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    (연구자 인터뷰)

    연구자 인터뷰는 기계.건설공학 분야의 종사자의 추천 및 자체 선정을 통해 선발된 우수 연구진을
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    • 서종원 교수
      건설장비 자동화 혁신 기술 연구
      서종원 교수(한양대학교 건설환경공학과)
      이메일:jseo at hanyang.ac.kr
      장소:한양대 재성토목관 5층 507호
      1192 1 2

    안녕하세요. 메이트릭 회원 여러분!
    건설 공사에서 10∼20%를 차지하는 토공사는 전체 과정에서 매우 중요한 부분 차지합니다. 현재 ICT를 활용한 건설장비 관제 시스템 도입만으로 건설장비의 협업을 높이고, 실시간 상태파악도 가능한대요. 유류측정과 유휴장비파악, 최단경로 제공을 통하여 탄소배출량을 줄일 수 있어 연료비 절감 효과도 보고 있습니다. 오늘 만나 보게 될 서종원(한양대학교 건설환경공학과) 교수님은 이 같은 공로를 인정받아 2018년 국토교통부장관 표창을 수상하셨는데요. 그럼 교수님을 직접 만나 뵙고 자세한 이야기 나눠보도록 하겠습니다.



    1. 국토교통과학기술진흥원 지원사업의 일환으로 진행된 ‘ICT를 활용한 건설장비 관제 및 스마트 시공 기술개발’ 연구의 연구단장으로서 연구센터에 대한 간략한 소개 말씀 부탁드립니다.

    우리 연구센터는 2014년부터 17년까지 총 4년에 걸쳐서 진행이 된 국토교통부 지원 대형 국책과제였습니다. 건설현장에서 다수의 건설장비가 유기적으로 돌아가면서 작업을 수행하게 되는데요. 건설 관제센터에서는 이러한 다수의 건설 중장비의 운영(Operation)을 최적으로 이루어질 수 있게끔 만들어주는 기술을 개발했습니다.


    2. 토공사의 기획·설계·시공 전 단계에 걸쳐 첨단ICT기술(드론, 3D디지털 BIM설계 기술 등)을 융합한 모든 정보를 초연결하는 스마트 하이브리드 커뮤니케이션 네트워크를 구성하셨다고 하는데요. 어떤 시스템인지 궁금합니다.

    저희 기술을 조금 더 자세히 쉽게 표현을 하자면요. 일의 진행순서를 순차적으로 말씀을 드리면 될 거 같고요.


    첫 번째, 드론 혹은 레이저 스캐너를 이용해서 광역의 현장을 스캔을 한 후 3차원 디지털 형상모델을 작성을 하게 됩니다. 원래 지반이 어떻게 생겼는지 정확한 모양이 3차원적으로 만들어지게 되고요. 여기에 3차원 설계정보, 즉, 공사가 끝나고 만들어지게 되는 모양과 시설물의 정보를 병합을 하게 됩니다. 그렇게 되면 원래 생긴 지반이 깎이고 쌓여서 목적물로 진행이 되게 되는데요. 이를 가상공간에서 디지털 모델로 구현해 가면서 어떤 순차로 어떤 장비가 투입이 되서 일을 마치는 게 좋을지 AI를 써서 작업순서를 만들어내게 됩니다. 다음에 이러한 디지털 작업 정보를 중장비에 부착돼있는 네비게이터에 전송을 해서 그 네비게이터에서 나오는 작업명령이라고 하죠. 작업명령을 작업 운영자(Operator)오퍼레이터는 인지를 하고 그에 따라서 작업을 수행을 하게 되는 거구요 예전에는 중장비 주변에서 일하는 보조인력이 측량작업을 하기 위해 장비가 쉬고 측량을 진행을 했었는데요. 그로 인해서 생산성이 많이 덜어지고 측량작업으로 인한 보조인력들의 안전사고도 많이 생겼는데요. 그러나 본 시스템을 통해 그러한 부분을 제거를 할 수가 있었습니다. 그래서 작업생산성을 30%이상 올릴 수가 있었고요. 그런 식으로 디지털 정보를 가지고 작업을 하게 되면 다시 원지반에 디지털 정보가 업데이트되고 그게 또 ICT하이브리드 네트워크을 통해가지고 그 정보가 관제센터로 전송이 되고, 이러한 순환단계를 가지면서 계속해서 작업이 진행이 되는 그러한 기술입니다.


