[‘DfMA 통합플랫폼’ 개발… 미래 건설산업 선도한다]경희대 건설정보연구실  

‘DfMA 통합 플랫폼’, 건설 생산성․효율성 다 잡는다

건축산업의 미래, BIM과 AI가 만든 플랫폼 서비스 ‘기대’
경희대 건설정보연실 연구개발 박차… ‘DfMA’ 플랫폼 실현 총력

2026년 사전제작 건설시장 1천530억달러 성장… ‘DfMA는 건설산업 미래’
싱가포르 ‘PPVC’․홍콩 ‘MIC’ 활용 극대화 비용절감 창출… 시장 지속 확대

[국토일보 하종숙 기자] 4차 산업혁명시대, 다양한 분야에서 플랫폼 산업이 활성화되고 있는 가운데 건축산업 미래 역시 BIM과 AI가 만든 ‘DfMA 통합 플랫폼 서비스’가 성패를 좌우할 것으로 전망, 관심이 집중되고 있다.

‘플랫폼’ 사전적 정의는 ‘온라인에서 생산자와 소비자가 유기적으로 생산․소비․유통이 이루어지는 장’이다. 다시 말해 다양한 사용자들이 서비스를 쉽게 활용해 줄 수 있게 해주는 웹 기반의 기술 환경이다.

플랫폼은 비즈니스 경계 파괴, 양면 사업구조, 네트워크 효과 등 현시대 경제 시장에 다양한 장점이 있다. 현대건설, 포스코건설 등 국내 건설업체도 경쟁력 강화를 위해 플랫폼 개발에 힘쓰고 있다.

이같은 트렌드 속 경희대학교 건설정보연구실(책임 김인한 경희대학교 교수)가 ‘모듈러 기반 자동설계 및 시공 플랫폼’ 개발(DfMA: Design for Manufacturing and Assembly) 연구를 진행 중에 있어 주목받고 있다.

DfMA는 설계 기획부터 현장 시공까지 한 번에 진행하는 프로세스를 의미, 사용자가 하나의 플랫폼을 활용해 설계 기획부터 현장 시공까지 통괄하는 것이 이 연구의 목적이다.

국토교통부는 해외건설 설명회 주관의 ‘2021 글로벌 인프라 협력 컨퍼런스(GICC)’ 기조발표에서 오는 2026년까지 모듈, 그리고 사전 제작 방식 건설 산업시장이 1,530억달러까지 성장할 것으로 전망했다. 특히 “DfMA는 건설산업의 미래”라고 강조했다.

경희대 건설정보실 연구팀은 사용자의 개인 취향과 요구조건에 밀접한 설계안을 추천해주고 만족도 높은 단독주택을 건설하고자 AI 기술 도입을 계획하고 있다. AI 기술을 활용, 사용자의 요구조건에 적합한 설계안 및 디자인을 추천한 후 사용자가 직접 다양한 파생안을 생성해 설계사가 검토하는 과정을 목표로 한다. 또한 국토교통부 R&D사업인 ‘개방형 BIM 기반의 건축설계 자동화 지원 기술 및 첨단 유지관리 기반기술 개발’의 세부 연구과제 수행 중 개발한 자동법규검토 시스템으로 해당 설계안을 검토할 수 있도록 해 연구개발의 활용이 기대되고 있다.

사용자는 해당 플랫폼을 활용, 단독주택 의뢰시 기획부터 공사까지 최단 시간 안에 완료할 수 있게 된다는 게 연구팀 측 설명이다.

연구책임자인 경희대학교 김인한 교수는 “해당 플랫폼은 주택난, 인력난 등을 해결하고 건설경제 성장의 혁신이 되는 한 걸음이 될 것”이라며 “건축산업의 미래는 BIM과 AI가 만든 플랫폼 서비스에 의해 성패가 좌우된다”고 플랫폼의 중요성을 강조했다.

한편 지난 2017년 3월부터 2021년 12월까지 수행된 국토교통부 R&D사업인 ‘개방형 BIM 기반의 건축설계 자동화 지원 기술 및 첨단 유지관리 기반기술 개발’의 세부 연구과제를 수행한 김인한 교수는 올해 과제 마무리 중으로, 해당 과제를 통해 개발한 자동법규검토 시스템의 무료 버전을 배포할 계획이다.

