| 1차년도 |
● 본 기획연구의 목표는 「Off-Site Construction 기반 공동주택 생산시스템 혁신기술 개발」의 성공적 수행을 위해, 정책적/기술적/실용적 타당성에 입각한 연구개발 상세계획을 수립하는 것임● 기획연구 목표를 달성하기 위한 참여연구기관의 중점연구 목표는 다음과 같음[주관연구기관 중점 연구목표]● 공동주택 생산시스템 전 과정에 걸쳐 품질과 효율 향상 및 사용자 만족도 향상과 관련한 공동주택 건설관리 현황분석 및 개선과제와 해결방안 도출 ● OSC 공동주택 표준기술, OSC기반 자동화 생산기술, 스마트 현장조립 및 관리기술, 그리고 OSC 플랫폼 등 Off-site Construction기반 공동주택 생산시스템 요소기술의 전문성을 바탕으로, 관련 요소기술 분야의 현황 분석, 공동주택 건설관리 분야에서 제시되는 요구사항의 기술적 실현가능성 분석, 그리고 요구사항의 구현방안 제시 ● Off-site Construction 기반 공동주택 생산시스템 혁신기술 개발방안 수립 및 적용가능 기술의 풀(pool) 구성● 기술가치평가, 사업화 가능성 점검을 통한 개발대상 기술과제 도출 및 상세계획 수립 [협동연구기관 중점 연구목표]● 공동주택 생신시스템 적용을 위한 정책 및 제도적 개선안(업역, 발주 및 계약 등) 수립● 미래지향적 공동주택 생산 환경을 고려한 공동주택 생산 혁신 및 보급 플랫폼 기술정의● OSC기반 생산시스템 관련 기술 확산을 위한 전문가 양성 및 교육 플랫폼 기술정의● 연구개발 결과의 단계별 적용 및 테스트베드 시행을 고려한 연구개발 상세계획 수립 [실증사업 관련 협력기관 중점 연구목표]● 공동주택 생산시스템 품질향상을 위한 주요 하자분석 및 요소기술 활용을 통한 대응방안 도출● 미래지향적 공동주택 생산시스템 환경을 고려한 공동주택 설계-시공-사용 시나리오 정립 ● 다양한 유형의 공동주택별 Off-site Construction기반 공동주택 생산시스템 시나리오 정립● 연구개발 결과의 단계별 적용 및 테스트베드 시행을 고려한 연구개발 상세계획 수립 [기존 기획연구와의 차별성]1. 기획연구 수행 방법 측면의 차별성● 선제적 대응전략 수립 : 사회·산업환경 변화에 대응하기 위한 공동주택 생산시스템 혁신 방안 벤치마킹 및 검토● 성능중심 기술개발 : 개방형 아이디어 공모를 통한 수요기술 확보 방법 제시● 실증적 성과달성 : 연구개발 결과를 단계별로 검증할 수 있는 방법 제시● 지속적 성과확산 : OSC 기반 공동주택 생산시스템을 적용 및 확산할 수 있는 기술적, 정책적, 제도적 방안 유도 2. 기획연구 수행 조직 측면의 차별성● 수요조사, 기술수준분석, 연구기획, 테스트베드 계획 등의 기획연구 과정에 연구결과의 실제 적용이 가능한 한국토지주택공사(LH), 서울주택도시공사(SH)가 참여 ● OSC 기반 공동주택 생산과정의 성과목표와 기술개발의 성능확보를 위해 건축의 모든 분야가 참여하는 대한건축학회 및 관련 대학 연구진과 한국건설기술연구원으로 연구진을 구성● 효과적 생산시스템 혁신 및 실용적 제반 기술 개발을 OSC관련 최고 수준 기업(현대건설, 대우건설, 한화건설, KCC건설, 현대산업개발, 삼표피앤씨, 한성PC, 까뮤, 연우구조, 센구조, 나우설비, 한일MEC, 포스에이씨 등)과의 연구 협업