    3. 전 분야에 걸쳐서 스마트 건설 기법이 많이 출현이 되고 활용이 되고 있어요. 스마트 건설 기법이 무엇인지, 또 어떤 기술들이 있는지도 설명을 해주시기 바랍니다.

    스마트 건설에 대한 정의를 최근에 국토교통부에서 내렸습니다. 기존에 가지고 있는 건설기술과 현재 나온 4차 산업과 연관된 기술을 병합한 건설에 관련된 기술을 스마트 건설 기술이라고 하구요. 4차 산업과 관련된 기술은 잘 아시듯이 인공지능(AI), 그리고 빅데이터를 포함하여 제가 좀전에 말씀드렸던 연구센터에서 진행하는 기술을 살펴보시면 IoT, 드론, 그리고 굴삭기의 자율주행, 인공지능에 의한 최적의 판단을 가진 주행 등의 기술이 접합 되어 있기 때문에 그런 것들을 넓게 봐서 스마트 건설 기술이라고 하구요. 그런 전반적인 스마트 건설 기술이 우리 연구센터에 적용되었다고 보시면 되겠습니다.




    4. 최근 교수님께서 연구하신 실시간 관제 시스템과 효과적으로 정보를 전송 피드백하는 MMI(Man-Machine interface) 기술에 대해서 설명 부탁드립니다.

    MMI 기술은 Man-Machine interface라고 지칭이 되는데요. 앞전에 말씀드렸던 건설 중장비 네비게이터 화면을 MMI로 보시면 되겠습니다. 중장비 네비게이터는 당연히 차량주행 네비게이터하고는 많이 다릅니다. 일부 주행 부분도 담당 하지만, 중장비 네비게이터는 중장비의 정확한 자세 및 위치, 중장비가 수행해야 할 일을 실시간으로 업데이트를 하면서 보여줍니다. 그래서 중장비 오퍼레이터는 그 화면을 보면서, ‘아 내가 10cm 혹은 1m를 더 굴삭을 해야 되겠다. 더 쌓아야 되겠다.’ 라는 것을 화면을 보면서 판단을 하고 수행을 할 수 있게 됩니다. 그로 인해 아까 말씀드렸던 측량 작업이 필요 없이 진행이 된 거구요. 마치 장비 자체가 일을 하면서 동시에 측량을 진행 하는 그런 기술이 되겠습니다. 사람 손으로 수행이 되었던 장비 주변의 측량작업을 없애는 기술이 되겠습니다.





    5. 정확한 3차원 측량정보를 얻기 위해서는 측량 오차를 줄이는 게 관건일 것 같은데요. 시공오류와 과굴착 등을 방지하기 위해서 어떤 부분이 개선되고 있는 건지 궁금합니다.

    그 기술에 대해서 말씀드리면, 기본적으로 장비에는 GPS가 부착이 되게 되는데요. 저희가 차량 주행에 쓰는 GPS는 사실 몇 m정도의 오차를 가지고 있습니다. 그런데 본 중장비에 쓰이는 고정밀 GPS는 여러 가지 기술적인 것을 해결해서 장비 오차가 2cm이내까지 들어오게 되는 기술이 되겠고요. 그 지반 형상을 드론을 통해서 모델을 만들게 되는데요. 이 부분도 이제 정확성이 요구가 되는데요. 이 부분을 여러 가지 시뮬레이션과 보정 작업을 거쳐서 유사하게 2cm 혹은 3cm 정도의 정확도를 만들어 낼 수 있었습니다.