■ 국내 건설시장 당면 과제

국가통계포털, 해외건설종합서비스 통계에 따르면 한국은 전 세계 공사 발주 수주가 하락하고 있다.

국회입법조사처의 경제산업분야 기획보고서에서는 건설산업의 경쟁력을 점검한 결과, 건설기술, 생산구조, 시장질서, 일자리의 4개 부분에서 문제점이 있다고 파악했다. 먼저 건설기술 부분에서는 시공 분야에만 지나치게 집중하고 고부가가치인 기획, 설계, PM(Project Management), CM(Construction Management) 역량이 취약하다는 설명이다.

생산구조 부분에서는 외주화에 의존하는 다단계 하도급으로 인해 생산구조의 효율성이 떨어지고 시공품질이 저하되는 문제점을 지적했다. 시장질서에서는 부실기업의 각종 불공정 관행으로 인한 공사비 부족이 최종적으로 임금삭감, 사회보험 가입누락 등 건설근로자의 피해로 이어진다고 보고했다.

또한 일자리 부분에서 상당수의 근로자가 일용․비정규직으로 고용 안정성이 떨어지고, 이러한 직업적 환경 악화는 고령화를 빠르게 진행시켜 인력난을 불러온 것으로 보고했다.

이같은 요인들로 건설산업 생산성은 다른 산업에 비해 계속 하락하고 있어 새로운 건설산업의 패러다임이 필요한 상황이라는게 전문가들의 지적이다.

■ 건설산업을 제조업 방향으로… ‘혁신’ 주도해야

경희대학교 건설정보연구실은 건설산업의 구조를 전자산업과 자동차산업 등 제조업을 활용해 문제점을 해결해야 한다고 제안했다. 건설업의 경우 같은 제품을 대량 생산하는 산업도 아닐뿐더러 각각의 현장마다 상황과 요건이 다른데 어떻게 제조업을 도입한다는 것일까. 이에 대해 연구팀은 제조와 조립용 설계 개념인 DfMA를 제시했다.

DfMA의 사전적 의미는 ‘기존 설비를 활용해 생산과 조립을 보다 효율적으로 하도록 부품 및 조립품을 설계하는 방법’이다.

DfMA 방법을 건설업과 융합시키면, 기획 단계에서부터 모듈 방식을 염두, 설계를 진행할 수 있고 시공․유지보수까지 사전에 계획할 수 있다. 이때 어떻게 조립할 것인가, 어떻게 제작할 것인가, 어떻게 운송할 것인가 등 아주 상세한 부분까지 사전에 계획해 생산성과 효율성을 증가시키는 것이 이 개념의 목적이다.

연구팀은 DfMA 개념을 활용, 몇 가지 장점을 소개했다. 먼저 공장 제작으로 인한 장점들이 있다. 공장의 안전성, 정규성 등의 직업 환경은 숙련가의 채용을 가능하게 하고, 이를 통해 일관성있는 시공 품질을 제공할 수 있다. 또한 공장에서 일부 자동화된 작업이 가능해 생산성을 높이고 공사 기간을 단축할 수 있다. 현장에서는 조립 위주의 시공 방법으로 청결, 저소음, 안전성 등의 장점이 있다.

싱가포르는 조립식 프리 마감 형체 제작이라는 뜻으로 ‘PPVC(Prefabricated Prefinished Volumetric Construction)’ 방식을 사용하고 있다. 이 방식은 3D 모듈을 미리 제작을 하는 것인데 내장까지 이미 완성이 돼있는 유닛이다. 공장에서 제작하고 운반, 현장에서 조립한다. 싱가포르는 이 방식을 활용해 인력의 40%를 절감하는 것은 물론 70%의 설계와 MEP를 줄이는 등 비용 절감 효과를 창출했다. 현재 싱가포르 건설청에서는 PPVC 활용을 위해 다양한 건설 관련 가이드라인과 표준을 만들고 규제를 개정하고 있다.

홍콩에서는 모듈화된 통합형 건설이라는 뜻으로 ‘MIC(modular integrated construction) 방식’을 사용하고 있다. MIC는 독자적인 모듈에만 그치는 것이 아니라 접합부 등 시공 관련된 부분까지 포함되는 개념이다. 이 기술은 홍콩의 여러 공공 주택 프로젝트에서 배관 모듈, 플랜트 룸, 욕실 장치 등에 사용되고 있다. 기후나 자연재해의 영향을 받지 않기 때문에 건축 생산성을 획기적으로 높일 수 있는 기술로 평가받고 있다. 현재 홍콩 CIC(Construction Industry Council)위원회에서는 MIC 활용을 위해 다양한 가이드라인을 마련하고 있다.

