건설현장의 작업인력이 급격히 노령화되면서 공사작업의 자동화와 로봇 사용이 더욱 절실히 요구되고 있다. 하지만 국내 상황에서 민간업체가 단독으로 진행하기에는 여러모로 어려움이 있어 정부에서는 대규모 국책사업을 통해 관련 업계의 기술을 집중할 계획이다.
이에 고려대학교 공과대학은 금년 상반기에 첨단 건설자동화로봇 연구센터를 설립하고 건설자동화 로봇을 개발하기 위해 연구를 진행하는 등 관련 사업을 주도적으로 이끌고 있다.
본지에서는 고층건물 시공 자동화 연구단장인 고려대학교 전기전자전파공학부의 박귀태 교수를 만나 건설자동화 로봇 분야의 추진내용에 대해 자세하게 들어보았다.   취재 이미순 기자(press2@yeogie.com)

▶▶‘로보틱 크레인 기반 고층건물 구조체 시공 자동화 시스템 개발’ 과제에 관해서 설명을 부탁드립니다.
최근 건설교통부가 의욕적으로 추진하고 있는 ‘첨단기술과 건설기술의 융합’ 과제의 일환인 로보틱 크레인 과제를 여러 협동기관들의 도움으로 고려대학교가 수주하여 연구개발을 진행하게 되었습니다. 
저희 고층건물 시공 자동화 연구단은 건설기술과 로봇기술, IT기술을 융합하여 고층 건물의 시공을 자동화할 수 있는 경제적이고 효율적인 시스템을 개발하고 이를 상용화하도록 단계적인 연구개발 계획을 수립하여 추진하고 있습니다.
현 시점에서는 실제 공사현장에 로봇기술을 적용하여 자동화하기란 결코 쉬운 일이 아닙니다. 우선, 각 건물마다 설계가 다르기 때문에 표준화된 작업을 수행하기 어렵습니다.
또한, 예측이 어려운 여러 일들이 작업현장에서 발생하기 때문에 무인로봇을 사용하기에도 기술적 애로사항이 많습니다. 하지만, 건설작업의 생산성 및 안전성을 높이고 노령화 인력을 대체하는 방안으로 건설 현장에 로봇의 도입은 이제 하나의 흐름이 되고 있습니다.
그동안 고려대학교 공과대학에서는 건설자동화로봇과 관련하여 지능형 빌딩 시스템, 건설로봇, 유비쿼터스 센서 네트워크, 미래 건축구조 및 설계 등 다양한 연구를 진행하여 왔습니다. 이러한 준비전략을 바탕으로 ‘U-IT 기반 건설 자동화 국제 학회’를 개최하기도 하였습니다.
앞으로 고려대학교 내에 첨단 건설자동화로봇 연구센터를 설립할 예정인데, 이 과제를 초석으로 삼아 국내 건설자동화로봇 분야를 선도하도록 하겠습니다. 따라서 협동기관들의 적극적인 참여와 성공적인 결과를 이끌어낼 수 있도록, 철저한 실용화 중심의 성과관리를 위해 BSC(Balanced Score Card, 균형성과기록표) 기반의 연구성과 관리를 시행할 예정입니다.
연구단은 본 과제의 최종 목표인 “세계최고 수준의 상용화된 건축시공 자동화 시스템 개발”을 위해 2단계 추진 전략을 세워놓고 있습니다. 1단계에서는 자동화 시공을 위한 핵심요소기술들을 개발하고 시공 시뮬레이션을 수행하여 적용 가능성과 문제점을 파악할 것입니다. 2단계에서는 실건축물을 시공할 예정인데, 이를 통해 핵심요소기술을 통합하고 시스템을 최적화하며 핵심기술을 실용화할 것입니다. 두산건설을 중심으로 모든 참여기관들이 실물 시공에 전념할 예정으로, 기술을 반드시 상용화 수준으로 끌어올릴 것입니다.
과제가 종료된 후에는 기술이전팀을 운영하여 핵심기술에 대한 실용화를 본격적으로 추진하고, 연구홍보팀 가동을 통해 개발된 결과를 홍보할 것입니다. 또한, 시공 자동화를 위한 제도 개선을 정부에 건의하여 정책에 반영함으로써, 기술뿐만 아니라 법/제도 시스템에 대한 개선 노력을 병행할 예정입니다. 참여기업들은 개발된 기술을 도입하여 타 시공현장에 적용할 준비를 하고 있습니다. 이번 연구는 총 4년 10개월 동안 진행되는데, 4개의 세부과제와 13개 협동과제를 효율적으로 수행하기 위해 총 24개 기관으로 구성된 산학연 클러스터를 구축하였습니다. 저희 연구단은 유기적인 협력 관계를 통해 연구결과가 반드시 실용화로 이어질 수 있도록 할 것입니다.


