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기고)건설 자동화와 시뮬레이션 기반의 인프라 산업혁명

김덕섭/벤틀리시스템 한국지사장

박찬호 | 입력 : 2018/10/23 [08:25]

 기고)건설 자동화와 시뮬레이션 기반의 인프라 산업혁명

                          김덕섭/벤틀리시스템 한국지사장
 

[국토매일] 벤틀리시스템은 전세계 48국가의 지사에서 기간 인프라 산업의 계획, 설계, 건설과 운영 및 유지보수 등에 대한 다양한 솔루션을 제공하고 지원하고 있다.
비디오에서 보신 것과 같이 영국의 크로스레일은 런던의 도시 기간 인프라 구축사업에 벤틀리 디지털 기술을 적용하여 BIM 설계로 구축된 디지털 정보를 건설과 시설운영 및 유지보수에 활용하고 있다. 또한 디지털 데이터를 활용하여 정보기술 교육 등 다양한 분야에 활용하고 있습다. 인프라 시설물의 디지털 데이터는 다양한 분야에 활용되고, 새로운 산업과 연결되어 디지털 자산으로 가치와 업무자동화 등의 업무 확장 기회를 제공 한다.
엔지니어링 및 건설 분야에 디지털 데이터의 중요성에 대해서 설명하기 위해서 멕켄지 보고서의 각 산업분야별 생산성 보고서를 참고로 1995년부터 2015년도까지의 주요 프로젝트와 인프라 산업건설 분야의 멕켄지 조사 보고서에 따르면 건설업은 글로벌 GDP의 13%를 차지하고 있으나, 생산성은 제조업이나 전반적인 다른 산업 분야의 생산성을 비교하면 매우 저조 생산성을 보여준다. 이러한 생산성 차이는 산업 분야별 디지털화가 적용되고 운영되는지에 따른 차이와 같은 결과를 보여준다.
각 산업분야의 디지털화를 분석한 자료에 의하면 자산설비의 디지털화,  디지털 데이터의 활용도, 작업자의 업무절차의 디지털화를 분석한 결과에 따르면 정보 통신 부야의 디지털화가 잘되어 있으며, 건설 분야는 최저치에 있다.
디지털화는 생산성 향상과 업무를 효율적 수행하고 관리를 위한 매우 중요한 요소이다.
실제 대형 건설프로젝트의 수행 결과를 분석한 IPA보고서는 매우 의미 있는 정보를 제공한다.
IPA 조사결과 2조원 이상의 318개 대형 건설 프로젝트의 65%가 공사비용 초과와 공기지연 및 공사 품질에 문제로 프로젝트를 성공적으로 수행하지 못하였다.
이러한 문제를 해결하기 위해서 디지털 정보의 구축과 활용은 매우 중요 하다. 
우리나라는 정보 통신 분야에서는 세계 1위의 국가입니다, 우리의 정보통신의의 장점과 건설 분야를 연결하면 세계적인 경쟁력을 확보할 수 있다. BIM은 디지털 정보의 구축을 위해서 BIM은 매우 유용한 방법이다.
BIM을 기반으로 도시계획, 대형 건물, 도로, 통신, 철도 등의 모든 산업 인프라를 설계와 해석을 수행한 결과를 시공계획 및 건설과 운영 관리를 위한 디지털 정보로 구축하고 활용하면, 사업주, 설계, 시공. 건설 및 관련분야에 정보공유 및 데이터의 일관성 등에 대한 다양한 이점을 제공한다.
건설 분야의 협회에서 디지털 데이터와 연결된 업무 수행 절차 및 관리 방법을 개선하면 생산성을 25%, 전체 건설  비용의 10% 절감과 안전성을 30%정도 향상 시킬 수 있다고 한다.
CII, COAA 등의 보고서에 따르면 디지털 데이터와 건설정보를 활용하여 건설 계획 등을 보다 효과적으로 구성하고 관리해서 업무 생산성관 관리를 효율적으로 수행하면, 전체 건설공사비의 10%절감과 25% 생산성을 증가 시킬 수 있다.
건설현장에서 실제 작업시간은 전체 근무시간의 37%를 평균적으로 사용하고 있다고 한다.
AWP(Advanced Work Package)/WFP(Work Face Planning)을 통해서 잘 계획된 시공계획과 관리를 통해서 업무 생산성을 높일 수 있는 새로운 방법을 제공하고 있습니다.
벤틀리는 휴스톤에 있는 Construction Academy에서는 AWP 교육을 제공하고 있다.
보다 자세한 내용은 당사로 문의해 주시면 자세한 자료와 정보를 제공해 드리겠다.
디지털 데이터 구축과 활용에 대한, 영국의 크로스레일의 사례를 소개해 드리겠다.