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[1단계] 국내외 동향 조사● (시장동향 분석) 국내 공동주택 분야 특징 및 동향, 건설 생산성 및 품질 이슈, 첨단 건설기술 동향, OSC를 포함한 ICT 기술 동향 등을 다각도로 살펴봄으로써 심층적 사전분석 실시함. 국제기구 및 국내외 거시경제/건설 전문기관에서 발간하는 각종 데이터와 보고서 및 연구자료 분석을 통해 관련 시장동향 파악함.● (기술동향 분석) 학계에서 연구？개발되고 있는 기술과 업계에서 실제 활용되고 있는 첨단기술의 조사를 통해 학계-업계 간 균형 잡힌 기술동향 분석 수행함. 학술논문 및 주요학회의 연구결과 분석, 건설교통 온라인 DB 활용, 정보분석시스템 Landscope를 활용한 동향 분석, 국내외 핵심건축기술의 적용사례 분석 등으로 수행함.● (특허동향 분석) 국내외 특허전문 검색 DB(NDSL)를 활용한 최근 5년간(필요시 10년간) 관련 특허 자료(OSC 및 모듈러 키워드와 Building 키워드의 조합을 통한 특허검색)를 수집하여 Landscope 등을 이용하여 분석할 예정임. 특허동향의 조사범위 설정 및 분석은 건설교통기술연구개발사업 기획 매뉴얼(국토교통과학기술진흥원, 2009)에 제시된 내용을 기반으로 수행할 예정임.● (정책동향 분석) 국내 정책 동향 분석은 관련계획 및 제도, 정부 차원의 추진 전략 등의 항목을 대상으로 관련 문헌 및 관계 기관과의 인터뷰, 기존 자료 분석 등을 통해 수행함. 국외 정책 동향은 관련 문헌 및 자료조사, 기존 논문, 관련 보고서 등에 제시된 OSC 및 ICT 등 관련 조사 수행, 해외 전문가 네트워크를 활용함. [2단계] 기술수요조사 및 과제 도출● (기술수요조사) 객관적이고 포괄적인 기술 분석을 위해서는 설문조사 방식의 기술수요조사가 필요함. 기술수요조사는 주요 연구기관 및 대학, 산업체 등의 각 핵심 분야별 전문가를 대상으로 수행하며, 본 기획연구를 위해 협약을 체결한 공공기관, 전문단체 및 전문기업을 수요조사 창구로 활용하며, 동시에 기술도출을 위한 전문가로 활용할 계획임. ● (비전 및 추진전략) 국내외 동향분석 결과 기술수요조사 결과 등과 이를 통해 도출된 시사점을 반영하여 공동주택 건설관리 선진화를 위한 기술개발 기획연구의 비전 및 추진전략을 설정할 계획임. 연구의 비전 및 추진전략은 외부환경(기회요인, 위협요인)과 내부환경(강점요인, 약점요인)의 변화를 고려하여 전략을 도출할 수 있는 SWOT 분석 등을 통해 설정할 예정임.● (과제 도출) 연구과제 도출은 주요과제(안)을 선정하고, 중복성 검토를 통해 최종과제를 도출할 계획임. 주요과제(안)은 품질기능전개기법(QFD)을 이용하여 과제의 평가 및 선정기준을 제시할 계획이며 이를 통해 공동주택 건설관리 선진화를 위한 핵심기술과 정책/경제/사회/기술적 요구사항의 상관관계를 정량적으로 분석할 수 있을 것으로 예상됨[3단계] 우선순위 결정 및 로드맵 작성● (우선순위 결정) 과제 추진기준은 시급성, 실현가능성, 파급효과, 정책연계성 등을 평가항목으로 설정하며, 평가항목에 근거하여 각 항목의 가중치를 설정함 (평가항목은 추후 변경 가능함). 각 주요과제의 우선순위 도출에 필요한 평가값은 관련 전문가(기획연구를 위해 협력 MOU를 체결한 다양한 공공기관, 전문단체, 전문기업 등의 전문가)를 대상으로 설문조사를 통해 수집할 예정이며, 각 평가항목의 가중치와 평가값을 고려하여 최종 합계를 도출함● (로드맵 및 과제카드 작성) 기술개발 시나리오에 따른 기술로드맵 작성은 주요과제와 관련한 세부기술들의 현 수준을 파악하고, 이를 확보하기 위한 계획을 수립하는 것임. 3~4년 내에 기술 개발이 가능한 기술들에 대해서는 테스트 및 연구과제 종료 후 실질적인 실용화가 가능하도록 로드맵을 작성함.