공간과 사이버(가상) 공간의 구축을 설계 초기부터 염두에 두고 있다.

이 프로젝트는 대규모 오피스 빌딩과 호텔의 2개 동이 중심이 된다. 2개 동 사이에 ‘교통 광장’을 만든다.

시설을 만들면 그것으로 끝이 아니다. 이용자나 설치∙이동하는 물건, 그리고 교통 결절점 공간을 매일 모니터링해 데이터를 수집한다.

현실 공간에 카메라나 센서를 다수 설치해 교통량이나 인적 이동, 물류, 환경 등의 데이터를 취득. 이것들을 가상공간에 투입해 다양한 시뮬레이션을 실시한다. 효과적인 결과가 나오면 현실 공간에 반영. 도시를 항시 업데이트해 나간다.

-- 현실에 반영하기 쉬운 공간 정보 --
시미즈건설은 도요스 구역의 디지털 트윈 일부를 닛케이 아키텍처에 공개했다. 중핵 2개 동은 BIM(Building Information Modeling)을 사용해 세세한 부분까지 묘사하고 있다. 왜 이렇게까지 디지털 트윈에 집착하는 것일까?

시미즈건설 LCV사업본부의 가토(加藤) 부장은 “시뮬레이션 결과를 현실세계에 가장 반영하기 쉬운 것은 공간 설계다. 이것은 당사의 본업이며, 도시의 진화에는 반드시 필요한 것이다. 디지털 트윈은 수집한 공간 데이터의 분석과 실장 전의 시험의 장으로 생각하고 있다”라고 말한다.

차세대 모빌리티에 의한 이동이나 물류의 검증과 도입도 시작한다. 도요스 MiCHi노에키에 새로운 교통 서비스를 실장해 개선 거점으로 한다.

도요스에 인접한 엣추지마에 위치한 시미즈건설 기술연구소에서는 건물의 내외나 도로의 디지털 트윈을 연구소 자체를 모델로 해서 검증 중이다. 자율주행 차나 이동형 로봇에 공간 데이터는 필수다. 디지털 맵 없이 안전하고 쾌적한 주행은 불가능하다.

기술연구소의 시라이시(白石) 씨는 “모빌리티가 주위를 스캔하는 것도 중요하지만 건물이나 도로와 같은 공간 데이터가 베이스에 있다면 자율주행 정밀도는 높아진다”라고 설명한다. 건설회사가 보유한 BIM 데이터는 공간을 표현하는 데 최적이다.

시미즈건설뿐 아니라 대형건설기업이 디지털 트윈에 경도하는 것은 많이 보급된 BIM으로 직접 실력을 발휘하기 쉽기 때문이다. “BIM은 디지털 트윈의 베이스이며, 건설회사의 지식을 축적할 수 있는 지식 시스템이기도 하다”(가토 부장).

-- 건설 프로세스의 혁신과 직결 --
디지털 트윈의 활용에서는 가시마도 뒤지지 않는다. 18년에 책정한 ‘가시마 스마트생산비전’은 건설 프로세스에서의 생산성 향상을 기치로 실적을 축적해 왔다.

가시마 스마트생산의 구성 요소는 개별적으로 살펴보는 것이 아니라 ‘건물의 라이프사이클’에 따라서 정리하면 알기 쉽다. 기획∙개발부터 설계, 시공, 유지관리까지 일괄적으로 관리한다. 그 베이스가 BIM이며, 디지털 트윈이라는 점은 시미즈건설과 마찬가지다.

그리고 건설 단계별로 툴을 구분해 사용한다. Computational Design에 의한 설계 시뮬레이션을 비롯해 전용 앱을 이용한 시공 계획, 센서로 현장의 기자재 위치나 가동 상황을 감시하는 시스템 등이 대표적인 사례다. 디지털 트윈을 이용한 가상 검증과 현실 공간에 대한 반영을 단계별로 추진한다.

이 발상을 건물뿐 아니라 도시로 확산시킨 것이 스마트시티라고도 할 수 있다. 가시마는 ‘스마트도쿄’에서는 미나토구의 ‘Smart City Takeshiba’에 깊게 관여하고 있다.

여기서 ‘도시 OS’라는 새로운 키워드가 등장한다. 실시간 데이터 유통 플랫폼을 도시에 실장하는 것을 목표한다. 가시마 스마트생산의 경험이 활용될 것은 분명하다.

