LiDAR를 활용한 디지털트윈 구축과 건축산업에의 실용화연구 : 건축현장 디지털트윈 적용 실용성 연구 = Building a digital twin using LiDAR Practical research in the construction industry
저자
발행사항
나주 : 동신대학교 일반대학원, 2024
학위논문사항
학위논문(박사)-- 동신대학교 일반대학원 : 건축공학과 건축공학 2024. 2
발행연도
2024
작성언어
한국어
주제어
발행국(도시)
전라남도
형태사항
133 ; 26 cm
일반주기명
지도교수: 손승광
UCI식별코드
I804:46001-200000746151
소장기관
LiDAR를 활용한 디지털트윈 구축과 건축산업에의 실용화 연구 이 병 선 동신대학교 대학원 건축공학과 (지도교수 손승광) 4차산업혁명에 맞춰 건설분야에도 다양한 스마트 기술이 개발 적용되고 있다. 국 토교통부는 스마트 기술의 적극적인 도입을 위해 2018년도부터 로드맵을 제시하고, ‘스마트기술마당’에서는 스마트 기술을 신청 받아 평가 후 분야별 업체선정 및 지원 을 적극적으로 하고 있다. 관계부처 합동으로 2017년 지능화 혁신, 의료, 시티, 제조, 교통, 에너지, 환경, 안 전 등 12개 분야에 사람 중심의 4차 산업혁명 기술을 접목하기 위하여 「혁신성장 을 위한 사람 중심의 4차 산업혁명 대응 계획」1)을 발표하였다. 국토교통부는 「건 설 생산성 혁신과 안전성 강화를 위한 스마트 건설기술 로드맵」2)을 발표를 통해 건설산업에 도입할 수 있는 주요 스마트 건설기술을 지정하여 효과적인 추진을 위 1) 대통령 직속 4차 산업혁명위원회. 2017. 혁신성장을 위한 사람 중심의 4차 산업혁명 대응 계획 2) 국토교통부 기술정책과. 2018. 건설생산성 혁신 및 안전성 강화를 위한 스마트 건설기술 로드맵 한 로드맵을 제시하였으며, 2021년에도 “스마트건설기술 가이드라인”을 발표하고 진행중에 있다. 그럼에도 불구하고 정부에서 여러 가지 형태의 지원에도 국내 건설 기업은 해외 선진국에 비해 스마트 건설기술의 도입과 활용 범위가 적으며, 스마트 건설기술 적용 사례도 매우 제한적이고 도입업체도 국한되어 있는 상황이다. 또한 건축공사의 부실공사가 대두되며 ‘순살아파트’3)라는 오명으로 건축공사에 대한 품질 의 신뢰성에 대한 정확한 검증을 위한 스마트 건설기술의 도입이 필요한 실정이다. 따라서, 건설산업의 품질 향상과 스마트 건설기술의 적극적인 도입을 통한 혁신을 유인하기 위하여, 국토교통부에서 제시한 12가지의 스마트 기술 중 BIM, 드론, 3D 스캐너, VR&AR, 로보틱스, 센싱, LiDAR의 기술 융합체인 디지털트윈을 이용하여 건축현장에 스마트건설 기술을 적용해 보고자 하였다. 디지털트윈(Digita Twin)4)은 현실세계를 디지털화하는 것으로 현실 대상과 환경 을 같은 조건으로 디지털에 만들어 구축함으로서 현실세계에서 일어날 수 있는 현 상을 분석, 관제, 예측, 시뮬레이션이 가능하며, 시간, 공간, 인력, 비용적인 측면에서 효율적으로 활용할 수 있는 기술이며, 메타버스(Metaverse)5)는 새로운 디지털 공간 을 구축하여 아바타가 시간과 공간의 제약이 없는 또 하나의 디지털 세상이다. 디지털트윈의 구축을 위한 기술로는 지상에 고정이나 모바일의 LiDAR(Light Detectin And Ranging)를 이용한 데이터 취득, 드론에 고성능 카메라나 LiDAR를 이용한 데이터 취득, LiDAR VR을 활용를 이용하여 데이터를 취득하여, 공간정보 데이터를 취득하고, 각각의 데이터를 정합하여 디지털트윈을 구축하였으며, 제조, 의료, 산림, 항공, 건설, 선박, 문화재 등 다양하게 활용되고 있다. 건설분야에서는 스마트시티에 가장 활발하게 이루어지고 있다. 