● (사전 타당성 검토) 본 연구의 사전 타당성 검토는 정책적, 기술적, 실용적 측면에서 수행할 예정임.[4단계] 세부실행계획 및 실용화 방안 수립● (세부실행계획) 세부실행계획은 앞서 수립한 로드맵을 바탕으로 수립되며, 확실한 성과도출을 위하여, 우선 ①성과목표를 설정하고, 성과목표 달성을 위한 ②인력투입 및 예산 배분계획을 수립함● (실용화 방안) 본 기획연구에서는 “Off-site Construction 기반 공동주택 생산시스템 혁신기술 개발”을 위한 기술의 검증 및 실용화를 위한 테스트베드 운영 등 다양한 성과 활용방안을 제시할 예정임● (RFP 작성) RFP 작성단계는 기획연구의 최종단계로, RFP의 세부내용 뿐 아니라 사업단(혹은 연구단)의 구성 및 자격 등 연구단 선정을 위한 평가기준(안)이 같이 제시되어야 함. 본 기획연구에서는 보다 우수한 연구 수행능력과 합리적 수행체계를 갖춘 과제 수행기관 선정에 기여할 수 있도록 과제성격에 적합한 평가항목(안)을 제시할 계획이며, 세부적인 사항은 전문기관과의 협의를 통해 선정함
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| 연구성과 |
기술적 기대성과 |
● 본 연구의 수행에 따라 예상되는 기대효과는 다음과 같음.[실용화 측면] ● 공장생산부재(Prefabricated Component) 구조물의 특성상 접합부위의 누수, 진동, 소음 등의 문제로 인해 지금까지는 고층형 공동주택에 OSC 기반의 생산시스템을 도입하는데 한계가 존재했음. ● 본 프로젝트는 고성능 접합재료 및 고방수 성능재료를 활용하여 공장생산부재 접합부의 정밀 시공 및 현장 설치？시공 기술에 대한 화재안전성, 누수, 소음 등의 주거성능이 확보된 PC 표준 모듈의 프로토타입을 개발하고자 하며, 이는 국내 공동주택의 OSC 생산시스템 기술 저변을 확대하고 관련 기술의 상용화를 가능하게 할 것으로 기대됨. [과학기술 진흥 측면]● AR/VR, 스마트 센서를 활용하여 현장 관리방식뿐만 아니라 공장생산-운송-현장설치에 이르는 생산프로세스 전반의 기술 및 관리방식을 지능화, 고도화함으로써 건설 시공 및 관리기술, 건설 정보화 기술, 건설 자동화 기술 등의 발전에 혁신적인 기여를 할 것으로 기대됨.● 특히, 현장 시공 중심의 기존 건설 프로세스를 공장 생산 및 현장 설치 프로세스로 전환할 수 있는 실질적인 대안을 제시하고, 실증사업을 수행함으로써 향후 건설 생산체계를 혁신적으로 개선하는 의미 있는 시도가 될 것으로 기대함.[학문적 성과 측면]● CIM, BIM, AR/VR, 모바일 디바이스, 센서 등과 같은 컴퓨팅, ICT기술을 도입하여 건설현장과 생산공장의 품질, 공정, 원가관리를 자동화함으로써 건설 ICT 융？복합 기술 활성화에 기여할 수 있음.● 또한 본 연구에서 개발하는 생산공장 및 현장의 모니터링？제어 기술, 자동화 시뮬레이션 및 O2O 데이터 기반 분석 시스템 등은 건설 ICT 제반 기술의 확대를 위한 기초자료로 활용되어 타 연구로의 파급효과가 높을 것으로 기대됨.[인재양성 측면]● 시공기술 위주의 기술개발이 아닌 Off-site와 On-site를 연계하고 각 단계별 프로세스 및 관리 방식을 지능화？최적화하는 연구를 통해 미래 사회가 요구하는 ‘융합？통섭형’ 인재를 양성하는 데 기여할 수 있음.● 특히, OSC 생산프로세스에서 양산되는 다양한 데이터를 수집하고 분석하여 가치 있는 정보들을 생산하는 과정을 통해 4차 산업혁명에 걸맞는 소프트 스킬을 갖춘 융합형 인재를 양성할 수 있음.
