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건설 분야의 AI: 생명을 구하고 비용을 절감하며 품질을 향상시킵니다.

Vera Ovanin

6분 소요

2024년 6월 11일

AI를 활용한 건설 혁신: 효율성과 생산성을 위한 일정 최적화, 자원 배분 및 안전 조치.

AI는 향상된 안전, 더 스마트한 일정 관리 및 개선된 품질 관리로 건설 산업을 혁신하고 있습니다. 이러한 발전이 어떻게 업계의 더 안전하고 효율적인 미래를 보장하는지 살펴보겠습니다.

AI는 프로젝트 일정, 자원 할당 및 작업 관리를 최적화하여 건설을 변화시키고 있으며, 그 결과 놀라운 효율성과 생산성 향상을 가져오고 있습니다. 안전, 의사 결정 및 품질 관리를 향상시키는 데 있어 AI의 중요한 역할은 현대 건설 관행에서 없어서는 안 될 요소가 되고 있습니다.

어려움에도 불구하고 AI 건설 시장은 2022년에 25억 달러 이상의 가치를 지니고 있으며, 2032년에는 151억 달러로 급증할 것으로 예상됩니다. 이러한 급증은 AI가 일정과 비용을 절감하는 능력에 의해 추진되며, 전 세계 업계 참여자에게 더 스마트하고 안전하며 효율적인 미래를 약속합니다.

Fig 1. 건설 시장의 AI, 글로벌 통계 

AI를 활용한 건설 현장 사고 감소

유엔의 국제 노동 기구에 따르면 건설은 농업에 이어 두 번째로 위험한 부문입니다.

2022년 미국 건설 산업은 업무 중 사망한 전문가 1,069명의 손실에 직면했으며, 이는 전년도에 비해 83명 증가한 수치입니다. 미국의 해당 부문 사망률은 10년 이상 동안 노동자 10만 명당 약 10명으로 유지되어 이 고위험 산업에서 개선된 안전 조치의 필요성을 강조합니다.

건설 산업에서 AI 통합은 건설 현장의 안전 조치를 크게 향상시킵니다. 주요 이점은 다음과 같습니다.

· 실시간 모니터링은 건설 활동에 대한 지속적인 감시를 의미하며, 노출된 전선, 불안정한 비계 또는 부적절한 안전 장벽과 같은 잠재적 위험을 즉시 감지할 수 있습니다. 센서 또는 카메라를 사용한 이러한 지속적인 감독은 위험한 상황이 심각한 사고로 확대되기 전에 신속하게 식별되고 해결되도록 보장합니다.

· 위험 요소 감지는 고급 알고리즘과 데이터 분석 기술을 통해 구조적 결함, 불안정한 표면 또는 부적절한 장비 사용과 같은 위험 요소를 신속하게 감지할 수 있습니다. 이를 통해 작업자 안전을 유지하고 사고를 예방하기 위한 즉각적인 해결이 가능합니다.

· 규정 준수는 안전 프로토콜 준수 여부를 지속적으로 평가하여 안전 규정을 엄격히 준수하도록 합니다. 이는 사고 위험을 줄일 뿐만 아니라 모든 직원의 보다 안전한 작업 환경을 보장합니다.

Fig 2. 2022년 미국 건설 노동자 사망자 수가 다른 산업 부문보다 많았습니다. 

건설 분야의 AI 의사 결정

건설 산업에서는 촉박한 프로젝트 마감일, 역동적인 작업 환경, 여러 팀과 자원을 효율적으로 조정해야 할 필요성이 일반적입니다. 업계의 빠른 속도를 감안할 때 정보에 입각한 의사 결정을 신속하고 정확하게 내릴 수 있는 능력은 매우 중요합니다.

데이터 기반 의사 결정이 건설 프로젝트의 계획 및 실행 방식을 혁신하는 데 중요한 역할을 합니다. 첨단 AI 기술을 활용하여 건설 업계는 전례 없는 속도와 정확성으로 대량의 건설 데이터를 분석할 수 있습니다. Ultralytics YOLOv8과 같은 AI 모델은 객체 탐지, 분할(Segmentation)객체 추적을 통해 건설 업계의 혁신을 주도하고 컴퓨터 비전을 통해 워크플로를 개선하고 있습니다.

그림 3. 객체 감지에 사용된 Ultralytics YOLOv8의 예시입니다.

