건축/환경에너지

Nikkei Architecture_2020.10.8 특집 요약 (p34~56)

비상하는 건축 드론
'새의 눈'으로 설계·시공·유지 관리의 혁신

‘하늘의 산업혁명’으로 불리는 드론의 활용이 드디어 건축 분야에서도 시작되었다. 자유롭게 날 수 있는 ‘새의 눈’으로 지금까지 보이지 않았던 건축의 모습을 전해 준다. 2020년 7월에 정부가 각의에서 결정한 ‘성장 전략 실행 계획’에 건축 분야에서의 드론 활용이 포함되었던 것도 순풍으로 작용했다. 외벽 조사나 시공 검사, 설계 등 선구적인 활동을 취재했다.

Part.1 생명줄 달린 드론을 초고층에서 외줄 낚시
외벽 조사에 활용

도심에서의 드론 비행은 위험이 따른다. 하지만 드론에 의한 외벽 조사 수법이 확립되면, 가설 발판이 불필요하게 되는 등, 대폭적인 비용 절감을 기대할 수 있다. 정부가 건축기준법 개정을 내세우고 있어 드론 활용의 움직임이 활발하다.

도심에 있는 초고층 빌딩의 외벽 조사에 드론을 활용하려는 움직임이 있다. 이는 세이부(西部)건설(사이타마(埼玉) 현)이 개발을 추진하는 ‘라인 드론 시스템’이다. 건물 외벽을 따라 세로 방향으로 친 줄(라인)이 드론의 비행을 안내하며 안전성을 높인다. 이른바 '생명줄'이 달린 드론이다. 세이부건설은 이 시스템을 2020년 11월부터 외부에 판매할 계획이다.

이미 2020년 6월부터 조사회사 등 5사에 의한 테스트 이용이 진행되고 있다. 각 사는 자사 빌딩이나 조사 의뢰를 받은 빌딩 등에서 실제로 새로운 시스템을 활용해, 사용감이나 개선점 등을 세이부건설에 피드백 함으로써 외판을 목표로 시스템의 완성도를 더욱 높이고 있다.

시장 테스트에 앞서, 2020년 3월에는 나카노(中野)썬플라자(도쿄)에서 공개 실험을 실시했다. 건축연구소와 일본투바이포건축협회, 세이부건설의 3곳에 의한 공동 연구의 일환이다. 이 3곳에 따르면 초고층 빌딩에서의 드론 점검은 국내 최초다.

건축 분야에서의 드론 점검은 토목 분야 인프라 점검 등과는 달리, 인구집중 지역에서의 실시가 전제이다.

항공법은 이 지역 상공에서 드론 비행을 금지하고 있으며 국토교통성 허가를 받아야만 비행이 가능하다고 되어 있다. 인구 밀도가 높은 도시에서의 안전성의 확보가 보급을 위한 최대의 걸림돌이다. 빽빽이 들어선 건물들이 걸림돌이 되어 GPS 등 전파 장애가 일어나기 쉬우며 드론이 추락했을 때의 피해 위험도가 높은 등의 과제가 많다.

건축연구소 재료연구그룹 미야우치(宮内) 선임연구원은 발판 없는 드론 점검을 통해 외벽 건전성을 확인한다면 대규모 수리까지 ‘시간을 벌 수 있다’고 말한다. “발판을 짜는 타이밍이 몇 년만이라도 미뤄진다면 수리비를 절감할 수 있다. 이는 건물의 수명 연장으로도 이어진다”라고 기대를 모으고 있다.

이번 실증 실험의 주요 목적은 안전성과 조사 정밀도의 안정성 확인에 있다. 평소 같으면 드론을 띄울 수 없을 정도의 난이도가 높은 곳을 선택했다. 나카노썬플라자는 JR나카노역 앞에 있으며 도로를 사이에 두고 지구 청사 등이 있다. 높이는 90m가 넘는다.

-- 참치 낚시용 장대와 줄을 채택 --
-- 추락 포인트 파악이 용이하게 --

● 건축검사학 컨소시엄
드론 적외선 화상을 통해 '부표’를 자동판정

드론을 이용한 외벽 조사의 선구자와 IT기업이 협력해 드론, AI(인공지능)를 이용한 건물 조사 방법을 개발해 회원 기업에 제공해 나갈 것이다. 이에 참가하는 것은 건축 검사학 연구소(가나가와(神奈川) 현)와 일본시스템웨어(도쿄), do(도쿄)의 3사.　2020년 3월에 '건축검사학 컨소시엄'을 설립했다.

