스마트 리프팅을 위한 최신 훅 아래 장치 기술

스마트 리프팅을 위한 최신 훅 아래 장치 기술

건설기계산업연구원  김인유

 

 

1. 스마트 리프팅 장치 기술 변화

크레인 인양 작업에서 훅 아래 장치(Below-the-Hook Device, BTHD)는 단순한 부속품이 아니라 전체 작업의 안전성과 효율을 좌우하는 핵심 장치이다. 하중을 직접 지지하고 고정하는 특성상, 장치의 신뢰성이 확보되지 않으면 크레인 본체가 아무리 안정적이라 하더라도 전체 작업은 안전하게 수행될 수 없다. 따라서 BTHD는 크레인 시스템의 마지막 연결 고리이자 안전 체인의 핵심 요소라 할 수 있다.

전통적으로 사용되어 온 슬링, 체인, 스프레더 빔, 리프팅 빔, 클램프, 자석, 진공 리프터 등은 기계적 원리에 기반하여 하중을 단순히 잡고 지지하는 역할에 머물렀다. 그러나 최근 산업 전반에서 디지털 전환과 스마트 기술 도입이 가속화되면서, BTHD 역시 단순한 “철제 부품”에서 지능형 인양 보조 장치로 빠르게 진화하고 있다.

 

1.1 장치별 기술 심화

1.1.1 스프레더 빔(Spreader Beam)
전통적으로 대형 구조물이나 길이가 긴 자재를 인양할 때 양쪽에서 균형을 유지하기 위해 사용된다. 최근에는 모듈형 설계가 도입되어 길이 조정이 가능하고, 빔 내부에 하중 센서를 내장하여 각 지점의 하중 분포를 실시간으로 파악할 수 있다. 일부 제조사(Crosby Straightpoint 등)는 무선 하중 계측 기능을 제공하여, 운전자가 모니터를 통해 하중 편차를 즉시 확인할 수 있도록 하고 있다.

 

1.1.2 리프팅 빔(Lifting Beam)
하중을 한 지점 또는 두 지점에서 지지하는 구조로, 다목적 인양에 자주 사용된다. 최신 제품은 가변 지점 설계와 함께 디지털 하중분배 시스템을 도입하여, 작업자가 별도의 경험적 감각에 의존하지 않고도 최적의 하중 균형을 확보할 수 있다.

 

1.1.3 진공 리프터(Vacuum Lifter)
대형 유리, 패널, 금속판과 같이 표면이 평탄한 자재를 인양할 때 사용된다. 최신 진공 리프터는 압력 센서와 다중 회로 설계를 통해 누설 발생 시에도 하중을 안전하게 유지한다. 일부 제품은 IoT 플랫폼과 연결되어 장치의 진공 유지 상태를 클라우드에 기록하고, 이를 바탕으로 예지보전 서비스를 제공한다.

 

1.1.3 자석 리프터(Magnetic Lifter)
철강재 인양에서 널리 쓰인다. 기존 전자석 방식은 전력 소모와 정전 위험이 문제였으나, 최근에는 영구자석 기반에 전자제어를 결합한 하이브리드 방식이 주류가 되고 있다. 전력이 차단되더라도 영구자석이 기본 하중을 유지하기 때문에 안전성이 크게 향상된다.

 

1.1.4 클램프 및 그랩(Clamp/Grab)
판재, 빔, 파이프 등 다양한 형상의 자재를 잡아 고정하는 장치이다. 최신 제품은 자동 잠금·해제 기능과 인터록 시스템을 갖추어 잘못된 체결을 방지하며, 하중 크기와 표면 특성에 따라 자동으로 압력을 조절하는 지능형 기능도 도입되고 있다.

 

1.1.5 로테이터(Rotator)
대형 부품을 회전시켜야 하는 작업에서 사용된다. 최신 로테이터는 고정밀 토크 센서와 무선 제어 기능을 탑재하여, 작업자가 지상에서 원격으로 안전하고 정밀하게 회전 조작을 수행할 수 있다.

 

1.2 기존 장치와 스마트 장치의 차이

스마트 BTHD의 가장 큰 특징은 데이터 기반 운영이다. 기존 장치는 작업자의 경험과 육안 점검에 크게 의존했으나, 스마트 장치는 센서·IoT·무선통신을 통해 실시간으로 상태를 감시하고 데이터를 기록한다. 이로써 위험 감지, 장치 관리, 작업 효율성 등에서 획기적인 차이를 만들어내고 있다.