"타 산업에 비해 인력에 대한 의존도가 높은 건설산업의 특징을 고려해 본다면,
공사비를 줄여 채산성을 높이기 위해서는 공사기간을 단축하는 것이 가장 효과
적이라고 할 수 있습니다. 따라서 로보틱 크레인과 볼트 체결 로봇 등을 이용하
면 날씨 등의 외부 기후조건과 상관없이 전천후 작업이 가능해 공사기간을 줄일
수 있을 뿐만 아니라, 품질 및 생산성 향상을 도모할 수 있습니다."

▶▶구체적으로 어떤 기술들이 연구될 예정입니까
이번 연구의 주요 과제는 고층건물 건설을 자동화하기 위해 조작이 쉬우면서도 미세한 작업이 가능한 로보틱 크레인을 개발하는 일입니다. 건설 노동자가 수작업으로 하기에는 어렵고 위험한 일을 로봇이 대신 맡게 된다는 점에서 건교부의 관심이 가장 컸던 부문입니다.
최근 국내 건설업계는 젊은 기술인력의 현장 유입이 감소하고, 숙련공은 점차 노령화됨에 따라 건설인력 수급에 많은 어려움을 겪고 있습니다. 그리고 건물이 고층화, 첨단화, 복잡화됨에 따라 생산성 및 안전성 문제 역시 대두되고 있어, 로봇 및 IT 기술을 도입한 건설자동화 사업 추진이 필요한 시점이라고 생각됩니다.
핵심아이디어를 살펴보면, 코어선행공법에 적용 가능한 경량 건설공장(CF; Construction Factory)의 제작, RFID를 이용한 지능형 타워크레인의 개발, 레일주행이 가능한 경량, 소형 로봇 구현, 자재 설치를 위한 원격 조종형 로봇 시스템이 있습니다. 

▶▶총 5차년도 동안의 연구개발 목표는 무엇입니까
대형화, 첨단화된 건설공사에서 인력에만 의존해서는 생산성 향상을 꾀할 수 없으며, 경제성과 직접적으로 연관된 공사기간 단축도 한계가 있습니다.
또한 기술 인력의 노령화 및 숙련된 인력 확보의 어려움, 작업 현장에서의 안전성 확보, 미숙련 인력에 의한 재해 방지, 다기능·복합시스템화 된 새로운 형태의 건물수요에 대한 대응 등 현재의 건설산업이 처해있는 사회·경제적 문제와 기술적 어려움을 극복할 수 있는 대안이 요구되고 있습니다.
이에 저희 연구단은 미래 건설산업의 성장동력을 창출하고 첨단 기술 융합 시대를 선도하기 위해, 국가로봇 사업 및 대형 건설사업과 연계하여 시공 자동화 시스템을 개발하기 위한 계획을 세워놓고 있습니다.
이를 통해 2012년에는 ‘자동화 시공을 통한 노무량 30% 감소’. ‘기후영향 절감을 통한 공기 15% 단축’, ‘지능형 타워크레인을 통한 생산성 25% 향상’을 달성하여 세계 최고 수준의 기술력을 확보하려고 합니다.
최종목표를 달성하기 위해 4개의 세부과제로 구성하여 연구를 진행하게 되는데, 각 세부과제는 ‘고층 건축물 구조체 자동화 시공 시스템 기획 및 통합’, ‘로보틱 크레인 기반의 자재설치 핵심기술 개발’, ‘크라이밍 유압로봇 및 건설공장 구조체 기술 개발’, ‘무선인식 및 다차원 CAD 기반의 지능형 건설자재 조달시스템 개발’입니다.