컨소시엄의 발기인으로 기술 통괄을 맡는 건축검사학 연구소의 오오바(大場) 대표는 민간의 제3자 검사·평가 기관에서 드론이나 적외선 장치를 이용한 외벽 조사에 종사해 왔다. 이 분야의 선구자 중 한 명이다.

회원이 이용할 수 있는 소프트웨어의 눈 역할이 적외선 AI 영상 분석 소프트웨어인 ‘Thermal Vision’이다. 타일이나 바탕 몰타르와 같은 마감재의 들듬 유무나 들뜸이 있는 곳의 면적, 들뜸 타일의 매수 등을 자동으로 해석할 수 있다.

마감재 들뜸 판정은 드론에 탑재해 촬영한 적외선 이미지를 활용한다. 온도가 상승할 때 마감재가 떠 있는 곳은 공기 층이 있기 때문에 열이 전달되기 어려우며 건전부보다 온도가 높아진다. 적외선 영상에서는 이 온도차를 검출해 나간다.

포인트는 기상 조건 등을 고려해 적외선 화상을 판정하는 것. 컨소시엄의 조사방법에서는 풍속과 온도∙습도, 방사율 등을 조사 할 때 확인하는 것을 표준으로 한다. 이 파라미터 정보를 소프트웨어에 입력함으로써, 해석의 방해가 되는 노이즈 등을 배제하면서 정밀도가 높은 판정을 할 수 있도록 했다.

-- 인장시험으로 부표를 확인 --
-- 업무시간을 4분의 1로 단축 --

● 다케나카고무텐(竹中工務店)
'스마트 타일 세이버', 2020년 7월부터 '시험 비행' 개시

대기업 건설회사의 다케나카고무텐은 드론으로 촬영한 적외선 화상을 이용해 AI(인공지능)를 이용한 화상 해석으로 타일의 부표를 자동 검출하는 ‘스마트 타일 세이버’를 개발했다. 2020년 7월부터 기존 건물을 대상으로 시행을 개시, 9월까지 2동에서 적용했다.

적외선 화상을 촬영하는 디바이스는 미국 FLIR Systems 제품의 서모그래피 카메라. 건물에서 3m 정도 떨어진 위치에서 벽면을 촬영, 화상 데이터를 취득한다.

“드론 촬영의 좋은 점은 카메라를 벽에 물리적으로 가까이 붙일 수 있다는 점이다. 의심스러운 장소가 있으면 접근하고, 한층 더 해상도를 높일 수 있다”라고, 개발의 중심 인물인 기타칸토(北關東) 지점의 후카자와(深沢) 작업소장은 말한다.

촬영의 성과인 적외선 화상은 독자적으로 개발한 '스마트 타일 세이버' 어플리케이션으로 해석. (1) 열 분포 데이터의 추출, (2) 벽면의 타일 줄눈(메지) 검출, (3) 뜬 타일 검출을 실시한다.

벽면마다 데이터를 연결해 벽면의 모든 타일의 할당을 CAD 데이터로서 출력할 수 있다. 어느 타일이 떠 있을 가능성이 있는지, 타일의 총 수 중 몇 %에 해당하는지도 자동으로 계산할 수 있다. 자동화 비율이 높으며 조사의 성과물인 보고서를 작성하는 수고를 줄일 수 있다는 것이 장점이다.

-- 드론 활용의 '본질' --
-- 1차 진단은 발판이 필요 없게 --

Part.2 정부의 규제 완화 방침
건축기준법 개정, 활용을 뒷받침하는 국가의 움직임

일본 정부는 2020년 7월 '적외선 장치를 탑재한 드론 외벽 조사'를 포함한 성장전략 실행계획을 각의 의결했다. 이에 건축 분야에서 드론 활용에 대한 기대감이 높아지고 있다.

정부는 2015년경부터 드론에 관한 규정 정비와 시장 육성에 힘써 왔다. 주요 사건을 계기로 규정 정비가 진행되고 있다는 것을 알 수 있다.

