초록 ▼

□ 연구개요
가시설 구조물은 건설사업에서 계획하는 영구 구조물을 시공하기 위해서 설치하는 콘크리트 거푸집, 비계, 흙막이 등의 임시 구조물이다. 가시설 구조물은 임시 구조물로써 지반침하, 집중하중 발생, 지하수 변화 등으로 붕괴의 위험을 가지고 있다. 가시설 구조물이 붕괴하면 시공기간 지연과 추가비용 발생, 재시공 그리고 인명손실 등 심각한 공정상, 비용상 그리고 안전상 문제를 일으키게 된다. 특히 최근에는 고용노동부의 중대재해 처벌 등에 관한 법률 시행에 따라서 시공안전에 대한 요구사항이 더욱 커지고 있다.
거푸집 시공

□ 연구개요
가시설 구조물은 건설사업에서 계획하는 영구 구조물을 시공하기 위해서 설치하는 콘크리트 거푸집, 비계, 흙막이 등의 임시 구조물이다. 가시설 구조물은 임시 구조물로써 지반침하, 집중하중 발생, 지하수 변화 등으로 붕괴의 위험을 가지고 있다. 가시설 구조물이 붕괴하면 시공기간 지연과 추가비용 발생, 재시공 그리고 인명손실 등 심각한 공정상, 비용상 그리고 안전상 문제를 일으키게 된다. 특히 최근에는 고용노동부의 중대재해 처벌 등에 관한 법률 시행에 따라서 시공안전에 대한 요구사항이 더욱 커지고 있다.
거푸집 시공안전관리를 위해서는 가시설 구조물이 가지는 거동변화에 대한 상황을 인식해야 하며, 상황인식을 바탕으로 최적의 의사결정을 할 수 있는 시공안전관리 체계의 도입이 필요하다. 이와 같은 필요성에 따라서 본 연구는 가시설 구조물 시공안전관리 AI 에이전트 (이하 시공안전관리 AI 에이전트)를 제공하여 거푸집 시공 상황을 지속적으로 모니터링하고, 위험상황 발생시 신속하고 안전하게 작업자를 대피시키는 것을 목적으로 한다. 본 연구과정에서 개발된 시공안전관리 AI 에이전트는 1) 5G 환경에서 운영되는 IoT (Internet of Things) 센서모듈, 2) Convolutional Neural Network (CNN) 및 안전대피 Rule-Base 모듈, 그리고 3) AI 에이전트 사용자 환경모듈로 구성된다. 특히 연구과정에서는 거푸집 가시설 구조물의 붕괴특성을 분석하고 이해하기 위해서 거푸집 파괴실험이 실행됐다. 거푸집 파괴실험은 거푸집 붕괴시 나타나는 거동에 대한 데이터를 생성했을 뿐만 아니라 시공안전관리 AI 에이전트를 실제 상황에서 테스트하는 기회를 제공했다.

□ 연구 목표대비 연구결과
○ 5G 무선 네트워크에서 데이터 통신이 가능한 IoT 센서모듈 개발 및 가시설 구조물 모형 파괴실험
- 시공안전관리 AI 에이전트가 거푸집 가시설 구조물 시공시 발생하는 위험정보를 실시간으로 전달하기 위해서 5G 기반의 와이파이와 함께 블루투스 기능으로 데이터를 보내는 전송모듈을 개발함
- 거푸집 가시설 구조물의 모형에 대한 FEM (Finite Element Analysis)을 실시하여 구조물 거동에 대한 특성을 분석 했음
- 거푸집 가시설 구조물의 모형을 현장에 설치하고 콘크리트 하중을 재하하여 1차 거푸집 파괴실험을 실시했으며, 이때 응력센서, 거리센서, 기울기 센서, 레이저 센서 등 센서 데이터를 수집하여 거푸집 붕괴시 발생하는 특성을 분석했음
○ 5G IoT 센서 데이터를 이용하여 의사결정이 가능한 다층구조 뉴럴 네트워크 모델수립 및 트레이닝
- 거푸집 가시설 구조물이 위험상황이 발생 됐을 때 작업자가 위험상황에서 신속하고, 안전하게 탈출할 수 있도록 위험상황에 따른 작업자 대피 프로세스를 제시했음
- 컨벌루셔널 뉴럴 네트워크 (CNN) 기술 중 Mask R-CNN 기법을 적용하여 콘크리트 철근부재와 거푸집의 장애멍에 합판동바리 등 구조물 부재를 인식하는 인공지능모델을 개발했음
- Mask R-CNN 기반으로 개발된 인공지능모델이 거푸집 부재에 대한 객체추출이 가능한 가를 테스트하기 위해서 현장 동바리에 적용했으며, 실시간으로 동바리 부재를 인식할 수 있음을 확인했음
○ 시공안전관리 AI 에이전트 환경개발 및 현장 테스트
- 거푸집 가시설 구조물 모형을 설치하고 2차 거푸집 파괴실험을 실시했으며, IMU와 GPS 센서를 적용하여 거푸집 붕괴시 거동에 대한 데이터를 수집하고 분석했음
- 3D 거푸집 형상인식모델을 개발하여 거푸집 변형을 3D 와이어 메쉬로 표현했으며, 거푸집 파괴실험 시 IMU와 GPS 센서가 송신하는 데이터에 따라서 거푸집의 형상을 실시간으로 나타냈음
- AI 에이전트 사용자 환경을 개발하여 거푸집 위험상황을 1) 정상, 2) 위험 그리고 3) 경보 등으로 표현하여 위험상황을 실시간으로 알려주는 기능을 테스트하고 작동됨을 확인했음

