시연회 통해 다양한 '스마트 건설 기술'을 직접 선봬

안전 사고 방지와 효율 극대화를 위해 스마트 건설 기술이 필수 사항으로 떠오르고 있는 건설 현장. (사진 = Unsplash, Ralph Kayden)

최근 글로벌 건설 시장에선 ‘스마트 건설’이 대세다. 건설 현장에서 안전 사고를 방지하고, 생산성을 늘리려면 현장 스마트화가 중요하다. 

스마트 건설 기술이란 건설 산업에 ICBM(IoT-Internet of Things, Cloud, Big Data, Mobile)을 융합한 건설 기술이다. 그 외에 BIM(Building Information Modeling), 드론, 로봇 등 기술도 이용된다.

현대건설은 스마트 건설 기술을 구체화해 현장 첨단화에 앞장서고 있다. 스마트 터널, 스마트 항만, 스마트 교량, 스마트 토공 4개 영역을 운영 중이며, 현대건설의 한강터널(고속국도 제 400호선 김포~파주 간 건설 공사 제 2공구) 현장은 스마트 터널 대표 혁신 현장으로 꼽힌다.

현대건설의 스마트 터널 시공 비법은 기계 두더지 ‘TBM(Tunnel Boring Machine)’
 

TBM 모델링 사진. 사진 = 현대건설 

현대건설은 한강터널을 포함해 국내·외 26개 TBM 스마트 터널 시공 경험을 토대로 최근 직경 14m 대(大)구경의 TBM(Tunnel Boring Machine) 공법과 로드 헤더 등 기계식 터널 굴착 장비를 통해 터널 굴착의 기계화 시공을 선도하고 있다.

보통 도시 터널 공사라고 하면 소음을 유발하고 도로를 통제하니 사람들이 불만을 가질 수밖에 없었다. 터널 공사 시 주변 지반이 약해진다는 문제점도 있었다. 이에 대한 대안이 ‘TBM’ 공법이다.

TBM은 터널 전용 ‘대형 첨단 굴착 장비’를 의미한다. TBM의 외형은 원통에 가까우며 지하에서 공사를 진행한다. 앞으로 구르듯 땅을 뚫고 나가는 모습이 두더지와 비슷해 ‘기계 두더지’라고 불리기도 한다.

TBM은 전면 커터 헤드와 중간 부분 벤트 컨베이어로 나뉘는데, 커트 헤드 부분이 땅을 파면서 나아가는 역할을 한다. TBM의 가장 앞 부분에는 디스크 커터를 부착해 지반을 회전-굴착 한다.

기존 터널 시공이 다이너마이트 등 화약을 터뜨려 터널을 굴착하는 방식이었다면, TBM은 전면 커터 헤드로 땅을 파내면서 장비 내 벤트 컨베이어를 통해 흙과 암석을 지상으로 배출하는 방식이다. TBM은 굴착과 동시에 지하 구조물을 바로 시공할 수 있어 안전이 보장되고, 발파식 개착 공사에 비해 소음과 진동이 미미하다는 장점이 있다. 때문에 암반 지역 지하 터널과 해저 터널, 하저 터널을 시공할 때 유용하다. 

TBM은 시공 조건에 따라 100% 주문 제작만 가능해 일부 외국 제작사만 설계 및 제작 기술을 보유한 상황이었다. 그런데 국내에서도 커터 헤드 설계 원천 기술 개발에 성공하면서 세계 7번째로 기술을 보유하게 됐다.
 

TBM 커팅 휠 부분을 조립하고 있는 모습. 사진 = 현대건설 

현대건설은 스마트 건설 기술의 일환으로 굴착 장비 TBM을 적극 활용하며 다양한 기술과 접목하고 있다. TBM 운영 정보를 실시간으로 알 수 있도록 기계 내에 각종 센서와 디지털 기기를 탑재했으며, 특히 현대건설 자체 개발 기술 TADAS(TBM Advanced Driving Assistance System)을 접목해 TBM 운전에 활용하기 위해 준비 중이다.

TADAS는 통합 운전 관리 시스템으로, TBM의 굴착 데이터, 지반 정보 등을 실시간으로 취합해, 최적의 운영 방법을 제시한다. 현대건설은 본격 시공 전 TBM의 시공 단계를 VR(Virtual Reality) 시뮬레이터로 구축해 모든 시공 과정을 가상으로 체험하는 방식의 안전 교육도 수행하고 있다.

또한 터널 시공 정보를 포함해 현장의 전체 정보는 현대건설이 개발한 BIM 기반 디지털 시스템(HIBoard, Hyundai IoT Board)과 중앙 통합 운영 시스템(HOC: Head Office Control)으로 처리되면서 현장 작업을 실시간으로 원격 지원·관리할 수 있다.

현대건설의 스마트 토공

현대건설이 이용 중인 스마트 토공 건설 기술의 여러 단계. MC/MG 시스템과 무인 드론 등이 있다. 사진 = 현대건설

스마트 건설 기술은 특히 터널과 토공 분야에 활발하게 이용되고 있다. 토공이란 흙을 쌓거나 파내 구조물을 만드는 기술을 말한다.

현대건설은 스마트 토공 현장도 운영 중이다. 이미 지난 2020년 토공 공사 시 작업자(운전자)에게 MC(Machine Control) 시스템과 MG(Machine Guidance)를 적용한 바 있다.

MG는 장비에 부착된 센서와 디스플레이를 통해 작업자의 작업을 보조하는 장비를 뜻한다. MC 시스템은 건설 장비에 부착된 센서 및 고정밀 GPS 등을 이용해 컴퓨터가 작업자에게 작업 위치와 깊이, 기울기 등 정보를 실시간으로 제공해 주는 반자동 제어 시스템이다. 이처럼 현대건설은 기계에 스마트 기술을 연계해 작업 생산성을 높였다.