■ DfMA를 위한 모듈러 공법

모듈러는 DfMA를 적용, 건축 생산성을 향상시킬 수 있는 공법이다. 대표적인 사례로는 코로나19 발원지로 주목된 중국 우한에서 병상 1,000개가 넘는 대형 응급 전문병원을 10일 만에 완공한 것이 있다. 해당 공사는 ‘모듈러(modular)’ 공법을 통해 공사 기간을 혁신적으로 단축, 비용까지 절감하며 주목받았다.

DfMA는 모듈러보다 더욱 확장된 개념으로, 모듈러는 이러한 DfMA의 개념과 계획을 적용해 실천할 수 있는 가장 좋은 기술이다.

‘DfMA 기반 모듈러 공법’이란 자동화된 시스템을 갖춘 공장에서 부품과 조립방식에 대한 충분한 검토를 거쳐 제작한 후 현장에서 조립, 시공하는 공법이다. 이 공법은 건설업의 효율성과 생산성을 높일 수 있는 기술로, 세계적인 관심을 받고 있다.

공장에서 제작, 운송된 모듈들은 현장에서 조립하고 최소한의 마감 공사를 진행하면 모든 공정이 마무리된다. 초기 건축 설계과정부터 공장생산, 운송, 설치, 사용 후 분해 및 재설치까지 모든 과정을 고려해 건축을 진행하는 것이 ‘DfMA 기반 모듈러 공법’의 특징이다.

■ 건설산업의 메타버스, ‘DfMA 통합플랫폼’

최근 모든 산업에서 메타버스가 주목받고 있다.

건설정보연구실 김인한 교수는 “미래의 건설을 위해 메타버스의 중요성을 강조한다”며 “DfMA 통합 플랫폼을 확충해야 한다”고 제안했다. 즉 해당 플랫폼 구축을 통해 DfMA 방법론을 효과적으로 적용할 수 있고, 그에 따라 설계에서 시공에 이르기까지 혁신적인 방법으로 공기를 줄일 수 있다는 주장이다.

김 교수는 “해당 플랫폼을 통해 설계에서부터 제작, 조립, 시공 그리고 중장비까지 전체 건설 과정에 참여하는 모든 사용자들이 소통과 협업을 하는 것”이라며 “이같은 과정은 모든 프로세스와 공정을 효율적으로 관리할 수 있을 뿐만아니라 이러한 효율성으로 더 저렴한 비용으로, 더 빠르고, 더욱 더 고품질의 결과물을 만들어낼 수 있다”고 설명했다.

김인한 교수 연구팀은 현재 BIM 기반의 DfMA 통합 플랫폼 구축에 총력을 기울이고 있다. 연구팀은 사용자 맞춤형 설계 후, 공장에서 모듈을 제작하고 건축현장으로 운송해 설치를 진행함으로써 건설업의 생산성을 높일 것으로 기대했다.

김 교수는 “이 연구의 최종목표는 다양한 용도의 건축물을 사용자가 직접 설계단계에서부터 시공단계까지 참여할 수 있는 건축 통합 플랫폼을 개발하는 것”이라며 “BIM과 AI를 비롯한 첨단기술의 융합을 통해 BIM 설계안 라이브러리를 개발하고 DfMA 통합 플랫폼을 구축하는데 최선의 노력을 기울이겠다”고 피력했다.

이와함께 김 교수는 “사업성과 속도를 위해 내년 초부터 빌딩스마트협회 홈페이지(www.buildingsmart.or.kr)에서 DfMA협의체 구성을 위해 건설 각 분야별(설계사무소, 시공사, 설비업체, 전기업체, 중장비업체 등) 전문업체 가입을 받을 예정”이라고 덧붙였다.

무엇보다도 이 연구는 현재 건설업의 문제로 지적되고 있는 건설현장의 환경오염, 건설 전문인력 고령화 문제 해결과 함께 건설 생산성을 향상시켜 궁극적으로 4차 산업시대 고부가가치 산업을 창출할 것으로 기대되고 있어 R&D사업 성공 수행에 거는 기대가 크다