온톨로지 기반 지식 모델을 적용한 BIM 건설 안전 관리
 

1. 세미나 개최 개요

지난 10월 10일(목), ‘온톨로지 기반 지식 모델을 적용한 BIM 건설 안전 관리’를 주제로 한국건설관리학회 연구개발위원회의 ‘24년 1차 세미나가 온라인세미나(ZOOM) 방식으로 진행되었다. 건설 현장에서 발생하는 사고들은 현장 작업자의 안전과 생명에 큰 영향을 미치기 때문에, 사회적 관심이 지속적으로 증가하는 분야일 뿐만 아니라, 이러한 안전사고를 줄이기 위한 기술개발의 필요성이 커지고 있다. 이러한 배경하에, 본 연구개발위원회의 간사를 맡고 있는 계명대학교 신상윤 교수는 ’온톨로지‘와 ’BIM(Building Information Modeling)’을 연계한 안전 관리에 관한 연구결과와 최신 연구 동향을 소개해 주었다. 특히, 최신 건설 안전 분야의 관심을 반영하듯, 30여명 이상이 본 세미나에 참여하였고, 다수의 질의응답을 진행하였다.

2. 발표 및 주요 토론 내용 
2.1. 발표내용 요약
1) 온톨로지 기반 지식 모델 개발의 필요성
건설 현장은 본질적으로 다양한 위험 요소가 존재하는 공간이다. 안전 관리는 항상 중요한 문제이며, 이를 더 체계적으로 분석하고 예방할 수 있는 방법이 필요하다. 본 연구에서는 온톨로지 기반의 지식 모델 이용하여 안전관리를 도모하고자 했다. 이 모델은 건설 현장에서 발생할 수 있는 위험 요소를 체계화하고, 이를 기반으로 자동으로 위험을 분석하며, 필요한 예방 조치를 제안할 수 있는 시스템을 목표로 한다. 특히, BIM과의 통합을 통해 설계 단계부터 안전성을 강화할 수 있다.

2) 온톨로지 기반 안전 관리 시스템 개발 과정
온톨로지 기반 지식 모델을 개발하기 위해 먼저 건설 현장에서 발생할 수 있는 위험 요소들을 정의하고, 이를 체계적으로 정리하였다. 여기에는 추락, 충돌, 전기 감전과 같은 주요 사고 유형이 포함되었다. 또한, 작업자, 장비, 작업 과정, 보호 장비와 같은 개념들도 함께 정의되었다. 이렇게 정의된 개념 간의 관계를 구조화하고, 이들이 어떻게 서로 영향을 주고받는지를 분석할 수 있는 온톨로지 모델을 구축하였다. 본 연구에서는 온톨로지 모델 구축을 위해 Protégé를 사용하였다. 온톨로지 모델은 계층 구조로 표현되었으며, 각 개념에 맞는 속성들이 설정되었다(예: 작업자의 위치, 작업 중 사용하는 장비, 필요한 보호 장비 등). 이때, 미국 OSHA의 안전 규정도 반영하여, 규정을 따르는 안전성 평가가 이루어질 수 있도록 설계하였다.

연구에서 구축된 온톨로지 모델은 Revit 같은 BIM 플랫폼과 통합되었다. 건축물의 구성 요소에 대한 데이터를 추출하여 온톨로지 모델과 연결함으로써, 건축 설계 단계에서부터 안전성을 평가할 수 있도록 하였다. 예를 들어, 건물의 특정 구성 요소(벽, 기둥 등)에 대한 위험 요소를 분석하거나, 작업 구역에서 발생할 수 있는 위험을 미리 예측할 수 있었다. 나아가, 이러한 안전 분석 결과는 BIM 모델 내에서 시각적으로 표현되어 위험 구역이나 필요한 보호 장비를 쉽게 파악할 수 있도록 하였다.