 

1.3 산업적 의미

스마트 BTHD는 건설·제조·에너지·물류 산업 전반에서 안전성과 생산성을 동시에 확보할 수 있는 핵심 기술이다. 특히 대형 구조물 인양, 고위험 환경 작업, 반복적 대량 운송 작업에서 그 효과가 뚜렷하게 나타난다. 이러한 변화는 단순한 장치 개선이 아니라, 작업 관리 방식 전체를 바꾸는 혁신적 전환이라고 평가할 수 있다.

 

2. 인양 작업의 디지털화와 IoT 통합

스마트 리프팅 기술의 핵심은 디지털화와 IoT 통합이다. 훅 아래 장치에 센서와 무선통신 모듈을 부착하여 장치 상태와 하중 조건을 실시간으로 수집하고, 이를 클라우드 기반 플랫폼에서 분석·활용함으로써 안전성과 효율성을 극대화하는 것이다.

 

2.1 IoT 아키텍처

스마트 리프팅을 위한 IoT 아키텍처는 보통 다음 네 계층으로 설명할 수 있다.

• 센서 계층: 하중, 각도, 진동, 온도, 풍속 등을 측정하는 센서가 장치에 내장된다.
• 네트워크 계층: 무선통신(LoRa, 5G, Wi-Fi 등)을 통해 데이터를 전송한다.
• 데이터 처리 계층: 클라우드 또는 현장 게이트웨이에서 데이터 수집 및 전처리를 수행한다.
• 응용 계층: 대시보드, 모바일 앱, 제어 시스템을 통해 작업자와 관리자가 데이터를 활용한다.

 

2.2 실시간 모니터링

센서 기반 데이터는 대시보드로 시각화되어 운전실 및 현장 관리자가 즉시 확인할 수 있다. 예를 들어, 편하중 발생 시 경고 알람을 제공하거나, 하중 중심이 벗어나면 작업을 중지하도록 자동 신호를 보낼 수 있다. 이러한 실시간 모니터링은 사고 예방에 매우 중요한 역할을 한다.

 

2.3 예측 유지보수

IoT 데이터는 장치의 이상 징후를 조기에 포착하여 고장을 예방할 수 있다. 예를 들어, 클램프의 체결 압력 변동 패턴, 진공 리프터의 압력 누설 추세, 자석 리프터의 전류 변동 등을 분석하면, 장치가 고장나기 전에 정비를 수행할 수 있다. 이는 기존의 시간 기반 점검(TBM)에서 상태 기반 유지보수(CBM)로의 전환을 가능하게 한다.

 

2.4 디지털 트윈 적용

디지털 트윈 기술은 실제 장치의 상태를 가상 공간에 그대로 재현하여 시뮬레이션을 수행하는 기술이다. 이를 통해 작업 전 하중 조건과 장치 동작을 미리 검증할 수 있고, 위험 요인을 사전에 제거할 수 있다. Siemens MindSphere, Liebherr LICCON, Kobelco KCross와 같은 실제 플랫폼들이 이러한 디지털 트윈 기반 운영을 지원하고 있다.

 

2.5 스마트 연결성과 통합 관리

5G 통신망과 클라우드 인프라의 도입으로 여러 장치를 동시에 통합 관리할 수 있는 시대가 열렸다. 대규모 건설 현장이나 항만 물류 현장에서 수십 개의 인양 장치가 동시에 작동하는 경우, IoT 기반 통합 제어 시스템은 전체 장치의 상태를 모니터링하고 이상 발생 시 즉각적으로 대응할 수 있다.

 

2.6 국제 표준과의 연계

스마트 리프팅의 디지털화는 국제 IoT 표준 체계와도 밀접하게 연계된다. ISO/IEC 30141(IoT Reference Architecture), IEC 62832(Digital Factory Framework) 등이 관련 있으며, 이러한 표준과의 정합성을 확보하는 것은 글로벌 시장에서의 기술 경쟁력 확보와 직결된다.

 

3. 스마트 리프팅 관련 안전 표준과 규제 체계

스마트 리프팅 장치의 활용은 기술적 진보만으로는 충분하지 않다. 이를 안전하게 적용하기 위해서는 국제 표준과 국내 규제 체계의 준수가 필수적이다. 특히 훅 아래 장치(BTHD)는 하중을 직접 지지하는 특성상, 장치의 설계·제작·시험·운용 단계에서 법적 요구사항을 충족해야 한다.