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| 사회 경제적 파급효과 |
[산업발전 측면]● OSC 기반의 생산시스템으로의 전환을 통해 현장 시공 중심의 건설 프로젝트에서 문제가 되었던 Non-Value Added 프로세스 및 자원 낭비요소를 최소화시키고, 현장 작업 중 발생하는 불필요한 온실가스, 미세먼지, 소음 등을 저감시킬 수 있을 것으로 기대함.● 또한 우수 기술인력 확보에 어려움을 겪고 있는 최근 건설산업이 당면한 문제를 해결하고, 다기능공 중심의 현장 설치 방식이 보편화됨에 따라 기능인력의 고령화, 저숙련화 등으로 인한 기존의 품질저하 및 안전사고 문제를 해결할 수 있음.● OSC 기반 공동주택 생산 비즈니스 모델을 통해 건설 분야의 신시장 창출과 함께 중·장기적 OSC 공동주택 품질 향상 계획 수립으로 국가 예산 및 자원의 적절한 배분이 가능함. 또한, 신 유망분야 기술 확보 및 신산업 육성을 통한 새로운 일자리 창출 및 건설노동시장의 고령화 및 인력부족 현상을 대비한 기술 중심 노동력 배출이 기대됨. [사회적, 제도 개선 측면] ● OSC 기반의 생산시스템에서는 공장생산 업체의 역량 및 품질관리에 대한 의존도가 높아짐에 따라 기존의 시공사 중심의 건설산업 제도 및 구조적 문제가 갖고 있던 병폐와 하도급업체와의 수직적 구조를 해소하는 긍정적 변화가 일 것으로 기대함.● OSC 기반의 공동주택 생산시스템의 정착 및 확산을 위한 법적, 제도적 장치와 생산공장 인증제도가 마련될 경우 국내 공동주택의 OSC 생산체계 보급이 확대되고, 나아가 관련 전？후방 산업의 내수진작 효과가 발생할 것으로 기대함. ● OSC 기반 공동주택 생산시스템 혁신을 통해 효율적인 공동주택 공급과 주거복지 향상에 기여할 수 있을 것으로 기대함. 또한 OSC 기반 건설 생산체계의 확산은 안전한 작업환경 조성 및 현장시공 단순화로 이어지며, 궁극적으로 건설 안전사고 절감과 온실가스, 미세먼지, 폐기물 저감 등 지속가능성 향상이 기대됨.
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| 활용방안 |
1) 공동주택 건설 경쟁력 강화를 통한 주거건축 수출● 건설산업에 있어 진보된 기술의 추구는 건설 기업의 필수적인 경쟁전략임. 또한, 급변하는 세계 건설시장에서 발주자들은 신기술, 신공법 등을 활용한 건설 생산성 향상 및 공기단축, 원가절감, 시공 품질의 향상을 위한 시공자의 다양한 변화를 요구하고 있음.● 건설산업에서 구조물의 공장제작 및 시스템 시공은 이미 오래 전부터 안전성, 생산성, 품질, 작업환경의 향상과 미래의 숙련공 부족에 대한 하나의 명백한 해답으로써 거론되어져 왔음. 그러나 다양한 산업 분야에 걸쳐 모듈화 및 시스템제조기술의 개발 및 응용기술이 해마다 눈부신 발전을 거듭하고 있는 현실에 비추어 볼 때, 건설산업에 있어 구조물의 공장제작 및 시스템 시공기술의 발전은 현재까지도 매우 낙후되어 있는 실정임.● 선진 외국의 경우, 장기적 안목에서 미래건설시장에서의 경쟁력 확보를 위해 1980년대 초반부터 막대한 R&D 투자를 통하여 대학연구소와 업체를 중심으로 구조물의 공장제작 및 시스템 시공 활용기술 개발을 추진함으로써 시공현장의 지능화 실현을 위한 기반을 마련하였음.● 미국과 유럽 대학연구소 중심의 BIM 기반의 프리캐스트콘크리트 모델링 시스템 개발(PCSC)은 이러한 연구 노력에 대한 좋은 예라고 할 수 있음. 