[논문]3D스캐닝을 이용한 건설공사 스마트 품질점검 방안에 관한 연구

이돈수; 김광희

doi:10.5345/jkibc.2020.20.2.191

3D스캐닝을 이용한 건설공사 스마트 품질점검 방안에 관한 연구
Smart Quality Inspection Scheme for Construction Project Using 3D Scanning Technology 원문보기

한국건축시공학회지 = Journal of the Korea Institute of Building Construction, v.20 no.2, 2020년, pp.191 - 198

이돈수 (CS team, Korea Development Corporation) , 김광희 (Department of Architectural Engineering, Kyonggi University)

초록
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건설산업에도 스마트 건설기술들이 많이 도입되고 있으며, 여러 기술 중 3D 스캐닝과 BIM을 이용한 품질관리를 시도하는 회사가 증가하고 있다. 따라서 본 연구에서 3D 스캐닝과 BIM을 현장 품질점검 사례에 적용하여 활용가능성과 효용성을 확인하였다. 그 결과 3D 스캐닝과 BIM을 활용한 품질점검은 기존에 시행했던 품질점검보다 시간적으로 단축되고 적은 인력으로도 실현이 가능하다는 것을 확인하였다. 따라서 품질점검의 다양한 분야에 3D 스캐닝과 BIM을 활용한 기술을 적용할 수 있을 것으로 사료된다.

Abstract ▼ AI-Helper

The several smart construction technologies are being introduced to the construction industry, and among these technologies, a few companies are attempting quality control using 3D scanning and BIM. Therefore, in this study, 3D scanning and BIM were applied to cases of on-site quality inspection to confirm the applicability and utility. As a result, it was confirmed that the quality inspection using 3D scanning and BIM was shorter in time than the previously performed quality inspection and can be realized with less manpower. Therefore, it is considered that 3D scanning and BIM-enabled technologies can be applied to various items of quality inspection.

주제어

표/그림 (14)

표 Table 1. General quality inspection process
그림 Figure 1. 3D scanning process
그림 Figure 2. 3D scanning can be the foundation of BIM process
그림 Figure 3. The execution of quality inspection using BIM
그림 Figure 4. Quality inspection BIM model using 3D scanning
그림 Figure 5. 3D scanning of apartment'’piloti area
그림 Figure 6. 3D scanning of apartment's unit
그림 Figure 7. 3D scanning of apartment's parking building
그림 Figure 8. 3D scanning result of apartment slab
그림 Figure 9. 3D scanning result of floor level
그림 Figure 10. 3D scanning result of piloti column
그림 Figure 11. 3D scanning result of apartment's unit floor
그림 Figure 12. 3D scanning result of parking building
표 Table 2. Applicable items of 3D scanning to construction

AI 본문요약
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문제 정의

그러나 실제 건물에 적용하여 그 결과를 도출한 사례가 부족하다. 따라서 본 연구에서 레이저스캐닝 기술을 실제 프로젝트를 대상으로 적용하여 그 효용성을 분석하여 그 활용성을 검토하고자 한다.
본 연구에서는 레이저 스캐닝 기술을 실제 프로젝트 품질점검에 적용하여 그 활용 가능성을 확인하고자 하는 연구이다. 따라서 세 개의 실제 프로젝트 사례에 적용하여 스캐닝한 결과를 도면과 비교하여 정확도 등을 알아보고자 한다.