현대건설은 스마트 토공 현장에 무인 드론 원격 관제 시스템까지 도입했다. 무인 드론은 사전에 비행 경로를 미리 설정해 두면 별도 조종 없이도 스스로 자율 비행한다. 비행이 끝나면 드론 스테이션(정거장)으로 알아서 복귀해 충전, 및 보관된다.

원격 관리를 통해 드론 조종사는 건설 현장을 누비는 무인 드론을 원격 제어할 수 있다. 실시간으로 보이는 드론 촬영 사진과 영상으로 공정을 확인하고 품질을 점검할 수 있다.

이러한 드론 기술은 사고 발생률을 낮추고, 작업 정확도를 높여 주는 데다 손 쉽게 현장을 밀착 관리할 수 있다는 장점이 있어 각광받고 있다.

‘스마트 건설 기술 시연회’ 통해 기술 소개

현대건설은 건설 현장에서 사용되는 스마트한 기술을 소개하는 시연회를 꾸준히 열어 왔다. 지난달 7일에는 경기도 파주시 소재 한강 터널(고속국도 제 400호선 김포~파주 간 건설 공사 제2 공구) 현장의 홍보관에서도 ‘현대건설 터널/스마트 건설 기술 시연회’를 개최했다.

현대건설 2022 토목 건설 기술 시연회 현장. 사진 = 현대건설

시연회를 통해 현대건설은 터널 기술의 현재와 미래를 그리고, 스마트 건설 기술 시연을 선보였다. 이때 한강 터널에 적용된 TBM 기술을 설명, TBM 제작장 및 현장 견학 순으로 행사를 진행했다. 현대건설은 스마트 건설 기술 23가지를 비롯해 자사에서 연구 중인 다른 건설 기술들까지 공개했다.

스마트 건설을 위해선 터널 현장에서 원활한 데이터 전송이 이뤄져야 하기 때문에 터널 전체에 ICT(Information and Communication Technologies) 기반 통신 환경이 구축돼야 한다. 이에 현대건설은 국내 최초로 TVWS(TV White Space, TV 대역 가용 주파수), PLC(Power Line Communication, 전력성 통신 기술)를 적용했다. 터널 전 구간에 무선 인터넷을 제공하며 스마트 건설 장비를 활용할 수 있도록 무선 통신 환경을 조성한 것이다.

터널 내부에서도 스마트 글래스, 홀로 렌즈를 활용해 본사·사무실과 실시간 원격 화상 회의를 하고, 무인 현장 관리에 활용 가능한 원격 드론, 무인 지상 차량 등도 터널 현장에 투입해 AI 기반 안전 관리와 라이다(LiDAR) 기반 측량 작업 무인화를 실현하고 있다.
 

현대건설의 2021 로보틱스 시연회 현장. 사진 = 현대건설 

현대건설은 안전한 터널 시공을 위해 자체 개발 시스템인 AI 재해 예측 시스템도 이용 중이다. 이는 빅데이터 기반으로 안전 리스크를 분석해 안전 관리 업무를 돕는 역할이다. 뿐만 아니라 독자 기술로 개발된 IoT 센서 안전 관리 시스템과 이동식 AI CCTV를 통해 작업자 위치를 실시간 모니터링하며, 현장 내의 모든 차량계 건설장비에도 AI 기반의 근로자 인식 카메라를 설치해 장비 협착 사고를 예방하는 등 안전 사고 방지에 집중하고 있다.

시연회에서는 무인 현장 관리에 활용되는 보스턴다이나믹스의 로봇 개 ‘스팟’이 공간을 누볐다. 현대건설은 이토록 다양한 스마트 기술 노하우를 바탕으로 현장 스마트화를 단계적으로 확대하겠다는 방침이다.

현대건설의 대표적 스마트항만 현장인 인천신항 1-2단계 컨테이너부두 하부공 축조 공사 등 많은 현장에서도 첨단·스마트 기술이 활용되고, 이는 현장의 패러다임을 바뀌는 데에 기여했다. 

끝없는 연구와 현장 첨단화로 건설 패러다임 변화 선도

국토교통부는 ‘스마트 건설 기술 로드맵’을 마련하고, 2030년까지 건설 모든 단계(설계, 시공, 유지관리)에서 ‘자동화’를 달성하겠다는 목표를 수립한 바 있다.

현대건설은 지속적으로 사전제작-현장조립 방식의 건설 형태인 OSC(Off-Site Construction)을 구축하고, 자동화 기기 및 산업용 로봇을 개발하는 등 건설 현장의 완전한 스마트화를 꿈꾸며 미래 기술 혁신 조직을 운영하고 있다. 국토부가 제시한 스마트 건설 기술 로드맵을 착실히 수행하고 있는 셈이다. 

또한 기술연구원을 중심으로 끊임없이 연구를 거듭하고, 모든 사업 본부에서 실증 및 기술 역량을 내재화하고 있다. 스마트 건설 기술을 다양한 현장에 도입해 공사 현장 첨단화를 가속화하겠다는 계획이다. 

현대건설 토목사업본부 김기범 본부장은 “생산성·품질·안전 등 건설 업계의 현안을 해결할 수 있는 핵심 열쇠는 현장의 스마트화” 라며 “이는 정부 부처, 산학연 모두의 노력이 함께 이루어져야만 정착이 가능하다”고 밝혔다. 이어 “현대건설은 꾸준히 연구한 기술을 각 분야 전문가들과 공유함으로써 건설 업계 전체의 발전을 이루겠다”고 덧붙였다.


<문화경제 김민주 기자>