IoT·3D GIS 융합 스마트 건축물관리시스템 구축

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건축물의 설계·시공·관리 등 세밀한 건물정보 제공

화재 등 각종 재난에 효율적 대처 가능하게 만들어
대한민국은 현재 이름도 낯선 ‘메르스(MERS)’라는 질병으로 불안과 공포에 휩싸여 있다. 많은 국민은 이러한 사태를 책임지고 대응해야 하는 정부를 신뢰하지 못하며 그 무능함을 질타하기에 이르렀다. 더구나 질병을 치료해주던 병원 내부로부터 감염이 퍼져나갔다는 사실 또한 매우 충격적이다.

건축물은 인간의 기본적인 생활공간이다. 우리는 산부인과라는 건축물에서 태어나서 주택이라는 건축물에서 자란다. 학교라는 건축물에서 세상을 배우고, 사무실이란 건축물에서 일하며 살아간다. 또한 대다수 여가활동도 건축물 안에서 일어나고, 물품의 생산과 질병의 치료도 건축물 안에서 행해진다. 즉 인간 활동이 있는 곳 어디에나 건축물이 있을 만큼 건축물과 인간의 상관관계는 깊다.
이번 메르스의 전파 과정이 역학조사를 통해 완전히 드러나진 않았지만 현재로서는 가장 현대적인 건축설계와 최신 의료시설을 갖춘 병원들에서 시작되어 세상으로 퍼져나갔다는 분석이 가장 유력하다. 이는 매우 아이러니하면서도 시사하는 바가 크다고 할 수 있다. 오늘은 질병뿐만 아니라 화재, 지진 등 재난 대응과 에너지 효율 향상 등에 활용되고 있는 최첨단 정보기술(IT) 기반의 건축물 관리시스템을 살펴보고자 한다.

IoT·3D GIS 융합 스마트 건축물관리시스템 구축

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IoT와 3차원 공간정보시스템(3D GIS)

사물인터넷(IoT)과 3차원 공간정보시스템(3D GIS) 기술을 융합하면 더욱 스마트한 건축물관리시스템인 ‘IBS(Intelligent building system)’를 구축할 수 있다. 3차원 공간정보기술(GIS)은 사용자에게 더욱 효과적이고 효율적인 서비스를 제공할 수 있다. 기존의 2차원 GIS는 삼각형 메시 기법과 영상처리시스템을 활용하여 실외 건물 및 관련 정보를 2차원적으로 제공해 왔다. 기존의 2차원 GIS는 현실세계를 점, 선, 면의 2차원 객체로 일반화한다. 이 과정에서 데이터 손실이 발생하여 현실 세계에 대한 이해, 분석, 관리 등에 한계가 있었던 반면 3차원 기반의 건축물관리시스템(IBS)에서는 건축물의 3차원 설계, 시공, 관리를 위한 컨텍스트 정보를 포함한 세밀한 건물정보를 제공한다. 즉 현실 세계와 유사한 입체공간을 사용자에게 제공하여 현실공간에 대한 이해도 향상과 정확한 지형분석을 지원함으로써 미래 유망기술로 부각되고 있다.



3차원 스마트형 건축물관리시스템

각종 재난과 재해, 메르스, 사스, 에볼라, 구제역, 조류독감 등의 전염병에 대한 예방과 대응, 전시상황에 능동적인 도시방호시스템 구축, 건축물의 에너지 절약과 효율적인 관리 등에 대한 필요성이 날로 증가하고 있다. 국민의 안전하고 건강한 삶을 지켜주기 위한 스마트형 건축물관리시스템과 도시관리시스템에 대한 관심이 집중되고 있는 이유다.

3차원 공간정보기술(GIS)을 활용한 건축물관리시스템(IBS)의 구축은 건축물과 시설물 관리를 위한 가장 능동적이고 스마트한 대표적인 방법이다. 건물의 생명주기와 기능을 더욱 스마트하게 유지 및 관리하기 위해 연구개발을 이어가고 있다. 사물인터넷 시대를 맞이하며 건축물관리시스템(IBS)은 건축물자동화(BAS: Building Automation System), 데이터 통신(TC: TeleCommunication), 사무자동화(OA: Office Automation) 등 세 가지 영역을 포함하는 개념으로 설명되고 있다. 한 마디로 정보통신기술과 건축기술의 결합, 로봇과 건축물의 융합 등을 통해 기존의 건축물보다 몇 단계 더 발전된 수준의 서비스를 구현한다는 것이다. 아래 그림은 경기도 과천 소재의 ‘스마트 타워(Smart Tower)’의 3차원 건축물관리시스템의 주요 화면들이다. 건물 전체와 층별 모습, 건물 내 저수조 상태, 온도, 습도, 화재감지, 에너지 절감 등 건물의 유지관리에 필요한 모든 정보를 하나의 사이트를 통해 서비스한다.

