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• 건축과 도시를 연결하는 공간정보 건축과 도시를 연결하는 공간정보 ▲ 김두식 KICT 건축연구본부 수석연구원 제조업 자동화의 현주소 어린 시절 전자회로가 출력된 인쇄회로기판(Printed Circuit Board: PCB) 위에 조립 설명서대로 칩이나 저항을 연결하고 납땜하면 초등학생들도 직접 라디오를 만들어서 들을 수 있는 장난감이 있었다. 학창 시절에 이렇게 라디오 조립을 한 번쯤 해본 사람이라면 전자제품이 어떤 과정을 거쳐 만들어지는지 잘 이해하고 있을 것이다. 전자제품은 미리 설계된 조립 설명서(도면)를 기반으로 이에 따른 부품의 PCB 배치(자재의 목표지점 이동) 및 납땜(건설 공정)을 통해 완성된다. 현재 전자제품 제조업에서는 기존 수작업으로 이뤄졌던 대부분의 공정을 자동화하였다. 기존 PCB에 구멍을 내서 부품을 접합하는 방식(Insert Mount Technology: IMT)에서 부품을 원하는 위치에 올리기만 해도 작동할 수 있도록(Surface Mount Technology: SMT) 기판 조립 공정을 혁신하였다. 이를 통해 공정에서의 불량률을 줄이면서 자동화 및 대량 생산이 가능해지고 다음과 같은 프로세스를 통해 생산성 향상을 확보함과 동시에 인력에 의한 비용을 절감할 수 있게 되었다 ①납땜을 자동화하기 위해 크림형 솔더(solder)를 PCB의 납땜 위치에 프린트하고(스마트 토공), ②컨베이어벨트를 통해 이동한 PCB에 칩을 설계한 위치별로 자동 배치한 후(스마트 물류), ③모든 칩이 배치되면 오븐을 통해 전체 기판의 납땜을 자동으로 실시하고(스마트 시공), ④조립된 PCB는 각 칩의 위치별로 확대 영상을 촬영하여 AI를 기반으로 불량 유무를 검사한다(스마트 유지관리). 전자제품 제조업에서 이러한 자동화 공정 전환은 1980년대에 이미 널리 도입되었고, 기술의 발전을 거듭하여 생산 품질도 향상되고 있다. 전자제품 제조업의 자동화가 빠른 기간에 정착할 수 있었던 것은 컨베이어벨트와 같은 정형화된 공간에서 기계(로봇)가 도면(설계)에 따라 작업(시공)을 하는 것이 건설 산업에 비해 적용하기 쉽고, 자동화 기기 도입으로 인한 인건비 절감과 생산성 혁신이 매출 향상에 기여할 수 있었기 때문이다. 건설 디지털 트랜스포메이션과 공간정보 건설 분야에서도 제조업과 같은 디지털 트랜스포메이션이 활발히 진행되고 있다. 제조업과 달리 건설 현장은 컨베이어벨트와 같은 정형화된 공간이 아니라 복잡한 환경적 특성을 가지므로 현실 세계를 디지털 환경에 똑같이 묘사하기는 기술적으로 어려운 부분이었다. 또한, 2D 도면을 통해 이뤄지는 공정 특성으로 주변 환경 요소를 연계한 고려가 어려웠다. 2010년대 이뤄진 상용 드론의 보편화와 매핑 기술의 혁신은 과거에 비해 넓은 지역을 신속하게 모델링할 수 있는 계기가 되었고, 이를 통해 스마트 토공과 같은 기술이 우선적으로 건설 현장에 적용되기 시작하고 있다. 또한, 공간정보와 BIM(Building Information Modeling)의 연계는 건축 계획 및 엔지니어가 주변 환경을 쉽게 고려할 수 있는 직관적 경험과 시뮬레이션 기능을 제공하여 관련 기술을 활용한 사례들이 점차 확대되고 있다. 레이저 스캐닝 기술이 발전하면서 객체 분류에 의한 BIM 모델 자동 구축에 대한 연구도 진행되고 있어 향후 실외 실내에 대한 공간정보 구축 기술의 발전으로 관련 데이터를 활용한 부가가치 창출의 기회도 증가할 것으로 기대된다. 공간정보 기술은 지형자료 구축 외에도 인프라, 인구, 환경, 범죄 등 다양한 분야에 확산하고 있어 이를 기반으로 한 활용 모델 개발에 관심이 필요한 상황이다. GPS 측량 및 공간정보 DB 구축으로 시작한 미국 Trimble사는 3D 설계, 자동화 시공, 건설관리, 유지관리 등 건설 전반에 필요한 기술 기업들의 인수합병으로 독자적인 건설 디지털 트렌스포메이션을 추구하고 있다. Trimble의 사례만으로 단언하기는 어려우나 공간정보가 가지고 있는 다음의 특성으로 공간정보는 미래 건설 분야를 선도할 수 있는 핵심 기술이 될 가능성이 높다. 공간정보는 다양한 레이어의 정보를 통합하고 시각화하여 사용자에게 직관적인 경험을 제공할 수 있다. 공간정보의 정확도 확보와 신속한 갱신은 이미 건설 분야 자동화 기술에 응용할 수 있는 수준이 되었다고 판단된다. 공간정보를 활용한 분석과 시뮬레이션 기술은 도시 운영이나 교통 물류에서 주어진 자원의 효율적 활용을 추구할 수 있는 수단으로 활용될 수 있다. 최근 많은 관심을 받는 빅데이터, AI 기술의 접목은 공간정보 분야에서는 이미 몇 년 전부터 기술 개발이 진행되었다. 최근의 공간정보 동향에서 주목할 점은 기존 2D 자료 위주의 활용에서 3D 분석 및 시각화와 시계열 자료를 적용한 4D 분석으로의 확장을 시도하고 있고, BIM, CAD 데이터를 통합할 수 있도록 발전하고 있으며, 웹 GIS, 클라우드 등의 도입으로 API 연계를 통한 협업이 가능한 체계로 변화하고 있다는 점이다. 도시건축 분야에서 공간정보의 중요성과 역할 공간정보의 확장성으로 한국건설기술연구원(KICT)에서도 다양한 기술 분야에서 공간정보 기술이 활용되고 있다. 마지막으로 필자는 KICT의 도시건축 연구 분야에서 공간정보가 기여할 수 있을 것으로 기대되는 활용 분야를 제시하고자 한다. KICT 도시건축 분야는 모듈러 건축, 건축 안전, 주거·생활환경 개선, 지속가능한 도시의 4개 대과제에 대한 연구를 추진 중이다. 건축이건 토목이건 공기 지연을 막는 것은 시공 리스크를 방지함과 동시에 비용을 절감할 수 있는 중요한 요소이다. 모듈러 건축, OSC(Off-Site Construction) 공법이 활성화되기 위해서는 프리캐스트 부재의 생산과 공급이 원활히 이뤄질 수 있어야 한다. 특히, 무겁고 부피가 큰 부재의 운반에서 건설 현장과 가까운 생산·물류 거점 확보와 물류체계 구축은 향후 건축 분야에서 생산성 향상을 위해 고려해야 할 부분이 될 것이다. 고령화, 출산율 저감으로 앞으로 건설 전문인력도 건설 현장에 많이 투입되기 어렵고 외국인 근로자 비율도 더욱 증가할 것으로 전망된다. 전문인력이 수행하던 업무를 원격 혹은 자동화할 수 있는 디지털 트랜스포메이션 기술의 도입과, 외국인 근로자에게도 손쉽고 명확하게 업무를 전달하여 협업할 수 있는 체계의 확보가 필요하다. 기술의 도입에서는 이동성 확보를 위해 스마트폰과 같이 널리 보급된 디바이스를 활용하여 기술의 진입 장벽을 낮춰서 혁신 기술을 도입하는 전략이 필요하다. 글로벌 화두인 탄소중립 측면에서 건축에서의 내재탄소 저감에서도 공간정보가 기여할 수 있다. 자재의 생산, 운송, 시공, 폐기 전 과정에서 발생하는 내재탄소의 모델링이나 건축물 단위 관리, 지구 단위 녹색건축 기술 적용 평가에 공간정보를 활용하여 지속가능한 도시를 지향할 수 있도록 정책을 추진할 수 있을 것이다. 1기 신도시 재정비가 본격화되어 재건축사업이 활발해지면 건설 폐기물이 급증할 것이고 순환골재와 같은 건설 폐기물 재활용 정책이 활성화될 수 있는 계기가 될 것이다. 건설 폐기물 재활용 촉진을 위해 순환골재 온라인 마켓을 웹기반 GIS 서비스로 제공하게 되면 수요자는 건설 현장 인근의 순환 자재를 안정적으로 확보하고, 폐기물 가공업자는 유통을 활성화하여 시장을 형성할 수 있을 것이다. 이를 통해 자원순환을 건축에 적용하는 것이 더욱 촉진될 수 있을 것으로 전망된다. 앞으로의 KICT 도시건축 분야 연구에서도 공간정보가 기여할 수 있기를 기대한다. 건축연구본부 게시일2024-07-30 조회수 211