주요 이점:

  • 정보에 입각한 사전 계획. AI는 프로젝트 관리자가 설계 오류, 하청업체 성과 문제, 장비 고장 또는 자재 부족 등 발생하기 전에 잠재적인 문제를 예측할 수 있도록 지원합니다. 컴퓨터 비전의 YOLOv8과 같은 기술은 자재를 정확하게 계수하고 모니터링하여 재고 추적에 도움을 줄 수 있습니다. 머신 러닝은 실시간 통찰력을 기반으로 타임라인 조정을 가능하게 하여 위험을 완화하고 보다 원활한 프로젝트 실행을 보장하며 지연 및 비용 초과를 줄이는 데 도움이 됩니다.
  • BIM(Building Information Modeling): 건설 분야의 BIM 기술은 물리적 및 기능적 특성에 대한 자세한 디지털 표현을 제공하여 데이터 기반 의사 결정을 용이하게 합니다. BIM과 AI는 함께 계획, 설계 및 관리 프로세스를 간소화하는 데 도움이 되는 통찰력을 제공하여 보다 효율적인 프로젝트 실행을 가능하게 합니다.
  • 리소스 최적화(Resource Optimization). AI는 또한 장비, 인력 및 자재의 가용성 및 사용량을 평가하여 낭비 없이 최대한 활용할 수 있도록 지원합니다. 이는 생산성을 높이고 비용을 절감할 뿐만 아니라 효율성과 환경적 책임을 증진하여 지속 가능한 건설 관행을 육성합니다.
  • 데이터 분석. AI는 과거 데이터와 현재 프로젝트 지표를 분석하여 날씨, 규제 병목 현상, 현장 조건, 노동력 부족 등으로 인한 잠재적인 지연을 예측할 수 있습니다. 전략적 분석을 통해 노동력과 자재를 체계적으로 재할당하여 프로젝트 일정을 유지할 수 있습니다.

건설 품질 관리 및 결함 탐지에서 AI의 역할

품질 관리는 모든 건설 프로젝트의 중요한 측면이며, AI는 높은 건설 기준을 유지하는 데 중요한 역할을 합니다. AI는 첨단 기술을 활용하여 건설 프로세스의 각 단계가 엄격한 품질 기준을 충족하도록 보장합니다. 

Fig 4. 건설 산업은 점점 더 디지털화되고 있습니다. 

이는 최종 구조의 무결성을 보장할 뿐만 아니라 프로젝트의 전반적인 안전성과 내구성을 향상시킵니다.

다음은 AI가 건설 분야 품질 관리에 기여하는 구체적인 방법들입니다.

  • 높은 건설 기준 보장: AI 시스템은 건설 활동을 지속적으로 모니터링하고 평가하여 모든 작업이 확립된 표준 및 규정을 준수하는지 확인하도록 설계되었습니다. 이러한 지속적인 감독은 프로젝트 수명 주기 전반에 걸쳐 최고 품질을 유지하는 데 도움이 됩니다.
  • 재작업 필요성 감소: AI는 결함을 조기에 식별함으로써 재작업의 필요성을 크게 줄입니다. 이는 시간과 리소스를 절약할 뿐만 아니라 프로젝트가 예정대로 진행되도록 보장합니다. 
  • 검사 간소화: AI 기반 드론과 센서는 검사 프로세스를 자동화하여 잠재적인 문제를 더 빠르고 정확하게 식별합니다.
  • 예측 유지보수 촉진: AI 알고리즘은 장비 데이터를 분석하여 유지보수 요구 사항을 예측하고 가동 중지 시간을 줄이며 최적의 성능을 보장합니다.

건설 분야의 AI: 과제

12조 달러 규모의 건축, 엔지니어링 및 건설(AEC) 분야는 규모에도 불구하고 디지털 기술과 혁신적인 관행 도입에 뒤쳐져 왔습니다. 세계 최대 규모의 산업 중 하나인 이 분야는 현대화 및 기술 발전 측면에서 다른 분야를 따라잡기 시작하는 단계에 있습니다.

맥킨지 보고서에 따르면 AEC에 집중된 기술 부문은 발전하고 있지만, 물류, 제조, 농업과 같은 다른 기존 소프트웨어 부문에서 보이는 규모와 정교함에는 아직 미치지 못하고 있습니다. 실제로 AEC 고객은 제조, 건축, 물류와 같은 다른 부문에 비해 IT에 대한 지출이 적습니다. 이러한 낮은 투자로 인해 AEC 기술 회사는 효율적으로 성장하는 데 어려움을 겪고 있습니다. 또한, 이 산업은 규모에 비해 스케일업 및 유니콘 기업의 수가 적습니다.