또한, SWRL(Semantic Web Rule Language)을 사용하여 안전 규칙을 정의하고 이를 자동으로 분석할 수 있는 시스템도 개발되었다. OSHA의 규정을 바탕으로 SWRL 규칙을 통해 특정 작업 조건에서 필요한 안전 조치나 최소한의 안전 거리를 계산하여, 잠재적인 위험 요소를 자동으로 검출할 수 있었다. 검출된 위험 요소는 설계자에게 실시간으로 전달되어, 즉각적인 예방 조치가 가능하게 하였다.

마지막으로, 실제 BIM 프로젝트에 이 모델을 적용하여 시스템을 검증하였다. 다양한 건설 작업 상황에서 온톨로지 기반의 안전 분석 시스템이 위험 요소를 얼마나 정확하게 분석하고 대응 방안을 제시하는지 평가하였다. 또한, 전문가들의 피드백을 수집하여 시스템의 실용성과 사용자 편의성을 개선하는 과정을 거쳤다.

3) 결론
본 연구에서 제안한 온톨로지 기반 지식 모델은 건설 현장의 위험 요소를 체계적으로 관리할 수 있게 하였다. 이를 통해 건설 작업의 안전성을 사전에 평가하고, 위험을 분석하여 예방 조치를 제안함으로써 사고를 줄이는 데 기여하였다. 특히, BIM과의 통합을 통해 설계 단계에서부터 안전을 고려할 수 있었고, 이는 건설 산업의 안전 관리 수준을 향상시키는 성과로 이어졌다. 앞으로 이 시스템은 더욱 발전하여 건설 현장의 안전성을 강화하는 데 중요한 역할을 할 것으로 기대된다.

2.2 패널토론 요약
온톨로지와 SWRL을 기반으로 구축된 지식모델을 BIM과 통합한 안전관리를 제안한 연구에서는 다음과 같은 다양한 이슈가 논의되었다.

● 본 연구에서는 미국 건설 안전 규정을 제시한 OSHA 기준을 바탕으로 건설 안전 지식 모델을 구축하였다. 이 과정에서 SWRL 규칙 작성 시 사용된 언어는 영어였으며, 이를 기반으로 한 지식 모델을 국내 안전 관리 규정에 맞춰 한국어로 구현하는 것이 가능한지에 대한 논의.
● 온톨로지 기반 지식 모델이 BIM과 통합될 때, 설계 단계에서 안전성을 얼마나 효과적으로 강화할 수 있는가에 대한 논의.
● AI 기반 시공 자동화를 위해 온톨로지 기반의 지식 모델이 필요한 상황에서, 본 연구에서 구축한 안전 관리 지식 모델의 구축 방안을 시공 자동화에 적용할 수 있을지에 대해 논의.
● 설계 단계에서 온톨로지 기반 지식 모델을 통합한 BIM 플랫폼 상의 안전 관리와 시공 단계에서의 안전 관리의 차이점에 대한 논의
 

3. 맺음말

본 세미나에서 소개된 ‘온톨로지 기반 지식 모델을 적용한 BIM 건설 안전 관리’ 연구는 건설프로젝트의 초기 단계에서의 안전관리를 위한 새로운 접근법을 제시한다는 측면에서 매우 중요한 역할을 할 수 있다. 특히, 온톨로지를 활용한 건설 정보의 구조화와 BIM 모델의 결합은 안전 관리 체계를 더욱 효율적으로 구축하고, 위험 요소를 사전에 예측 및 관리할 수 있는 가능성을 제시한다. 본 세미나가 건설 안전 신기술을 개발을 위한 연구자 간의 네트워크 구축 및 교류의 시작이 되기를 바라고, 궁극적으로 건설 안전을 개선하는 데 기여할 수 있기를 기대해본다.

 

[작성자]
* 신상윤 연구개발위원회 간사 / 계명대학교 조교수 / sangyun@kmu.ac.kr
* 정광복 연구개발위원회 위원장 / 세종대학교 부교수 / kbjeong7@sejong.ac.kr