• 지속가능한 사회를 위한 녹색건축 인증제도의 개편 방향 지속가능한 사회를 위한 녹색건축 인증제도의 개편 방향 ▲ 윤요선 KICT 건축연구본부 전임연구원 녹색건축 인증제도 현황 및 현재 녹색건축 인증제도(G-SEED) 1는 건축물의 친환경성을 평가하는 인증제도로 환경에 대한 부담을 줄이고, 쾌적한 환경을 조성하기 위함을 목적으로 한다. 녹색건축인증을 통해 토지 및 자원의 효율적 활용, 이산화탄소 및 오염물질 감소, 에너지소비량 감소 등 환경에 대한 피해가 최소화되도록 계획하여 거주자의 생활환경 향상을 목표로 한다. 녹색건축 인증제도는 2002년에 공동주택 대상으로 도입되어 현재는 모든 신축건축물, 기존건축물, 그린리모델링 건축물까지 모든 건축물을 대상으로 평가할 수 있다. 건축물 외부 환경에서 내부 환경까지 전체적인 환경에 대해 평가하며 토지이용 및 교통, 에너지 및 환경오염, 재료 및 자원, 물순환 관리, 유지관리, 생태환경, 실내 환경의 7개 전문 분야에 따라 평가한다. 또한 혁신적인 설계에서는 기본 전문 분야 외에 혁신적인 아이디어를 평가한다. 전문 분야에 따라 세부 인증항목으로 구성되어 있으며 인증항목의 점수 합산을 통해 최종적으로 건축물의 인증 등급을 산출하며 최우수, 우수, 우량, 일반의 4개 등급을 취득할 수 있다. 최우수와 우수 등급의 경우 건축기준 완화, 취득세·재산세 감면 등의 인센티브가 있다. 2002년부터 현재까지 20,485건(2022년 10월 기준)이 인증을 취득하였으며, 연간 약 2,000건의 건축물이 인증을 취득하고 있다. 인증제도 도입 이후 공동주택 분양가 가산, 학교시설 의무화, 공공건축물 의무화 등 제도 변화에 따라 인증건축물은 지속해서 증가하였으며, 매년 연간 약 20%씩 증가하고 있다. 인증현황을 살펴보면 예비인증이 61%, 본 인증 39%로 나타나고 있으며, 등급별로는 최우수 4%, 우수 32%, 우량 13%, 일반 51% 비율로 나타나고 있다. 녹색건축 인증제도 개편을 위한 논의 2022년 녹색건축 인증제도가 시행된 지 20주년이 되었다. 20주년을 기점으로 향후 20년을 준비할 수 있는 개선이 필요한 시점이다. 현재 운영하는 제도는 2016년도에 전면 개정이 이루어졌으며, 항목에 대한 일부 개정을 제외하고 현재까지 운영되고 있다. 정책 변화, 기술 발전 등에 따라 인증 항목 개선에 대한 요구가 지속해서 있었다. 국내외 동향을 살펴보면 장기 저탄소 발전 전략의 UN 제출에 따라 주요 국가의 탄소중립 선언이 가속화되고 있으며, 우리나라도 2020년에 국가 2050 탄소 중립선언을 하였다. 정책 방향으로는 적응형 감축에서 능동형 대응으로 탄소중립에 대한 이슈가 강화되고 있으며, 이에 따라 국가 건축물 분야 탄소중립에 대한 기여 및 지속이 가능한 사회를 위한 녹색건축 인증제도의 변화가 필요한 시점이다. 녹색건축 인증제도의 개편에 대한 논의는 지속해서 있었으며, 2022년 본격적으로 시작되었다. 개편을 위해서 기존 인증제도에 대한 인증현황 분석, 설문조사, 탄소중립 기여 효과에 대한 분석을 진행하였고, 해외 녹색건축 인증제도 관련 동향 및 국제사회의 동향을 살펴보았다. 또한 개편작업을 위해 전문위원회를 구성하였고 인증기준 개정안 마련을 위한 원칙을 마련하였다. 인증제도 개편을 위해 탄소중립에 기여하며 지속가능한 사회를 위한 제도로의 개편이라는 비전을 설정하였고, 기본방향, 부문별 전략을 수립하여 녹색건축 인증제도의 개편 방향을 2020년 ‘녹색건축 한마당’에서 공개하였고 의견수렴을 하였다. 녹색건축 인증제도 개편 방향 녹색건축 인증제도의 개편 방향은 크게 전문 분야의 체계 전환, 인증항목의 개선 및 강화, 인증제도에 대한 일반사항 부분으로 나눌 수 있다. 전문 분야의 체계 전환은 2002년부터 유지해오던 기존 평가체계에 대한 개편 및 탄소중립에 관한 내용을 반영한 체계로의 개편에 대한 사항이다. 기본 방향 설정을 통해 특성화 전략 강화, 특성화되는 분야에 대한 방향성 강화, 전문 분야 간 연계 항목 통합을 통한 전문 분야 단순화, 스마트 관련 기술의 발전에 따른 전문 분야 통합, 향후 발전 및 개정에 대한 고려, 인증항목의 개선 및 강화에 대한 사항 등을 검토하였다. 전문 분야는 기존 7개 분야에서 4개 분야로 설정하였으며, 각 분야는 녹색건축 인증제도의 방향을 제시할 수 있도록 설정하였다. ‘통합계획과 관리’는 통합설계, 기후변화 대응 등 설계 단계에서부터 유지관리 단계까지 평가한다, ‘지속가능한 외부공간’은 건축물의 외부공간을 평가하며, 기존 토지이용, 생태환경, 물순환 관리 분야를 포함한다. ‘건강한 생활공간’은 거주자의 건강과 쾌적성에 대해 평가를 하며, 기존 실내환경에 관한 내용을 포함한다. ‘탄소중립을 위한 에너지와 자원 활용’은 에너지사용량, 내재 탄소, 물 사용량 등을 평가하며 기존 에너지 및 환경오염, 재료 및 자원, 물순환 관리에 관한 내용을 포함한다. 인증항목의 개선 및 강화 관련해서는 기존 인증항목, 신규 인증항목에 대하여 통합설계, 모든 과정 평가에서의 탄소배출, 에너지 관련 기준 상향에 따른 분야별 난이도 조절, 실내 환경에서의 거주자의 건강과 쾌적성 강화, 항목별 난이도 등에 대하여 검토하였다. 추가 전문가 의견을 거쳐 인증항목을 개정할 예정이다. 인증제도의 일반사항 부분은 용도 분류체계, 점수 체계, 인증범위, 활성화, 서류, 혁신적인 설계에 관한 내용이며 인증기준 마련 후 시범 평가, 시뮬레이션 등을 통해 개정할 예정이다. 녹색건축 인증제도의 개편은 통합설계를 통한 설계 개선, 건물의 운영 성능 최적화, 혁신적인 디자인, 기술 반영, 거주자의 건강하고 쾌적한 환경조성, 탄소배출 저감 등 국가 건축물 탄소중립에 기여하고 지속이 가능한 사회를 위한 제도로써 이바지할 수 있을 것으로 기대한다. 건축연구본부 게시일2023-02-27 조회수 1404
• AI기반 스마트하우징 플랫폼 및 지능형 융복합 주거서비스 기술 개발 AI기반 스마트하우징 플랫폼 및 지능형 융복합 주거서비스 기술 개발 ▲ 안기언 KICT 건축연구본부 수석연구원 들어가며 인구사회 구조 변화를 반영한 거주자 삶의 질 향상 및 주거복지 향상 요구가 높아지는 가운데, AI·IoT·클라우드 등 4차 산업혁명 기술의 확산으로, 건설 분야도 주거 공간 자체를 스마트화하는 새로운 형태의 주거 인프라 구축이 진행 중이다. 기존의 스마트 홈 서비스는 모든 세대 및 단지가 공통의 플랫폼과 서비스를 제공받는 제조사·건설사 종속적인 형태로, 거주자가 서비스를 선택하는 데 있어 자유도가 부족하며 신규 서비스 도입에 제약이 따른다. 이를 극복하고자 누구나 다양한 서비스를 개발·등록할 수 있는 개방성과 확장성을 지닌 플랫폼을 통해 거주자가 서비스를 선택하고 이용하는 데 있어 독립성을 지원하는 스마트하우징 환경 구축이 진행 중이다. 이 글에서는 새로운 주거 인프라를 지원하는 스마트하우징 플랫폼 및 서비스의 개념 소개와 개발 방향에 대해 소개하고자 한다. 스마트하우징 개념 스마트하우징은 주택을 구성하는 공간·환경·가전·디바이스 등으로 구성된 물리적 스마트하우스와 이와 관련된 빅데이터 정보기술·IoT 스마트홈 기술·지능형 AI 기술 등이 연계·융합되어 최적화된 공간 환경과 서비스를 제공하는 주택을 말한다 ( 그림 1). 이러한 주택은 주거공간 자체가 정보 수집의 수단이자 서비스를 제공하는 새로운 주거 인프라로 구현된다. 