    6. 시스템을 가지고 현장에서도 직접 적용을 해보셨는지 궁금합니다.

    본 연구센터 연구과제 자체가 실용화의 목적을 가지고 발족이 되었기 때문에 과제를 끝내면서 실제현장에 투입이 돼서 성과를 내야 되는 게 저희 숙제였고요. 실제현장에 대해서 말씀을 드리면 제주도에서 있었던 1,000세대 이상의 임대주택을 짓는 대규모 토공현장에 투입이 되었고요. LH공사에서 진행하고 있는 대규모 택지 현장에도 적용 되어 성과를 냈습니다.




    7. 지금까지 말씀해 주신 시스템이 진짜 실제 현장에서 어떻게 사용되고 있는지 또 어떤 결과가 있는지도 정말 궁금합니다. 그래서 몇 가지 말씀해주신 사례가 3가지 정도 있는데 하나하나씩 제가 질문을 드려볼게요. 먼저 제주도 JDC 제주개발공사 아파트 현장 에서 어떻게 시스템이 활용이 되었고 어떤 결과가 있었는지 궁금합니다.

    저희가 새롭게 개발한 기술을 테스트 목적이 아닌 실제현장에 투입을 하다 보니까 여러 가지 어려움도 있었고 그에 대한 어려움을 해결을 해서 보람도 있었던 것 같습니다. 제주도 현장 같은 경우에는 대규모 현장에 어떻게 보면 저희 기술이 처음으로 투입된 거였었는데요. 그때 토공사를 진행 중에 원래 지반조사에서는 토사로 조사가 되었는데, 흙을 파다보니까 너무나 많은 양의 암이 나오게 된 겁니다. 일단 암이 나오게 되면 여러 가지 이슈가 발생하는데요. 장비도 바뀌어야 되고 흙을 파는 거랑 또 암을 깨는 장비는 또 다르기 때문에 여기에선 또 공사를 진행을 함에 있어서 공사비 차이가 많이 납니다. 그래서 이 부분을 발주처한테 잘 설명을 해야 되고, 건설회사 측은 이 정도의 흙이 사실상 흙이 아니라 암반이었다는 것을 증명을 해서 신고를 해야 됩니다. 그런 부분을 저희가 드론을 가지고 암에 대한 정확한 사이즈라든지 어떤 물량을 측정을 해서 디지털 증거를 만들었죠. 그 증거를 가지고 말씀드렸던 것처럼 작업계획도 새로 세우고 장비도 새로운 스타일로 만들었으며, 그 디지털 증거정보가 발주처에게 저희가 이제 기성이라고 하는데요. ‘내가 이만큼 일을 했는데 내가 토사가 아니라 암반에 대한 일을 했으니 이 부분에 대한 인정을 해주십시오.’ 하는 것이 매우 순조롭게, 발주처와 받는 건설사 측이 서로 다 문제없이 동의할 수 있는 에피소드가 있었습니다. 이건 공사생산성하고 또 다른 문제가 되겠는데요. 디지털 정보가 주는 어떤 신뢰로 인해서 공사현장에서 좋은 효과를 볼 수 있었던 사례가 하나 있었습니다.



    8. 경기도 고양시 관로공사에도 이 시스템을 통해서 현장에서 진행을 하셨다고 하는데요. 결과가 어떤지 궁금합니다.

    관로공사는 특성상 물이 중력에 의해서 밑으로 흘러내리게 되는데요. 그렇기 때문에 공사의 특성은 미세하게 조금씩 내려가는 거를 자세히 측량을 해서 진행을 해야 되기 때문에 시간이 많이 걸리고, 아까 처음에 기술에 대해서 말씀드렸던 것처럼 주변에서 일하는 인력이 많습니다. 그 부분을 저희 기술이 들어가니까 장비 자체가 관로공사 바닥에 대한 높이를 계속 측정을 하면서 일을 진행을 했기 때문에 투입되는 보조 인력을 3명까지 줄일 수가 있었고요. 이 부분은 저희 전반적인 기술로 봤을 때는 이제 생산성을 30 % 말씀드렸는데요. 그것보다 훨씬 더 상회하는 50∼100%까지 생산성을 높일 수 있는 그러한 효과를 볼 수 있었습니다.



