건축/건설 산업을 위한 3D 데이터의 활용 (3)

건설 산업은 다른 산업분야에 비해 생산성 향상 속도가 늦은 것으로 지적되어 왔다. 하지만, 최근 디지털 데이터를 기반으로 하는 BIM이 확산되면서 건설 생산성도 빠르게 향상될 것으로 전망된다. 특히 현실의 공간정보를 디지털 데이터의 형태로 얻고 이를 기반으로 설계와 건설 협업을 확대하는 기술의 발전은 건설 프로세스를 혁신할 수 있을 것으로 기대를 받고 있다. 이 글의 내용은 지난 6월 10일~11일 진행된 ‘코리아 그래픽스 2020’의 발표를 정리한 것이다. 

건설 프로세스에서 디지털 데이터의 활용

BIM(빌딩 정보 모델링)이 국내에 적용된 이래 건설 프로세스의 최적화, 정보 및 데이터베이스 관리 기술의 향상, 기존 2D에서 3차원 가상공간으로의 변환 등 다양한 긍정적 변화가 나타나고 있다. 이와 같은 디지털 데이터는 기존 평면 계획을 갱신하거나 구조적인 문제의 해결, 전체 설계를 변경하는 등 다양한 용도로 활용되고 있다. 

디지털 데이터의 장점은 1회성 사용을 넘어 무제한으로 데이터를 복제, 갱신, 공유, 창조할 수 있다는 것이다. 그러나 현재 우리나라에서는 BIM이 주로 설계 과정에 적용하는 것으로만 인식되어 있으며, 그보다 더 중요한 건설 프로세스의 전 과정에서 발생할 수 있는 as-built 데이터 취득에는 상대적으로 취약한 편이다. 

설계, 시공, 유지보수의 전 건설 프로세스에서 정확한 as-built 데이터 구축의 중요성은 아무리 강조해도 지나치지 않으며, 특히 중요한 구조물일 경우 국민의 안전과 효율적인 사용과도 직결되어 있는 문제이다.  

그림 1. 라이카 지오시스템즈의 BIM 솔루션 포트폴리오

디지털 데이터 기반 BIM을 위한 리얼리티 캡처 기술

따라서, 대상물체가 어떤 것인가에 상관 없이 현실 데이터를 획득(reality capture)하는 것은 간과할 수 없는 필수불가결한 요소이다. 리얼리티 캡처 기술이란 실세계의 위치 정보를 매우 상세한 수준으로 신속하게 취득하는 기술로, 구조물의 전체 라이프사이클동안 관계자들 간에 정확한 데이터를 공유할 수 있으며 추후에 리모델링 등 다른 목적을 위해 활용할 수 있는 장점을 가지고 있다. 

지난 수년간 BIM은 설계 단계를 넘어 GPS부터 사진 측량에 이르는 다양한 공간정보 취득 기술의 지원에 힘입어 상당한 발전을 이룩하였다. 건설 프로젝트의 대소경중에 관계 없이 의사결정에 필요한 정확한 데이터를 보유하게 된 것이다. 

이러한 기술의 핵심 중 하나인 레이저 스캐닝(LiDAR) 기술은 가히 엄청난 속도로 발전해왔으며, 초당 수백만점의 위치정보를 순식간에 취득하여 디지털 트윈을 생성함으로써 보다 다양한 목적에 활용할 수 있게 되었다. 그러나 최근의 첨단 기술 개발 현황을 보면 불과 얼마 안 된 이러한 LiDAR도 벌써 새로운 기술이 아닌 구형 기술이 되어버린 것 같다. 

그림 2

레이저 스캐너와 SLAM 등 최신 기술의 접목

현재 가장 최신의 기술은 손으로 들고 다닐 수 있는 핸드헬드(hand-held) 이동형 레이저 스캐너와 SLAM(Simultaneous Localization and Mapping) 기술의 결합이라고 할 수 있다.  SLAM 기술을 적용하면 공간상의 위치를 자체적으로 인식할 수 있어 장비가 어디에 위치해 있는지 알 수 있으며, 정확하게 사용자의 궤적을 추적할 수 있다. 이동식이면서 시간 효율적인 솔루션에 대한 요구가 증가해 왔고, 이에 부합해 사용자가 이동하면서 3D 데이터를 취득할 수 있는 장비가 개발되기 시작했으며, 대표적인 성공 사례가 라이카 지오시스템즈의 BLK2GO라는 장비이다. 

