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스마트 건설 솔루션으로 공사현장에 효율과 안전을 AI 기반으로 시공의 안전성과 확보에 효율성까지 높여디지털 페이스맵핑 기반 터널공사 안전관리 시스템, ‘Safe-T’ 낙반·낙석 등의 안전사고 예측하고 분석해 안전사고 예방할 수 있어
신태섭 기자  |  tss79@naver.com
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승인 2024.02.21  09:19:22
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▲ [사진 = 주식회사 비엘]

콘크리트는 현대 건축에서 빠뜨릴 수 없는 가장 중요한 소재다. 고대 로마 시대에도 원시적인 형태의 콘크리트가 쓰여 졌고, 현대시대에서는 콘크리트를 쓰지 않는 건축물이나 토목공사를 찾아보기 힘들 만큼 다양한 곳에서 널리 사용되고 있다. 이러한 만큼이나 건축과 토목에 있어서 건축물에서 가장 빈도 높게 발생하는 부분이 바로 콘크리트다. 콘크리트의 양생 과정 또는 운송 과정에서 미리 예측하지 못한 문제가 발생하게 되면 시공을 할 때, 혹은 시공 후에 각종 사고로 이어질 수 있으며, 자칫하면 대형 안전사고가 발생할 수도 있다. 이 때문에 이러한 문제를 미리 예측할 수 있는 솔루션이 요구되고 있는 상황 속에 각종 건축물과 터널 공사 등의 공사에서 안전을 확보할 수 있는 혁신적인 솔루션을 개발해 많은 주목을 받고 있는 곳이 있다. 이에 본지에서는 그 주인공인 ‘주식회사 비엘(대표 김은성)’을 찾아 집중취재를 진행하였다.


자체 개발한 획기적인 건축 솔루션, AI를 기반으로 각종 건축 시공의 안전성 높여
주식회사 비엘은 IoT 기반 무선계측기 제조 및 스마트 모니터링 시스템과 함께 스마트센서, 스마트건설 솔루션을 개발하는 등 AI를 기반으로 한 솔루션으로 각종 시공의 안전성을 높여온 기업이다. 기존의 국내 건축 산업에 관한 제품이나 기술은 주로 해외에서 도입해서 사용하는 것이 일반적이었다. 하지만 비엘은 △IoT 기반 무선계측기 제조 및 스마트 모니터링 시스템 △콘크리트 레오미터, 금속선별시스템 등의 스마트센서, △스마트 건설 솔루션(자동 절리인식 기반의 터널안전관리시스템) 등의 연구개발을 통해 ▲ConTemp (IoT 기반의 콘크리트 수화열 관리시스템) ▲ Rhetribo 3.0 (휴대용 콘크리트 레오미터) ▲Safe-T(디지털페이스맵핑 및 낙반예측시스템) 등의 획기적인 솔루션을 자체적으로 개발하여 국내 시장에 공급하고 있다.

 

   
▲ [사진 = 주식회사 비엘]

디지털 페이스맵핑 기반의 터널공사 안전관리 시스템, ‘Safe-T’
터널 공사 중 낙반·낙석 등의 안전사고 예측하고 분석해 안전사고 예방할 수 있어

엘의 대표적인 솔루션인 Safe-T는 ‘디지털 페이스맵핑 기반의 터널공사 안전관리 시스템’이다. 한국도로공사의 10년간 통계를 보면 막장면에서 발생한 사고가 95%를 차지하며 이중 대부분은 낙석과 낙반에 의한 사고였다. 특히 최근에는 전문가가 부족한 막장관찰 업무를 하기 위해 전문성이 부족한 초급기술자가 투입되고 있는데, 현실적으로 이들의 주관적 판단에 의존해야 한다. 따라서 체계적인 평가 결과 분석 시스템의 정규화가 필요한 실정이다. Safe-T는 디지털 장비에 의한 실측과 분석에 따른 객관화 및 정량화를 구축할 수 있는 솔루션으로 막장면에 사람의 접근 없이 정확한 측정이 가능하고, 측정에서 결과도출까지 5분이면 이루어진다.

방법도 매우 간단하다. 스마트폰 혹은 태블릿PC를 이용하여 터널 굴착면의 이미지를 촬영하고, 레이저 스캐너를 이용하여 굴착면을 포함한 주위의 3차원 형상을 고속으로 스캔한 후 현장에서 수집한 포인트클라우드와 이미지를 전처리해 데이터를 분석한다. 이 모든 과정이 태블릿 PC를 통해 이루어지므로, 현장에서 간단하게 결과를 확인할 수 있다. 자체 개발한 소프트웨어를 통해 절리면을 자동으로 추출하는데, 실제 사진 위에 추출된 절리가 표시되고, 자동으로 암질계수와 절리길이, 절리 간격을 계산한다. 이를 토대로 굴착면과 굴착면 사이의 연속성을 확인해 다음 공정에서 발생 가능한 낙반, 낙석 등을 사전에 검토하게 된다. 이와 더불어 절리면 조합으로 발생하는 블록과 탈락이 가능한 낙반과 낙석의 위치와 크기, 위험성 등에 대해서도 분석하여 사고를 예방할 수 있다.
작업자는 스마트폰 등을 통해 현장에서 바로 확인할 수 있으며, 굴착면의 위험 정도를 미리 숙지하고 나서 후속 공정을 진행할 수 있다. 이와 함께 숏크리트 미굴, 여굴에 대한 3차원 분석을 통한 숏크리트 품질관리도 함께 수행할 수 있다는 것도 큰 장점이다. 비엘 김은성 대표는 “현장 수집 이미지를 이용한 학습 모델을 개발했으며, 공학적으로 유효한 주절리(節理, joints) 위주의 분석을 위해 잔절리를 필터링 하는 알고리즘이 적용되었다. 3개 이상의 절리에 의해 생기는 폐합면의 조합을 반복 계산하여 탈락이 가능한 키블록의 위치를 추출하고, 안전율을 계산하는 시스템이다”고 언급했다. Safe-T는 한국도로공사에서 적극 도입해서 사용하고 있는데, 현재 ‘고속국도 400호선 양평-이천 간 건설공사 4공구 현장(태영건설)’에서 활용되고 있으며, 올해는 3공구 현장까지 확대해서 적용할 계획이다.