    9. 이러한 시스템이 현장에 도입이 되면 회사 측에서는 믿어도 되는지 안 믿는 경우도 있을 것 같은데요?

    아주 좋은 질문이시구요. 그 부분이 항상 신기술을 개발했을 때 실제 현장에 투입되었을 때 가지게 되는 어려움입니다. 저희 기술도 마찬가지로 그런 것을 겪었고요. 지금 현재 진행되고 있는 LH공사에서는 대규모 택지를 개발을 해서 추후에 그 택지에 아파트가 들어설 수 있게끔 기반을 조성을 합니다. 보통 하나의 택지 현장이 45만평정도 되는데요. 그 광역의 현장에 일이 동시에 진행이 됩니다. 저희 기술이 투입이 되었고요. 건설회사 측은 여러 가지 홍보라든지 기술에 대한 입증자료를 읽긴 읽었지만 실제 현장에서는 이 장비가 그리고 드론 측량결과가 맞는지에 대해서 계속 의구심을 가지고 있었습니다. 처음에 일주일간은 건설회사 직원들이 나와서 저희가 작업한 것을 따로 측량을 하고 검증을 해서 어떻게 보면 생산성이 더 늦어졌는데요. 일단 그 검증이 끝나고 건설회사측에서는 100프로 신뢰를 하게 되었고, 그로 인해서 이제는 건설회사 직원 분들이 현장에 거의 나오시지 않고 있습니다.

    회사 측에서는 정확도에 대한 의구심, 더불어서 원가 절감에 대한 의구심이 큽니다. 신기술이 투입이 되면 당연히 추가적인 비용이 발생하게 되는데요. 이 측면에서 회사에서는 추가되는 비용보다 뭔가 더 실제 공사현장에서 원가가 절감이 되어야 되는데 그 부분에 대해서 계속 질문을 하게 되고요. 정확도에 대한 검증처럼 바로바로 되는 게 아니라 어느 정도 시간이 지나야지만 우리 회사가 전체적으로 원가를 절감할 수 있었구나 라고 알기 때문에 초반에는 이게 힘든 부분입니다.

    그런데 이 부분도 어떻게 해결을 했냐면 “단위 물량( m3)당 일을 하는데 이 정도 절감(save)가 됩니다.”라는 설득력이 있게끔 저희가 고민을 많이 해서 제시를 했고요. 그런 부분에 대해서는 이제는 어느 정도 공감을 가지고 저희가 가만히 있어도 회사에서 먼저 문의를 해오고 그런 경우가 지금 생겨나고 있고요. 저희가 큰 사업 같은 경우에는 회사들이 경쟁을 하게 되는데요. 그 수주를 위해서는 우리 회사는 이러한 기술을 가지고 좋은 결과물을 내겠다는 것을 제시를 해야 됩니다. 그런 사안에 있어서 저희 기술을 앞으로 쓰겠다는 계획을 가지고 또 제안을 하는 일도 생기고 있습니다. 개인적으로 조금 뿌듯하게 생각을 합니다.




    10. 전문가들은 한국과 미국의 건설 기술 격차가 6년 이상 벌어진 만큼 대형 건설사라고 해도 스마트 건설수준이 대체로 기대치에 못 미친다고 평가하고 있습니다. 지금까지 연구를 진행해오면서 한국에 비해 스마트 건설에 대하여 국내외 동향이 궁금합니다.