제안 방법

2) 서울 강동구에 위치한 도 다른 아파트 현장의 단위세대마감 전 바탕면을 3D 스캐닝하여 품질 점검을 실시하였다(Figure 6참조).
3) 강원도 동해에 위치한 에폭시 도장까지 완료한 아파트 지하주차장을 3D 스캐닝 하여 천정고, 기둥간격, 지하주차장 평활도 및 주차간격 등에 대하여 품질점검을 실시하였다(Figure 7참조).
3D 레이저 스캐닝 기술을 건축공사 품질점검에 활용 가능성을 검토하고자 실제 프로젝트에 적용하여 골조와 마감의 품질점검을 실시하여 그 결과를 확인하였다. 세 개 현장에 3D 스캐닝을 이용하여 측정을 하고 BIM으로 모델링하여 도면과 비교한 결과 공사가 완료된 골조나 마감의 정밀도를 빠르고 정확하게 측정할 수 있었다.
3D 스캐닝을 이용한 BIM을 이용한 품질점검은 3개 현장에서 다른 형태(부위)에 대하여 실시를 하였다. 그 상세내용을 살펴보면 다음과 같다.
구조체 측정은 국토교통부에서 관리하고 있는 바닥충격음 차단구조인정 및 관리기준인 바닥두께와 바닥 평활도 만족도를 확인하기 위하여 품질점점을 하였다. 바닥두께는 하부층 천정과 상부층 바닥 스캐닝 데이터를 정합하여 2개의 공간 이격거리를 확인한 결과 화장실, 발코니, 공용복도 등(orange color(흑백시 연한색))을 제외하고는 슬래브 두께 기준을 만족(Red색(흑백시 진한색)이 진할수록 기준 충족)하는 것으로 나타났으나 일부 구간에는 두께 기준을 만족하지 못한 것으로 나타났다(Figure 8참조).
첫째, 이론적 고찰을 통하여 레이저 스캐닝 기술을 건설에 활용과 레이저 스캐닝 기술에 대하여 알아보았다. 둘째, 실제 프로젝트 사례에 레이저 스캐닝 기술을 적용하여 스캐닝을 하여 디지털화 한 데이터와 도면과 비교를 하였다. 셋째, 실제 프로젝트 사례를 스캐닝하고 결과를 분석하여 향후 레이저 스캐닝 기술을 건설공사 품질관리 활용 가능분야를 도출하였다.
본 연구에서는 레이저 스캐닝 기술을 실제 프로젝트 품질점검에 적용하여 그 활용 가능성을 확인하고자 하는 연구이다. 따라서 세 개의 실제 프로젝트 사례에 적용하여 스캐닝한 결과를 도면과 비교하여 정확도 등을 알아보고자 한다. 레이저 스캐닝 장비는 국내에서 사용한 실적이 많은 트림블 3D 레이저 스캐너(Trimble 3D Laser Scanner) TX8을 이용하여 스캐닝을 진행하였다.
따라서 세 개의 실제 프로젝트 사례에 적용하여 스캐닝한 결과를 도면과 비교하여 정확도 등을 알아보고자 한다. 레이저 스캐닝 장비는 국내에서 사용한 실적이 많은 트림블 3D 레이저 스캐너(Trimble 3D Laser Scanner) TX8을 이용하여 스캐닝을 진행하였다. 실제 레이저 스캐닝의 스캐닝 가능 범위 등을 고려하여 스캐닝한 사례는 1) 공동주택 단위세대 구조체와 필로티, 2) 공동주택 단위세대 바탕면, 3) 공동주택 주차장 바닥 슬래브 등으로 한정하여 진행하였다.
바탕면 측정은 최종마감인 마루, 타일, 벽지, 도장 등을 마감하기 전에 바탕면 자체에 수직 및 수평에 대한 평활도를 측정하여 수직 및 수평 불량하자를 방지하기 위하여 품질점검을 하였다. 바닥 평활도는 대부분 양호한 상태이나 복도와 거실의 경우에는 일부 구간(점선 박스부분)에서 4mm에서 5mm까지 구배가 발생된 것으로 나타났다.
필로티 부분을 3D 스캐닝을 한 후 정합하는 과정을 진행하여 실제로 보는 것과 동일한 정밀한 모델을 시각화할 수 있도록 하였는데, 상세한 성세과정으로 점(point)의 집합을 통해 면을 현성하여 클라우드(cloud)를 이용 3D 모델을 완성하게 되다. 이렇게 완성된 3D모델을 BIM 도면이나 2D 도면과 비교하여 대상부위의 정밀도나 요구품질을 확인하였고 다른 사례도 동일한 과정을 거쳤다.
3D 스캐닝 기반의 품질점검 BIM모델은 Figure 4와 같다. 즉, 설계단계의 BIM과 3D 스캐닝을 토대로 생성된 시공단계 BIM 모델을 비교하여 허용여부를 판단하고, 그 결과에 따라 품질점검 결과를 시공과정에 반영하게 된다.
지하주차장 측정은 주차 면과 통로가 유효 높이, 유효 폭, 바닥의 평활도 등을 주차장법과 교통영향평가 기준에 적합 여부를 확인하기 위하여 품질점검을 하였다. 유효 높이는 주차면 2,100mm와 주차 통로 2,300mm 이상이 확보되었다.
본 연구의 목적을 달성하기 위해 다음과 같은 절차로 진행하였다. 첫째, 이론적 고찰을 통하여 레이저 스캐닝 기술을 건설에 활용과 레이저 스캐닝 기술에 대하여 알아보았다. 둘째, 실제 프로젝트 사례에 레이저 스캐닝 기술을 적용하여 스캐닝을 하여 디지털화 한 데이터와 도면과 비교를 하였다.

