건설기계 무인 자동화 가이드라인 마련
국토부, 건설기계 무인 자동화 표준 시방서 고시

굴착기, 덤프트럭 등 건설기계도 승용차 내비게이션이나 자율주행차처럼 무인·자동화 기술을 도입하기 위한 표준 시공기준이 나온다. 건설공사 무인화·자동화를 위한 초석을 다지겠다는 취지다.
국토교통부는 최근 건설기계 자율화 기술 중 하나인 머신가이던스(Machine Guidance·MG), 머신컨트롤(Machine Control·MC)의 표준시방서를 고시했다.
MG/MC 기술은 현재 국내 기술개발이 상당 진행돼 일부 현장에서 굴삭작업 시 활용하고 있는 스마트건설기술이다. 
관련 연구 결과 MG 적용 시 공사투입인력 감소, 기존 대비 약 25%의 공사시간 절약 효과가 있다.
표준시방서의 공식명칭은 ‘KCS 10 70 10(머신가이던스 및 머신컨트롤 일반)’이며, MG·MC 기술을 적용한 공사의 신뢰성 확보를 위해 적용범위와 제출물, 구성장치, 시공방법, 정확도 검사 등을 규정하고 있다.
MG는 각종 센서와 모니터를 통해 작업자를 보조·가이드해주는 유인시스템이고, MC는 기울기 센서로 움직임을 인지하고 GPS의 위치정보를 확인해 컴퓨터가 장비를 제어하는 유·무인시스템이다. 
MG가 차량 경로를 안내해주는 일종의 내비게이션이라면, MC는 이보다 한단계 진일보한 자율주행차에 가깝다. 이번 제정안은 ▲토공사 뿐 아니라 향후 OSC(탈현장공법) 공사에도 적용될 수 있도록 용어 정의 및 범위설정 ▲구성 장비의 최소성능요구사항 및 장비교정 관련사항 ▲MG/MC 기술 적용 시 사전확인·제출물·시공검사기준 등 준수해야 할 사항 등을 규정하고 있다.

건설현장 무인자동화 빨라질 듯
공사비용 및 기간 최소화 잇점

국내 MG·MC 기술은 굴착기 위주로 발전하고 있다. 반면, 해외에서는 크레인, 롤러, 무인트럭 등 다양한 건설기계에 적용하고, 건설기계와 정보통신기술(ICT)을 접목한 자동화 기술개발이 활발하다.
전통적인 굴착기 작업환경은 측량 보조원, 신호수 등 다수의 공사인력이 투입된다. 
이로 인해 인건비 부담이 높고, 안전사고 위험이 존재하며 시공 중 지속적인 계측에 따른 공사시간 연장 가능성이 상존한다. 
작업자의 숙련도에 따라 시공 결과가 달라 재작업 발생 가능성도 높다.
반면, MG·MC 기술을 적용하면 측량 보조원 등 공사투입 인력이 불필요해서 공사비용 및 공사기간을 최소화할 수 있다. 
기계 제어 및 반자동화 기술로 ‘휴먼 에러’(인적 오류)를 줄여 시공 정확도 향상과 품질 일관성 확보도 용이하다. 작업인력 감소와 충돌경보 및 비상제동 등 안전기능에 따른 위험성을 줄일 수 있다.
국토부는 앞으로 MG·MC 기술을 다양한 건설기계에 적용할 수 있도록 시공기준을 고도화하는 한편, 시설물별 시공기준도 연내 마련할 계획이다. 아울러 스마트 건설기술이 현장에 도입될 수 있도록 관련 기준을 지속적으로 정비할 예정이다.
이상일 국토부 기술안전정책관은 “건설기준(표준시방서)은 현장의 기술수준 및 수요에 발맞춰 나아가야 한다”며, “MG·MC 기술을 시작으로 건설자동화 기술이 활성화되기를 기대한다”고 밝혔다.
관련 업계도 환영하는 분위기다. 
최평호 영신디엔씨 전무는 “생산성 향상을 위해 MG·MC 기술을 도입하려는 건설현장에 정부가 가이드라인을 제시해줌으로써 생태계 구축과 시장 확대의 기반이 마련됐다”고 평가했다.

