[논문 리뷰] Toward a Science of Autonomy for Physical Systems: Construction

Mirosław J. Skibniewski, Mani Golparvar Fard|arXiv (Cornell University)|2016. 04. 12.

BIM and Construction Integration참고 문헌 10인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 국민 기반 시설 건설의 물리적 시스템을 위한 기초 과학을 제안하며, 안전성, 생산성, 품질 및 지속 가능성 향상을 위해 로봇공학과 자동화를 통해 시설 수명주기 전반에서의 성과를 높이고자 한다. 이 논문은 대규모 데이터 분석, 실시간 모니터링 및 자율 시스템을 통합한 연구 및 교육 프레임워크를 제시하여 국가 기반 시설 시스템에서 체계적이고 시기적절하며 지능적인 건설 및 유지보수 운영을 가능하게 한다.

ABSTRACT

Today, ensuring and improving safety, productivity, quality, and sustainability in construction, operation, and maintenance of national civil infrastructure systems through advances in robotics and automation is a national imperative. By "national civil infrastructure" we refer to the 4.5M commercial buildings, 3.9M miles of public roads, 2M miles of oil and natural gas pipelines, 600K bridges, 190K cell phone towers, 120K miles of major railroads, 100K miles of levees, 84K dams, 50K miles of electrical power lines, 25K miles of commercially navigable waterways, and 5K public-use airports in the United States, all of which are critical to our national economy and society. By "ensuring and improving safety, productivity, quality, and sustainability" we mean to guarantee performance across the entire life cycle of civil infrastructure, from construction to operation and from maintenance to disposal. By "advances in robotics and automation" we mean innovative research and education that will provide tools for systematic and timely execution of construction, and also collection, analysis, visualization, and operational use of big data in built environments for project monitoring and control purposes. In the following, we discuss the current state of construction and operation of the national civil infrastructure systems in detail and present several opportunities for improvements through research and education on robotics and automation.

연구 동기 및 목표

• 국민 기반 시설 건설의 물리적 시스템에서 자율성에 대한 과학적 기반을 구축하기 위해.
• 로봇공학과 자동화를 통해 국가 차원의 시설 안전성, 생산성, 품질 및 지속 가능성 문제를 해결하기 위해.
• 자율 시스템과 대규모 데이터를 통한 체계적이고 적시이며 데이터 기반의 건설 및 유지보수를 실현하기 위해.
• 자율 기반 시설 시스템을 발전시키기 위한 연구 및 교육 우선순위를 규명하기 위해.
• 기술 혁신을 통해 설계 및 건설에서 운영 및 폐기까지 시설의 수명주기 성능을 지원하기 위해.

제안 방법

• 로봇공학, 자동화 및 실시간 데이터 처리를 기반으로 한 국민 기반 시설 시스템의 자율성 프레임워크를 제안한다.
• 프로젝트 모니터링 및 제어를 위한 대규모 데이터 수집, 분석, 시각화 및 운영 활용을 통합한다.
• 건설 작업의 체계적 실행을 위해 자율 시스템의 활용을 강조한다.
• 컴퓨터 과학, 토목공학 및 데이터 과학을 융합한 다학제적 연구를 촉구한다.
• 건축 환경 내 자율 시스템 구현을 위한 교육 및 훈련의 필요성을 강조한다.
• 전체 시설 수명주기 동안 지속 가능한 자율성에 기반한 과학 기반 접근을 주장한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 로봇공학과 자동화는 국민 기반 시설의 건설 및 유지보수를 체계적으로 향상시키기 위해 어떻게 적용될 수 있는가?
• RQ2 물리적 시설 시스템을 위한 자율성 과학을 구축하기 위해 필요한 연구 및 교육 이니셔티브는 무엇인가?
• RQ3 건축 환경에서 유래한 대규모 데이터는 어떻게 체계적으로 수집, 분석 및 자율 의사결정 지원에 활용될 수 있는가?
• RQ4 자율 기반 시설 운영의 안전성, 생산성 및 지속 가능성 확보를 위해 필요한 기술적 및 제도적 프레임워크는 무엇인가?
• RQ5 자율 시스템은 건설에서 폐기까지 시민 기반 시설의 전 수명주기 동안 어떻게 통합될 수 있는가?

주요 결과

• 이 논문은 시설 안전성, 생산성, 품질 및 지속 가능성 향상을 위해 국민 기반 시설의 자율성 발전을 국가적 의무로 설정한다.
• 이 논문은 자율 솔루션이 필요한 핵심 시설 분야로 450만 개의 상업용 건물, 390만 마일의 도로, 200만 마일의 파이프라인을 규명한다.
• 건설 분야에서 실시간 모니터링, 제어 및 의사결정을 위해 로봇공학과 대규모 데이터 분석의 통합이 필수적이다.
• 확장 가능하고 신뢰성 있으며 안전한 시설 시스템을 지원하기 위해 자율성 과학은 다학제적 연구 및 교육에 기반을 두어야 한다.
• 제안된 프레임워크는 자율 시스템과 데이터 기반 운영을 통해 수명주기 성능 관리를 지원한다.
• 이 논문은 로봇공학과 자동화를 국가 기반 시설의 회복력 및 장기적 지속 가능성의 핵심 추진력으로 위치시킨다.