4차 산업 기술 기반의 안전관리업무지원시스템 가이드라인에 관한 연구

“건설기술 진흥법” 64조에 따르면 시공자는 각 분야별 안전 관리책임자, 안전총괄책임자, 현장 안전관리 담당자를 총괄해야한다. 이에 시공자는 안전사고에 대한 전반적인 책임을 지고 있다. 또한 건설 현장은 외부이기 때문에 날씨, 지형, 가설 시설물들 다양한 요인들에 의해 가변적이며 현장의 업무 회의를 통해 안전사고에 효율적으로 대처해야한다. 하지만 현장에서 상주하는 업무자는 대부분 시공자이며 미흡한 업무 체계로 인해 업무 소통이 부족한 상황이다.

이러한 이유로 인해 안전 관리 업무는 시공자 중심으로 이루고 지고 있다. 하지만 시공자 중심의 안전 관리 업무는 작업 환경의 열악함, 한정된 공사 기간 등으로 인해 미흡한 상황이다. 이에 참여 업무자들의 안전 관리 업무 및 책임에 관한 정의가 필요한 상황이다[3].

산업안전보건법 제 32조 및 시행규칙 제 39조에 따르면 안전보건관리책임자, 안전관리, 보건관리자에 대한 교육이 필요하며 제 31조에 따라 건설일용근로자에 대한 안전교육도 의무화시키고 있다. 하지만 교육 대상별에 따른 정확한 목표가 미흡하며 장시간 교육이 어렵기 때문에 단기성의 교육으로 이루어지고 있다. 이로 인해 단기 현장 근로자들은 현장 이해도가 부족하며 안전사고가 발생하고 있다[4].

산업 안전 보건법 시행령에 따르면 건설업의 경우 공사금액이 120억원 이상이거나 상시 근로자 300명 이상을 사용하는 사업장에 최소 1명 이상의 안전 관리자를 선임하도록 규정하고 있다. 하지만 규제 완화로 인해 중, 소규모 건설 현장에는 상주 안전 관리자 선임을 비의무화하였다. 그로 인해 현장에서는 비상주 감리자가 안전 관리 업무를 수행한다. 하지만 공사 기간 및 예산 문제 때문에 감리자가 안전 관리 뿐만 아니라 다른 업무까지 전담하면서 안전 감리자의 부실 안전 관리가 이루어지고 있다.

건설 현장에서는 가설 설치물, 안전 난간 미설치, 안전 작업 공간 부족과 같은 위험 요소들이 존재한다. 위험 요소는 직접적인 위험 요인과 간접적인 위험 요인으로 구분된다. 전자는 현장의 위험한 상태, 안전장치와 같이 현장 상태에 관한 요인이며 후자는 시공 및 설계 오류, 안전 교육 부재 등으로 현장 외부 작업으로 인한 요인이다[5].

직접적인 위험 요인은 현장 내부에서 나타나기 때문에 시공자에 의해 규모 및 사고결과가 파악되지만 간접적인 위험 요인은 외부 발생 요소로써 업무 소통을 통해 파악 및 해결이 가능하다. 하지만 미흡한 업무 체계로 인해 업무 소통이 부족하며 이로 인해 현장 외부 작업의 위험정보 확인이 부족한 상황이다.

4차 산업 기술은 정보통신 기술의 융합으로 이루어진 기술이다. 기술 요소는 크게 사물 인터넷, 빅 데이터, 인공지능 등과 같은 디지털 기술로 이루어져 있으며 제조, 유통 등 다양한 분야에서 적용되고 있다. 건축 분야 또한 ICT, IOT, BIM, 3D 스캐너 등 다양한 기술들이 사용되고 있다.

BIM 기술과 IOT 기술은 건축에서 사용되는 대표적인 4차 산업 기술이다. BIM 데이터는 드론, 3D 스캐너, VR 등과 같은 기술들과 연계되어 다양한 기능을 수행하고 있다. 세계경제포럼과 BCG가 공동으로 발표한 ‘Industry Agend’에서는 BIM을 건설 생애주기 플랫폼으로 정의하고 있다. 특히 디지털 기술과 빅데이터와의 연계를 통해 기획 설계 단계부터 시공 완료까지 안전관리, 모니터링, 프로젝트 모델 관리 등 다양한 업무를 수행한다.

IOT 기술은 GPS, 드론, 빅데이터 등과 같은 기술과 연계되어 사용되고 있다. ITU (International Telecommunication Union)에선 IOT를 정보통신기술을 기반으로 물리적, 가상적 사물들이 상호 연결을 통한 인프라 구축망으로 정의하고 있다. 또한 사람의 개입 없이 데이터를 수집하며 이를 분석, 판단하는 업무를 수행한다.