대상 데이터

1) 서울 강동구에 위치한 아파트 현장에서 필로티 공간에서 기둥과 단위세대 구조체 측정을 대상으로 하였다(Figure5 참조). 필로티 부분을 3D 스캐닝을 한 후 정합하는 과정을 진행하여 실제로 보는 것과 동일한 정밀한 모델을 시각화할 수 있도록 하였는데, 상세한 성세과정으로 점(point)의 집합을 통해 면을 현성하여 클라우드(cloud)를 이용 3D 모델을 완성하게 되다.
실제 레이저 스캐닝의 스캐닝 가능 범위 등을 고려하여 스캐닝한 사례는 1) 공동주택 단위세대 구조체와 필로티, 2) 공동주택 단위세대 바탕면, 3) 공동주택 주차장 바닥 슬래브 등으로 한정하여 진행하였다. 즉, 공동주택에서 나올 수 있는 대표적인 경우를 고려하여 사례를 선정하고 진행하였다.

성능/효과

세 개 현장에 3D 스캐닝을 이용하여 측정을 하고 BIM으로 모델링하여 도면과 비교한 결과 공사가 완료된 골조나 마감의 정밀도를 빠르고 정확하게 측정할 수 있었다. 기존에 기술자가 줄자, 레벨기, 수평대등을 활용하여 측정한 것보다 좀 더 적은 인력으로 많은 양의 측정이 가능하다는 것을 확인할 수 있었다.
구조체 측정은 국토교통부에서 관리하고 있는 바닥충격음 차단구조인정 및 관리기준인 바닥두께와 바닥 평활도 만족도를 확인하기 위하여 품질점점을 하였다. 바닥두께는 하부층 천정과 상부층 바닥 스캐닝 데이터를 정합하여 2개의 공간 이격거리를 확인한 결과 화장실, 발코니, 공용복도 등(orange color(흑백시 연한색))을 제외하고는 슬래브 두께 기준을 만족(Red색(흑백시 진한색)이 진할수록 기준 충족)하는 것으로 나타났으나 일부 구간에는 두께 기준을 만족하지 못한 것으로 나타났다(Figure 8참조).
3D 레이저 스캐닝 기술을 건축공사 품질점검에 활용 가능성을 검토하고자 실제 프로젝트에 적용하여 골조와 마감의 품질점검을 실시하여 그 결과를 확인하였다. 세 개 현장에 3D 스캐닝을 이용하여 측정을 하고 BIM으로 모델링하여 도면과 비교한 결과 공사가 완료된 골조나 마감의 정밀도를 빠르고 정확하게 측정할 수 있었다. 기존에 기술자가 줄자, 레벨기, 수평대등을 활용하여 측정한 것보다 좀 더 적은 인력으로 많은 양의 측정이 가능하다는 것을 확인할 수 있었다.
둘째, 실제 프로젝트 사례에 레이저 스캐닝 기술을 적용하여 스캐닝을 하여 디지털화 한 데이터와 도면과 비교를 하였다. 셋째, 실제 프로젝트 사례를 스캐닝하고 결과를 분석하여 향후 레이저 스캐닝 기술을 건설공사 품질관리 활용 가능분야를 도출하였다.
유효 높이는 주차면 2,100mm와 주차 통로 2,300mm 이상이 확보되었다. 유효 폭은 주차장법 기준으로 확보되었으나 기둥의 위치가 8mm에서 30mm까지 일부 구간에서 오차 발생과 주차면 도색 또한 일부 구간에서 오차가 발생된 것으로 나타났다. 그리고 주차장바닥 평활도 일부 구간에서 12mm에서 21mm까지 평균 평활도 대비 상승된 것으로 나타났다(Figure 12참조).