특히, 일본에서는 빌딩건설에 대한 공장제작 기술이 이미 상용화에 성공했을 뿐만 아니라 그 우수성이 입증되어 일본 내외의 고층빌딩 시공에 적극적으로 활용되고 있음.● 가상/증강현실, 빅데이터, 인공지능, Computer-Integrated Manufacturing(CIM), Design for Manufacture, Logistics, and Assembly(DMLA), Wireless Sensor Network(WSN) 등이 OSC기반 건설자동화의 핵심기술로 적용이 가능함.● 현재 4차 산업혁명의 주요 기술인 IoT, VR/AR, 인공지능 기술발전 속도가 매우 빠르므로 이를 건설 상품에 성공적으로 적용하려는 노력이 건설산업의 국제 경쟁력 제고의 성패를 좌우할 것임.● 세계 스마트홈 시장 규모가 빠르게 증가하고 있으므로, 국내건설의 특성상 공동주택 생산기술과 첨단기술을 접목하는 것은 성공가능성과 상품성이 모두 높아 주거편의성, 방범, 노년층 친화, 에너지 절감 등의 효과를 갖춘 “스마트 공동주택” 해외시장 수출에기여할 수 있음.2) 자동화 시스템 도입으로 인한 생산성 증대● 기능 인력에 의하여 수행되던 작업 프로세스가 장비의 도입으로 인해 시스템화 됨으로써 작업수행에 필요한 인력을 대폭 감소 또는 무인화 할 수 있게 됨으로써 전체적인 작업 생산성의향상과 비용 절감의 효과까지 기대할 수 있음.● 공장제작 및 시스템적인 시공으로 인해 건설인력의 수요가 상당히 줄어들 것이며, 많은 작업이 더 적은 인원으로 수행 가능하게 될 것임. 지능형 시공현장의 실현을 통해 현재 문제시 되고 있는 기능 인력 수급의 불균형 현상을 해소할 수 있을 것으로 기대됨.● 전형적인 3D 산업으로 인식되어온 건설산업에 있어, 시스템 시공기술 개발을 통한 지능형 시공현장의 실현은 건설현장 작업 여건(work environment)의 혁신적인 개선을 통하여 향후 젊은 기술 인력의 건설 현장 유입을 유도하는 계기를 제공할 수 있을 것임.● 위험한 작업환경 내에서의 작업을 첨단장비로 대체함으로써 안전성 확보가 가능할 것이며 이는 건설공사 재해율의 급격한 감소를 가져올 수 있을 것임.● 노무자의 숙련도에 따라 작업 품질에 많은 편차를 보이는 재래식 공법에 비해 시스템화를 통한 첨단 장비를 활용할 경우 해당 작업을 일괄적으로 수행할 수 있으므로 전반적인 작업 품질의 향상을 가져올 것이며 국민주거 복지와 직결되는 공동주택 품질향상이 가능함.● 첨단 융합 및 복합 기술이 요구되는 건설자동화 장비 개발의 경우, 막대한 사업 예산과 건축, 토목, 기계, 전기, 전자 등 유관 분야 전문가 간의 협업이 필수적으로 요구되므로 최근 건설교통부 R&D 예산의 증가추세는 중장기적 안목에서 건설자동화 장비의 실용화 및 국제 경쟁력 확보를 통한 건설산업의 새로운 Market Sector를 창출해 낼 수 있는 토대를 제공할 수 있을 것으로 기대됨.● 첨단시공장비는 주로 노동 집약적인 작업 및 단순 반복적인 작업, 숙련공의 확보가 어려운 작업, 위험한 작업, 중량의 자재 취급 등 육체적으로 힘든 작업에 적합하므로 이러한 작업들을 자동화할 경우 건설 생산성 향상을 통한 대외 경쟁력 강화에 크게 이바지할 수 있을 것임.● 센서시스템, 로보틱스, 자동제어 등 다양한 첨단기술과 융합이 가능한 OSC는 기술중심의 건설산업으로 나아가기 위한 전환점이 될 것임.
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