국토교통부에서는 건설안전정보시스템을 구축하여 건설사에 제공하고 있다. 건설안전정보시스템은 크게 사고발생현황 보고, 초기현장조사, 정밀현장조사, 사고조사회의 기능으로 분류된다. DB(Date Base) 서버 구축을 통해 사고발생 현황과 경과, 처리를 업로드 및 조회할 수 있도록 하였으며 이를 바탕으로 초기 및 정밀 현장조사가 이루어진다. 사고가 발생했을 시에는 사고조사위원을 선정하며 사고조사회의를 실시하여 효과적으로 건설 사고에 대응한다. 모든 데이터는 DB 서버에 업로드되며 발주청, 시공사, 건설사업관리자 등 건설 현장에 참여하는 모든 업무자들이 업로드 및 열람 기능을 제공한다.

G 건설사는 IOT(Internet Of Things) 기술과 GPS 기술을 통해 안전 관리 시스템을 구축했다. 비콘(Beacon)이라는 블루투스 기반 근거리 통신기술을 통해 실시간 근로자 위치 파악과 SOS 기능을 통해 위험 상황을 관리자에게 알려준다. 안전 관리자는 모바일을 통해 근로자와 현장 상황을 통제하며 공사담당자는 PC와 모바일을 통해 일별 작업 특이상항 및 취약개소를 관리한다. 발주처는 통합관제시스템의 데이터를 통해 위험 사고를 예방한다.

H 건설사는 I0T 기반 안전 관리 시스템인 HIOS(Hyundai IOT Safety System)를 개발해 현장에 도입하였다. HI0S는 각종 센서를 통해 스캔하며 플랫폼에 전송한다. 이를 바탕으로 현장 내의 위험 여부를 판단하며 위험할 시 알람을 통해 근로자 및 관리자에게 알려 잠재적 요인을 사전에 제거한다. 이 시스템은 근로자 위치학인, 풍속감지, 가시설 붕괴 방지, 장비협착방지 등의 기능들로 구성된다. 안전모에 BLE (Bluetooth Low Energy) 태그를 통해 위험상황 시에 작업자 위치를 즉시 확인할 수 있으며, 중장비 근처에 근로자가 접근할 시 알람을 통해 협착 사고를 방지한다.

현재 안전 관리 시스템에는 다양한 4차 산업 기술들이 적용되고 있다. 그 중 BIM, 3D 스캐너, GPS, 알람 같은 기술들이 중심적으로 사용되고 있다. 앞에서의 선행 연구 및 안전 관리 시스템 현황을 바탕으로 단계별 기술 적용에 대해 고찰하였다. 표3은 단계별 기술 적용 현황이다[6].

Table 3.

Technology application to each construction

설계 단계에서는 BIM과 드론 기술이 사용된다. BIM 모델링을 통해 안전 작업 공간 확보, 추락의 방지, 자재의 설치 위치 등을 확인하며 GPS, IOT 등 다양한 기술들과 연계되어 현장 적용이 시도되고 있다. 드론은 주변 지반 및 현황 조사에 이용되며 조사 자료는 안전 설계에 사용된다.

시공 발주 단계에서는 3D 스캐너와 BIM 기술이 적용된다. BIM 모델링을 통한 4D 시뮬레이션은 안전 교육 및 설계 오류를 검토에 사용되며 또한 업무자 간의 회의에 사용된다. 3D 스캐너 기술은 계획 대지와 주변 건물 간의 거리, 대지의 고저차이와 같은 상세 지반 조사에 사용된다.

시공 단계에서는 GPS와 IOT,알람 기술이 사용된다. IOT 와 GPS 기술은 작업자 위치 확인 및 실시간 모니터링 시스템에 사용된다. 현장 작업자가 위험 지역에 진입할 경우 알람을 통해 작업자에게 알려주며 위험 사고 발생 시 알람과 GPS를 통해 현장 안전 관리자가 실시간 대처할 수 있다.

시공 완료 단계에서는 DB 서버 및 APP(Application) 기술이 사용된다. 안전 관리 문서, 안전사고 사례 등은 DB 서버에 업로드되어 유사 사고 및 향후 공사에 사용되며 참여 업무자들은 APP을 통한 업무 회의로 안전 평가를 실시한다.

설계자는 설계 단계와 시공 발주에 안전 관리 업무를 수행한다. 설계 단계에서는 충분한 작업 공간 확보, 이동 경로의 안전성 확보, 자재의 설치 위치를 확인하며 시공 발주 단계에서는 타 공종 업무자들과 협의를 통해 현장에서의 시공 요소와 가설 구조물들의 안전성에 대해 검토하여 현장에서의 안전한 환경 조성을 통해 직접적인 요인을 제거해준다. 안전 관리 문서 작성을 통해 위험 요소들을 기록하며 이를 타 업무자들과 공유해 위험 사고를 예방한다.

