4차 산업혁명과 건설산업의 미래

오원섭원장(기계산업전략연구원, 4차 산업혁명 강사)

1. 4차 산업혁명과 건설산업
4차 산업혁명을 우리사회의 화두로 등장시킨 2016년 1월의 다포스포럼 후 4차 산업혁명은   산업계는 물론이고 사회의 모든 분야에서 커다란 변화의 파도로 다가오고 있다. 건설분야에도 새로운 정보통신기술 등이 접목되어 획기적인 건설공법과 건설프로세스는 물론 건설산업의 전 Life-Cycle에서 혁신적인 변화가 기대되고 있다. 연결과 지능혁명인 4차 산업혁명과 산업계의 메가트렌드에 따르면 산업구조의 변화, 생산방식의 변화, 사회 환경의 변화, 근로 형태의 변화 등 많은 변화가 일어나고 있다. 우선 산업 구조 측면의 변화를 살펴보면 

2. 산업계의 메가트렌드
첫째로 디지털 기반의 산업구조 중심으로의 변화이다. 아날로그 중심에서 디지털 기반 경제 중심으로 산업구조가 변경되면서 산업은 더욱 스마트화 해지고 서비스업의 발달 가속화되고 제조업과 서비스업의 융합에 따른 제조업의 서비스화가 빠르게 진행되고 있다. 건설산업도 디지털 경제로의 전환에 따라 친환경화의 진행도 가속화 되고 있다. 
산업의 디지털화에 따라 사람과 사물이 서로 연결되는 플랫폼의 구축이 산업경쟁력의 가장 중요한 핵심요소로 떠오르고 있다. 건설산업도 예외는 아니다.
둘째로 생산방식의 변화를 살펴보자. 스마트 기반 기술에 의한 건설시공에서도 무인화와 자동화가 빠르게 진행되고 있다. 사람과 기계간의 협업 및 상호작용으로 다양한 업무 형태가 창출되고 있다. 정보통신기술의 발달에 따라 원격조정방식의 건설기계 운영 및 작업현장 관리가 가능해지고 있다. 뿐만 아니라 디지털 생산시설을 갖춘 스마트 공장 도입에 따라 이제까지의 생산자 중심에서 소비자와 수요자 중심의 생산체제로 변경되어 개방형 제조서비스를 통한 개인 맞춤 생산이 활성화 될 것이다. 건설산업에서도 시공자 중심 건설체제에서 발주자와 사용자중심의 건설시스템으로 변경되어 사용자 맞춤형 건설 생산 체제로 바뀔 것이다. 다른 한편으로는 전 업종에 걸쳐 아웃소싱 확산, 원·하청 관계의 변화, 3D프린터의 등장으로 1인기업과 같은 새로운 기업 운영 방식으로의 변화에 따른 외주화가 확산 될 것이다.  
셋째로 사회 환경의 변화이다. 앞으로의 사회는 삶의 질의 향상을 위한 안전과 친환경 욕구가 크게 증대될 것이다. 이제까지의 생산성 중심에서 사용자와 근로자의 복지와 안전, 건강문제가 핵심과제로 대두될 것이다. 인구의 감소, 빈곤 노인층의 증가와 새로운 라이프스타일의 출현으로 많은 변화를 가져올 것이다. 기업측면에서도 뉴노멀(New Normal)시대의 진입에 따라 기업의 신산업 선점을 위한 구조조정이 가속화 되고 청년실업, 저출산 등 악순환의 구조조정이 일어날 것이다. 
넷째로 근로형태가 대폭 변화할 것이다. 건설산업 현장의 인력구성의 변화가 일어날 것이다. 우리나라는 출산율의 저하에 따른 청년 인력의 공급이 여의치 않아 고령자, 여성근로자, 외국인근로자 등의 경제활동 참여가 대폭 확대되면서 이에 따른 최적의 근로 환경 조성에 따른 안전하고 건강한 작업환경을 조성하여 생산성을 유지하거나 향상시키는 것이 중요한 과제로 대두될 것이다. 산업과 기술의 혁신적인 변화에 따른 다양한 형태의 고용관계가 발생하고 중간층 근로자들의 붕괴 현상과 감소가 발생할 것이다. 무인운반차, 자율주행 건설기계, 드론, 3D프린터, 건설용 로봇 등 다양한 형태의 신기술들이 건설현장에 나타날 것이다. 작업조건의 유연성이 확대 될 것이고 작업환경과 생활공간의 경계가 붕괴되어 전통적 작업시간의 개념도 모호해질 것이다. 디지털 경제시대에는 디지털기반 노동확대로 근로자들의 지능정보기술의 학습 능력이 요구되어 이에 대한 적절한 교육시스템 구축이 필요하다. 또 플랫폼 경제의 확산에 따라 비정형적인 고용은 계속 증가될 것이다. 
다섯째로 4차 산업혁명에서는 사물과 인간과 인터넷이 상호 연결되므로 이의 통신과 소통을 위한 표준이 필수적으로 요청된다. 따라서 좀 더 적극적으로 표준화 작업에 참여하여 우리의 건설기술이나 시스템이 국제표준이 되도록 노력해야 한다. 앞으로는 국제 표준 선점이 어느 때 보다도 중요한 시기가 다가오고 있다. 
다른 한편으로는 사회 각 계층의 안전, 보건, 환경 등에 대한 가치 확산이 필요하게 될 것이다. 
4차 산업혁명으로 경제적으로는 전반적으로 향상될 것이나 산업안전 측면에서는 산재 취약계층의 산업 재해는 증가될 수도 있어 이에 대한 대책이 필요하다. 또 근로형태 변화에 따라 이에 적합한 안전보조관리 체계의 변경 요구가 분출할 것으로 예상되므로 이에 대한 사전준비로 변화되는 근로환경에 적합한 안전관리가 필요하게 되었다.

