국토교통부가 건설 분야에 4차 산업혁명 분야의 최신 정보통신 기술을 접목해 생산성을 향상시킬 방안을 연구 발표한 2018년 「스마트 건설기술 로드맵」 자료에 따르면, 건설 분야에서 현재 직면하고 있는 다양한 문제를 해소할 가장 효율적인 대안으로 ‘스마트 건설기술’을 상정하고 있다. 건설인력의 고령화와 숙련자 급감, 위험작업 기피 현상과 근로시간 단축, 외국인 노동자 증가 등 여러 문제를 최신 ICT 기술로 돌파하고자 하는 것이다.

로봇, 드론, 빅데이터, 사물인터넷, 인공지능 등 4차 산업혁명 기술을 건설의 모든 단계에 총동원해 스마트화를 이루는 것이 바로 ‘스마트 건설기술’이다. 실제 GS건설의 경우 BIM을 활용한 시공 장비 시뮬레이션으로 최적의 공법을 제시해, 수많은 경쟁사를 넘어 2016년 1조7천억 원의 ‘싱가포르 차량기지 프로젝트’를 수주한 쾌거를 이루기도 했다.

최근엔 BIM 설계 의무화가 의무화되어 시공, 발주, 설계에 관련된 전문가들뿐만 아니라, 건설에 얽힌 여러 이해당사자도 건설 과정 및 결과의 검토, 유지관리에 활용할 수 있게 되었다. 또 이를 통해 프로세스의 혁신 가능성이 높아지게 되었다. 더불어 디지털 트윈(Digital Twin) 기반기술을 통해 스마트시티에 활용할 수 있는 활용성도 높아졌다. 앞으로 가상현실 기술을 사용자 경험 바탕의 체험기술로 발전시키고, 설계인증, 법규검토, 시공교육 분야에 두루 활용할 경우 기대되는 효과는 더욱 크다.

설계단계에 유용한 가상현실(VR) 기술, 시공 및 유지관리 분야에서 활용도가 높은 증강현실(AR), 혼합현실(Mixed Reality: MR) 기술은 건설 분야에 접목하는 사례가 차츰 늘고 있다. 미국 AECOM, Marquette 대학에서는 이미 도시, 건축물, 도로설계의 검토단계에서 VR 기술 기반으로 의사결정을 하고 있으며, 핀란드 국립연구소 VTT, 미국 Bentley 등에서는 시공 및 유지관리 분야에 AR 기술을 활용하고 있다. 또 일본은 재난, 재해 시뮬레이션에 이들 기술을 활용하고 있으며, 시공교육과 유지관리, 원격 협업에도 두루 활용 중에 있다.

국내에서는 아직 주요 의사결정이나 프로젝트 수주 및 지원에 관한 협업, 사이버 모델하우스 수준에만 머물러 있다. 최근 BIM 의무화로 가상현실 도구를 활용해 설계검토에 나서는 사례가 조금씩 늘고 있긴 하지만, 아직 현업 적용 단계가 아닌 테스트 수준에 그치고 있는 것이다.

분야별 상세 내용을 살펴보면 다음과 같다.

1. 건축설계
건축 모델 작업에 혼합현실(MR) 기술을 연동하고, 현실과 상호작용할 수 있도록 해 기존의 건축설계 방식에 혁신이 시작되고 있다. 미국 트림블(Trimble)사는 마이크로소프트사와 협업으로 웨어러블 홀로그래픽 기술을 활용해, 빌딩 및 구조 설계 작업의 효율을 개선했다. 여기에 비전문가도 자유롭게 도면을 검토할 수 있는 직관적 3D 도면 데이터가 큰 힘을 발휘했다. 또 국내 3D 공간데이터 플랫폼 스타트업인 어반베이스는 AR 기술과 건축전문 3D 클라우드 기술로 증강현실 프레젠테이션 서비스인 ‘AR스케일’을 개발, 모형 없이도 AR 스케일을 통해 1:1 가상구조를 보여줄 수 있어 주변 환경과 건축물의 조화를 미리 살펴볼 수 있는 기술을 구현했다.

2. 시설물 관리
캐나다의 스타트업 Meemim은 지하시설물에 대한 공간정보를 AR 기술로 시각화하는 ‘vGIS’ 앱을 제공하고 있다. ‘vGIS’ 앱은 GIS(지리정보시스템)와 AR, 클라우드 기술 기반의 서비스로 지하시설물 위치 데이터와 LiDAR 스캔 기능 등을 통해 지하공간의 입체감 있는 구조를 보여준다. 국내 기업인 차후사는 AR 기술 기반 지하시설물 종합 관리시스템을 제공한다. 과거에 매설된 관로 자료를 변환해 중요한 전력선 및 상수도관 사전 탐지가 가능하며, 도면이 없어도 구조 파악이 가능해 굴착 사고를 막을 수 있다.