스마트하우징 플랫폼 기존 스마트홈 서비스는 공급자가 제공하는 서비스를 이용하기 위해 장치, 네트워크 등 물리적 구성요소를 신규로 구축해야 하는 반면, 스마트하우징에서는 주거 공간, 단지 및 스마트 시티 등 기존에 구축된 인프라를 통해 데이터를 확보하고, 플랫폼 기능을 활용하여 물리적 자원의 제약 없이 서비스의 제공과 확장이 가능하다. 본 절에서는 클라우드 환경에서 동작하는 스마트하우징 플랫폼 서비스 기능을 IaaS I(nfrastructure as a Service), PaaS P( latform as a Service) 및 SaaS S( oftware as a Service)로 구분하여 설명한다 ( 그림 2). 스마트하우징을 구현하기 위한 물리적 자원인 IaaS로는 데이터를 수집하기 위한 센서, 센서와 플랫폼 간 데이터를 송수신하기 위한 게이트웨이, 데이터 저장, AI 분석 및 서비스 운영 관리를 위한 서버로 구성된다. 특히, 각종 센서 및 IoT 장치들은 인필 ( Infill) 속에 매립되어 주거공간의 물리적 요소를 센서화한다. 게이트웨이는 다중 프로토콜 변환 처리 기능을 갖추도록하여, 데이터 소스들의 네트워킹 다양성을 수용할 수 있다. 이 때, 데이터의 포맷과 통신 규격을 정의하는 표준 프로토콜을 마련하여 광역적 서비스 제공과 데이터 활용을 지원한다. 스마트하우징 PaaS의 주요 기능은 보안, 저장소 통합관리, 다중 접근·분산처리, 그리고 AI 분석 엔진의 활용이 있다. 먼저, 보안은 사용자 인증과 권한을 부여하는 인가, 주거환경과 플랫폼 간 암호화 통신, 그리고 블록체인 기반 저장 데이터의 암·복호화 기능을 갖춘다. 데이터는 스마트하우징 표준 프로토콜을 기반으로 표준 포맷 분류 체계를 따라 관리되며, 실시간 및 저장 데이터의 활용을 지원한다. 또한, 다중 사용자 접근 및 서비스 실행에 따른 부하 관리를 위해 분석·서비스 공간 및 멀티 프로세스의 분산 처리 기능이 있다. PaaS는 시계열, 음성, 영상 등 데이터 유형별 주거 서비스에 활용 가능한 AI 모델을 AI 뱅크에서 통합 관리하며, 이를 서비스 모델 개발 및 연산에 활용할 수 있는 AI 분석엔진 API 기능을 제공한다. 마지막으로, 스마트하우징 SaaS는 화재, 방범, 쾌적, 편의, 유지관리 부문별 지능형 주거 서비스를 플랫폼에서 운영·관리하며, 서비스를 이용하는 신청자에게 제공하는 기능을 갖춘다. 더불어, PaaS의 AI 분석엔진 기능을 활용하여 외부 개발자들이 자유롭게 서비스를 발굴·개발하고, 플랫폼에 등록하여 서비스를 보급·운영할 수 있는 확장성 기능을 갖춘다. 스마트하우징 서비스 스마트하우징 구현을 위해 주택 거주자의 요구를 분석하여 안전·쾌적·편의·유지관리의 4개 부문에 대한 AI 기반 융합 서비스를 개발하고 있으며 ( 표 1), 플랫폼 기반 서비스 운영을 준비 중에 있다. 아울러, 스마트하우징 플랫폼 기능을 기반으로, 다양한 주거 공간 및 분야의 신규 서비스 발굴과 확장이 진행 중이다 ( 그림 3). 맺음말 한국건설기술연구원에서는 고품질 주거환경을 위한 창의적이고 혁신적인 서비스의 보급, 개발 및 운영 환경을 마련하는 ‘AI 기반 스마트하우징 플랫폼 및 서비스 기술 개발’ 연구를 수행 하고 있다. 본 연구 과제를 통해 미래 대응형 주거복지 기반이 강화되고, 스마트하우징 관련 플랫폼 생태계 구축으로 주거 서비스 및 스마트 기기 등 관련 산업 활성화를 기대한다 . 건축연구본부 게시일2022-11-25 조회수 1640
• 어린이집 실내공기질 예측 알고리즘 개발 어린이집 실내공기질 예측 알고리즘 개발 ▲ 김기철 KICT 건축연구본부 수석연구원 들어가며 최근 코로나19 바이러스와 같은 호흡기 감염병으로 인해 실내에서 생활하는 시간이 하루 중 90% 이상을 차지하고 있어 실내공기질에 대한 선제 대응은 필수인 상황으로 여겨지고 있다. 특히, 어린이집과 같은 실내공기질 취약 계층 시설은 관리자들의 실내공기질 관리에 대해 변화하는 환경에 즉각적으로 대응이 필요하다. 교육 시설에 대한 연구에 따르면 교실의 부적절한 실내 환경 조건은 학생들의 학습 능력과 집중력에 부정적인 영향을 미칠 뿐만 아니라, 어린이집의 어린아이들은 실내공기 오염물질에 노출되기 쉬워 천식 등 알레르기 질환이 흔히 나타나는 만성질환이다. 어린이집은 영유아들이 하루 중 2/3의 시간을 보내는 장소이다. 최근 맞벌이 부모가 많아지면서 어린이집도 늘고 있는 추세이며, 빠르면 22개월부터 어린이집을 이용하기 시작한다. 따라서 어린이집의 실내공기질이 좋지 않을 경우, 많은 영유아가 호흡기를 통해 공기오염물질이 노출되어 건강상의 문제를 일으킬 수 있다. 실내 생활 패턴은 사람 그리고 시설 유형에 따라 전부 다르기 때문에 실내공기질 예측에 대한 신뢰도는 높지 않은 상황이다. 하지만 이 글에서 소개하고자 하는 예측 알고리즘은 특정 시설 (어린이집)을 대상으로 가장 성능이 좋은 모델을 추출하여 어린이집 이용자 및 관리자들이 1시간 이내에 실내공기질 오염상황에 대하여 선제 대응할 수 있는 알고리즘을 개발하였다. 실내공기질 센서를 이용한 데이터 수집 실내공기질 예측을 위해서는 많은 수의 측정 데이터 확보가 필수이다. 자체적으로 성능이 검증된 센서 플랫폼을 이용하여 2년간의 실내공기질 데이터를 수집하였다. 수집된 데이터 의 수는 4,466,611개이며, 측정 시간은 10분 단위이다. 손실된 데이터에 대해서는 전후 데이터의 평균을 내는 방식을 사용하여 보완하였다. 실내공기질 예측 알고리즘 어린이집 대상 실내공기질 예측은 실내 발생 오염물질 (실내온도, 실내습도, PM1.0, PM2.5, PM10, VOCs, CO2, 라돈)을 대상으로 하였으며 외기 데이터로 기상청 자료 중 실외기온, 실외습도, 강수여부를 참고로 예측을 진행하였다. 예측된 값은 1시간에 한 번씩 예측값을 도출하도록 설정하였다. 시계열 자료에 대한 모델링 기법에는 여러 가지가 있고, 어떤 데이터를 사용하는지에 따라 적절한 예측 모델이 정해진다. 이 글에서 소개하고자 하는 예측 알고리즘에서는 관찰된 패턴의 몇 가지 양상이 미래에도 계속될 것이라는 가정하에 머신러닝 AI를 통해 적절한 예측 모델을 선정하고 정량적인 예측을 진행하였다. 실내공기질 예측 정확도의 판단은 실제값과 예측값의 차이가 얼마인지 알려주는 Normalized RMSE (Root Mean Squared Error) 값으로 하였으며, 매월 1일 AI 학습을 진행하도록 개발하였다. 학습을 진행할 때마다 최적의 예측 모델을 선정하여 자원의 낭비를 줄이고 예측 모델의 정확도를 향상 시킬 수 있도록 구성하였다. 실내공기질 예측 결과 앞서 얘기한대로 실내 발생 오염물질을 분석하여, 어린이집 주요 오염물질인 CO2와 미세먼지 (PM2.5)에 대하여 예측을 진행하였다. CO2 예측에 선정된 모델은 Voting Ensemble이라는 모델로써 RMSE값이 0.07983으로 여러 모델 중 가장 낮은 RMSE를 보여주었다. Voting Ensemble 모델을 사용한 예측 알고리즘을 통해 도출된 결과값은 그림 2와 같다. CO2 예측값은 측정일시, TVOC 농도, 실내습도가 가장 큰 영향을 미쳤으며, 신뢰도는 실측값 대비 약 90%로 나타났다.PM2.5의 예측에 선정된 모델은 Standard Scaler Wrapper, XGBoost Regressor 모델로써 Standard Scaler Wrapper로 데이터 전처리를 수행하고 XGBoost Regressor로 AI 학습한 결과가 RMSE값이 가장 작게 나타났다. 해당 알고리즘을 통해 도출된 결과값은 그림 3과 같다. PM2.5 예측값에 가장 영향을 미치는 인자로는 PM10과 PM1.0으로 나타났다. 예측 결과, 농도가 높아질수록 부정확한 결과가 나타났으나, 실제 측정치의 95% 범위인 0~45.92㎍/㎥ 범위에서는 98% 이상의 신뢰도를 보여주었다. 실내공기질 예측 알고리즘 기술의 미래 방향 실내공기질 예측 알고리즘 기술은 누적된 데이터가 많아질수록 그 신뢰도는 상승된다. 소개한 기술은 2년간의 데이터만을 이용하여 예측 알고리즘을 구성하였으나, 매월 갱신되는 알고리즘 프로세스를 통해 데이터가 누적될수록 신뢰도가 높은 알고리즘이 작성된다. 본 기술 개발을 통해 어린이집 주요 오염물질인 CO2와 PM2.5 예측을 통해 시간대별 사용자 행동을 유도하여 실내 공기질을 사전에 대응 및 관리할 수 있으며, 향후 어린이집뿐만 아닌 다양한 실내공기질 취약계층 이용 시설 (노인요양시설, 병원 등)에 적용할 수 있어 안전하고 건강한 환경을 사전에 조성할 수 있을 것으로 기대된다. 건축연구본부 게시일2022-10-25 조회수 994