국내에서는 세종 시, 인천광역시 등 여러 지자체에서 디지털트윈을 구축하여 교통 및 기상에 따른 도시의 예측 및 시뮬레이션을 진행하고, 결과를 바탕으로 정책 결정에 중요한 자료 3) 머니투데이. 2023. 11. 14. 강남 수서 '순살아파트' 의혹경찰, LH 본사·용역업체 압수수색 4) 한경 경제용어사전. 2021. 가상 공간에 실물과 똑같은 물체(쌍둥이)를 만들어 다양한 모 의 시험(시뮬레이션)을 통해 검증해 보는 기술을 의미한다. 미국 가전 업체인 제너럴일렉트 릭(GE)이 처음 만든 개념이다. 5) 박문각. pmg 지식엔진연구소. 2021. 메타버스는 ‘가상’, ‘초월’ 등을 뜻하는 영어 단어 '메 타'(Meta)와 우주를 뜻하는 '유니버스'(Universe)의 합성어로, 현실세계와 같은 사회·경제· 문화 활동이 이뤄지는 3차원의 가상세계를 가리킨다. 로 활용하고 있으며, 문화재나 근대건축물의 기록보존 사업에도 활용되어 철거, 훼 손에 대비하고, 관광문화 콘텐츠로 활용하기 위하여 LiDAR와 LiDAR를 통한 데이 터를 이용한 디지털트윈은 기록 보존 및 역설계를 통한 기록보존에 많이 활용되고 있다. 본 연구에서는 LiDAR를 이용한 디지털트윈 기술을 이용해 실제 건축물에 디지털 트윈 구축을 통해 건설산업에 도입 가능성을 통해 건축현장의 철근콘크리트 공종 적용을 통해 기존 기술과 디지털트윈 기술의 비교와 전문가를 통한 검증을 통해 디 지털트윈의 건설산업에의 실용성 도입을 검증해 보았다. 먼저, 여러 가지 LiDAR를 이용한 디지털트윈 구축을 통해 문화재, 고건축물, 근 대건축물, 노후 아파트를 대상으로 고정식 LiDAR, 모바일 LiDAR, 드론 LiDAR, LiDAR VR을 이용해 포인트클라우드와 이미지 데이터를 이용해 디지털트윈을 구축 해 보았으며, 이를 이용해 실측과 분석을 진행해 보았으며, 실측 결과물을 통해 건 축현장 도입에 대한 기준을 설정할 수 있었다. 건축공사중 철근콘크리트 공종에 거푸집, 철근, 콘크리트를 대상으로 디지털트윈 을 구축하였고, 특히 철근의 경우에는 LiDAR의 해상도를 3단계로 적용하여 데이터 취득의 기준을 확인 할 수 있었고, 각 공정별로 기존 기술과 디지털트윈 기술과 결 과물을 비교해 보았으며, 전문가의 건축공사 프로세스별 검측 기술을 기준으로 설 문조사를 기존 기술과 실용성에 대한 점수로 평가하여 건설분야 도입에 대한 실용 성을 검증 하였다. 본 연구를 통해 LiDAR를 이용한 디지털트윈의 기술로 문화재, 건축물의 실측과 분석에 활용하여 건축현장 적용에 대한 기준을 검증해 보았으며, 건축공사 철근콘 크리트 공종에 적용하고 이를 건축기술사 자격을 가진 전문가가 직접 디지털트윈을 사용하여 검측과 분석을 통해 건축공사 프로세스에 대한 설문조사와 인터뷰를 통해 10점 만점중 8.75이상의 높은 점수로 건설분야에의 적용에 대한 실용성을 확인 할 수 있었다. 따라서, LiDAR를 이용한 디지털트윈을 활용할 수 있는 부분은 크게 보면 건축공 사의 실측디지털화를 통해 실물건축의 도면화, 2D와 BIM 설계도면의 건축공사와 비교, 시공자와 감리자의 현장 검측 활용, 건축물 유지관리의 용이성이며, 이는 건 축공사 공정의 정확도를 높여주는 부문으로 대별되며, 건축공사 프로세스에 디지털 트윈 도입을 통해 여러 가지의 활용 목표에 따라 활용될 수 있다는 것을 검증하였 으며, 이번 연구에서는 스마트건설기술을 이용한 건축물 품질 향상과 부실시공 방 지에 대한 해결책을 모색하고 시사점을 제시하는데 있다. 주제어: 4차 산업혁명, 스마트 건설기술, 디지털트윈, LiDAR, LiDAR VR
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