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
가. 활용방안
본 연구과제에서 개발되는시공안전관리 AI 에이전트는 시공안전관리의 효과를 한 단계 발전시키는 새로운 시도로써 시공 현장에 제공되어서 가시설 구조물 공사의 안전을 높이는 역할을 할 것이다. 본 연구에서 수행한 시공안전관리 AI 에이전트은 1) 1) 거푸집 형상인식 인공지능모델, 2) 3D 거푸집 형상인식모델 그리고 3) 거푸집 위험경보시스템으로 활용된다. 시공안전관리 AI 에이전트는 거더와 슬래브 콘크리트 거푸집 시공현장에 적용이 가능할 뿐만 아니라 터널, 지하철, 비탈면 흙막이 등 대규모 구조물 공사에도 적용이 가능하다. 시공안전관리 AI 에이전트는 시공안전관리의 효과를 한 단계 발전시키는 새로운 시도로써 시공현장에 제공되어서 가시설 구조물 공사의 안전을 높이는 역할을 할 것이다. 또한 건설기술진흥법 (시행령 제98조 제99조) 요구사항에 부합하는 제품기능을 보완하면 현장 적용성을 높일 수 있을 것이며, 이러한 제품기능을 보완하여 시장에서 요구하는 제품화와 상용화를 달성할 계획이다.
나. 기대효과
본 연구 성과물로 개발되는 시공안전관리 AI 에이전트는 1) 3D 거푸집 형상인식 인공지능모델, 2) 3D 거푸집 형상인식 시뮬레이터 그리고 3) 거푸집 시공 위험경고시스템 등으로 구성되며, 3가지 모듈의 연계를 통해서 거푸집 시공시 거푸집 거동을 분석하고, 작업자의 안전을 확보할 수 있게 돕는다. 이와 같이 시공안전관리 AI 에이전트 시스템은 건설산업의 미래의 생산성 향상과 가치창출을 달성하는 기대효과를 가진다. 시공안전관리 AI 에이전트 시스템은 건설산업의 미래의 생산성 향상과 가치창출을 위해서 중요한 역할을 할 것으로 예상된다. 거푸집 시공 뿐만 아니라 시공안전관리 AI 에이전트는 터널, 지하철, 비탈면 흙막이 등 다양한 시공 프로세스에 적용될 수 있으며 국내 건설현장 안전관리에 기여할 수 있을 것이다. 궁극적으로 시공안전관리 AI 에이전트 시스템은 건설산업의 미래의 생산성 향상과 가치창출을 위해서 중요한 역할을 할 것으로 예상되며, 따라서 건설 이외의 분야에서도 AI 에이전트 시스템 기능을 접목하여 국내 인공지능 발전에 기여한다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 1.1 연구개발의 필요성 및 목적 ... 4
• 1.3 연구가설 ... 4
• 1.4 최종목표 ... 4
• 1.4 연구범위 ... 5
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 6
• 2.1 1차년도 ... 6
• 2.2 2차년도 ... 9
• 2.3 3차년도 ... 11
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 15
• 1) 정성적 연구개발성과 (연구개발결과) ... 15
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 15
• 3) 목표 달성 수준 ... 16
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 17
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 17
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 17
• 6. 참고문헌 ... 18
• [붙임1] 세부 정량적 연구개발성과 ... 19
• [붙임2] 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 20
• 끝페이지 ... 31