특히 인상 깊은 것은, 2015년 4월에 발생한 총리 관저에 드론이 침입한 사건이다. 이에 따라 항공법이 개정되어 기본적인 드론 운용 규정이 제시되었다. 인구집중 지구의 상공에서의 비행 금지나 목시외(目視外) 비행 금지 등이 그것이다.

국가는 규범을 정비하는 한편, 드론을 산업에 활용하기 위해 민관 협의회를 2015년 12월에 설치. 드론 활용과 기술개발 로드맵을 2016년 4월 수립해, 그 이후 매년 업데이트를 하고 있다. 최신 2020년판에 따르면, 2022년경에 ‘유인 지대에서의 목시외 비행의 실현’을 목표로 하고 있다.

임프레스종합연구소(도쿄)에 따르면 드론을 활용한 서비스 시장의 규모는 2020년도에 약 1,000억엔, 2023년도에 약 2,500억엔, 2025년도에 4,500억엔으로 급속하게 확대될 것이라고 예측한다.

-- NEDO가 기술개발을 추진 --
 

● 연구자에게 묻는다
드론 활용을 위한 3가지 과제

정부는 건축기준법 12조에 따른 외벽 조사에 드론을 활용하겠다고 밝혔다. 실현에 있어서 중요시되는 연구개발이 NEDO에서 진행 중이다. NEDO에서는 기술검토위원회를 설치해 사업자를 지원한다. 위원으로는 국토교통성의 T3사업(건축 기준 정비 촉진 사업)에 관련된 건축연구소가 참가하고 있다. 건축연구소의 미야우치(宮内) 씨에게 드론에 의한 외벽 조사의 가능성에 대해 물었다.

“NEDO의 연구개발에서는 T3사업으로 파악한 과제를 해결하기 바란다. 개인적인 의견으로서 외벽 점검에 적합한 적외선 장치와 드론, 운용 수칙을 3가지 과제로 꼽고 싶다”(미야우치 씨).

적외선 장치는 온도 분해능이 중요하다. 드론을 탑재한 일반적인 적외선 장치는 숲 속의 동물을 발견할 경우, 온도차가 크기 때문에 효과적이다. 하지만 외벽의 경우는 햇빛에 의해 외벽이 따뜻해져 온도차가 생기므로 그 차이는 근소하다. 이를 판정할 수 있는 장치를 이용할 필요가 있다. 또한 드론 프로펠러 바람이나 상공 바람의 영향을 받지 않는 장치가 필요하다.

드론은 도심에서도 안전하게 날릴 수 있는 제어기술과 안전기술이 필요하다. 빌딩에 의한 간섭을 받아 GPS로 제어할 수 없는 경우도 생각할 수 있으므로 비(非)GPS 환경에서도 제어할 수 있는 기술이 필요하다. 또한 만일 제어가 안 되더라도 안전하게 운행할 수 있는 기술도 필요하다.

보급형 적외선 장비 탑재 드론이 개발되는 것을 기대하고 있다. 새로운 드론이 외벽 조사에서 실적을 올린다면 건축기준법의 재검토가 이뤄질 것이다.

Part.3 자동 조종 앱으로 지붕 점검
친숙해진 공중 촬영 드론

-- 드론 파일럿과의 매칭 사이트도 등장 --
드론에 의한 공중 촬영이 친숙한 존재가 되었다. 소규모 사업자 전용의 지붕 점검 서비스, 건축 현장의 정점 촬영 등을 자동 조종 앱, 공중 촬영을 전문으로 하는 사업자와의 매칭 사이트도 등장하고 있다.

테라드론(도쿄)이 전개하고 있는 ‘테라루퍼’는 지붕 점검에 특화된 서비스다. 테라드론이 제창하는 캐치프레이즈는 ‘촬영 시간은 1회 5분’. 주택 등에는 지붕의 점검 설비가 없는 경우가 많아, 오르는 것만으로도 작업자의 추락 방지 조치가 필요하지만, 공중 촬영일 경우에는 그러한 수고가 불필요하다.

서비스는 드론 본체와 스마트폰 또는 태블릿 PC를 위한 전용 애플리케이션으로 구성된다.

촬영 장소 근처에서 드론과 단말기로 GPS의 정보를 취득해 지도 정보를 확인. 건물 상공을 한 바퀴 도는 등의 비행 계획을 미리 입력하면, 나머지는 드론이 자동으로 이륙해 GPS 정보에 근거해 비행을 실행, 촬영을 완료한다.

