4차 산업혁명은 건축 및 실내디자인 분야의 문제 해결에도 새로운 방법론을 제시한다. ICBM/AI(사물인터넷, 클라우드, 빅데이터, 모바일, 인공지능 기술) 등의 새로운 기술을 이용한 문제 해결법에 대한 논의가 이어지는 추세다. 연세대학교 실내건축학과 이진국 교수는 최근 BIM(건물정보모델링, Building Information Modeling)을 활용한 연구로 2020 대한민국과학기술연차대회 제30회 우수논문상을 수상했다.
설계품질 자동검토 도구를 위한 시각지능 기반 BIM 객체 인식 구현’ 연구
이진국 교수의 ‘설계품질 자동검토 도구를 위한 시각지능 기반 BIM 객체 인식 구현’ 연구는 BIM과 딥러닝 기술을 활용해 건축물 설계 초기 단계부터 설계안을 사전에 검토해볼 수 있는 설계품질 자동검토 기술 개발에 기여하여 우수논문상을 수상했다. 해당 기술은 인허가 관련 건축 법규, 설계 요구사항 등을 사전에 자동으로 검토하여 설계품질을 향상시키고 설계안 검토 과정을 보다 효율화하는 것을 목적으로하고 있다. 이러한 기술은 미국 GSA프로젝트, 싱가포르 CORENET 프로젝트, 호주 Design Check 프로젝트 등 세계 각국에서 수년 전부터 개발되어왔다. 우리나라 또한 KBIMS 프로젝트를 통해 건축물의 설계품질 향상을 위한 기술개발을 선도하고 있다. 이를 통해 건축설계 분야의 생산성 향상, 설계 결과물의 품질 향상 등 건설 산업 발전에 기여할 수 있을 것이라 기대된다.
수많은 장점이 있는 기술이지만 실제 현장에서 적용하기까지는 다양한 장애 요인이 존재한다. 특히 디지털 건축물 모델이 설계품질 검토를 위해 필요한 정보를 가지고 있지 못하는 문제가 주요 해결과제로 인식되고 있다. 이 교수는 A 사무실에서 B 계단까지 10m 이내로 설계되어야 한다는 요구사항을 검토하기 위해서는 디지털 건축물 모델이 사무실(공간), 문, 계단(건축객체) 등의 정보를 가지고 있어야 하지만, 디지털 모델에 정보가 잘못 입력되거나 누락되는 등의 문제로 실질적인 설계품질 검토 활용까지는 어려움이 따른다고 설명했다.
이에 이 교수는 이번 연구를 통해 이미지나 영상 데이터를 학습할 수 있는 딥러닝 기술을 응용해 건축물의 객체 유형을 자동으로 인식할 방법을 제시했다. 디지털 건축물 모델의 벽체, 바닥, 기둥, 계단, 창호 및 가구 등 3차원 객체로부터 다각도 이미지를 생성하여 합성곱신경망 모델 학습을 수행한 것이다. 그는 테스트 결과 약 90%의 정확도로 개개의 유형 정보를 인식할 수 있으며, 1초에 약 5개의 객체 정보를 인식할 수 있었다고 전했다. 해당 기술은 현재 KBIMS 프로젝트의 하나로 개발된 건축설계 검토 소프트웨어 KBimAssess 에 탑재되어 활용되고 있다.
“보다 상세하고 다양한 건축물의 객체 유형 등 정보 인식을 통해 더욱 지능적인 설계품질 검토가 가능할 수 있도록 연구를 확장하고 있습니다. 논문 외에도 소프트웨어 등록, 특허 출원을 진행하였으며, 향후 특허 등록 및 기술이전을 통해 산업체 및 유관 분야 산업 현장에 기여하고자 합니다.”
신기술과 인간의 실생활 연결하기 위한 융‧복합 연구 수행
이진국 교수가 몸담은 연세대학교 실내건축학과는 인간을 둘러싼 사회환경, 자연환경, 생활환경과의 공생이라는 인간생태학 관점의 생활과학에 기반한 인문사회과학기술 융‧복합 교육을 일찍부터 실시해왔다. 최근에는 시대변화와 요구에 발맞추어 주생활학과, 주거환경학과, 실내건축학과로 그 명칭을 변경하며 시대와 사회의 부름에 맞는 인재들을 양성하고 있다. 이 교수가 이끄는 공간디자인 및 디자인IT 연구실은 주거환경, 실내건축, 건축공학 분야에서의 문제 해결을 위한 컴퓨팅 기술의 활용과 접근을 주요 연구 방향으로 삼고 있다. 그는 디자인과 이에 이용되는 컴퓨팅 기술에 대해 보다 개념적이고 지적인 영역으로 접근하며 디자인의 계획과 개념 정립, 형태의 시각화, 다각적 분석에 활용되는 수많은 컴퓨팅 기술들에 대해 개발자 및 연구자의 관점에서 관련 배경 지식과 핵심적인 내용을 심도 있게 다루고자 한다고 설명했다. 실내건축과 BIM, 디자인과 인공지능을 구체적 연구 키워드로 꼽을 수 있다.