3. 건설산업의 현 위치
게임의 법칙이 바뀌고 있다. “현존하는 기업은 10년 이내에 40%가 망할 것이다. 4차 산업
혁명 시대를 맞아 디지털로 변신한 기업만 살아남는다.” 존·챔버스 전 시스코회장의 예언이다. 시가총액 세계 TOP10 기업 모두가 서비스 기업이다. 지능정보통신과 신기술을 산업 등 생활 모든 부문에 융복합 시켜 전혀 새로운 제품, 서비스, 비즈니스를 만들어 내는 것이 앞으로 
경쟁력의 핵심이다. 건설산업도 예외는 아니다. 새로운 기술인 인공지능, 사물인터넷, 빅데이터, 스마트건설기계, 지능형 건설로봇, 무인기, 가상현실, 증강현실 등 새로운 기술들을 융합시켜 최적화를 통해 경쟁력을 확보하는 기업만이 생존할 수 있다. 변화하는 비즈니스 환경에 적합한 비즈니스 모델, 새로운 플랫폼을 구축해야 한다. 

4차 산업혁명시대 우리 건설산업의 위치는 어디쯤일가? 세상은 어떻게 변하고 경쟁기업들은 어떻게 대처하고 있으며 우리는 어떻게 대처해 나가야 할까?
경제성 측면에서 바라보면 지난 50년간 건설산업은 다른 산업들과 비교해서 지속해서 생산성이 저하되고 있다. OECD의 통계에 따르면 1989년~2009년 사이 기타 산업의 생산성은 63%올랐는데 건설산업의 생산성은 22%나 감소한 것으로 보고하고 있다. 
우리나라의 건설산업의 현주소도 부가가치가 높은 기본설계, 개념설계는 거의 해외업체들이 차지하고 상세설계만 담당하는 실정이다. 신기술인 사물인터넷(IoT), 인공지능(AI), 클라우딩, 빅데이터, BIM, 조립식 건축 등 지속적으로 영향력이 높아지는 기술도입도 뒤쳐지고 있다.
고령화, 기후변화, 재난재해, 통일대비 등 사회적 이슈도 해결해야 한다.
지능정보통신(ICBM+AI)과 신기술을 결합한 건설의 기획-설계-시공-운영-폐기 등 생애주기전반에 걸친 연계가 이루어지는 통합프로세스 적용을 통한 건축프로세스의 변화를 가져올 수 있는 신기술을 활용한 모듈러 건축, 3D프린팅 건축, ICT 등 시스템의 구축이 필요하다. 
4차 산업혁명은 인공지능(AI), 사물인터넷(IoT), 3D프린팅 기술의 발전, 빅데이터, 건설용 로봇시스템 기술, 가상증강현실 등의 등장과 발전으로 초연결성, 초지능화, 초스피드화의 특성을 가지고 산업뿐만 아니라 우리 생활의 모든 분야에 변화와 혁신을 가져오고 있다. 그러나 우리나라는 4차 산업혁명 준비정도가 전 세계 139개국 중 25위에 그치고 말레이시아(22위), 체코(24위)보다도 낮다. 더구나 건설산업의 4차 산업혁명 핵심기술 활용도도 타 산업 대비 현저히 떨어지는 것으로 고용정보원 조사에서 나타났다. 
인공지능 기술은 23개 직종 평균이 16.6%이나 건설관련직은 11.4%에 머물렀고 사물인터넷 기술도 평균이 11.9%이나 건설 관련 직은 9.1%이다. 표에서 보는바와 같이 건설산업 특성으로 가상현실과 드론 활용은 2.3%와 4.5%로 그나마 앞서있다. 

