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“건설 현장에서 로봇, 인공지능(AI) 등 스마트 기술을 활용해 생산성은 높이고 재해는 줄이고 있습니다. 나아가 지금까지 개척하지 않은 우주, 심해 등과 관련된 건설 기술도 연구하고 있습니다.”(김호경 서울대 건설환경종합연구소장)
인구 고령화, 인력 수급 불균형 등으로 건설업 전 건강보험관리공단 반이 어려움을 겪는 가운데 이를 타개할 해결책으로 스마트 건설 기술이 주목받고 있다. 2005년 설립된 국내 유일 건설환경 분야 대학부설연구소인 서울대 건설환경종합연구소는 이 같은 미래 건설 기술과 정책 연구에 앞장서 왔다. 제조 공장에 국한됐던 로봇을 천장 타공, 벽면 도장, 자율 굴착 등 건설 현장 작업에 활용하는 방안 등을 연구 중이다. 빅데이터에 기 국민은행 햇살론 반해 AI가 도시계획을 짜고, 원격 제어 로봇이 심해와 우주를 누비며 인프라를 건설하는 미래가 성큼 다가오고 있다.
 로봇이 고층 빌딩서 용접·도장까지
안창범 서울대 건축학과 교수가 연구를 주도하고 있는 AI와 로보틱스 기반 스마트 건설은 건설업계가 당면한 어려움에 대처할 핵심 기술이다. 안 교수는 서울대 스마트건설AI연 농협 새희망홀씨 구센터장, 건설고소작업로봇 다부처 사업단장 등을 맡고 있다. 그는 “역동적이고 비정형적인 건설 환경에 로봇을 도입하는 것은 상대적으로 정형화된 제조업 생산라인에 비해 어려움이 있다”며 “아무리 로봇이 정밀하게 용접, 도장 등을 하더라도 사람 손이 필요하다”고 말했다.
그는 일반 기능공과 로봇 전문가 두 명이 작업을 하면 오히려 효율이 떨어 비과세 적금 지기 때문에 인간과 로봇의 협업 시스템을 구축하는 게 필수적이라고 설명했다. 로봇에 관한 전문지식이 없는 건설 근로자도 로봇 작업을 운용할 수 있게 하는 ‘멀티모달 인터페이스’를 중점적으로 개발하는 배경이다.
안 교수 연구진은 지난 4월부터 국토교통부와 산업통상자원부 지원으로 ‘건설 현장 다목적 고소작업을 위한 로봇 플랫폼 및 확장현실(X 직업군인 월급 R) 기반 인간-로봇 협업 기술 개발’ 사업을 수행 중이다. 2029년까지 약 280억원의 예산이 투입되는 프로젝트로, 국내 건설산업의 패러다임을 바꿀 전환점이 될 것으로 기대한다. 안 교수는 “고소작업의 무인화와 로봇 자동화는 효율성도 높이지만 안전사고를 줄일 수 있다는 점에서 반드시 해야 할 과제”라고 강조했다.
건설 로봇 원격 제어와 무인 시공 기술 개발은 우주 공간 활용을 위한 건설 분야에도 핵심적이다. 함영집 서울대 건설환경공학부 교수는 달 표면 인프라 건설을 위한 로봇 시공을 연구하는 우주건설 전문가다. 그는 미국과학재단이 운영하는 ‘내셔널 로보틱스 이니셔티브 3.0’ 프로그램의 지원을 받아 달에서 인프라를 건설하기 위한 기술을 고안했다. 함 교수는 “탐사 로봇과 물류 운반 로봇은 울퉁불퉁한 지형에서 제대로 움직이기 어렵다”며 “기초 인프라의 첫 축은 도로”라고 설명했다.
연구진은 달 착륙에 필요한 착륙장(랜딩패드)과 기본 도로를 우주건설 장비 등을 이용해 짓는 공법을 연구 중이다. 개발 중인 원천 기술은 달 표면 모사 시험시설에서 검증했다. 그는 “인프라는 우주에서의 생존과 발전을 위한 기본 토대”라며 “우주 인프라 시공 기술을 고도화하는 연구는 우주건설 분야의 글로벌 리더십을 확보하는 데 도움이 될 것”이라고 말했다.
 충돌·초저온 등 극한 환경도 버틴다
우주와 심해, 극지 등 극한 지역에서 이뤄지는 건설은 실제 환경에서의 기술 검증이 중요하다. 서울대 건설환경종합연구소 맞은편에 자리한 극한성능실험센터가 그 역할을 하고 있다. 국토부 지원 사업의 일환으로 설립된 이 센터는 국고 176억원을 투입해 2018년 문을 열었다. 이곳에서는 건설 구조와 재료 등이 충돌과 초저온 같은 상황을 견딜 수 있는지 확인하는 실험이 이뤄진다. 각 학부 교수의 연구에 맞춰 실험 인프라도 지원한다. 예컨대 초고속가스건과 극한온도실험시설은 함 교수의 우주·극지 건설 연구에 활용된다.
극한온도실험시설은 영하 60도에서 영상 60도까지의 조건에서 재료와 부재의 성능을 평가할 수 있다. 조재열 극한성능실험센터장(건설환경공학부 교수)은 “극한 상황을 모사할 수 있는 고성능 실험장비 41종이 구축돼 있다”며 “센터 개소 전에는 실험 인프라가 없다 보니 소규모 시뮬레이션 위주로 연구하거나 해외로 나가야 했다”고 설명했다.
건설업뿐만 아니라 방위산업, 항공우주, 원자력 등 다양한 분야에서 실증 협력을 확대하고 있다. 개소 이후 6년간 222건의 실험 계약을 체결했다. 원전 격납 건물과 해양플랜트 구조물, 방산 장비, 항공기 개발 등의 실증을 수행하며 국내 극한 환경 실험의 거점으로 자리 잡았다는 평가를 받는다. 조 교수는 “센터에서 개발한 표준 실험 절차를 적용해 한화에어로스페이스와 포스코 제품에 실증 평가를 지원하기도 했다”며 “기후변화, 항공기 조류 충돌 등 새로운 위험이 증가함에 따라 극한 환경 실험 인프라의 중요성이 더욱 커지고 있다”고 말했다.
 AI로 도시계획도 수립
최근에는 건설 현장을 넘어 도시 전반으로 연구 영역이 확장되고 있다. 권영상 서울대 건설환경공학부 교수는 국토부 지원으로 ‘빅데이터 기반 AI 도시계획 기술 개발’ 연구를 이끌고 있다. 기존 도시계획은 제한된 통계에 의존했지만, 이 연구는 카드 사용과 이동통신 정보, 교통 데이터 등을 기반으로 정확한 도시계획을 수립하는 게 목표다. 가령 이동통신 정보를 활용하면 특정 시간대·지역별 인구 흐름 등을 파악해 생활인구를 분석할 수 있다. 권 교수는 “주간·야간 생활인구 개념은 상가 공실 문제 해결에도 도움이 될 것”이라며 “지금까지 빅데이터 기반 도시 진단 지표를 100여 개 개발했다”고 설명했다.
그는 대규모 도시 데이터를 학습한 AI가 도시 공간 구조와 계획안을 제안하도록 할 계획이다. AI가 토지 이용, 인구 분포 등을 모니터링해 계획의 실효성을 지속해서 점검하는 체계도 마련한다.
심은지/한명현 기자 summit@hankyung.com