전용 앱에는 촬영한 영상으로 지붕 면의 면적을 산정하는 기능도 있다. 지붕 개수의 간이 견적에 직결하는 기능이라고 할 수 있다.

테라드론에 따르면, 테라루퍼는 드론 본체의 도입, 항공법에 따른 허가 신청, 사업용 손해보험 등을 원스톱으로 제공한다는 점도 세일즈 포인트이다.

“보험을 포함하면 별도로 도입하는 것보다 비용이 낮아진다”(테라드론 테라루퍼 사업개발부의 다이코쿠 씨)고 설명한다. 지붕 공사 회사 및 공무점 등을 중심으로 도입 사례가 늘고 있다고 한다.

건설 현장을 위한 원스톱 서비스에는 소프트웨어 개발을 전문으로 하는 CLUE(도쿄)가 전개하는 앱 ‘드론 시공 관리 군’도 있다. 현장의 정점 관측을 위해 시미즈(清水)건설이 2018년에 토목공사에 도입한 사례가 있다.

-- 공중 촬영도 저비용화 --
-- 기재(機材)는 10만엔 정도부터 도입 가능 --

Part.4 드론으로 검사 공정을 대폭 단축
시공에 활용

건축현장 상공에서도 드론의 로터 소리가 울리기 시작했다.　복잡한 공정도 하늘에서 보면 일목요연하다.　선행하는 대형 건설회사의 활용 사례를 살펴보았다.

■ 다케나카고무텐
전체 길이 10km가 넘는 스테인리스심 용접, 드론 촬영으로 영상 검사

다케나카고무텐은 대형 시설에서 스테인리스심 용접 지붕의 이음매 용접부 검사에 드론을 도입했다. 이미 적용된 사례가 있어 특허출원이 끝난 상태임을 공표했다. 용접이 완료된 지붕 위에서 드론을 날려, 용접한 이음매를 따라 가시광선 영상을 촬영. 실제 검사는 영상을 보며 옥내에서 실시하는 것이다.

-- GPS로는 위치를 특정할 수 없다 --

■ 오바야시구미 (大林組)
대규모 조성 측량에 채택

-- 홋카이도 볼파크 상공을 날다 --
2022년 개업을 목표로 홋카이도 기타히로시마(北広島)　시에서 프로야구 홋카이도 닛폰햄 파이터스의 본거지가 되는 새로운 구장 ‘에스콘필드 홋카이도’ 등의 공사가 진행되는 ‘홋카이도(北海道) 볼파크 F빌리지’. 구미(歐美)에서 복합형 스포츠 시설을 많이 다루는 미국 설계 사무소 HKS와 공동으로 오바야시구미가 설계 및 시공을 맡고 있다. 약 260,000㎡라는 광대한 예정지에서 오바야시구미는 측량이나 굴착 토량의 계량 등에 드론을 활용하고 있다

-- 공중 촬영 등으로 도입이 진행되다 --

■ 다이세이(大成)건설
클라우드 서비스를 적극 활용

-- 클라우드 서비스가 속속 등장 --
건설업을 위한 클라우드 서비스가 고도화되면서 촬영한 영상 데이터의 활용 방법도 확대되었다. 다이세이건설의 ICT 카라반은 비교적 염가로 도입할 수 있는 새로운 서비스 보급에도 나서고 있다. 자사가 개발한 기술뿐만이 아니라, 외부 서비스를 적극적으로 채택할 방침이다.

진척 관리의 예로서는 건설 중인 시설의 바로 위에서 촬영해, 영상 위에 도면의 축척에 맞춰 투영시키는 기술이 있다.

Part.5 ‘마이크로 드론’ 시행이 계속된다
시설 관리자도 뜨거운 시선

-- 옥내 비행의 요구는 높지만 제어 기술의 개발이 과제 --
도쿄 오오타(大田) 구에 4동의 물류 빌딩을 소유하는 미쓰비시지쇼(三菱地所) 그룹의 도쿄유통센터(TRC)는 2020년부터 드론에 의한 시설관리 서비스의 개발에 착수했다.　드론 관련 서비스를 개발하는 벤처기업인 아이 로보틱스(도쿄)와 손잡고 창고 공간에서 실증 실험을 추진하고 있다.

