‘스마트 건축’ 기술로 생산성 향상·혁신 속도낸다

스마트건축은 ‘이용자 삶의 질과 건축물의 가치 향상을 위해 지능정보 기술과 융·복합된 개선된 정주 환경을 제공하는 지속 가능한 건축물’로 정의된다. <국토교통부 보고서 ‘스마트건축 육성을 위한 기본계획 수립 및 정책방안 연구’ (2020.4) 중에서>

‘건축’이라는 용어는 명사임과 동시에 동사이기에 ‘스마트건축’이라는 용어는 ‘건축행위의 스마트화’와 ‘시설물의 스마트화’ 라는 두 가지를 모두 뜻한다.

건축분야는 4차 산업혁명 기술이 다양하게 진화할 수 있는 가능성이 잠재돼 있는 분야인 동시에 우리네 삶의 양식에도 지대한 영향을 끼칠 수 있는 분야라는 측면에서 스마트건축 개념 보편화는 큰 의미를 지닌다.

전문가들은 스마트건축이 건축 현장에 보편화되면 지금까지는 많은 인력이 투입돼 긴 시간에 걸쳐 이뤄지던 일들이 이제는 최첨단 기술의 힘으로 짧은 시간 최소한의 인력 투입으로도 가능해질 것이라고 분석한다.

건축물의 조사와 설계 그리고 시공 과정에 대한 감리와 사용승인 현장조사·검사 및 확인업무 등 각 단계별로 스마트건축의 주요 기술인 드론, BIM, 라이다, 3D 스캐너와 프린터, 디지털 트윈 등이 어떻게 이용되는지 알아봤다.

◆계획조사 단계

계획조사 단계에서는 드론(Drone)에 카메라나 라이다를 장착해 건축 현장의 3D 지형데이터를 도출한다. 종전까지는 상당한 인력을 투입해 얻어낸 분절된 2D 데이터를 결합해야 했지만 이제는 복합된 3D 데이터를 얻어낼 수 있다.

드론은 원래 지상에서 원격조정기나 사전프로그램 된 경로로 비행하거나, 인공지능이 탑재되어 자율비행 하는 ‘무인비행장치’를 의미했지만 건축 분야에서는 카메라, 라이다 등 각종 장비를 탑재하여 건축현장의 지형·장비 위치 등을 빠르고 정확하게 수집하는 기술로 활용된다. 

라이다(LiDAR, light detection and ranging)란 하늘에서 지표면에 레이저빔을 발사한 뒤 레이저가 되돌아오는 시간을 계산해 반사된 지형·지물의 모영을 3차원으로 표현하는 최첨단 매핑(mapping) 기술이다. 얼마 전부터는 ‘자율주행차의 눈’으로 불리며 그 활동범위가 점차 늘어나고 있는데 건축 분야에서도 현장의 지형과 현장마다의 특징데이터를 정확히 산출해 내는 역할을 하고 있다.

◆설계단계

설계단계에서는 BIM 기술을 이용한 3차원 설계가 보편화되고 있다.

BIM(건축정보모델링, Building Information Modeling)이란 쉽게 말하면 실제 건물을 짓기 전 컴퓨터상에 건물을 지어보는 것이라고 할 수 있다. 단순히 외형만 3D 모양을 갖춘 것이 아니라 사용할 자재와 하중, 길이 등 설계 대상 건축물에 대한 정보를 모두 담고 있다.

이렇게 통합된 데이터를 모두 담은 3차원 모델링을 통해 건축사들은 좀 더 나은 설계 결과물을 만들어낼 수 있다. 동시에 건축주에게도 시각적으로 더욱 명확한 시안을 제공할 수 있어 의사결정에 소요되는 시간도 절약할 수 있다.

3D 스캐너와 프린터(3D scanner&printer)는 BIM을 통해 설계한 데이터를 실제로 출력하는 데 쓰인다. 3D 프린터로 얻어낸 실제 출력물은 가상공간에서 미처 체크할 수 없던 부분을 다시 살피게 한다.

BIM은 3차원 설계와 빅데이터의 융복합 기술로, 설계 단계뿐 아니라 감리와 사용승인 현장조사·검사 및 확인업무에서 낭비요소를 사전에 검토함으로써 건축공사의 생산성과 안정성을 극대화하는 데도 널리 쓰이고 있다.

◆감리단계

시공과정에 대한 감리단계에서는 ‘디지털 트윈’ 기술이 유용하다.

디지털 트윈(digital twin)이란 컴퓨터에 현실 속 사물의 쌍둥이를 가상으로 만들고 현실에서 발생할 수 있는 상황을 컴퓨터로 시뮬레이션해 결과를 예측하는 기술을 일컫는다.

감리 시 공사현장을 직접 방문하지 않고도 컴퓨터로 시공 현황을 3차원으로 시각화해 문제점을 실시간으로 파악할 수 있다. 뿐만 아니라 현장에서의 ▲비용 절감(물량 절감, 공기 단축) ▲폐기물 최소화 ▲장비 운영 효율 증대 ▲안전사고 예방(작업자 안전 확보) 효과도 있다.

과학기술정보통신부는 지난해 9월에 ‘디지털 트윈 활성화 전략’을 의결하면서 본격적으로 디지털 트윈 산업 육성을 예고했다. 이미 ‘한국판 뉴딜 10대 대표과제’, ‘한국판 뉴딜 2.0 디지털 초혁신 프로젝트 과제’에 포함돼 국가 경쟁력을 견인할 핵심기술로 선정되기도 했다.