크로스레일 프로젝트는 설계변경 등으로 공적 자금의 예산낭비의 프로젝트 지연 등의 위험에 과도하게 노출되는 것을 사전에 통제, 관리하여 건설 과정의 위험 노출을 사전에 평가하고 시간, 비용, 품질 및 안전 성능 등에 대해서 사전에 분석해서 문제를 해결하는 것이 매우 중요한 과제 이다.
또한 철도 운영을 효과적인 관리를 위해 모든 철도 공급망이 건설 프로젝트와 철도운영을 위한 요구조건에 적합한지 확인하고, 건설비용 조달, 공사기간 준수 등의 국내,  국제 법률에 요구되는 품질 및 환경 기준을 충족해야 한다.
마지막으로 가장 큰 도전은 런던시가 기존 도로와 철도망 및 주변 인프라를 최대한 활용하여 프로젝트를 진행하는 것이다.
크로스레일은 이러한 문제를 해결하기 위해서 계획 및 설계 단계에서 공통 데이터 환경(CDE)을 구축하고 디지털 업무절차를 기반으로 디지털 정보 모델을 기반으로 BIM 설계, 시공 및 철도 생애주기관리에 대한 모범적인 사례로 소개되고 있다.
영국의 크로스레일은 디지털 콘텍스트, 디지털 콤포넌트 등을 활용하여 계획 및 설계 단계에서 디지털 업무절차를 기반으로 생성된 BIM 3D 디지털 정보 모델을 구축하여 디지털 정보를 건설, 운영 및 유지보수 및 설비 운영 자산 관리 시스템등 자산 생애주기관리까지 활용하고 있다.
건설 분야 생산성 향상을 위한 가장 유망한 10가지 기술을 아래와 같이 정리하고 있다.
1.사전 제작 및 모듈화 시공/건설
2.새로운 건설 자재
3.3D  프린팅과 첨가적 제작
4.자율 시공
5.증가 현실 및 가상 현실
6.빅 데이터와 예측 분석
7.사물 인터넷
8.클라우드 환경과 실시간 협업
9.3D  스캐닝과 사진 측량
10.BIM (Building Information Modeling
건설 일정 및 시공 방법 등에 대해서 사전 시뮬레이션을 통해서 가장 효율적인 시공 절차 및 공정 계획을 수립하여 프로젝트를 성공적으로 수행할 수 있도록 한다.
디지털 데이터 기반의 체계적인 관리를 통해서 업무 진행 현황의 투명화는 연결된 업무의 우선순위 및 업무 연관관계를 사전에 확인하여, 신속한 의사결정을 할 수 있다.
디지털 데이터를 기반으로 시공현장 관리를 증강현실을 이용하여 앞으로 시공될 현장을 미리 확인하고 작업자가 사전에 충분히 준비된 상태에서 업무를 진행하면 보다 향상된 품질과 안전성의 확보할 수 있다. 현재 우리 주변에는 다양한 디지털 데이터와 새로운 기술 들이 이미 존재하고 있습니다. 각 산업분야 전문가는 디지털 정보와 데이터를 이용해서 현재의 업무를 개선하고 활용하는 것이 중요하다.
디지털 데이터와 건설 현장을 연결하여 앞으로 시공될 부분에 대해서 사전에 시공 시뮬레이션을 하는 사례이다. 건설 분야의 데이털 데이터는 계획된 업무환경과 건설현장을 좀더 안전하고 만들 수 있다.
벤틀리 솔루션의 사진을 이용한 3차원 현실모델링은 구현하는 사례이다.
일반 디지털 카메라 또는 스마트 폰으로 사진을 촬영하여 정확한 3차원 모델을 구현하여 디지털 데이터로 구축할 수 있다.
TOPCON과 Bentley 현실모델링 기술을 결합한 자율 시공사례를 소개한다.
벤틀리 솔루션의 사진을 이용한 3차원 지형정보 데이터를 건설장비와 연결하여 토목공사를 자율 시공하는 사례이다.
인프라 산업 개발 및 운영에 새로운 기술이 적용되고 실현되면,  앞으로 많은 새로운 기회를 맞이하게 된다.
모든 산업 인프라에 디지털 정보의 연계된 다양한 센스 등과 결합하여 현재상태에 대한 실시간 모니터링과 운영상황 분석 및 예측을 통해서 생애주기관리 및 시설투자계획 등의 다양한 분야의  산업 인프라 설비의 운영과 관리를 할 수 있다.
플랜트 분야의 디지털 데이터와 현장의 센스 등과 연결한 사례이다.
현장 계측 정보의 실시간 연계와 운영정보 등을 연계를 통해서 다양한 분야의 새로운 업무를 할 수 있다. 모든 산업 인프라에 디지털 정보, 연계된 다양한 센스, 실시간 모니터링, 운전이력 등의 데이터를 분석하여 앞으로 발생할 상황에 대한 예측을 통해서 산업 인프라 시설물의 안전한 운영과 시설투자계획 등의 설비자산 생애주기관리를 보다 생산적이고 합리적으로 운영할 수 있다.

 

 

 


 

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