    우선 미국의 예를 들면 미국 같은 경우에는 민간기업체에서 필요에 의해서 이러한 같은 특성을 가진 기술들이 발전이 되어 왔고요. 민간 차원에서 개발이 되었기 때문에 민간회사에서 개발한 기술은 자기네들이 영업을 통해서 아주 공격적으로 현장에 투입이 돼서 진행이 되어 왔고 그런 점에서 선점을 하고 속도가 빠르게 나간 부분이 있고요.

    일본 같은 경우는 저희랑 유사한 걸음을 걸었는데요. 일본은 국토교통성이라고 우리나라의 국토교통부에 해당하는 정부기관이 있는데, 거기에서 I-construction이라는 국토교통성의 브랜드를 가지고 이 기술을 만들어 냈어요. 그런데 사실상 보면 저희 연구단에서 만들어낸 기술과 유사한 특성을 가지고 있고, 일본 대비 어떤 부분은 저희 기술이 더 빠르고 또 어떤 부분은 저희가 따라잡아야 될 그런 부분이 있습니다. 말씀드렸듯이 기술이 하나로, 하나의 디바이스로 나오고 하나의 소프트웨어가 나오는 게 아니라 여러 가지가 같이 엮여있기 때문에요. 그런 부분에 있어서 일본하고는 거의 발걸음을 같이 해나가고 있다고 보시면 되겠습니다.


    11. 현재연구 외에도 토공사를 위한 디지털-트윈 프레임워크도 연구하시는데요. 자세한 설명 부탁드립니다.

    개념적으로는 저희 연구단과 유사하다고 볼 수 있겠는데요. 디지털-트윈이라고 하면 디지털 가상공간에서 공사가 수행되는 것이 똑같은 트윈이 실제 현장에 있어서 그것을 동일하게 모사한다고 보시면 되겠습니다. 원 지반 모델이 어떤 식을 거쳐서 마지막 단계까지 가는지를 디지털 만들어보고 똑같은 트윈을 현장에서 만들어낸다고 보시면 되겠습니다. 저희가 기존에 만들었던 기술 대비 트윈 개념이 들어가면서 아무래도 더 디지털계획이 정교하게 현재하고 같아지게 되는 그런 조금 더 진보된 형태의 기술이라고 얘기를 할 수 있겠습니다.


    12. 교수님께서 1999년도∼2001년도까지 미국 캘리포니아주 교통부 도로 엔지니어로 재직하셨던데요. 세계적인 기업에 취업을 희망하는 학생들이 많을 건데요. 어떤 프로젝트를 맡아서 일하셨으며, 취업과정과 업무에 대해서 궁금합니다.

    저는 Civil engineering. 토목공학도입니다. 그런데 지금 말씀드린 일련의 기술들을 보면 사실상 이게 왜 건설이고 토목이지 이건 ICT기술이고 이건 소프트웨어 기술이고. 약간 동떨어지게 볼 수도 있는데요. 사실상 제가 걸어온 길도 그렇고 지금 개발하고 있는 기술들도 그렇고 토목건설기술, 토목정보기술이 다 그 안에 들어가 있는 겁니다.

    저의 미국에서의 경력을 말씀드리면 미국의 California Department of Transportation 이라고 미국의 도로공사 정도라고 생각을 하시면 되겠고요. 또 민간기업인 CH2M Hill이라는 데서도 근무를 했는데요. 저는 박사과정 논문이 3차원 모델작성과 관련된 거였습니다. 99년도 당시 90년도 후반엔 미국에서 도로설계가 2차원에서 3차원화로 가는 과정에 있었습니다. 석박사 논문이 다 3차원 건설정보 모델링으로 논문을 썼기 때문에 그 부분에 대한 지식과 경력을 가지고 취업을 할 수 있었고요. 지금은 사실 그 부분이 BIM(Building Information Modeling)이라는 기술로 통용되는 흔하게 건설인이라면 누구나 인지하고 있는 기술인데요. 그때 당시에는 굉장히 드물게 3차원 분야로 일을 헤었고요. 그런 3차원 모델링 및 처리에 대한 제 지식과 기반이 미국에서의 취업이 가능하게 했었고, 그걸 기술개발에까지 연결을 해서 디지털-트윈을 만들고 디지털 건설 프로세스, 디지털 건설관제를 하게 되는 겁니다. 아마도 BIM부분은 토목, 건축, 엔지니어 할 것 없이 그 부분에 대해서 많이 배우고 취업을 하려는 움직임도 있고 학생들도 많이 인지를 하고 있습니다.