후속연구

따라서 공사 전 단계 또는 공사단계에 3D 스캐닝과 BIM을 활용한 품질점검을 적은 인력으로 효율적으로 품질점검을 실시하여 실제적으로 건설공사의 품질을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 원가를 절감할 수 있을 것이다. 그러나 3D 스캐닝과 BIM을 활용한 품질점검이 건설공사에 정착하기 위해 선행되어야 할 것이 있다.
그리고 3D 스캐닝이 고가이므로 저렴한 기계가 공급되어 많은 3D 스캐닝 기계를 확보할 수 있어야 하며, 운용 인력을 많이 양성되어야 할 것이다. 마지막으로 3D 스캐닝과 BIM을 이용한 품질점검 사례가 여러 항목별로 축적하여 시스템화 한다면 좀 더 효율적으로 운용이 가능할 것이다.
사례현장을 통하여 3D 스캐닝을 이용한 골조 및 마감의 상태를 점검한 결과를 살펴보았고, 사례적용을 통하여 추정한다면 품질점검에 3D 스캐닝을 활용할 수 있는 범위가 매우 넓을 것으로 사료된다. 따라서 모든 것을 사례점검을 통하여 확인하지는 못하였지만 공동주택 건설공사 품질점검에 활용 가능한 항목은 Table 2와 같다.
그러나 3D 스캐닝과 BIM을 활용한 품질점검이 건설공사에 정착하기 위해 선행되어야 할 것이 있다. 즉, 설계도면이 당초에 BIM으로 작성되면 3D 스캐닝과 BIM을 이용한 점검 결과 값과 쉽게 비교할 수 있으므로 설계과정에서 BIM 활용이 활성화 되어야 할 것이다. 그리고 3D 스캐닝이 고가이므로 저렴한 기계가 공급되어 많은 3D 스캐닝 기계를 확보할 수 있어야 하며, 운용 인력을 많이 양성되어야 할 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	국토부에서 제시한 스마트 건설기술의 정의는?	국토교통부에서 제시한 스마트 건설기술 로드맵[1]에 따르면 스마트 건설기술의 개념과 적용분야 등은 다음과 같다. 스마트 건설기술은 건설에 BIM, 드론, 로봇, IoT, 빅데이터, AI등과 같은 첨단기술을 융합한 기술을 말한다. 이러한 기술은 최근에 건설산업에서 겪고 있는 근로자의 고령화와 숙련공의부족과 더불어 근로시간이 단축되면서 필요성이 증대되었다.
	3D 스캐닝과 BIM을 활용한 품질점검이 건설공사에 정착하기 전 선행해야 할 것은?	그러나 3D 스캐닝과 BIM을 활용한 품질점검이 건설공사에 정착하기 위해 선행되어야 할 것이 있다. 즉, 설계도면이 당초에 BIM으로 작성되면 3D 스캐닝과 BIM을 이용한 점검 결과 값과 쉽게 비교할 수 있으므로 설계과정에서 BIM 활용이 활성화 되어야 할 것이다. 그리고 3D 스캐닝이 고가이므로 저렴한 기계가 공급되어 많은 3D 스캐닝 기계를 확보할 수 있어야 하며, 운용 인력을 많이 양성되어야 할 것이다. 마지막으로 3D 스캐닝과 BIM을 이용한 품질점검 사례가 여러 항목별로 축적하여 시스템화 한다면 좀 더 효율적으로 운용이 가능할 것이다.
	3D 스캐닝과 BIM을 활용한 품질점검의 장점은?	따라서 본 연구에서 3D 스캐닝과 BIM을 현장 품질점검 사례에 적용하여 활용가능성과 효용성을 확인하였다. 그 결과 3D 스캐닝과 BIM을 활용한 품질점검은 기존에 시행했던 품질점검보다 시간적으로 단축되고 적은 인력으로도 실현이 가능하다는 것을 확인하였다. 따라서 품질점검의 다양한 분야에 3D 스캐닝과 BIM을 활용한 기술을 적용할 수 있을 것으로 사료된다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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