• 스마트 모듈러 중층한옥의 개발 스마트 모듈러 중층한옥의 개발 ▲ 임석호 건축연구본부 선임연구위원 스마트 모듈러 한옥의 개념 스마트 모듈러 중층한옥이란 우리 전통 한옥의 한 칸을 입방체 모양의 모듈로 선제작하고 현장에서는 이들을 레고블록과 같이 상호 조립하여 결과적으로 성능이 우수하고 신속하게 완성되는 복층한옥을 말한다. 즉 우리의 전통한옥에 현대적인 모듈러 공법을 접목시킨 탈현장 공법(Off Site Construction)이다. 전통 한옥이 갖고 있는 불편한 거주환경 등을 개선하고 성능이 우수하면서 경제성도 갖춘 한옥이 개발되었다. 한국건설기술연구원에서는 2021년 강재와 목재의 융복합기술과 구조용 집성재(GLT)를 활용하여 설계·시공기술의 고도화 및 프리패브 비율 80% 이상의 스마트 모듈러 중층한옥을 선보이게 되었다. 우리의 전통한옥은 현장 시공기술을 근간으로 하기에 매우 비싸고 단열 및 차음 등 주택성능에 문제를 안고 있다. 이를 해결하기 위하여 2017년 6층 공동주택 실증화 사업을 성공적으로 마친 한국건설기술연구원의 모듈기술을 활용하여 한옥에도 아파트에 상응하는 주택성능 및 경제성과 시공성을 확보할 수 있었다. 연구과정에서 양중과 적층까지 고려한 접합기술을 개발하고, 단층으로 이루어진 기존의 한옥 모듈을 2층 이상의 중층화로 구현하는 동시에 중층한옥의 주요의장요소인 동시에 구조재로서 계획된 발코니를 계자난간의 형태로서 구조적 안전성을 향샹시킬 수 있는 스마트 기술을 개발하였다. 결과적으로 공기단축은 1/2 이상을 구현하고 기존의 평당 1200만 원대의 한옥을 중층화의 효과 등을 통하여 30% 이상 절감시킬 수 있는 기술적·경제적 향상의 교두보를 확보하였다. 모듈러 한옥의 특징으로서 재사용 및 재활용, 이동성을 검증하기 위하여 해체 후 바로 재조립을 일차적으로 실시한 후, 이에 대한 일련의 성능평가를 실시하는 일련의 과정을 통하여 스마트 중층한옥의 시공성과 기술성 실증을 수행하였다. 본 기술은 그림 1과 같이 과거 한옥 연구단과 모듈러 공동주택실증연구단을 기반으로 발전시켰다. 본 연구는 2019년부터 2년간 한국건설기술연구원의 중소기업지원과제의 결과로서 수행되었다. 스마트 모듈러 중층 한옥의 주요 기술 가. 구조용 집성재(GLT)를 활용한 목조모듈러 주택개발 중층 모듈러 한옥을 위해서는 구조적 안전성이 검증된 구조용 집성재를 사용하여야 한다. 이를 위해 융복합 접합부 디테일을 개발하고, 개발 접합부는 수평, 수직으로의 접합과 양중을 위한 양중고리도 장착하였다. 스마트 모듈과 성능개선을 위해서는 외벽체에 신소재를 활용하여 에너지를 획기적으로 절감하는 패시브화를 도모하여야 한다. 특히 구조용 집성재는 현재 우리나라가 간벌기로 많은 수요를 창출하여야 하는 상황에서 대형 원목보다는 그 보다 작은 목재를 겹쳐 활용할 수 있는 집성목 개발이 필요하다. 그림 2와 같이 목조모듈 상호 접합부의 경우, 강재 철물을 사용하여 중층화를 구현한 것으로 건축 후에는 외장마감재로 처리되어 기존전통한옥의 모습을 잃지 않도록 하였다. 연구과정에서 실제 이러한 목조모듈을 제작한 후, 양중테스트를 통하여 구조적 안전성을 검토 하였다(그림 3). 나. 모듈러 한옥의 표준화 기술 중층 모듈러 한옥의 경제성을 확보하기 위해서는 무엇보다도 모듈의 표준화와 규격화가 반드시 선행되어야 한다. 이를 위해 그림4와 같이 MC설계를 활용하여 모듈의 규격화와 모듈에 적용되는 주요 주택자재 및 부품의 우선치수를 유지하도록 하여 대량생산을 통한 규모의 경제를 구현하고자 하였다. 다. 모듈러 한옥의 조립 및 시공기술 표 1은 앞서 설명한 기술을 실증화하기 위하여 경기도 양평의 모듈러 한옥 조립 및 시공과정을 보여준다. 모듈은 3m×6m 정규격 3개와 half 모듈 1개로 건축되어 총 3.5개의 모듈로 구성되었고 총 연면적 28평 규모의 2층 모듈러 한옥으로 지어졌다. 조립시간은 3일 정도가 소요되었으며, 이후 관련 기밀성능 및 차음성능 등 일련의 거주성능시험이 시행되었다. 또한 스마트 한옥이라는 제목에서 보여주듯이 BIPV를 외벽면에 부착한 후, 이로부터 자체 생산된 태양에너지를 활용하여 이를 한옥 내부의 조명에너지 등에 사용함으로써 친환경 한옥으로서의 모습도 갖추고 있다. 특히 스마트 한옥을 구현하기 위하여 고단열 대형 외장마감일체형 패널을 사용하여 접합부를 최소화하였고 이로부터 기밀성능과 차음성능 및 단열성능 등을 향상시키고자 하였다. 이를 일련의 검증 및 성능평가과정을 거침으로서 기존 전통 한옥의 부족한 거주성능을 획기적으로 개선 할 수 있는 토대를 마련하였다. 맺음말 우리가 기차를 타고 여행을 가거나 인근의 나지막한 산이라도 올라가 보면 눈앞에는 과거 새마을 운동의 연장선상에서 맥을 이어 어느덧 우리나라 특유의 전경으로 익숙해져 있다. 이제 우리도 10대 경제대국에 올라선 현시점에서 국격에 상응하는 주거의 품격과 정체성을 고민해야 할 시점이라 생각된다. 유럽의 스위스 등을 여행하게 되면 아름다운 자연과 완전히 어우러진 주택의 모습에 경탄과 함께 한없는 부러움에 빠져들게 된다. 해당국의 정부는 오래전부터 탁월한 혜안을 갖고 국가적 차원에서 체계적인 경관관리와 주택유지를 위하여 적지 않은 예산을 투자하였을 것이다. 우리도 이에 못지않은 자연과 우리의 자연지형에 가장 잘 어울리는 한옥을 보유하고 있음에도 국적 미상의 아파트와 저급한 연립주택 그리고 조악한 개별 주택으로 뒤덮인 지금 우리의 국토와 자연을 정비하고 되살릴 수 있는 국가적 전환기를 마련해야 하지 않을까? 본 연구는 이러한 배경에서 시작되었다. 우리 전통주거 한옥은 높은 가격과 공기지연 그리고 열악한 거주환경 등으로 오랫동안 외면 받아왔다. 이제 현대 건축기술을 접목한 전통 한옥의 대중화가 시도되어야 한다. 우리 국민 누구나 누릴 수 있는 전통 한옥의 모습을 꿈꾸어 본다. 과거 산발적으로 시도되었으나 번번히 과거의 전통한옥에 대한 지나친 아집과 독선 그리고 경제성 부족이라는 장애물 앞에 좌절되었던 것이 부인할 수 없는 현실이다. 이에 한옥 공동주택과 공공건축물 그리고 각종 문화 및 관광 부대시설 등 다양한 한옥 건축물에 과감한 현대 공법과 기술을 접목시킨 우리 K-한옥의 비상을 기대한다. 건축연구본부 게시일2021-07-21 조회수 2409