“현재 수행 중인 연구 프로젝트는 크게 3가지로 요약할 수 있습니다. 개방형BIM 기반의 건축설계적법성 평가 자동화 기술 및 응용기술 개발, 건물정보모델링기반 설계자동화 및 검토지능화를 위한 인공지능과 실감미디어연계 설계기술 개발, 실내이미지의 객체 및 스타일 기계학습을 통한 인공지능 학습모델 개발과 실내디자인 활용에 관한 연구 및 개발이죠.”
개방형BIM기반 건축설계 적법성평가 자동화 기술 및 응용기술 개발’ 프로젝트는 KBIMS 프로젝트의 일환으로 수행 중이다. BIM기술을 통해 우리나라 인허가 관련 법규를 자동으로 검토하고, 세움터 등을 통해 온라인으로 인허가 과정을 수행하며, 스마트폰 등에서도 성능검토 협업을 수행할 수 있는 기술개발을 목표로 한다. 이 교수는 복잡하고 까다로운 건축물 인허가 과정을 보다 효율적이고 투명하게 처리할 수 있으며, 궁극적으로는 설계 초기 단계부터 설계안의 품질 향상을 도모함으로써 발주자 및 사용자의 만족도 향상에 기여할 수 있다고 설명했다.
현재 세계 건축 및 건설시장에서 ICT 융합을 통한 고부가가치 기술개발이라는 목표하에 다양한 실험과 연구개발이 진행되고 있다. 우리나라의 경우 정부 주도하에 건설산업 선진화를 위한 노력을 이어가고 있으나 아직은 시공 관련 및 기술공학적 자동화에 초점이 맞춰진 상태다. 이 교수는 기존에 자동화 연구가 많이 진행된 구조나 설비 등 수치분석 위주의 자동화보다는 건축설계, 즉 실내공간과 마감 재료 등 디자인의 창의성을 지원하기 위한 연구개발에 비중을 둔 연구를 수행하고자 한다고 설명했다. 그가 현재 진행 중인 ‘건물정보모델링기반 설계자동화 및 검토지능화를 위한 인공지능과 실감미디어연계 설계기술 개발’ 연구는 이종 기반기술을 창의적으로 연계한 새로운 설계기술로 기존 현장이 존재하는 리모델링 설계에 효과적으로 활용할 수 있을 것으로 기대된다.
“최근 공간 설계 및 디자인 분야에서 많은 사람이 ‘인공지능 및 유관기술을 활용하여 실내디자인/실내건축설계를 할 수 있을까? 있다면 무엇을 어떻게 접근해야 할 것인가?’라는 질문을 던지고 있습니다. 이미 각 산업 분야에서 인공지능, 기계학습 등을 활용한 지능형 접근방법에 대한 기대가 커지고 있죠.”
이 교수는 ‘실내이미지의 객체 및 스타일 기계학습을 통한 인공지능 학습모델 개발과 실내디자인 활용에 관한 연구 및 개발’ 프로젝트를 통해 인공지능 하위의 기계학습과 딥러닝을 공간디자인 학습모델의 개발 및 응용을 통해 실내건축 및 설계 경쟁력의 국제화 제고에 이바지하고 있다. 나아가 또 하나의 지능형 설계 분석 및 접근방법을 개발함으로써 기존에 수행 중이거나 계획 중인 다수의 과제나 대형과제, 협회나 기관 주도의 정책적인 기술표준 구현에 보조를 맞추고자 한다는 설명이다.
융‧복합 연구 통해 ‘보다 살기 좋은 공간’ 만들어갈 것
“저희 연구실은 4차 산업혁명 기술이나 디지털 뉴딜 등 시의적절한 주제를 다루는 것에 나아가 ‘보다 살기 좋은 공간’을 만드는 것을 목표로 합니다. ‘Bringing design solutions to the world’를 추구하기 위하여 ‘Bringing computing solutions to the design’이라는 기치에 ‘지능형기술’을 보다 구체적으로 추가하는 원년이 될 수 있도록 연구를 수행하고 있습니다.”
이진국 교수가 미국 로렌스 버클리 내셔널 연구소의 기치에서 차용한 이러한 가치관은 ‘디자인컴퓨팅’이라는 분야를 잘 설명해준다. 그는 ‘공간디자인 및 디자인IT’ 연구실에서 이공, 인문, 예술 등 다양한 분야 간 융‧복합 연구를 수행하며 더욱 살기 좋은 공간을 만들기 위한 고민을 이어가고 있다고 전했다. 최근 언택트 환경에 맞는 공간에 대한 요구가 커지는 가운데 이러한 변화에 대응할 수 있는 새로운 공간에 대한 고민을 이어가고 있는 그다. 이 교수는 4차 산업혁명으로 칭해지는 새로운 기술들을 사람들이 사용하는 공간에 적용하는 방법을 융‧복합적으로 풀어내는 분야라 덧붙였다.