4. 건설산업의 밸류체인별 4차 산업혁명 신기술 도입
건설산업의 밸류체인 변화와 4차 산업기반 기술의 적용과 활용성을 살펴보자
건설산업의 밸류체인은 (1) 기획, 설계 (2) 구매조달 (3) 시공, 감리(4) 유지보수의 4단계로 단순화하여 단계별 4차 산업혁명의 구체적인 대응방법을 알아본다.

1) 기획설계단계
최근 건설공사가 대형화, 복잡화되면서 기획, 설계단계에서부터 발주자, 시공자와의 다양한 협업이 필요해졌다. 발주자는 설계완료 전에 기술수준, 공법, 프로젝트의 기간과 비용 등의 정보를 설계자에게 제공하여 프로젝트의 효율을 높일 수 있다. 
BIM(Building Information Modeling)은 3차원 정보모델을 기반으로 시설물의 생애주기에 걸쳐 발생하는 모든 정보를 통합하여 활용할 수 있도록 시설물의 형상, 속성 등을 정보로 표현하는 디지털모델로 사업관계자들의 협업을 이끌어낼 플랫폼 역할을 수행하는 4차 산업혁명시대 건설산업에 도입해야 할 핵심기술이다. 여기에 가상현실(VR), 증강현실(AR)을 통해 가상건축물을 체험해가면서 의견교환을 통해 설계도를 변경하고 변경내용을 바로 확인하여 기존의 2D와 3D도면 검토 시 보다 매우 효율적으로 결정할 수 있다. 드론을 통한 현장 측량데이터를 3D로 변환하여 설계와 시공에 연결시킬 수도 있다.  

2) 구매조달단계
우리나라는 건설산업에서 구매조달은 설계 및 시공단계와 비교하여 중요성이 낮게 평가되고 있다. 그러나 프로젝트의 대형화 및 복잡화로 구매조달의 중요성이 점점 높아지고 있어 전략적인 수주체계 확립과 수주 후의 합리적인 조달계획이 매우 중요하므로 구매조달 단계에서의 신기술 도입이 필요하다. 구매조달에서도 사물인터넷과 빅데이터 활용이 최근 도입되고 있다. RFID(전자태그)을 건설자재, 건설중장비와 인력에 내장시켜 무선정보통신으로 정보를 추적하는 시스템의 도입이다. 실시간으로 정보를 추적 관리하는 기술로 건설자재관리의 효율화를 통해 30%이상의 공기를 단축하는 등 다양한 업무에서 활용되고 있다. 
4차 산업혁명의 핵심기술인 데이터화(IoT), 정보화(클라우드, 빅데이터), 지능화(AI), 스마트화(아날로그화)의 4단계 과정을 통해 최적화 및 작업효율을 증가시키는 방안을 강구해야 한다. 

3) 시공감리단계
시공단계에서는 드론, 3D프린팅, 모바일기기 등 4차 산업혁명 기반 기술이 BIM플랫폼을 통해 스마트건설을 구현시키고 있다. 드론을 활용하여 부지를 측량하여 이를 기반으로 자동으로 굴착량을 계산하고 시공계획을 세워 시뮬레이션 하여 공사 공정 및 안전계획 실행으로 비용과 시간을 감축시킬 수 있다. 3D프린팅 기술이 발전함에 따라 BIM으로 설계된 건물의 구성요소들이 공장에서 자동으로 생산되고 현장에서 조립위주의 작업이 이루어져 건설프로세스의 자동화가 이루어지는 모듈러공법이 활성화될 것이다. 태블릿PC, 스마트글래스, 스마트헬멧 등 모바일기기는 시공현장의 생산성과 커뮤니케이션을 증진해 협업과 자료공유에 큰 도움을 주어 시공단계에서 발생할 수 있는 설계변경이 재시공으로 이어져서 비용과 시공이 낭비되는 설계변경을 최소화 할 수 있다. 