IT 분야의 예산 감소는 시장 파편화 및 고착화된 아날로그 관행과 함께 진행을 저해합니다. 평균적으로 AEC 회사는 수익의 1~2%만을 IT에 할당하는데, 이는 다른 산업 전반에서 일반적인 3~5%보다 훨씬 적습니다.

투자 및 운영과 관련된 상당한 비용은 건설 시장에서 AI 성장의 주요 장벽으로 작용합니다. 건설 프로젝트에 AI 기술을 구현하려면 AI 시스템, 필수 하드웨어 및 소프트웨어, 전문 지식 확보에 대한 상당한 재정적 지출이 필요합니다.

또한, 숙련된 인력 고용, 정기적인 업데이트 수행, 인프라 요구 사항 충족과 같은 운영 및 유지 관리 비용이 상당할 수 있습니다. Global Market Insights에서 강조한 바와 같이 이러한 높은 비용으로 인해 중소 건설 회사가 AI 솔루션을 채택하기가 어렵습니다. 그럼에도 불구하고 건설 분야에서 AI를 사용하는 방법을 이해하는 것은 업계가 이러한 격차를 해소하고 더 큰 효율성과 혁신을 달성하는 데 매우 중요합니다.

건설 산업의 AI 기반 로봇 공학: 새로운 개척지

로봇이 건설 현장에서 인간 작업자를 대체하여 인적 부상이나 사망 위험을 줄이는 시나리오를 상상해 보십시오.

AI에 의해 주도되는 디지털 시대로 건설 산업이 발전함에 따라 로봇 공학은 건설 현장에서 미래 지향적인 비전을 현실로 만들고 있습니다. AI는 의사 결정 및 품질 관리를 향상시키는 반면, 로봇 공학은 이러한 발전의 실질적인 구현을 제공합니다.

컴퓨터 과학과 기계 및 전기 공학을 통합하는 공학 분야인 로봇 공학은 최근 몇 년 동안 건설 분야로 확장되고 있습니다. 로봇은 수십 년 동안 존재해 왔지만 주로 COVID-19 팬데믹 이후의 관심과 채택 증가로 인해 최근에 상당한 인기를 얻었습니다. 결과적으로 이는 많은 새로운 가능성을 열었습니다.

로봇은 굴착, 운송, 하중 리프팅, 콘크리트 작업 및 철거와 같은 작업을 위해 중장비 및 차량을 자동화할 수 있습니다. 또한 고급 건설 방법은 폐기물 관리, 작업 자동화 및 산업화된 건설을 위해 로봇 공학을 활용하고 있습니다.

글로벌 건설 로봇 시장 규모는 2023년에 4억 4,250만 달러로 평가되었으며 2030년까지 12억 달러로 성장할 것으로 예상됩니다.

Fig 5. 글로벌 건설 로봇 시장이 빠르게 성장하고 있습니다.

이러한 변화를 주도하는 건설 로봇의 주요 범주는 다음과 같습니다.

· 고정형 로봇. 갠트리 로봇, 로봇 팔, 케이블 로봇과 같이 기반을 움직이지 않고 작동하는 로봇입니다.

· 모바일 로봇. 건설 효율성을 향상시키고 바퀴 달린 로봇, 보행 로봇, 비행 로봇, 수영 로봇 등 고르지 않은 지형을 탐색할 수 있습니다.

· 군집 로봇. 충돌을 피하기 위해 계획된 경로를 따라 자율적으로 설계를 구축하기 위해 협업하는 많은 소형 로봇입니다.

마지막 생각

AI는 프로젝트 일정, 자원 할당 및 작업 관리를 최적화하여 건설 산업의 모습을 바꾸고 있으며, 상당한 효율성 및 생산성 향상으로 이어지고 있습니다. 안전, 의사 결정 및 품질 관리를 향상시키는 데 있어 AI의 역할은 점점 더 중요해지고 있습니다.

어려움에도 불구하고 AI 통합은 로봇 공학 및 BIM 기술의 발전과 함께 건설에 더 스마트하고 안전하며 효율적인 미래를 약속합니다.

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