• 탄소는 줄이고 건강은 좋아지는 생태건축 탄소는 줄이고 건강은 좋아지는 생태건축 ▲ 김현수 국민생활연구본부 선임연구위원 / 이지영 국민생활연구본부 박사후연구원 Net Zero 시대 생태건축의 의미 소득 수준의 향상과 함께 시민들의 환경의식이 높아지면서 건강한 생활환경에 대한 관심도 나날이 증가하고 있다. 미세먼지, 라돈 문제에 이어 바이러스 감염으로 인한 팬데믹까지 발생하면서 환경과 건강에 대한 관심이 더욱 높아졌다. 자연 환경도 보호하고 사람의 건강도 지킬 수 있는 새로운 건축 대안의 모색이 필요한 상황이다. 이런 관점에서 생태건축은 좋은 대안이 될 수 있다. 생태건축은 인간과 건축 환경 그리고 생태계 사이의 연관 관계를 이해하고 균형을 유지하여, 살기 좋고 온전한 환경을 미래세대에 남겨주고자 하는 다양한 건축적 시도가 종합되어 탄생했다. 1980년을 전후로 독일 베를린의 건축가들이 인간과 건축 환경 및 생태계의 상호관계를 고려하는 여러 가지 건축 동향을 한 데 묶어 생태건축(Ökologisches Bauen)으로 정의하였다. 이후 2007년에 독일 지속가능한 건축협회(Deuche Gesellschaft für Nachhaltiges Bauen)가 설립되면서 지속 가능한 건축(Nachhaltiges Bauen)이라는 용어로 보급이 더욱 확산되었다. 우리나라에서 생태건축은 친환경 건축, 녹색건축 등의 용어와 구분없이 혼용되고 있다. 제도권에서 일반적으로 사용하고 있는 녹색건축이 추구하는 바도 생태건축과 다르지 않다고 생각한다. 다만, 경제적, 사회적, 기술적 요인 등으로 인해 오늘날 우리나라 건축 시장에서 녹색건축으로 인정받은 건축물을 생태건축으로 분류하기에는 상당한 차이가 있다고 생각한다. 최근에 정부가 공공건축물의 ZEB(Zero Energy Building) 인증을 의무화하고 2050년까지 온실가스 순배출량을 ‘0’으로 만들겠다는 정책목표를 밝힘에 따라 생태건축 활성화의 필요성이 더욱 높아진 상황이다. 지금까지는 건축물의 환경성을 높이기 위해 운영 단계에서 이산화탄소 배출을 줄이는 데 집중해왔다. 그러나 강화된 Net Zero 정책 목표를 달성하려면 건축 재료의 채취와 생산 과정에서 발생하는 내재에너지를 줄이는 노력이 병행되어야 한다. 독일 DGNB(독일 지속가능한 빌딩 협회)의 분석에 의하면 지속가능한 건축 기술을 적용한 건축물의 경우 내재에너지(Embodied Energy) 절감에 따른 이산화탄소 배출 저감량이 Zero Energy House 수준의 건축물에서 50년간 절감하는 이산화탄소 배출량과 유사하다고 한다. 건물의 에너지 성능이 낮은 과거와 달리 제로에너지 수준으로 높아진 건축물에서는 내재에너지로 인한 이산화탄소 배출 저감이 상대적으로 중요해졌다는 의미다. 따라서 전 생애주기에 걸쳐 이산화탄소 배출과 환경 영향 최소화를 지향하는, 그래서 내재에너지가 낮은 장점을 가지는 생태건축이 Net Zero 시대에 부합하는 건축 대안으로서 중요한 의미를 가진다. 국산 목재를 활용한 생태건축시스템 개발 한국건설기술연구원은 2018년부터 국토교통연구개발 사업의 일환으로 국산 목재를 100% 활용하는 생태건축시스템을 개발하고 있다. 이 연구에서는 다음과 같이 생태건축의 특성을 규정하고 ‘공업화 생태건축시스템’의 실증을 추진하고 있다. • 자연의 순환체계(생태계)에 순응하여 환경오염과 환경부하를 최소화하면서, 건강한 생활을 가능하게 하는 건축 • 생태계의 공기, 물, 에너지 및 자원 순환을거스르지 않는 자재와 설비로 에너지 자원 순환형 건축시스템을 구축 • 현대 건축의 환경문제와 건강문제(sick building syndrome)를 통합적으로 해결하는 지속 가능한 건축 위와 같은 생태건축 시스템은 재생 가능한 자연 소재 활용으로 LCA평가 기법의 Scope 3에 해당하는 내재에너지를 대폭 절감할 수 있을 것으로 기대된다. 또한, 유해물질 배출이 없고 축열과 습도 조절기능을 가지는 내장재 활용으로 건강한 실내 환경을 조성하는 좋은대안이 될 것으로 기대한다. 콘크리트를 환경 친화적으로 만드는 에코 시멘트 개발 전 생애주기에 걸쳐 이산화탄소 배출과 환경영향 최소화를 지향하는 생태건축도 기초나 골조는 콘크리트를 사용하는 경우가 많다. 심지어 연구진이 개발한 것과 같은 목구조 생태건축시스템을 적용할때에도 건물 기초에는 시멘트를 결합재로 하는 콘크리트를 주로 사용한다. 구조적 안전성이나 경제성을 고려할 때 다른 대안을 찾기가 쉽지 않기 때문이다. 이런 점에 착안하여 연구단은 먼저 이산화탄소 배출과 환경영향을 최소화할 수 있는 에코 시멘트를 개발했다. High Sulfated Calcium Silicate Cement로 이름 붙인 에코 시멘트는 BSEN 15743이 정한 Super Sulfated Cement의 조성비를 따라 제조한 것으로, 고로슬래그 미분말을 80% 정도 사용하고 포틀랜드 시멘트양은 최소화하는 대신에 소석회를 사용하여 개발하였다. 에코 시멘트의 활용 가능성을 검증하기 위해 시중에 유통되는 슬래그 시멘트 및 포틀랜드 시멘트와 비교하여 콘크리트 물성 실험을 수행한 결과, 적어도 일정 영역에서 에코 시멘트의 활용이 가능함을 알 수 있었다. 슬럼프 값은 에코 시멘트를 사용한 콘크리트와 포틀랜드 시멘트를 사용한 콘크리트가 유사하게 나타났으며, 공기량은 세 가지 콘크리트가 매우 유사하였다. 에코 시멘트의 28일 재령압축강도는 포틀랜드 시멘트 콘크리트의 강도가 유사하였다. 포틀랜드 시멘트의 6.2%에 불과한 에코 시멘트의 환경영향 에코 시멘트의 환경영향(Environmental footprint)을 포틀랜드 시멘트 및 슬래그 시멘트와 비교 분석해보았다. LCA 기법을 활용하는 동시에 EU의 Product Environmental Footprint(PEF) Guide를 따라 영향범주(Impact category)별로 제시된 평가모델을 사용하여 환경영향을 산정하였다. 다만, 에코 시멘트는 바이오소재를 사용하지 않기 때문에 ‘기후변화(바이오소재 포함)’ 범주를 제외한 15개 영향범주에 대한 환경영향을 산출하였다. 산정 결과는 영향범주별로 환경영향의 상대적인 비교가 가능하게 정규화(normalization)하고, 여기에 일반인이 인식하는 영향범주별 환경영향의 중요도를 반영한 가중화 결과이다. 가중화 인자는 EC(European Commission) JRC(Joint Research Center)에서 PEF 평가를 위해 개발한 인자를 적용하였다. 표 2에서 에코 시멘트의 환경지수(Eco-index)는 3.13E-04이다. 이는 에코 시멘트 1kg에 의해 발생된 환경영향이 한 사람이 1년간 발생시킨 환경영향의 3.13E-04배인 것을 의미한다. 이에 비해 슬래그 시멘트의 환경지수는 에코 시멘트의 7.3배이고, 포틀랜트 시멘트는 16.2배이다. 달리 말하면, 에코 시멘트의 환경지수는 슬래그 시멘트의 13.7%, 포틀랜드 시멘트의 6.2%로 다른 시멘트에 비해 현저히 환경영향이 낮다는 것을 보여준다. 주요 영향범주별 환경영향 비교 에코 시멘트의 영향범주별로 환경영향은 기후변화, 인체독성(비발암), 미세먼지 순서로 나타났다. 기후변화 영향의 경우 포틀랜드 시멘트, 슬래그 시멘트, 에코 시멘트의 탄소발자국이 각각 1.2kgCO2e, 0.53kgCO2e, 0.07kgCO2e이다. 에코 시멘트의 탄소발자국이 포틀랜드 시멘트의 5.8%, 슬래그 시멘트의 13.2% 수준으로 현저히 낮음을 알 수 있다. 다르게 설명하면 포틀랜드 시멘트 또는 슬래그 시멘트 대신에 에코 시멘트를 사용하면 시멘트 1kg당 무려0.46~1.13kgCO2의 이산화탄소 배출을 줄일 수 있다는 의미이다. 가중화 환경영향이 두 번째로 큰 인체독성(비발암) 경우 그림 4에서 보는 바와 같이 포틀랜드 시멘트와 슬래그 시멘트의 영향이 에코 시멘트보다 7~17배가 크다. 에코 시멘트의 비발암 인체독성 영향이 다른 시멘트의 5.8%, 13.3% 수준이다. 여기서 CTUh(Comparative Toxic Unit for human)는 인체독성 단위로 발암 또는 비발암 영향을 발생시킬 확률을 의미한다. 