4) 유지관리단계
유지관리 분야에서 사물인터넷(IoT)을 활용한 유지관리시스템을 구축하여 건물이나 시설의 효율적인 관리로 비용절감은 물론 건물이나 시설의 성능 향상을 위한 유지보수 계획을 최적화 할 수 있고 순찰 드론을 활용하여 외벽 균열 및 부식 등 시설물의 안전상태 확인과 순찰을 위해 작업인력이 직접 투입되어 작업이 진행되어 인력과 시간, 장비투입의 비용이 많았으나 드론을 투입하면 24시간 저렴한 비용으로 고정밀 영상이나 열화상센서 등을 통해 근접촬영도 가능해진다. 순찰드론, 스마트지진계, 사물인터넷 등 신기술을 활용한 IoT플랫폼을 통해 안전사고, 화재, 지진, 미세먼지 감지 등 첨단 유지관리시스템을 구축할 수 있다.

5. 우리의 전략
4차 산업혁명시대의 도래를 주장했던 클라우스 슈밥은 4차 산업혁명이 가져올 변화의 속도는 과거의 산업혁명과는 비교도 안될 만큼 빨리 준비하지 않으면 국가든 기업이든 도태될 것이라고 말한다. 도태되지 않고 계속 성장하기 위한 전략은 무엇이 있을까?  

1) 건설산업의 4차 산업혁명 신기술 및 지능정보통신과의 융복합화 
건설산업이 4차 산업혁명시대에 살아남기 위해서는 지능정보통신(ICBM+AI)과 신기술인 인공지능, 지능형로봇, 드론, 무인건설기계, 사물인터넷, 3D프린팅, 가상·증강현실(VR,AR)등 신기술과 융복합하여 생산성을 획기적으로 향상시켜야 한다. 

2) 건설산업의 전 라이프사이클을 연결하는 Platform구축, 기획, 타당성설계, 구매조달, 시공, 감리, 유지보수 등을 지능정보통신을 통해 연결하는 건설산업 종합플랫폼을 구축해야 한다.
이를 통해 각 단계별로 최적화하고 이를 연결하여 건설산업 전 공정을 최적화하고 관리해야 한다. 이를 통해 단계별로 신산업의 창출에 노력해야 한다.

3) 스마트건설기계 및 시공자동화시스템 개발을 위해서는 건설산업계와 건설기계산업계의 협력과 공동개발이 필요하다. 시공자동화시스템과 무인화 및 스마트화 건설기계 개발을 위해서는 양산업계와 정부의 협력으로 국책사업으로 건설시공자동화와 건설기계 스마트화에 국가적인 차원에서 매진해야 한다. 
                    
4) 건설산업의 스마트화, 친환경화, 초연결화에 따른 건설산업의 연구개발 및 인력개발이 진행되어야 한다. 이제는 인력의 양이 문제가 아니라 필요한 첨단기술을 가진 인력이 필요하다. 

5) 유지보수시장 확대에 대비
2020년 이후 건축물 및 사회기반시설의 유지보수 수요가 급증할 것으로 예상되므로 이에 대한 대책을 수립해야 한다. 유지보수수요는 재건축(Rebuild), 개축(Renewal), 보수(Repair), 보강(Reinforcement)등으로 세부시장이 형성되고 있어 이에 대한 준비가 필요하다.
특히 사물인터넷과 지능정보 통신기술을 활용한 예지정비시스템 구축이 필요하다. 

6) 신축시장 축소 및 질적변화 
신도시 개발· 광역교통망 확충 등 대규모 신규프로젝트가 축소되는 대신 노후시설의 재건축비중이 신축 건설시장에서 확대되므로 신축시장은 축소되고 공공부문도 유지보수 수요급증으로 신축시장의 상당 폭 축소되므로 이에 대비해야 한다. 

7) 운영시장 성장 및 시공부문과의 시너지 확대
주택을 포함한 건축물 대상으로 임대관리 및 유지관리, 자산관리 시장까지 영역을 넓히는 가치사슬 확장에 관심을 가져야 할 것 이며 사회기반시설 대상으로 해당시설의 운영, 유지보수를 포함한 위탁관리로 사업범위를 넓히는 방안을 심도있게 고려해애 할 시점이다. 
특히 남북경제협력 추진 시 IoT기술을 활용한 건설기계 원격관리시스템 구축으로 장비의 효율적인 관리운영이 필요하다. 4차 산업혁명은 우리에게 주어진 마지막 기회이다. 이를 잘 활용하여 우리나라가 한 단계 도약하는 기회로 만들어야 한다. 

<부지 측량용 드론>

<보다 프로 사진-기계산업전략연구원>