Part 2. 점군이나 360도 이미지의 3D 모델
완성도 확인이나 건물 데이터 보존에 유효

건축분야에서의 ‘점군’ 활용이 확산되기 시작했다. 점군이라는 것은 좌표의 위치와 색을 나타내는 데이터 덩어리를 말한다. 합성하면 건물 등을 정확한 치수로 묘사할 수 있다. 공간을 통째로 기록할 수 있는 360도 카메라도 코로나 사태에서 각광을 받고 있다.

건축현장에 3D 레이저 스캐너를 도입, 점군을 수집하는 사례가 증가하고 있다. 다케나카공무점은 도쿄 롯폰기에 세운 미래의 집 ‘EQ House’에서 점군 실험을 진행했다. 기술연구소 첨단기술부의 소메야(染谷) 씨는 “점군의 이점은 실물 크기라는 점이다”라고 말한다.

EQ House에서는 실물 크기의 혜택을 받기 쉬운 2개의 프로세스에 적용했다. 하나는 공사의 진척 관리, 다른 하나는 철골공장에서의 제품 검사다.

-- 건물이나 자재의 완성도를 계측 --
현장의 진척 관리는 건물이나 가설재를 육안으로 체크하는 것이 일반적이다. 이것을 점군으로 대체한다. 건설 중에 매월, 점군을 수집. 지난 번과의 차이로 진척을 확인할 수 있도록 가설재를 제외한 완성도 데이터 추출을 시험했다. “이 처리가 어렵다. 점군을 다루는 노하우가 된다”(소메야 씨).

자재 검사에도 사용해 봤다. 공장에서 완성한 철골 프레임의 점군을 취득. 철골 BIM과의 차이를 구해 제품 검사를 효율화한다. 지금까지는 공장의 담당자가 손으로 계측했었다.

철골은 크고 무겁다. 현장에 운반된 후에 치수에 오류가 발생되면 큰 규모의 재작업이 발생한다. 이를 점군이라는 디지털의 눈으로 미연에 방지한다.

-- 3D 사진은 보기 쉽고 취급도 간단 --
점군으로 3D 모델을 만들면 사진처럼은 보이지 않는다. 그런데 데이터량은 방대하고, 주요한 3D 스캐너는 수백만 엔대로 고가다. 그 점에서 공간을 360도 촬영하는 3D 적외선 스캔카메라는 고화질 사진과 비슷해 보기 쉽다. 기기도 수십만 엔대로 저렴하고 조작도 어렵지 않다.

적외선으로 치수도 계측해 사진 속 사물의 길이를 알 수 있다. 점군의 치수 정밀도에는 미치지 못하지만 대략적인 계산이 필요한 경우는 충분히 사용할 수 있다.

이 360도 카메라는 미국의 ‘메타포트(Matterport)’가 인기가 많다. 생성한 3D 공간을 걷는 ‘3D 워크스루’가 코로나 사태에서 단숨에 확산됐다. 4K로 촬영하는 Matterport의 화질은 선명해서 세세한 부분까지 확인할 수 있다.

점군도 360도 카메라도 3D 모델을 만들면 현실에서는 불가능한 각도에서 건물을 볼 수 있기 때문에 재미있다. 계층 모델은 개미집처럼 생겼고, 벽이나 천장을 뚫고 방을 볼 수 있는 ‘돌하우스 뷰’는 3D 모델 특유의 독자적인 시점이다.

Part 3. MR과 카메라로 원격지원과 성인화(省人化)
웨어러블이 정밀도 향상과 시간 단축에 기여

일본 마이크로소프트의 MR 헤드마운트디스플레이 ‘HoloLens2’가 현장의 건설 프로세스나 작업에 필요한 인원수를 바꿀지도 모른다. 소형 카메라로 현장을 원격 지원하는 시스템도 노동력 부족과 코로나 사태에서 보급이 빨라지고 있다.

건설현장에서의 적용 범위가 넓다. 획기적인 웨어러블 단말이 등장했다. 머리에 쓰는 MR기 HoloLens2다. 렌즈 너머로 현실 공간을 바라보면 겹치듯이 가상의 화면도 보인다. 익숙한 윈도우 창이 공중에 떠 있다고 말하면 상상하기 쉬울지도 모르겠다. 마우스로 클릭하는 대신에 손가락으로 가상 버튼을 조작한다.