현대 볼보, 머신컨트롤 굴착기 개발 경쟁
안전, 속도, 편의성, 정교한 작업성능 강점

현재 건설기계업계는 정보통신기술(ICT)에 기반한 스마트화(化)에 속도를 내고 있다. 
건설기계장비의 자동화·무인화는 머신컨트롤과 머신가이던스(MG)가 핵심이다. 
두산인프라코어·현대건설기계·볼보그룹코리아 등 주요 건설기계 업체들은 자율작업이 가능한 머신컨트롤(MC) 굴착기 개발에 몰두하고 있다. 
특히 머신컨트롤은 급성장하고 있는 스마트건설 분야의 핵심기술로, 숙련된 굴착기 조종사가 아니더라도 설정된 작업 궤적에 따라 어려운 작업을 쉽게 할 수 있도록 돕는 기술이다. 
입력한 작업 범위에서 굴착기의 움직임이 어긋날 경우 자동으로 장비를 제어해주기도 한다.
머신컨트롤의 전제가 되는 머신가이던스는 굴착기의 붐과 암, 버킷(끝에 달린 흙 등을 퍼담는 양동이처럼 생긴 부위) 등 작업 부위와 본체에 부착된 4개의 센서를 통해 수집된 작업 정보를 조종석의 모니터를 통해 작업자에게 제공하는 시스템이다. 
굴착기의 작업 부위를 사람의 팔로 보면 버킷은 손목 아랫부분, 암은 팔꿈치와 손목 사이, 붐은 어깨와 팔꿈치 사이로 볼 수 있다.
이 시스템을 사용하면 별도의 측량 작업 없이 진행 중인 땅파기 작업의 넓이·깊이 등 각종 정보를 오차 범위 내에서 정밀하게 확인할 수 있다. 버킷과 붐의 회전반경·높이 등을 사전에 세팅하면 회전반경 등이 제한돼 안전하고 빠른 반복 작업이 가능하다. 또 10㎝ 단위의 정교한 땅파기 작업도 가능하다.
건설기계는 열악한 외부 환경에서 주로 사용되기 때문에 자동화·무인화 기술의 도입 필요성이 컸으나 그동안 운영방식·비용 등으로 관련 기술 개발에 어려움을 겪어왔다.
현대건설기계는 최근 반자율 작업이 가능한 머신컨트롤 굴착기를 첫 구매고객에게 인도하며 반자율 굴착기 상용화에 착수했다. 
이로 인해 작업 현장의 공기단축과 비용 절감 등 작업효율을 30% 이상 높일 수 있고 안전사고의 위험도 낮출 수 있을 것으로 예상된다는 게 회사 측의 설명이다. 
현대건설기계는 이미 2019년 머신가이던스 굴착기를 개발해 상용화한 바 있다.
볼보그룹코리아는 최근 DL이앤씨(옛 대림산업 건설 부문)와 기술협의체 발족식을 갖고 머신가이던스 시장에 본격 뛰어들었다. 
즉, 볼보 코파일럿(Co-pilot)을 기반으로 한 디그 어시스트(머신 가이던스), 볼보 액티브 컨트롤(머신 컨트롤) 등 다양한 스마트 솔루션이 장착된 굴착기를 건설 현장에 투입한다는 전략이다. 
코파일럿은 10인치 대형 터치스크린 디스플레이로 운전자의 편의성을 돕는 장치로, 실제 작업 수행 전 굴삭 깊이와 작업영역을 지정할 수 있다.
건설기계업계 관계자는 “무인굴착기의 경우 자동차업계가 개발하는 자율주행 수준인 무인트럭보다 구현이 어렵다”면서 “자동차는 앞차와의 간격 유지·도로선 등 참고할만한 기준이 있지만, 굴착기·휠로더 등 건설기계는 부딪혀야 할 사물과 그렇지 않은 것을 구분하기가 쉽지 않기 때문”이라고 말했다.

코로나19 이후 SOC투자 재개
건설기계 무인화 자동화 속도

건설기계업계에서는 이같은 기술 확보를 통해 늘어나는 스마트 건설장비 시장수요에 적극적으로 대응한다는 계획이다. 
국토교통부에 따르면, 세계 스마트 건설시장은 지난 2016년 100억달러에서 오는 2025년까지 연평균 약 12% 성장할 것으로 전망된다.
두산인프라코어가 최근 몽골·칠레 등에서 수주한 100톤(t)급 굴착기 역시 최신 스마트기술이 집약됐다. 
전자식 통합 유압 시스템과 연비 최적화 시스템 ‘스마트 파워 컨트롤’을 적용했고, 사물인터넷(IoT) 솔루션 ‘두산커넥트’를 제공한다. 두산커넥트는 건설장비의 위치 정보와 가동 현황, 주요 부품 상태 등을 원격으로 모니터링할 수 있다. 지난 1월엔 이와 연동한 건설장비 운영관리 애플리케이션(앱)인 ‘마이 디아이(MY DI)’를 출시하기도 했다.
스마트 기술을 미리 테스트해볼 수 있는 가상현실(VR) 기반 연구도 활발하다. 
굴착기 개발 과정에 있어서 불필요한 작업과 물리적인 단계를 줄이고, 문제점을 초기에 검증하는 등 효율적인 시험이 가능하기 때문이다. 
볼보그룹코리아는 창원 연구개발센터에 5억원 규모의 멀티컨퍼런스룸을 구축해 작업 기계에 무인기술을 실제로 적용하기 전에 가상환경에서 다양한 테스트를 하고 있다.
한국기계연구원도 지난달 VR을 기반으로 다양한 산업용 작업 기계 무인화를 앞당길 수 있는 ‘무인작업기계 가상시험 및 관제기술’을 개발했다. 사용자가 위성 지도의 위치정보를 기반으로 작업 경로를 지정하면, 3D 기반의 가상 작업환경에서 무인작업과정을 시뮬레이션해 볼 수 있다. 환경인식과 경로제어 등의 무인화 핵심성능을 가상으로 시험할 수 있어, 실제 필드시험을 대체하거나 보완할 수 있다.
건설기계업계 관계자는 “미래 건설 현장은 굴착기가 스스로 최적의 경로를 선정해 자동으로 반복 작업을 수행하고, 동시에 주변 환경도 인식해 안전한 작업이 이루어질 것”이라면서 “최근 코로나19 사태로 연기됐던 전 세계 사회간접자본(SOC) 투자가 재개되면서 중장비 수요가 늘고 있는데, 이에 따라 건설기계 무인·자동화 역시 빨라지고 있다”고 말했다.