3. 건설 교육
해외 건설사인 Gammon은 VR 기술로 근로자 대상 굴착 교육을 시행하고 있다. 기존엔 현장 소음으로 교육자와 근로자 간의 대화조차 불가능했지만, 위험하지 않고 비교적 조용한 공간에서 교육을 진행할 수 있게 되어, 전달력이 좋고 효율적으로 진행할 수 있는 까닭에 근로자 만족도가 높다고 한다. 국내의 코오롱베니트사와 국내 VR 전문기업 엠라인스튜디오사는 건설현장의 안전사고 예방을 위한 ‘VR산업안전교육’으로 활용 중이다.

정보통신산업진흥원은 지난해에 이어 올해도 혁신성장 주도를 위해 <5G 기반 디지털 트윈 공공선도> 사업을 펼쳐, 작년 2개 과제 기준 6개 지역, 50개 시설물에 5G, 인공지능, 사물인터넷, 3D 모델링 등을 활용한 융합‧비대면 서비스 개발을 진행했으며, 올해 상반기엔 2개 과제 기준 7개 시설물에 유의미한 실적을 달성했다.

2020년 2개 과제 중 하나는 경남테크노파크 컨소시엄으로 안전·재난 예방 및 관리를 위한 AR/VR 기반의 유지보수 가상현실 체계 구축, 로봇 활용 보안안전 시스템 운영, 실내환경 관리 등이 진행되었다. 다른 하나인 광주광역시청 컨소시엄은 빅데이터, AI 분석 기반 시설물 보수 및 보강 예측 시스템과 인빌딩 위치정보 지원 서비스가 실증되었다.

2021년 5G 기반 디지털 트윈 서비스가 적용된 시설물은 남촌농산물도매시장, 순천의료원, 안양종합운동장, 예울마루 등이었으며, 코스모신소재, 코렌스, 두산공작기계 등의 제조기업에도 반영되었다.

BIM을 활용한 가상현실 콘텐츠 제작 시 3D 영화관의 글래스처럼 간단한 도구를 사용할 수도 있지만, 최근엔 장비의 발전으로 사용자의 눈높이가 높아져 HMD(머리에 착용하는 안경) 같은 장비로 몰입감 높은 시뮬레이션을 구현해내야 한다. 이를 위해 많은 시간과 인력 투입이 필요하며, 최소 수준 콘텐츠를 제작하더라도 기초 데이터 분석, 데이터 경량화, 오브젝트 최적화 등에만 약 3개월이 걸리기 때문에 데이터 경량화 작업이 매우 중요하다. 또 가상건설 활성화를 위해서는 다양한 이해당사자들이 체감할 수 있는 현장 맞춤형 콘텐츠를 제작하고, 테스트를 기반으로 효과를 검증하는 작업이 중요하다.

최근 AR, VR 기술은 스마트폰 보급률 증가, 사용자의 시각화 요구와 언텍트 환경변화 등에 따라 다시 주목받고 있다. 해외에서도 대학 및 민간기업 등을 중심으로 다양한 시뮬레이션 등을 진행하고 있다. BIM 기반 3D 설계가 빠르게 정착되기 위해서는 실재감과 몰입감을 바탕으로 한 다양한 콘텐츠가 개발되어야 하며, 인프라 투자와 연구 및 개발이 절실하다.

건설 분야 가상현실 융합기술은 언텍트 시대 핵심기술로 폭발적 성장이 예상되기 때문에 기술 경쟁력을 빠르게 갖추는 것이 중요하다. 그래야 다가오는 미래 건설시장을 신속히 선점할 것이기 때문이다. 그러기 위해서는 성공사례 개발과 BM 발굴, 응용 분야 추가 연구에 제도개선까지 실로 다양한 분야에 발전 속도를 더해야 할 것이다.

싱가포르는 2014년부터 BIM 의무화에 따라 전 국토를 가상화하여 도시설계, 재난관리, 교통 시뮬레이션, 환경영향력 분석 등을 통합 수행할 수 있는 시스템을 개발하고 있다. 앞으로 건설산업계는 스마트 건설 가상화 시뮬레이션에 관한 기술 개발을 위해 신기술 교육 및 투자에 적극적으로 임해야 할 것이며, 정부의 중장기적 투자 전략 수립과 관련 법제도 정비를 통해 가상건설시장 선점 및 기술 경쟁력 확보의 토대를 마련하기 위해 크게 노력해야 할 것이다.