    13.교수님께선 미국 대학에서 교수로 재직하셨을 때 재미난 에피소드 같은 건 없으셨는지 이야기를 좀 듣고 싶은데요.

    재밌는 에피소드인지는 잘 모르겠지만 뉴멕시코 주립대 부임된 이유는 그 학교가 굉장히 선구적인 R&D건설 부분에 있어서 추구를 하고 있었고요. 뉴멕시코 주립대 옆에 Sandia National Labs이라고 프론 티어 연구를 하는 큰 국책연구소가 있었어요. 제가 하고 있었던 전공과 잘 맞아서 부임을 하게 되었는데요. 부임을 하고 나서 산디아 랩하고 공동연구를 할 수 있게끔 좋은 과제를 수주를 했습니다.


    14. 혹시 건설회사에 바라는 점은 있으신가요?

    건설회사하고 지금 많이 일을 하고 있으니까 정말 피부로 느꼈던 점인데요. 건설 부분은 신기술이 나왔을 때 그 부분을 1등으로서 프론 티어로써 받아들이려고 하지 않습니다. 왜냐하면 리스크 때문입니다. 두 가지 리스크가 있는데요. 당연히 투자 대비 어떤 경제적인 효과가 있는지에 대한 리스크. 더 크게는 대부분의 건설관련 신기술들은 안전에 대한 리스크가 있습니다. 그 부분이 잘못되면 너무나 큰 문제로 이어지기 때문에 그러한 이유로 말미암아서 건설 회사들은 검증된 기술을 도입하고 싶어 합니다.

    그렇지만 그런 마인드에서 벗어나서 충분히 지금 현재 나온 신기술들은 직접 현장에 투입되지 않아도 직접 효과를 증명할 수 있는 길이 많으니까요. 건설 회사들도 그런 마인드를 바꾸고 조금 더 도전적으로 새로운 기술을 적극적으로 도입할 수 있는 문화가 생성이 됐으면 좋겠습니다.


    15. 같은 분야에서 공부하고 있는 후배들(대학원생들)에게 이 분야의 연구에 대한 비전을 제시해 주시면서 한 말씀 부탁드리겠습니다.

    지금 학생들의 전반적인 특성을 보면 대학원에 대한 가치를 인식을 많이 하지 않는 것 같습니다. 특화된 부분을 자기가 자기 걸로 만들면서 아무래도 학부 때 4학년 일반적인 교육보다는 더 갈 수 있기 때문에 그 부분에 대한 투자가 절대 아깝지 않다고 생각을 합니다. 건설 쪽에서도 R&D를 통한 실용화까지 대학원에 대한 가치를 학생들이 인식을 하고 대학원에 많이 진학을 해서 본인의 색깔 있는 전공을 찾았으면 좋겠습니다.



     

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    전체댓글 2

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    |2019.07.29
    두산에서 자율주행 굴착기를 연구하는 것과 비슷하게 건설현장에서 4차 산업혁명이 어떻게 접목될 수 있는지 알 수 있는 글이었습니다
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    |2019.06.11
    현장을 모습을 3차원 디지털 형상모델로 만들고 실제 작업해야 할 모형과 대조해서 건설장비에 작업지시를 하게 되는거 같네요. 필요없는 작업들을 많이 줄여 나갈수 있을거 같습니다.
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