HoloLens2는 19년 말에 일본 시장에 나오기 시작했다. 건설업계는 주요 타깃 중 하나다. 앱 개발도 진행되면서 실례가 증가하고 있다. 용도는 설계, 시공, 검사 등 다양하다.

예를 들면, 건설업체 하세코코퍼레이션과 Out-Sourceing Technology(도쿄)는 20년 7월에 맨션 외벽 타일 타진검사에 사용하기 시작했다. 검사 앱 ‘AR 타쿠미 RESIDENCE’를 양사에서 공동 개발했다. AR 화면을 보면서 검사를 진행하고 결과를 앱에 기록한다. 그러면 보고서를 자동으로 작성할 수 있다. 이것으로 검사 업무를 약 30% 삭감할 수 있다. 기자도 체험해 봤지만 입력 조작은 어렵지 않다.

타진검사는 기존에는 2인 1조로 실시했었다. 한 사람이 ‘타일 타진 막대’로 벽을 터치하고, 다른 한 사람이 맨션의 평면도에 들뜸이나 균열과 같은 고장을 기입한다. 동시에 사진도 촬영한다. 검사 후에 고장 난 곳을 도면에 옮겨 적으면서 사진과 대조하며 보고서를 만들어야 하기 때문에 상당히 많은 시간이 걸린다. HoloLens2를 사용하면 같은 검사를 혼자서도 할 수 있다.

다케나카공무점은 설계에서 HoloLens(시행 시에는 버전1)를 사용한다. 현실 공간에 건물의 입체 이미지를 표시한다. 떨어진 장소에 있는 사람을 포함해 복수의 설계자가 건물 모양이나 공간이 보여지는 방식 등을 공유하며 의견을 나눈다.

도쿄 본점 설계부의 하나오카(花岡) 씨는 “건축은 스케일마다 확인할 수 있는 오류가 다르다. 게다가 BIM 화면에서 설계하고 있으면 실제 ‘스케일 감각’을 놓치기 쉬워진다”라고 말한다.

MR은 스케일을 자유자재로 바꿀 수 있기 때문에 모형을 만들 필요가 없다. 바로 확인 작업에 들어간다. 고야나기건설(니가타현)이 개발한 앱 ‘Holostruction’으로 시험 중이다.

앞으로는 시공 현장에서 설비설계 데이터를 골조에 겹쳐서 표시하거나, 장착한 설비가 설계도와 일치하는가를 확인하는 용도도 확산될 것이다. 그러나 현장에서는 헬멧을 착용한다. Nikon-Trimble(도쿄)은 5월부터 헬멧 일체형 ‘Trimble XR10’를 판매하고 있으며, 도입이 시작될 것으로 보인다.

-- 현장 영상을 보면서 서포트 --
MR이 효과를 발휘하는 것은 BIM(Building Information Modeling)을 사용할 수 있는 현장이다. 설계에서는 BIM 데이터의 입체 공유이고, 시공이나 검사는 BIM을 ‘정답’으로 한 현실과의 비교다.

한편 설비 트러블로 오류의 원인을 특정하기 어려운 현장은 아직 사람의 감각과 경험이 필요하다. 그러나 노동력 부족으로 현장에 있을 수 있는 인원은 한정적이다. 그래서 다이킨공업은 6월, 공조 수리 현장에서 카메라가 달린 웨어러블 단말 ‘THINKLET’을 이용하기 시작했다.

THINKLET은 스타트업 기업인 Fairy Devices(도쿄) 제품이다. 끝에 카메라가 달려 있고, 마이크나 스피커, Wi-Fi 기능 등도 갖추고 있다. 앱은 자사 개발했다. THINKLET를 목에 걸면 눈 앞의 공조 설비를 촬영할 수 있다.

영상은 다이킨공업의 원격 거점으로 전송된다. 그것을 숙련 기술자가 보고, 현장의 담당자에게 조언을 한다. 이 방법이라면 한 명의 베테랑 기술자가 거의 동시에 복수의 담당자를 서포트할 수 있다.

 -- 끝 --

Copyright © 2020 [Nikkei Architecture] / Nikkei Business Publications, Inc. All rights reserved.