화재가 발생한 경우를 가정해 보자. 건축물관리시스템이 구축되지 않은 건물의 경우 화재가 발생해도 육안과 열기 등을 통해 직접 확인하기 전까지 화재 여부를 인지하기 힘들다. 하지만 건축물관리시스템이 구축된 경우라면 우선 곳곳에 설치된 센서와 감지시스템을 통해 즉시 화재 발생 여부를 파악할 수 있다. 또한 시스템 클라이언트를 통해 시각화하여 건물관리자에게 실시간으로 상황을 전달해준다. 둘째, 사전에 준비된 ‘대응 매뉴얼’에 따라 연관된 구조물과 장치들에 대한 통제 화면이 자동으로 건물관리자에게 제공된다. 셋째, 건물관리자는 이를 통해 문제 해결을 위한 효과적인 컨트롤 및 제어가 가능하다. 건축물관리시스템이 없었다면 허둥지둥하는 사이에 걷잡을 수 없는 상황에 이르렀을지도 모르는 위기상황에서 건축물관리시스템은 사전에 지정된 매뉴얼에 맞추어 작동하고, 건물관리자는 이를 통해 침착하게 필요한 조치를 취해나감으로써 위기상황을 슬기롭게 극복할 수 있는 것이다.

이제 건축물관리시스템은 건축설계 시 필수요소가 되어가고 있으며, 이를 통해 제공되는 편의성과 안정성, 에너지 효율을 위한 냉난방 등 공조시스템, 출입 통제, 화상 감시, 경보시스템, 화재 탐지와 대피 등에 대한 수요와 활용의 폭은 매우 넓을 것으로 예상된다. 이에 따라 스마트형 건축물관리시스템 구축 과정의 이해와 활용능력의 배양은 차세대 도시 및 건축물 시설관리에 있어 필수항목이 되고 있는 추세다.

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스마트형 건축물관리시스템(IBS)의 사례

대형 통신사의 ‘스마트타워(Smart Tower)’의 사례를 바탕으로 3차원 건축물관리시스템이 제공하는 다양한 기능을 알아보자.

건축물관리시스템을 통해 대상 건축물의 외형을 확인할 수 있다. GIS 소프트웨어인 인트라맵(IntraMap) 3D 엔진이 제공하는 기본 인터페이스에 따라 건물의 상하좌우의 모습을 자유자재로 돌려가며 살펴볼 수 있다. 항공사진과 DEM을 추가한다면 검은 배경 대신 주변의 지형과 건축물들도 함께 확인할 수 있다.

건축물관리시스템 구축할 때 각 층별 도면에 따라 모든 3D 모델링이 진행된다. 따라서 각 층별로 시설물은 물론 그 구조와 형태 등을 모두 확인할 수 있도록 층별 레이어를 제공한다.
건축물관리시스템의 우측 상부에는 레이어 전체의 구조가 그려진 작은 인덱스가 있다. 여기서 건물관리자가 원하는 위치를 클릭하면 화면은 즉시 해당 위치로 이동하게 된다.
건축물관리시스템에서는 건물의 설비 및 구조물의 위치와 상태를 확인할 수 있는 관리모드를 제공한다. 설비, 공조(환풍기), 조명, 빌딩안내 정보를 포함한 3D 레이어가 제공된다.
통합관리모드는 위의 관리모드에서 제공하는 4가지 관리기능 모두를 활성화시킬 수 있는 기능이다. 설비, 공조, 조명, 빌딩 안내의 모든 정보가 한 화면에 표시되므로 직관적으로 상황을 파악하고 조치를 취할 수 있다.
대시보드 버튼을 클릭하면 시스템 하단부에 대시보드가 활성화된다. 대시보드는 시스템을 통해 관리하는 각종 시설물들(저수탱크, 열교환기, 배기관제, 전열교환기 등)에 설치된 센서들을 통해 그 상황과 상태를 확인할 수 있다. 각각의 시설물을 클릭하면 더욱 상세한 정보를 확인할 수도 있다.

대시보드를 통해 나타나는 각 시설물별 센싱정보를 클릭하면 해당 시설물에 대한 더욱 구체적인 상황을 확인할 수 있으며 해당 시설물이 설치된 위치로 화면이 이동하게 된다.

효율적인 건축물관리를 위해 각 층별 도면을 확인할 수 있는 도면보기 기능을 제공한다.

또한 건물의 모든 운영상황을 통제하고 관제할 수 있는 기능을 제공한다.

화재가 발생할 경우에 건축물관리시스템을 통해 제공하는 시뮬레이션을 확인할 수 있는 시스템이다. 센싱정보를 통해 실제와 동일한 과정으로 실행되는 방식이다. 화재가 발생한 층이 붉게 깜빡이며 사용자에게 즉시 상황을 알리며 대피로 보기를 통해 안전지역으로 사람들을 이동시킬 수 있도록 도와준다.

건축물관리시스템은 건물의 배수탱크에 이상이 생겨 고수위 상태가 발생하는 경우에 대한 시뮬레이션 또한 제공한다. 화재경보와 마찬가지로 실제와 동일한 과정으로 실행된다. 고수위가 발생된 저수탱크가 붉게 깜빡이며 해당 위치로 화면을 이동시킨다.

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정보통신과 공간정보 기술 품은 건축물

위에서 소개한 각종 기술들은 신속한 화재 대피는 물론 질병의 경로 파악 등에 효과적으로 사용될 수 있다. 병원의 감염환자나 신선한 공기가 필요한 환자들을 위해 병실별로 독립적으로 공기를 관리하거나 감염된 공기를 완전히 소각한 후에 외부로 내보낼 수도 있다. 공간정보 기반의 스마트형 건축물관리시스템은 대한민국 건축물의 수준을 높여줄 뿐만 아니라 우리들의 안전과 편리에도 크게 기여할 수 있을 것이다.
김인현 (주)한국공간정보통신 대표