현재 이 교수는 융‧복합 학회인 한국 CDE학회(Computational Design & Engineering) 및 한국 실내디자인학회 등에서 활동하고 있다. 그는 해당 학회의 행사나 활동들은 일반인들이 보기에도 실생활과 밀접한 관련이 있고 근미래의 삶과 직결된 결과물들이 소개된다며, 관심을 두고 지켜본다면 흥미로운 내용을 발견할 수 있을 것이라 전했다. 이밖에도 BIM 응용프로그램 개발 등에 관한 연구로 국내외 저널 및 학술대회 논문을 게재, 발표하였으며, 공역서 ‘BIM핸드북’을 출간했다. 조지아텍 건축대학에서 졸업 당시 최우수 박사논문상을 받았으며, 미국 산업체 컨소시엄 FIATECH으로부터 기술혁신상, 미국 건축가협회 AIA로부터 BIM어워드를 공동 수상하였고, 국제디지털건축공모전 FEIDAD 등에 입상한 바 있다.
4차 산업혁명이 구현되는 ‘공간’에 대한 고민 이어갈 것
“공간을 대상으로 하는 건축계획 및 설계 분야는 융‧복합의 정점에 있다고 말할 수 있습니다. 특히 실내건축은 보다 세부적인 부분이자 인간과 한 발 더 가까운 분야죠.”
실내건축학과가 소속된 생활과학대학은 기본적으로 의‧식주를 대상으로 하는 학문영역들이 함께하는 전형적인 융‧복합 분야다. 이진국 교수는 4차 산업혁명에서 중요한 것들은 모두 ‘공간’을 매개로 구현되고 있음을 강조했다. 새로운 기술들이 컴퓨터 앞이나 서버실, 사이버스페이스에 국한되지 않고 우리의 삶이 이루어지는 실제 공간에서 구현된다는 것이다. 이 교수는 이는 이전까지의 산업혁명과 4차 산업혁명이 갖는 가장 큰 차이점 중 하나라 설명했다. 바로 그 공간의 중심에 인간이 위치해야 하며, 기술과 디바이스들은 눈에 띄지 않고 숨어서 사라져야 한다는 것이다. 실제 기술의 발전 또한 이러한 방향으로 이루어지고 있다. 그는 향후 인간 본연의 가치가 중심이 되고 우선시 되는 미래로 나아가는데 이바지할 것을 다짐했다.
“4차 산업혁명 기술을 바라보는 여러 관점이 있겠지만 저는 ‘공간’을 매개로 한다는 점을 강조하고 싶습니다. 기술과 실생활을 ‘공간’ 속에서 연결하는 거죠. 사람들은 이제 단순히 공간에 머무르는 것만으로도 빅데이터, 클라우딩 등의 기술을 편안하게 활용할 수 있습니다. 디지털이나 기술을 앞세우지 않는 ‘인간중심 시대’로 나아가는 거죠. 기술을 실생활에 구현하기 위한 가장 핵심적 요소를 다루는 실내건축은 융‧복합학문으로서 그 역할을 다할 것입니다.”
후학을 양성하면서 이 교수는 엄한 스승이기도 했다. 그는 학부생의 경우 유쾌한 관계를 유지할 수 있지만, 대학원생들의 경우 잘못을 지적하고 연구자로서의 올바른 자세를 지적해주는 것이 자신의 역할이라 말했다. 그런 그는 아무것도 하지 않는 ‘Inactive’, 주어진 일에 반응만 하는 ‘Reactive’, 그리고 스스로 먼저 움직이는 ‘Proactive’ 중 Proactive한 삶과 접근방법을 강조하고 있었다. 이는 모든 분야, 모든 사람에게 통용될 수 있는 말이겠지만 디지털 기술 교육에서 'Digital Literacy‘를 높이는 가장 중요한 핵심이기도 하다. 이 교수는 제자들에게 스스로 해보는 접근방법을 주문하고 있다고 전했다. 때론 엄할 수밖에 없는 자신의 역할에 안타까움을 느끼기도 하지만 잘못을 웃어넘기는 것은 교수의 의무를 다하지 않는 것이라며 자신을 채찍질하는 그다.
스스로 움직이는 ‘Proactive'한 후학을 양성하고, 끊임없이 쏟아지는 새로운 기술들을 공간 속에 구현하며 실내건축을 이끌어가는 이 교수. ‘보다 살기 좋은 공간'에 대한 그의 고민이 우리의 실생활을 어떻게 바꾸어놓을지 기대해본다.