따라서, 에코 시멘트가 인체에 비발암 영향을 일으킬 확률은 포틀랜드 시멘트의 5.8%, 슬래그 시멘트의 13.3% 정도로 낮은 것으로 이해할 수있다. 또한 에코 시멘트가 인체에 발암 영향을 일으킬 확률도 다른 시멘트의 15.0%, 31.4% 수준으로 낮게 나타났다. 가중화 환경영향이 세 번째로 큰 미세먼지는 최근 국민 관심사로 대두된 환경문제이기도 하다. 세계보건기구(WHO)도 미세먼지인 PM2.5를 1급 발암물질로 분류하고 있다. 그림 5는 에코 시멘트와 다른 시멘트의 PM2.5 발생량을 비교한 것이다. 이 그림에서 에코 시멘트는 포틀랜트 시멘트의 6.2%, 슬래그 시멘트의 12.6% 정도로 PM2.5 배출이 낮은 것을 알 수 있다. 비교 검토한 시멘트를 에코 시멘트로 대체할 경우 1kg당 0.08~0.17g의 PM2.5를 줄일 수있는 결과이다. 맺는말 연구진이 개발한 에코 시멘트를 중심으로 생태건축 시스템의 환경 및 건강 영향을 살펴보았다. 에코 시멘트를 사용하면 시멘트 1kg당 무려 1.13kgCO2 또는 0.46kgCO2의 이산화탄소 배출을 줄일 수 있다는 사실은 매우 고무적이다. 환경지수 분석 결과로 알 수 있듯이 에코 시멘트의 환경영향은 시중에서 유통되고 있는 슬래그 시멘트의 13.7%, 포틀랜드 시멘트의 6.2%로 현저히 낮다. 인체 독성 측면에서도 그 영향이 현저히 낮아 탄소는 줄이고 건강은 좋아지는 생태건축’의 실현 가능성을 확인할 수 있었다. 향후 후속 연구를 통해 보다 종합적이고 구체적으로 생태건축시스템의 환경성과 건강성을 제시 할수 있을 것으로 기대한다 건축연구본부 게시일2021-06-29 조회수 1508
• 유인 우주기지건설 기술로드맵 추진방향 및 기술분류체계 설정 유인 우주기지건설 기술로드맵 추진방향 및 기술분류체계 설정 ▲ 정준수 KICT 건축연구본부 수석연구원 들어가며 1969년 인류를 달에 보냈던 미국 NASA는 50년 만에 달에사람을 보내기 위해 2019년부터 본격적으로 세계 21개국과함께 아르테미스 프로그램을 추진하고 있다. 유럽우주국(ESA)은 2040년까지 달 남극 근처에 100여 명의 탐사대원들이 상주할 수 있는 ‘Moon Village’ 건설계획을 발표하였다. 중국과 러시아는 달 연구기지 계획을 공동으로 추진하고 있다. 심지어 일본도 2019년에 우주기지건설을 위한 정책, 전략, 기술로드맵을 발표했다. 국가기관뿐만 아니라 민간기업에서도 발사체를 개발하면서 우주기지와 도시를 꿈꾸고 있다. 우리나라는 2022년 10월에 기술 패권경쟁 시대에 미래 성장과 경제 안보에 기여할 12대 국가전략기술을 발표하였는데, 여기에는 ‘우주항공·해양’이 포함되었다. 11월에는 대국민 공청회를 통해 2045년 우주경제 글로벌 강국 실현을 위한 제4차 ‘우주개발진흥 기본계획’을 공개하였다. 2032년 달착륙, 2035년 달기지 참여, 2045년 화성 착륙, 2050년 유인수송이 굵직한 일정들이다. 지금까지 우리나라는 우주 산업의 중장기 지원체계를 마련하고 빠르게 역량을 축적해 왔으나, 정책·기술·투자·산업 전반에서 우주 선진국 수준에 못 미치고 있다. 국내외 상황 변화에 맞추어 건설 분야 우주기지 핵심기술 개발 및 미래 우주기지건설 구축 로드맵 수립이 필요하다. 우리는 다가올 우주 경제 사회에 대응하여 달 및 화성에서의 건설기술을선제적 확보를 통해 국제적인 경쟁력 확보를 위해 유인 우주기지 건설기술 로드맵에 대한 고민을 시작할 시점이다.이에 한국건설기술연구원에서는 토목 부문뿐만 아니라 건축부문 전문가들까지 합류하고 국내외 전문가 그룹과 협업을통해 유인 우주기지건설을 위한 기술로드맵을 구축을 위한연구를 올해부터 시작하였다. 이 글에서는 현재 연구 중인 기술 로드맵의 첫 모습을 소개하는 데 의미를 두고자 한다. (1) 메가트렌드 분석 STEEP 분석을 통해 트렌드와 주요 영향 및 시사점을 도출함으로써, 국제사회 및 사회경제적인 우주개발 추진압력이작용하고 있고 경쟁적 상황에서의 기술력 확보가 중요한 시점임을 확인하였다(그림 1 참조). (2) 글로벌 프로젝트 분석 및 국내외 산업생태계 분석 뉴 스페이스 환경과 신 냉전으로 인한 국가 간 기술력 확보경쟁상황에서 첨단기술의 확보는 국가 경쟁력 향상의 주요요소이며, 선진국은 우주기술 확보를 위한 대규모 투자를 단행하며, 산업의 지속성을 유지하기 위한 지속적인 우주산업육성 및 탐사계획을 진행 중이다. 또한 대규모 자원이 소요되는 우주탐사에 민간 기업의 협력과 참여가 확대되어 신산업 생태계를 형성할 전망이며, 심우주통신, 항법기술, 착륙선및 로봇 등 관련 우주산업도 부상하고 있다. (3) 환경적 이슈 분석 인간이 우주 환경에서 거주하기 위한 ‘최소’ 환경 조성을 위한 기술을 도출하고자 우주환경에서의 건설 및 인간 거주를위해 고려해야 할 환경적 이슈를 검토하였다(그림 2 참조).천문 및 우주과학 분야의 전문가 의견과 제공 자료를 기반으로 문제점을 분석하였고, 각 이슈에 대응하기 위한 기술을발굴하고 있다. 해당 기술 발전 양상 및 개발 시점의 확정을고려하고 있으며, 일부 기술의 경우 아직까지 미구현 상태의필요기술도 포함하고 있다. 유인 우주기지건설 기술로드맵 추진 방향 설정 종합적인 유인 우주기지 건설 기반 확보를 위한 임무중심형R&D를 지향하고, 기술 분류체계 기반의 기술 수요조사를 실시하여 유망기술을 발굴하고 글로벌 기술 선도그룹과의 네트워킹 속에서 필요기술의 검증 및 국제협력 의제 도출을 하고자 한다. 유인 우주기지 건설을 위한 기술분류체계 설정 국외의 우주 탐사로드맵 및 기술로드맵을 기반으로 건설 요소를 판별하여 기술분류체계를 설정하였다. 미국항공우주국(NASA)의 Technology Taxonomy 2020, International SpaceExploration Coordination Group(ISECG)의 탐사로드맵, 유럽우주국(ESA)의 Terrae Novae 2030+, 일본 문부성의 우주비전 2050 등을 벤치마킹하여 필수적인 기술군을 우선적으로발굴하였고 우리나라 우주기술로드맵 3.0과도 연계하고 있다. 향후 해당 분류 이외에 필요하다고 판단되는 기술들을 추가로 발굴하여 기술분류체계 고도화 시 추가할 계획을 가지고 있다. ――――――――――――――――― 참고자료 • 정준수, 김한샘, 조현미, 김홍섭, 최경철, 채지용, 최영한(2023). 유인우주기지 건설 기술로드맵 구축을 위한 방향 설정 연구, 한국항공우주학회 2023년도 추계학술대회 논문집, November 16, p.92 • 정준수 외 SA팀(2023). 유인 우주기지건설 핵심기술 협력개발(1차 연도), 착수단계 발표평가자료, November 20 건축연구본부 게시일2024-03-22 조회수 662