-- 현시점에서는 자동화는 곤란 --
-- 천장 안 내부를 비행하다 --
-- 실내 자동 비행을 실현하는 SLAM --

Part.6 조망도 드론으로 사전 계획
설계에 활용

설계 의도를 전달하기 위해 설계자들도 드론을 사용하기 시작했다. 초고층 프로젝트에서는 드론으로 조망을 촬영해 발주자에게 그 매력을 어필한다. 건물이 완공된 이후에는 공간의 매력을 알리기 위해 드론 촬영을 시도하고 있다.

■ JR동일본건축설계
발주자와의 이미지 공유를 앞당긴다

하마리큐온시(浜離宮恩賜)정원(도쿄)이 내려다보이는 위치에 2020년 4월, ‘WATERS Takeshiba(워터즈 타케시바)’의 호텔 및 오피스가 개업했다. 하마리큐(浜離宮) 정원과 시오도메(汐留)의 초고층 빌딩들이 구성하는 역사의 콘트라스트에 주목해, 고층 동의 각층에 테라스를 마련해 ‘조망’을 확보하고 있다.

설계를 담당한 JR동일본건축설계는 프로젝트의 열쇠를 쥐고 있는 조망을 확인하기 위해, 설계의 이른 단계에서 드론 촬영을 실시했다. 그 이미지를 BIM(빌딩 인포메이션 모델링)과 조합한 이미지 도면을 작성해 발주자에게 제시했다. 완성 후에 촬영한 사진과 비교한 결과, 하마리큐 정원이나 배경의 초고층 빌딩들이 거의 일치했다.

■ 닛켄(日建) 하우징 시스템
공모안 작성에 활용

-- 공모 때 숲의 높이를 확인 --
닛켄 하우징 시스템은 아파트 지명 공모에서 인접한 공원의 녹색을 프로젝트에 어떻게 살릴 지를 설명하기 위해 드론 촬영을 활용했다. 건물의 저층부는 숲을 즐기며, 중층부는 숲의 나무를 넘어 펼쳐지는 전망과 숲의 공기를 즐기며, 상층부는 공원 조망을 즐긴다는 것이다. 설계를 담당한 설계 감리부의 고모리(小森) 어소시에이트 아키텍트는 “숲의 나무를 넘어선 높이로 드론을 날려 확인하고 싶다”라고 생각했다. 프레젠테이션용의 동영상을 제작한 닛켄 하우징 시스템의 lid 연구소 D3 디자인실의 이케다(池田) 시니어 디자이너는 “드론으로 촬영한 영상을 프레젠테이션 동영상에 활용하고 싶다”고 제안했다.

■ 일본설계
수상 응모에 활용

-- 설계 의도를 전하는 동영상 --
일본설계 건축 설계팀의 오쿠무라(奥村) 상석　주관은 수상 응모에 있어서 자신이 설계를 담당한 오오테마치 플레이스(도쿄)의 설계 콘셉트를 전하는 동영상을 작성하는데 드론을 활용하고 있다.

Part.7 드론 공중촬영 의뢰가 증가 중
준공 사진에도 변화의 물결

-- 촬영에 밀착, 도시지역 상공 촬영의 요령이란 --
준공 사진 등을 전문으로 하는 건축사진 사무소에서도 젊은 사진사를 중심으로 드론 도입이 진행되고 있다. 2018년에 신규 독립한 사진사무소 IT이미징(도쿄)에서는 "2020년대 들어 특히 공중촬영의 거래 문의가 많아졌다"며 호감을 보였다.

이번 취재에서는 동사무소의 촬영 현장에 밀착했다. 촬영 대상은 사이타마(埼玉) 현 카와고에(川超) 시의 새로운 복합 시설 ‘U_PLACE(유·플레이스)’다.

의뢰인은 시설의 조경 계획을 하는 도다요시키풍경계획(도쿄)이다. 촬영에 동행한 동사무소의 호리이(堀井) 설계 주임은 “사람의 시선보다 높은 위치에서 이용자의 동선의 흐름을 촬영해 보고 싶었다”라고, 의뢰 의도를 말한다.

● 드론 법률 상담
도심에서의 비행에는 법적 과제

 -- 끝 --

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