스마트 건설의 3D, 4D, 5D 기술 개념도: 스마트 건설을 구현하는 4D(공정), 5D(비용) 등 관련 특허 출원이 지난해( ’19년) 총 45건으로 크게 늘었다.

최근 건설업계는 가상공간에 시설물의 모든 정보를 입력해 3차원으로 설계, 시공, 물량 및 공정에 관한 각종 정보를 통합적으로 관리하는 건설정보모델링(BIM, Building Information Modeling) 기술이 보편화됐다. 일부에서는 3D 건물에 공정별 데이터를 추가해 전체일정을 예측하는 4D 기술까지 등장했다.

한 발 더 나가, 5D 건설 기술은 4D에 비용을 추가해 가상시공을 통해 최종 일정과 공사비까지 ‘통합관리’한다. 과거 분야별 전문가들이 각자의 도면으로 대면 소통한 반면, 5D 기술에서는 각 전문가들이 전체 건축정보가 입력된 하나의 디지털 파일을 공유하고, 각자의 IT기기로 비대면 소통하면서 변동사항을 실시간 확인할 수 있다.

급증하는 4D(공정), 5D(비용) 특허 출원… 스마트 건설

스마트 건설을 구현하는 4D(공정), 5D(비용) 등 관련 특허 출원은 지난해( ’19년) 총 45건으로 ’15년 이후 3.2배 증가한 것으로 나타났다.

4D, 5D 기술 관련 스마트 건설 분야 특허출원 동향

이러한 추세는 ▲일정관리(4D)를 통한 공사비용(5D)의 절감이 지능형건설에 필수적이고 ▲현장에서는 변동된 일정(4D)에 따른 비용예측(5D)이 더욱 요구되며 ▲초기 3차원 모델에 5D까지 다양한 건설정보 입력이 가능함에 따라, 5D 기술 특허출원이 지속적으로 늘어난 것으로 해석된다.

최근에는 ▲다양한 스마트 기기를 활용한 통합관리 시스템 ▲사물인터넷 센서를 통한 비대면 관리 (공장출하, 반입, 시공확인) ▲비전문가와의 소통을 위한 동영상 및 시각화 자료 자동생성 기술 ▲주변 시설물의 건축정보를 입력하여 현장 안전을 관리하는 기술까지 다양한 분야로 확장되어 출원되고 있다.

건설 분야 과거 개별소통 관리 vs 5D 기술을 활용한 비대면 통합관리

출원인 유형별로는, 중소기업이 46%(66건), 대학 및 연구기관이 37%(53건), 개인 9%(13건), 대기업이 8%(11건)을 출원한 것으로 조사됐다. 이는 중소기업 중심으로 현장 적용성과 생산성 향상을 위한 기술 개발이 활발하게 이루어지기 때문으로 보인다.

분야별로는 4D 분야가 ’16년부터 11~14건의 출원을 유지한 반면, 5D 분야는 ’17년에 4D 분야를 추월 후 ’18년에 22건, ‘19년에 31건으로 크게 증가했다. 또한 ’20년 7월까지 5D 분야 출원은 16건으로 코로나19에도 불구하고 전년 동기(13건) 대비 23% 증가한 것으로 나타나, 올해 출원도 크게 늘어날 전망이다.

‘ICT 기반 공정관리’, ‘건축정보모델 생성’ 등… 4D, 5D 건설 등록특허

4D, 5D 기술 관련 스마트 건설 분야 등록특허 가운데 ‘ICT 기반의 공정관리 시스템’ 특허는 실제 공정현황을 시각화하여 현장의 실무자 뿐만 아니라, 발주자, 경영자 및 관리자 등의 다양한 관계자들이 계획 대비실제 공정율 등 현장의 상황을 다양하게 파악할 수 있는 기술이다.

또한 공사비 자동 산출 시스템 및 방법’ 특허는 BIM 모델링에 추가된 다양한 건설공사 관련 정보를 활용해 공사비 자동 산출, 공사 선후행 관계, 공정 파악 등을 통합관리하는 시스템이다.

실시간 거리 측정과 위치 추적을 통해 자재출고 명령 및 출고되는 자재의 정보를 전송 후, 수신된 식별 정보와 신호 정보를 감지해 자재의 출고시간, 현 위치, 시공 상태, 완료시점 등을 관리하는 ‘태그의 매핑정보와 신호정보를 이용한 실시간 자재 및 공정 관리 시스템’ 특허도 있다.

‘4D 건축정보모델 애니메이션 자동 생성 시스템’ 특허는 건축주와의 의사소통 효율을 높이기 위해 각 공정별 건설 과정을 쉽게 확인할 수 있도록, 진행되는 공사내용에 따라 4D 정보를 포함한 동영상을 생성해 다수 관련자와의 의사소통 효율성을 높이는 기술이다.

현장에서 인접건축물까지 건물정보를 통합해 BIM생성부를 구비하고, IOT 센서부의 계측 데이터 및 구조물 안전 평가의 결과값을 분석해 붕괴상황 시나리오 데이터까지 구축하고 이를 사전에 알려주는 ‘IOT 기반 도심지 건설현장 상시 안전관리 시스템’ 특허도 있다.

특허청 황성호 건설기술심사과장은 “현장인력 위주인 건설 현장에서 코로나19 이후 시대를 대비하는 비대면 5D 기술 특허 출원은 계속 이어질 것으로 보인다”며 “향후 지속적인 기술발전과 데이터 축척으로 6D(자재 구매/조달), 7D(유지보수/관리)까지도 가능한 특허 출원이 증가할 것”으로 내다봤다.

박경일     kips1214@naver.com