• 건축물 안전영향평가란? 건축물 안전영향평가란? ▲ 채지용 KICT 건축연구본부 수석연구원 들어가며 우리나라는 높은 인구밀도를 가지고 있는 나라이다. 전체인구의 약 18%가 서울특별시에 거주하고 있고, 서울을 포함한 수도권 인구는 전체인구의 약 50%를 차지한다. 높은 인구밀도로 인해 우리나라의 건축물은 초고층화 및 대형화되었고, 건축물의 초고층화 및 대형화는 싱크홀, 화재, 붕괴 사고 등으로 인한 불안감 조성, 국민 안전 위협 및 사회적 비용의 증가를 초래하였다. 충분한 사전 조사와 검토 없이 대규모 지반굴착 및 기초공사는 인접 대지 관련 사고를 유발할 수 있으며, 안전사고에 따른 사회·경제적으로 큰 손실을 초래할 수 있으므로 충분한 사전 검토가 필요하다. 건축물 안전영향평가(이하 ‘안전영향평가’)는 건축허가 전 건축계획서 및 기본설계도서 등을 이용하여 건축물의 구조 안전과 인접 대지의 안전에 미치는 영향을 평가하는 것이다. 구조 분야에서는 해당 건축물에 적용된 설계기준, 하중, 하중저항시스템 및 피난계획의 적정성 등을 검토하고, 지반 분야에서는 지반조사 방법, 지하수위 변화 및 지반 안전성 등에 관련된 사항을 검토한다. 유사한 평가제도로는 건축허가 후(일반적으로 ‘실시설계’ 단계) 수행하는 구조안전심의와 지하안전평가가 있으나, 안전영향평가는 기본설계 단계에서 검토를 통해 설계의 문제점 보완 및 개선을 수행하고 구조물 안전 및 설계 효율성을 향상하려는 제도이다. 건축물 안전영향평가 제도 경과 및 절차 안전영향평가는 2016년 2월 건축법에 신설되고, 관련 제도가 정비된 2017년 2월부터 시행되었다. 초기 안전영향평가는 50층 이상의 초고층 건축물과 연면적 10만 ㎡ 이상 건축물이 평가 대상이었으나, 저층이면서 연면적이 큰 건축물의 경우 구조 안전 및 대지의 지반 안전에 미치는 영향이 적다는 점을 고려하여 16층 이상인 건축물로 한정하였다. 이후 빌딩풍 등에 의한 풍하중의 피해가 증가하면서 풍동실험의 검토 항목을 세분화하였으며, 피난계획의 적정성 항목이 추가되었다. 현재 초고층 건축물 또는 연면적 10만 ㎡ 이상이면서 16층 이상인 건축물은 구조물 안전, 피난 및 인접 대지 안전에 대한 기술적 사항을 허가 전 기본 설계단계에서 안전영향평가를 받게 되어 있다. 평가는 건축물 안전영향평가 세부 기준에 따라 건축 관련 업무를 수행하는 공공기관인 한국건설기술연구원, 국토안전관리원, 한국부동산원과 한국토지주택공사에서 진행하고 있다. 안전영향평가는 지자체에서 평가기관에 의뢰 후 진행하게 된다. 평가 기간은 근무일(평일) 기준으로 30일 이내에 완료해야 하며, 20일 범위에서 한 차례 연장할 수 있다. 평가 시작일은 의뢰공문, 평가도서 제출, 평가 비용 입금을 고려하여 산정하며, 검토 의견에 대한 설계사 보완 기간은 기간 산정 시 제외된다. 검토기관에서 수행한 결과는 해당 지자체로 통보하고, 지자체에서는 건축위원회 심의를 개최하여 결과를 확정한다. 건축물 안전영향평가 검토 항목 안전영향평가는 전문성, 공정성 등을 확보하기 위해 관련 학회 및 기술사회에서 추천받아 자문위원단을 구성하고, 자문위원 및 제3자 검토기관 등과 함께 설계 적정성을 검토하게 된다. 중복평가 등을 방지하기 위해 건축법 제13조의2 제7항에서는 ‘다른 법률에 따라 구조안전과 인접 대지의 안전에 미치는 영향 등을 평가받은 경우에는 안전영향평가의 해당 항목을 평가받은 것으로 본다.’라고 되어 있으며, 시기적으로 겹칠 수 있는 일부 항목은 사전 평가 여부에 따라 조정될 수 있다. 평가항목은 크게 구조 분야와 지반 분야로 나뉘며 표 1과 같다. 설계기준 및 하중의 적정성부터 피난계획의 적정성, 지반조사의 적정성부터 인접 대지 지반 안전성 등 건축허가 전 설계단계를 고려하여 평가를 수행하고 있다. 건축물 안전영향평가 주요 문의 사항 안전영향평가 대상 건축물은 한 해 약 10건 내외로 진행된다. 지자체 또는 설계사에서는 대상 건축물이 많지 않기 때문에 관련 정보가 부족하여 유사한 내용의 문의를 많이 한다. 가장 많이 문의받는 내용은 평가 대상 여부와 평가 기간에 대한 사항이다. ① 건축물 안전영향평가 기간 앞서 언급했지만 안전영향평가는 근무일 기준으로 30일 이내에 평가를 수행해야 한다. 한국건설기술연구원에서 지금까지 진행한 약 10건을 기준으로 보면 평균 3~4개월(휴일 포함) 정도가 소요되며, 길게는 약 7개월 이상 소요되는 경우도 있다. 설계사의 보완 기간은 평가 기간 내에 포함되지 않기 때문에 기간 증가에 가장 큰 요인이 된다. 기간 증가는 건축물 안전영향평가 세부 기준 및 건축물 안전영향평가 업무 매뉴얼에 따른 제출서류와 검토를 위한 자료가 미비하여서 주로 발생하고 있다. 특히, 풍동실험은 풍압 실험과 풍환경평가를 사전에 반드시 수행해야 하므로 서류제출 시 관련 검토 항목을 확인 후 절차를 진행해야 한다. ② 건축물 안전영향평가 대상 여부 50층 이상인 초고층 건축물은 연면적에 상관없이 안전영향평가 대상이지만, 연면적 10만 ㎡ 이상이면서 16층 이상인 건축물의 경우에는 연면적을 산정하는 별도의 산식을 가지고 있다. 건물 동수가 2개 이상인 대형건축물은 지하 및 지상층 일부를 공유하는 경우가 많다. 건축물 안전영향평가 업무 매뉴얼에서는 하나의 대지에 둘 이상의 건축물을 건축하는 경우, 건축물의 형태 및 구조적 특성 등을 고려하여 개별 동의 연면적 비에 따라 공유 면적을 산입하여 연면적을 산정할 수 있다고 되어 있다. 그림 2를 통해 예를 들면 아래와 같다. A동 연면적: 6만 + 12만×(6만/20만) = 9.6만 ㎡ B동 연면적: 7만 + 12만×(7만/20만) = 11.2만 ㎡ C동 연면적: 7만 + 12만×(7만/20만) = 11.2만 ㎡ 산출 결과 연 면적 10만 ㎡ 이상과 16층 이상을 동시에 만족하는 대상 건축물은 C동만 해당 한다. 맺음말 안전영향평가는 건축허가 전 기본 설계단계에서 대형구조물의 구조 안전과 인접 대지에 미치는 영향을 검토하기 위해 수행하는 제도이다. 대형구조물은 재난·재해 시 대규모 인적· 물적 피해가 수반될 수 있으므로 설계 초기 단계부터 건축물의 안전성을 종합적으로 평가하여 국민의 생명과 재산을 보호할 수 있을 것으로 판단된다. 피평가자인 설계사에서도 간과하고 있었던 부분을 안전영향평가를 통해 사전에 검토할 수 있는 계기가 되기 때문에 해당 제도가 정착되어 대형구조물의 안전성 향상에 기여할 수 있길 기대한다. 건축연구본부 게시일2023-05-26 조회수 2816
• 노후건축물 디지털 안전정보(구조·화재) 구축 및 관리시스템 개발 노후건축물 디지털 안전정보(구조·화재) 구축 및 관리시스템 개발 ▲ 김태형 KICT 건축연구본부 수석연구원 들어가며 건축물의 노후화가 급격히 증가하는 추세로 30년 이상 경과한 노후건축물은 전체 동수의 1/3 이상을 차지한다. 정부는 건축물 안전사고 예방 및 효율적 관리를 위하여 지난 2020년 5월 「건축물관리법」을 시행하였으나, 현재 개별 건물단위 인력 중심으로 조사·점검 등이 실시되고 있다. 또한, 신축 건축물에 대한 구조·화재 기준은 지속적으로 강화되어 선진국 수준을 확보하고 있으나, 기존 건축물 유지관리는 지자체에서 실효적 정책시행을 위한 제도적·기술적 기반이 부족하다. 이에 기존의 막대한 인력·예산·기간이 소요되는 현장 중심의 건축물 조사·점검 체계를 원격·무인화하고, 취약건축물의 선별 및 체계적인 안전관리를 통해 사전 예측·예방 관리체계로 전환이 필요한 시점이다. 하지만, 안전 사각지대에 놓인 기존 중·소규모 건축물은 대부분이 최소 정보인 도면 등 기초 안전정보가 없고, 점검 비용이 많이 들어 현실적으로 자체 점검은 어려운 실정이다. 또한, 자동화된 정보 취득 및 점검 기술은 항공·기계 등 고부가가치 산업 위주로 발전되었으며, 건설 분야는 SOC시설물을 중심으로 개발되고 있으나 중·소규모 민간 건축물에 적용할 수 있는 저비용 기술은 현저히 부족한 상황이다. 따라서 이와 같은 문제를 해결하기 위한 방안으로 ① 기존 도면의 방대한 비정형 데이터로부터 건축물 안전정보를 신속하게 선별 인식·추출 및 디지털 변환할 수 있는 건축물 안전정보 디지털화 기술, ② 드론·영상장치 등을 이용한 현장 원격·자동화 정보조사 및 점검하는 건축물 현장조사 점검기술, ③ 지자체 연계 광역 단위 디지털 안전정보 구축, 통합관리 서비스 기술 등의 개발이 필요하다. 노후건축물의 디지털 안전관리 요소기술을 제안한 내용은 그림 1과 같다. 