▶▶고층 건축물 구조체 시공 자동화에 관해서 일본이 앞서 있는 것으로 알려져 있는데, 실제로는 어떠한지
일본의 건설회사는 자체적으로 대단위 프로젝트를 수행할 수 있을 만큼 회사 규모도 크고, 우수한 기술력을 보유하고 있습니다. 반면 국내에서는 시공 자동화와 관련한 연구 필요성에 대해 기업체의 인식이 다소 미진하고, 기업체 자체적으로 연구를 진행하기에는 연구인력 및 자금이 부족하기 때문에 정부 주도하에 이와 같은 사업을 추진하게 된 것입니다.
일본은 지진의 위험이 높은 지역으로 내진성을 높이기 위해 박스형 철골기둥을 사용하고, 비경제적인 적층공법을 사용하고 있는 반면, 우리나라는 지진 저위험 지역으로 보편적인 H형강(H-Beam) 기둥을 쓰고 있습니다. 그리고 전 세계적으로 가장 널리 사용되며 경제적인 코어선행 공법을 적용하고 있습니다.
따라서 일본식 시스템을 흉내내는 것보다 그들의 기술을 면밀히 분석하여 향후 연구개발의 시행착오를 줄이고, 우리나라 현실에 맞는 코어선행 공법에 기초한 연구개발을 함으로써 한국형 고층건물 시공자동화 시스템을 개발하는 방향으로 나아가야 합니다.
또한 일본에 비해 우리나라의 기반기술이 상대적으로 취약하므로 기존기술을 잘 활용하여야 할 것입니다.
현재 양국의 기술 수준을 비교해 본다면, 일본의 수준을 ‘기업화 단계’, 우리나라의 기술수준을 ‘개념정립 단계’라고 볼 수 있습니다. 하지만 이제 우리나라에서도 본격적인 건설자동화 연구가 시작된 만큼 관련기술 개발에 박차를 가해 기술력의 차이를 극복할 수 있도록 최선을 다할 것입니다.

▶▶이번 연구단 구성의 가장 큰 강점은 무엇인지
저희 연구단이 내세운 차별성 중의 하나가 개발될 시공 자동화 로봇 시스템을 통해 실제 건물을 시공함으로써 상용화가 가능한 시스템을 개발하겠다는 것이었습니다. 그 만큼 정확한 기술력이 요구되고, 경제적이며 효율적인 시스템이어야 합니다. 이를 위해 철저한 준비와 분석을 바탕으로 연구단을 구성하였으며, 최종목표를 달성할 수 있는 능력이 충분하다고 생각됩니다.
실제 건설 분야는 보수적인 측면이 있어서, 좋은 기술도 현장에 보급하기에는 신뢰성과 시간이 필요합니다. 따라서 시범 시공 및 본 시공을 통해 실용화에 초점을 맞추고 연구단을 이끌어 가고자 합니다.
저희 연구단은 각 분야에서 최고의 역량을 가진 전문가들로 구성되어 있습니다. 산학연이 서로 협력체제를 구축하여 연구성과를 극대화 할 수 있도록 총 213명의 연구원으로 연구단을 조직하였습니다.
산업체로는 두산건설과 삼성건설 외 13개 업체, 학교로는 고려대, 건국대, 서울대, 연세대, 한양대 외 2개 학교, 그리고 연구소로는 KIST, 한국원자력연구소 외 1개 연구소가 연구단을 구성하고 있습니다. 또한, 국외 기관으로 미국의 S.I.T와 일본의 AIST가 참여하게 됩니다.
저희 연구단의 또 다른 강점이 국제 공동연구 체계에 있다고 할 수 있습니다. 미국의 S.I.T.와 일본의 AIST가 협동기관으로 참여하고, 일본의 J. Maeda 박사가 총괄 자문으로 참여하여 국제 공동연구를 수행하게 됩니다.
또한 일본 시미즈 건설 연구소의 부소장인 J.Maeda 박사와는 자문 협약을 맺었습니다.