안전 관리에서의 1차적인 법적 책임은 시공자에게 있기 때문에 시공자는 시공 발주부터 공사 완료까지 현장에서 안전 관리를 총괄해야 한다. 시공 착공 전 설계자, 감리자와의 업무 회의를 통해 업무 분담 체계를 구성하며 공종별 안전관리문서를 작성해 공종에 따른 위험 요소를 확인한다.

공사 시행 단계에는 정기적인 안전 점검 및 교육을 실시한다. 착공 전 작성된 공종별 안전 관리 문서에 따라 안전 점검을 실시하며 정기 안전 점검을 통해 시설물의 결함이 발생할 경우 정밀 안전 점검을 실시한다.

공사 완료시에는 공종별 안전 관리 문서를 데이터화해 보관한다. 보관된 안전 관리 문서를 통해 현장 위험요소 및 위험성을 평가하며 다음 공사 현장에서의 저감 대책에 관한 데이터로 사용된다.

감리자는 시공 착공 이전 단계에서 업무자들의 업무와 작성된 안전관리 문서의 적정성을 검토한다. 시공 단계에서는 안전 관리 문서를 바탕으로 공사가 이행되도록 관리, 감독한다. 또한 현장 안전 관리자들에 대한 안전 교육을 담당하며 현장 근무자에 대한 산업재해 및 현장 안전에 관한 안전교육이 실시되는지 관리, 감독한다.

공사 완료시 안전 관리 문서의 적정성을 작성한 후 이를 발주청에 제출해야 하며 다음 안전사고 예방에 사용될 수 있게 서버에 업로드한다[7].

설계 단계에서는 BIM 및 3D 스캐닝 기술이 안전 관리에 적용된다. 그림4는 설계 단계에서의 안전 관리이다. BIM 기술은 시공 중에는 작업 공간 부족, 안전한 이동 경로 부족 등과 같이 설계 단계에서의 문제로 인해 발생할 수 있는 위험 재해들을 예방한다. 3D 스캐너는 지형 및 지반 실측을 통해 위험 요소를 확인하며 이를 설계에 반영하여 안전사고를 예방한다[10].

Fig. 4.

Safety Management Of Design Process

설계 단계에서 BIM 및 3D 스캐너는 기본 설계 단계, 실시 설계 단계, 납품 단계로 나누어진다. 기본 설계 단계에서는 디자인 반영을 통한 최소한의 방화구획, 피난 동선과 같은 안전 요소들을 검토한다.

실시 설계에서는 설비, 구조, 소방과 같은 엔지니어링을 반영한 안전 요소들을 검토한다. 설비 기계들을 설치하기 위한 작업 공간 확보, 안전 동선 확인, 추락 위험 위치 등을 확인한다.

납품 단계에서는 시공성을 반영한 안전 관리 요소들을 검토한다. BIM 모델링 데이터를 통해 4D 시뮬레이션을 통해 앞선 설계 안전 관리를 검토하며 안전 설비 설치를 통해 안전한 작업 환경을 조성한다[11].

설계 완료 시 설계자는 안전 관리 문서 및 BIM 모델링을 DB 서버에 제출한다. 안전 관리 문서에는 설계 당시 반영되었던 현장 위험 요소, 안전 이동 경로 등이 작성된다. 시공자와 감리자는 BIM 모델링을 통해 설계 안전 요소 및 설계 안전 관리 적정성을 평가한다.

착공 이전에는 안전 관리 적정성 검토 및 업무자들의 전반적인 안전 교육이 이루어진다. 설계 단계의 BIM 모델링 데이터를 통해 공정에 따른 안전 교육이 이루어지며 설계자, 시공자, 감리자의 APP을 이용한 원격 회의를 통해 안전관리 계획서를 검토한다.

공사 시행 단계는 공종에 따라 안전 관리가 이루어진다. 감리자는 공종 시작 전 공종 참여 업무자들에게 BIM 모델링 및 3D 스캐닝 데이터를 통해 세부 안전 관리 교육을 실시한다. 공종 시행 단계에서 시공자는 I0T 기술과 GPS, 알람 기술들의 결합을 통해 현장 근무자들의 상황을 파악한다. 현장 근무자들은 위험 지역 접근 시 알람을 통해 현재 위치를 파악한다. 감리자와 시공자는 3D 스캐너를 이용해 안전관리 점검을 실시한다. 공종 완료 시에는 작성된 안전 관리 문서를 APP을 통해 DB 서버에 업로드한다[12].

공사 완료 시에는 각 업무자들의 회의를 통해 안전점검 결과를 검토한다. 각각 업무자들은 검토된 안전점검 결과보고서는 DB 서버에 업로드하며 향후 안전 관리에 이용된다.