라이카 BLK2GO는 카메라와 이중 축(dual-axis) 레이저 스캐닝 기능을 가진 하드웨어와 SLAM 기술을 결합한 가벼운 장비로, 초당 42만점의 데이터를 획득할 수 있어 건축물이나 건설 현장에서 실시간에 가까운 데이터를 제공할 수 있다. 또한 이중 축 LiDAR와 멀티 카메라 비전 시스템은 내장되어 있는 IMU(관성항법장치) 와 결합하여 자율 내비게이션이 가능하게 되었으며, 이것이 ‘Grand SLAM’이라고 부르는 첨단 기술이다. 라이카 지오시스템즈는 자율형 솔루션인 이 분야에 독보적인 첨단 기술을 보유하고 있으며, 이를 통해 현장 효율과 생산성이 획기적으로 증대될 수 있다. 

라이카 RTC360 레이저 스캐너는 건설 현장에서 이미 많이 사용되고 있는 레이저 스캐닝 솔루션이다. RTC360은 삼각대에 설치하여 스캐닝하는 일반적인 개념의 스캐너이지만, BLK2GO와 마찬가지로 내장되어 있는 카메라와 IMU 기술의 도움으로 한 점에서 다른 점으로 스캐너를 이동할 때 스캐너의 위치를 스스로 계속 업데이트한다. 이렇게 하면 각각의 스캔 지점은 이후 자동으로 정합된다. 과거 스캔 점 간의 점군(point cloud)의 정합에 많은 시간이 걸린 점을 고려하면 이는 가히 혁신적인 변화인 것이다. 

그림 3

디지털 협업으로 건설 생산성 향상 기대

맥킨지가 2016년에 발표한 건설 디지털의 미래에 관한 보고서를 보면, LiDAR 기술은 고품질의 사진 및 점군 데이터를 제공함으로써 BIM과 결합하여 어떠한 재래식 측량 기술보다 빠른 것으로 증명되었다. 물론 2016년 이후에도 기술은 계속 발전하여 왔으며 그 대표적인 흐름이 UAV와의 통합, 핸드헬드형 플랫폼의 사용이다. 1kg 미만의 핸드헬드 3D 레이저 스캐너인 BLK2GO는 이 기술적 흐름의 중심에 서 있다. 하지만 지난 20년간 건설산업의 생산성 증대는 고작 1% 정도 향상되었음을 또한 맥킨지는 지적하고 있다. 기술의 발전에 아직 건설 산업이 제대로 따라가지 못하는 양상인 것이다.  

여하튼 이러한 기술적인 도약에 힘입어 건설 관계자(시공사, 감리, 발주처, 설계사 등)는 이동하면서 디지털 협업을 할 수 있게 되었고, 몇 분 이내에 전 관심 공간정보를 정합하여 디지털화할 수 있게 되었다. 현실 세계의 데이터 취득 신속화, 효율의 증가를 가져오는 솔루션은 향후 10년간에 건설산업을 비롯한 전 산업에 걸쳐 상당한 영향을 미칠 것으로 보인다. 

리얼리티 캡처 기술에 의해 획득한 실세계 데이터는 실시간 실행가능한 정보로 전환되어야 한다. 라이카의 Cyclone FIELD 360과 같이 간단하면서도 사용자 친화적인 소프트웨어 애플리케이션은 실시간으로 스캔된 데이터를 자동으로 현장에서 정합하는 역할을 주로 하며, 라이카 Cyclone REGISTER 360 소프트웨어는 3D 데이터를 건설 산업의 전 프로세스에 통합시켜 활용할 수 있도록 돕는다. 

또다른 장점으로는 건설 공정의 진행에 따른 상세한 3D 데이터를 구축함으로써 구조물 내에 매몰되거나 감추어진 시설, 파이프 시스템 등 중요 시설물에 대해 포괄적이고 정확한 비주얼 정보를 얻을 수 있다는 것이다. 중요한 비주얼 정보란 시설물과 관련된 자산의 위치와 상태에 대한 상세한 정보이며, 일상적인 유지관리나 향후 구조변경 등에 효율적으로 사용될 수 있다.  

그림 4

장단기적으로 이동식 핸드헬드형 리얼리티 캡처 기술은 건설 산업의 효율을 대폭 증가시킬 것이다. 현장에서 낭비되는 시간을 줄임으로써 전문가들로 하여금 매일의 일상 작업에 좀 더 중요한 일을 할 수 있게 만들어, 결국 BIM의 적용과 확장을 촉진시킬 것이다. 이는 결과적으로 건설 산업의 생산성 증대, 안전성 증대, 원가 절감을 가져올 것으로 보인다.

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