▶▶본 연구의 기대성과 및 파급효과는 무엇입니까
무엇보다 건설분야는 로봇 기술과 IT 기술의 또다른 킬러 어플리케이션이라고 생각합니다. IT와 로봇 기술이 융합한 건설기술 개발을 통해 관련 산업에서의 시너지 효과를 기대하고 있습니다.
이번 연구를 통해 개발되는 시공 자동화 시스템을 건설현장에 적용하면, 건설업 종사자들의 근로환경 개선과 인명사고 감소, 정확하고 효율적인 시공 및 공정관리 등에 큰 도움이 될 것입니다. 또한, 고난이도 작업 및 반복 작업을 자동화함으로써 초대형 첨단 건축시설물의 품질수준 및 생산성을 향상시킬 수 있습니다.
특히, 사회/경제적인 측면을 고려하면 그 가치가 더욱 커집니다. 저출산 고령화 시대에 대응하여 건설 기술인력의 수급 부족 문제를 해결할 수 있습니다.
또한 3D산업으로 인식되는 건설산업을 첨단산업의 이미지로 전환시켜 유능한 젊은 인력의 유입을 촉진하고, 내부 종사자들의 만족감을 향상시킬 수 있습니다. 그리고 첨단 IT기술과 로봇 기술이 융합한 새로운 부가가치 창출이 가능해져 관련 산업의 블루오션을 개척할 수 있을 것입니다.

▶▶성공적인 연구진행을 위한 다짐을 부탁드립니다.
성공적인 연구 수행을 위해 많은 기관들이 이 과제에 참여하고 있기 때문에, 각 기관의 참여연구원들 간의 긴밀한 네트워크 구성이 아주 중요합니다. 각 참여기관들의 연구 성과가 서로 연계되어 유기적인 조화가 잘 이루어질 때 최상의 결과로 나타날 것입니다. 이를 위해 적시에 적절한 정보가 소통될 수 있도록 커뮤니케이션이 잘 이루어져야 합니다.
따라서 연구단에서는 워크샵 형태의 연구단 전체회의 외에도 세부주관책임자 회의와 세부과제별 협동책임자 회의 등이 개최될 수 있도록 운영계획을 세워두고 있습니다. 또한, 업무 내용에 대해 인터넷을 통해 효율적으로 확인 및 관리할 수 있도록 프로젝트 관리 시스템을 구축할 예정입니다.
참여연구원들 스스로 나의 현재 위치가 어디쯤이고, 나와 협력하는 상대방의 위치가 어디인지를 파악할 수 있도록 제도화하여 서로가 경쟁하고 협력해서 상생할 수 있도록 연구단을 이끌어 갈 것입니다. 참여기관들의 적극적인 참여와 지원을 바탕으로 연구성과를 실용화, 사업화하여 고부가가치를 창조할 수 있도록 최선을 다하겠습니다.다. 또한, 업무 내용에 대해 인터넷을 통해 효율적으로 확인 및 관리할 수 있도록 프로젝트 관리 시스템을 구축할 예정입니다.
참여연구원들 스스로 나의 현재 위치가 어디쯤이고, 나와 협력하는 상대방의 위치가 어디인지를 파악할 수 있도록 제도화하여 서로가 경쟁하고 협력해서 상생할 수 있도록 연구단을 이끌어 갈 것입니다. 참여기관들의 적극적인 참여와 지원을 바탕으로 연구성과를 실용화, 사업화하여 고부가가치를 창조할 수 있도록 최선을 다하겠습니다.

고려대학교 전기전자전파공학부



http://ee.korea.ac.kr
TEL.02)3290-3218
FAX.02)921-0544