 

   
▲ [사진 = 주식회사 비엘]

IoT 기반의 콘크리트 수화열 모니터링 및 예측시스템, ‘ConTemp’
온도차에 의한 균열발생 예방, 거푸집 탈형강도를 확인할 수 있는 품질관리 시스템

ConTemp는 IoT 기반의 ‘콘크리트 수화열 모니터링 및 예측시스템’으로 온도차에 의한 균열발생 가능성이 큰 위치를 집중적으로 모니터링하면서 균열 발생을 억제해, 구조물이 설계 그대로 강성을 확보할 수 있도록 돕는 품질관리 시스템이다. 사용의 편리성을 위해 충전이 가능한 휴대용 IoT 무선계측기(1회 충전으로 30일 운용, 보조배터리 충전 가능)와 언제 어디서든 현장상황을 파악할 수 있는 모바일 기반의 모니터링 프로그램으로 구성되어있다. 15분마다 콘크리트 수화열을 측정하는데, 결과 데이터는 LTE 통신망을 이용하여 서버로 무선 송신한다. 그리고 PC, 태블릿, 스마트폰을 이용하여 어느 장소에서든지 현장상황을 간단하게 파악할 수 있다. 김 대표는 “두께 50cm 이상의 매스콘크리트는 양생과정에서 발생하는 수화열로 인한 응력으로 초기균열이 발생할 가능성이 높다. 초기균열의 경우 구조물을 관통하는 균열로 이어질 수 있는데 ConTemp는 이러한 사고를 예방할 수 있는 솔루션이다”고 언급했다.
ConTemp를 통해 건축 관련 품질의 확보는 물론, 강도를 추정하고 연계된 공정 진행여부를 판단해 공사기간을 단축할 수 있으며, 입력된 데이터는 그대로 축적되어 간단히 관리할 수 있다. 또한 온라인 기반의 시스템 운영을 통해 공사 관계자들이 실시간으로 정보를 공유할 수 있으며, 보고서 자동 생성 기능으로 시공사, 감리사, 발주기관 담당자가 같은 내용의 정보를 공유할 수 있다. ConTemp는 경부고속도로 직선화 1공구현장(한라건설, 2019년 ~ 2021년), 영종-청라 연결도로(제3연륙교) 건설공사 1공구 (한화건설, 2023년~ )에 사용되었다.

 

   
▲ [사진 = 주식회사 비엘]

콘크리트 레올로지 측정 및 펌핑 예측 솔루션, ‘레트리보 3.0’
콘크리트 유동성과 시공성을 동시에 관리, 휴대도 간편하고 정확도도 높아

콘크리트 레올로지 측정 및 펌핑예측 솔루션인 ‘레트리보 3.0’은 휴대용 레오미터인 레트리보와 콘크리트 레올로지 측정 및 펌핑시 윤활층의 레올로지 측정, 그리고 펌핑예측을 할 수 있는 솔루션이다. 대부분의 레오미터 장비들은 실험실에 고정시킨 상태에서 물성시험을 수행하도록 제작되었기 때문에, 현장에서 레미콘의 물성을 바로 확인하는 것이 불가능하다. 하지만 레트리보는 현장에서 레미콘의 물성을 확인하고, 펌핑 특성을 예측하는 용도로 사용할 수 있도록 운반이 가능한 혁신적인 휴대용 장비라고 보면 된다.
양생 과정을 거치지 않은 콘크리트의 특징 중 하나가 흘러 움직이는 성질인 ‘유동성’이다. 따라서 건축물을 효율적으로 시공하기 위해서는 관로로 수송되는 펌핑 성능을 사전에 예측해야 한다. 이를 예측하지 못하면 콘크리트의 물성 등에 따라 배관 압력이 높아져서 이로 인한 사고가 발생하기도 한다. 비엘은 이러한 문제를 해결하고자 명지대학교와 함께 ‘콘크리트 유동성 측정 장비 및 시공성능 예측기술’을 개발하였다.
콘크리트와 배관에 형성되는 윤활층의 점도와 항복 응력 등을 측정해 배관에 가해지는 압력과 시간당 토출양을 확인할 수 있는데, 기존에 콘크리트 물성은 레오미터로 확인하고, 배관 윤활층의 물성은 트라이보미터로 측정해온 것을 하나로 합쳐 측정한 뒤 별도의 알고리즘을 통해 배관압력과 토출량 등을 계산해내는 솔루션이다. 이와 더불어 콘크리트 물성 등 측정 시 온도에 따라 변하는 점도를 별도의 보정식을 통해 측정값에 반영한 만큼 정확도가 95% 정도로 매우 높으며, 이를 통해 정량적인 시공품질 관리가 가능하다. 현재 레트리보는 삼성물산, 삼표산업, 동남기업, 이지스, 실크로드, TSC, 그리고 인도로 수출되어 세계 건설현장에서 적극적으로 사용되고 있다.  

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