이 글에서는 국토교통부 국가 R&D로 추진 중인 ‘광역 단위 노후건축물 디지털 안전워치 기술 개발(’22. 4.~’25. 12.)’ 연구내용을 소개하고자 한다. 디지털 안전관리 시스템 개발 방향 본 연구의 목표는 디지털 기술 활용을 통한 인력 기반 안전관리 대비 건축물 1개동 현장조사·점검시간 50% 단축 실현이다. 대상 건축물은 현행 건축물관리법에서 제외된 임의관리 대상 중 안전사고 위험성 및 시급성이 높은 30년 이상 다중이용 노후건축물로 하였다. 1) 안전정보 디지털화 기술 안전정보 디지털화 기술은 무인기, 이미지 스캔 등을 이용하여 기존 노후건축물 안전정보1의 신속조사 및 구조·화재 위험도 평가에 활용 가능한 디지털 정보모델을 구축하는 기술이다. 세부 요소기술로는 건축물 안전정보 표준 데이터 모델 구축, 2D 도면 안전정보 추출 및 BIM(Building Information Modeling) 디지털화 모듈 개발, 도면 미보유 건축물 안전정보 선별 등이다. 2) 신속 현장 조사·점검 기술 신속 현장 조사·점검 기술은 무인이동체 활용을 통해 노후건축물의 영상취득 및 결함을 탐지하여 구조·화재 관련 안전을 원격 점검하는 기술이다. 세부 요소기술로는 건축물 외부 형상 정보 자동 생성 및 안전점검 기술, 건축물 실내·외 공간 정보 자동생성 및 안전점검 기술, 원격·자동화 안전점검 기술 등이다. 3) 광역 단위 디지털 안전관리 기술 BIM-GIS 기반 광역 단위 건축물 디지털 안전관리 체계를 마련하고, 디지털 안전정보와 점검결과 등 안전관리 시스템 구축 관련 서비스를 제공하는 기술이다. 세부 요소기술로는 디지털 안전정보 통합관리 서비스 구축, 광역 단위 건축물 디지털 안전관리 기술 실증, 노후건축물 안전관리 활용 확대 제도·정책 제안 등이다. 기대효과 및 맺음말 향후 기술개발을 통해 국제 표준 기반(IFC, Industry Foundation Classes)의 기존 건축물 안전관리 업무에 활용 가능한 표준데이터 모델 확보 및 인공지능 기반 설계도서 내 안전정보 추출 등이 가능할 것이다. 또한, 도면 미보유 노후건축물 대상의 현장 정보 구축 및 실내·외 무인 안전점검 기술을 확보하는데 밑거름이 될 것으로 예상된다. 본 기술의 고도화를 통해 안정적으로 적용된다면 기존의 막대한 시간과 비용이 소요되는 인력기반의 노후건축물 관리체계를 자동화함으로써 인력·시간·비용을 획기적으로 절감할 수 있을 것이다. 또한, 궁극적으로 광역단위 안전관리 체계 구축을 통하여 노후 취약 건축물의 안전 위험을 사전에 발견하고 사고를 예방하여 안전사고 예방뿐만 아니라 안전에 대한 사회적 불암감을 해소할 수 있을 것으로 기대한다. ――――――――――――――――― 1 . 공간정보(형상, 치수 등), 건축정보 ――――――――――――――――― 참고자료 • 국토교통부, ‘건축물관리법’, 2020 건축연구본부 게시일2023-11-27 조회수 859
• 국내 모듈러 공동주택 현황 및 향후 역할 국내 모듈러 공동주택 현황 및 향후 역할 ▲ 부윤섭 KICT 건축연구본부 전임연구원 들어가며 모듈러 건축은 공장에서 생산한 모듈러를 현장에서 시공하여 완성하는 친환경적 건축공법 중 하나이다. 터파기, 기초공사 등 현장공사를 수행함과 동시에 모듈러 전용 제작 공장에서 모듈러를 제작하여 현장 반입하여 시공하기 때문에 미세먼지, 민원 등 현장 공기를 지연하는 외부요인을 최소화하여 현장공기를 절반 가까이 줄일 수 있다는 가장 큰 특징을 갖고 있다. 모듈러 건축은 공법에 의해 구분하면 모듈러를 현장에서 쌓아 올리는 적층식 공법과 기둥-보-슬래브가 갖춰진 구조물에 끼워 넣듯 설치하는 인필(Infill)식 공법으로 구분할 수 있고(그림 1) 모듈러를 구성하는 재료적 관점에서 구분하면 철골계 모듈러와 콘크리트계 모듈러로도 구분이 가능하다. 철골계 모듈러는 모듈러 보·기둥 등을 품질이 우수한 강재를 사용하여 제작하므로 고강도·고내구성·우수한 가공성 등의 장점을 갖고 있으나 콘크리트계 모듈러와 달리 내화성능 확보를 위한 별도의상세가 필요하며, 콘크리트 모듈러대비 상대적으로 생산 비용이 높고, 진동에 다소 취약한 점 등의 해결이 필요하다. 콘크리트계 모듈러는 바닥, 벽체 등을 프리캐스트 콘크리트(PC)로 제작하여 고강도·내화성능·우수한 진동성능 및 경제성의 장점을 갖고 있으나 철골계 모듈러 대비 고중량이기 때문에 고층 양중 시어려운 점이 있어 20층 이상 고층형 모듈러 건축을 위해서는 극복해야 할 사항이다(표 1). 국내 모듈러 공동주택 동향 국내의 모듈러 공동주택은 주로 철골계 모듈러를 사용하여 공급되었다. 한국건설기술연구원이 국가 R&D 실증사업으로 SH(서울주택공사)와 추진한 서울 가양동 모듈러 실증 공공주택(2017년)과 LH(한국토지주택공사)와 추진한 천안 두정동 모듈러 실증 공공주택(2019년)은 주택성능 기준을 준수한 최초의 공동주택으로 공급되었으며 이후 지자체 등 공공부문이 임대주택으로 지상 6층 이하의 모듈러 주택을 공급하였다. 한국건설기술연구원은 GH(경기주택도시공사)와 공동으로 용인 영덕동에 중고층 모듈러 공공주택 실증사업(이하 경기행복주택)을 진행하고 있다. 국내 최고층인 13층 규모(106세대)의 경기행복주택은 설계엔지니어링, 공장제작, 현장관리 등 중고층 모듈러 연구단에서 개발한 성과들을 적용할 예정이며 상기 철골계 모듈러의 단점으로 지적한 3시간 내화성능을 공인기관 인정시험을 통해 국내 최초로 확보하여 22년 말 준공을 목표로 현장 공사가 진행되고 있다. SH는 서울 가리봉동에 12층 모듈러 공공주택사업(246세대)과 서울 시내 10층 규모(512세대)의 모듈러 공공주택사업을 추진 중이고, LH는 인천 옹진군 공공실버주택(152세대) 등을 모듈러 공법을 적용하여 공급하였으며 세종시 등에 모듈러 공공주택사업을 추진하고 있다. 정부는 3기 신도시 공공주택 일부를 모듈러 공법으로 전환하여 조기 입주 추진을 검토 중이다. 콘크리트계 모듈러는 민간기업인 KC산업이 한국건설기술연구원과 PC박스형 모듈러를 공동 개발하여 여주 본사, 제주 지사에 홍보용 모듈러 건축물을 구축하였고, 1~2층 규모의 개인주택을 중심으로 주택시장에 진출하였으며 이미 구조 안전성, 거주 성능을 확보함으로써 5층 이하 저층형 공동주택으로 공급도 가능할 전망이다. 모듈러 공동주택의 역할 모듈러 공동주택은 공장제작 건축에 대한 국민 인식 부족과 일반적으로 공동주택을 건설하는 RC(철근 콘크리트)공법 대비 열악한 거주 성능에 대한 오해를 불식시키는 것이 가장 중요하다. 한국건설기술연구원이 추진하는 경기행복주택 뿐만 아니라 공공부문에서 추진하는 모듈러 공동주택이 완공된 후 면밀한 주거성능 검토를 통해 모듈러 주택도 RC 공동주택과 동등한 주거 성능을 확보할 수 있음을 알리고 모듈러 공법을 적용한 주택시장 개척이 필요하다. 2015년 이후 주택 인허가 물량 감소, 수도권 인구 집중 및 가구 분화에 따른 세대수 급증, 질 좋은 주택 재고 부족으로 주택난이 심화되고 있다. 현재 주택 정책은 대규모 택지 개발, 재건축 및 재개발 등 최소 5년 이상 향후에 기대되는 대규모 주택 공급 위주의 정책으로서 도심지 1~2인 가구 등 현재 주택이 필요한 수요층을 만족시키기는 어렵다. 지자체와 지역 주택공사가 공공 소유 소규모 부지에 모듈러 공공주택의 신속 적기에 공급한다면 주택 정책의 영향이 미치지 못하는 틈을 모듈러 공법을 활용함으로써 유연하게 대응이 가능할 것이다. 건축연구본부 게시일2022-08-23 조회수 2968

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