 

3.1 국제 표준 동향

3.1.1 ASME B30.20
미국 기계학회(ASME)가 제정한 규격으로, 훅 아래 인양 장치의 설계, 제작, 마킹, 설치, 점검, 시험 절차를 규정한다. 특히 장치의 정격 용량 표시, 이중 안전장치, 사용자의 교육 요건을 강조한다.

 

3.1.2 EN 13155
유럽 표준으로, 비고정식 인양 어태치먼트의 구조적 안전, 시험 절차, 성능 요구사항을 상세히 정의한다. 특히 진공 리프터, 자석 리프터, 클램프 등 다양한 장치별 요구사항을 세부적으로 규정하고 있어, 스마트 장치 제조사들의 설계 기준으로 널리 활용된다.

 

3.1.3 ISO 12480-1
인양 작업의 안전 절차와 관리 책임을 정의한 국제 표준이다. 작업 지휘자, 지정 책임자, 조종자의 역할과 자격 요건을 명확히 규정하고 있으며, 작업 전 계획 수립과 위험 평가를 의무화한다.

 

3.2 국내 법령 체계

산업안전보건기준에 관한 규칙과 건설기계관리법이 주요한 규제 근거이다. 산업안전보건기준에 관한 규칙 제163조~제170조는 크레인의 와이어로프 등 사용, 관리, 안전조치에 관한 사항을 규정하고 있다. 그러나 일부 조항은 ISO 및 EN 규격에 비해 세부적인 요구사항이 부족하며, 특히 IoT 기반 스마트 장치에 대한 직접적인 규정은 미비하다.

예를 들어, ISO 12480-1은 풍속 기준에 따른 작업 중지 요건을 명확히 규정하고 있으나, 국내 규정(제37조)은 주로 타워크레인에 국한되어 있어 이동식 크레인(기중기)과 훅 아래 장치에 대한 구체적 기준이 부재하다. 이와 같은 공백은 향후 개정 과정에서 보완이 필요하다.

 

3.3 산업안전보건기준에 관한 규칙과 표준의 간극

국제 표준은 장치의 성능과 시험 절차를 상세히 규정하는 반면, 국내 법령은 상대적으로 포괄적이며 구체성이 부족하다. 특히 제37조의 경우는 타워크레인만을 규정하고 있고 기중기(이동식크레인) 등은 없는 실정이며, 스마트 장치의 경우, 데이터 보안·무선통신 안정성·소프트웨어 오류 대응, 원격조종의 성능 등 같은 새로운 위험 요인이 존재하나 현행 산업안전보건기준에 관한 규칙에는 반영되지 않았다. 따라서 국내 법령은 국제 표준과 조화를 이루면서도, 디지털 전환 환경에 맞는 새로운 안전 관리 기준을 도입해야 한다.

 

4. 산업별 적용과 사례 연구

스마트 훅 아래 장치는 다양한 산업 분야에서 실제로 적용되며, 그 효과가 실질적으로 입증되고 있다. 각 산업의 특성과 요구조건에 따라 장치의 활용 방식과 기대 효과는 다소 차이가 있다.

 

4.1 건설 산업

모듈러 건축 및 프리캐스트 콘크리트 공법이 확산되면서, 대형 패널과 구조물을 안전하게 인양하기 위한 스마트 장치의 수요가 증가하고 있다. 예를 들어, 싱가포르의 모듈러 건축 현장에서는 IoT 기반 진공 리프터가 사용되어, 각 패널의 흡착 압력과 위치를 실시간으로 확인하면서 설치 작업을 수행하고 있다. 이로 인해 설치 시간이 단축(약20%)되고, 작업 중 사고 위험은 크게 감소하였다.

 

4.2 제조업과 조선업

자동차 제조 공장에서는 차체 프레임을 옮기는 과정에서 자석 리프터와 클램프가 사용된다. 최신 자석 리프터는 전력 차단 시에도 영구자석이 하중을 유지하므로 작업자가 안전하게 작업할 수 있다. 현대중공업 조선소에서는 대형 강판 인양 시 무선 하중 모니터링 기능이 탑재된 스프레더 빔을 사용하여, 각 인양 지점의 하중을 균등하게 배분하고 있다. 이를 통해 작업 효율성이 향상되고, 불균형 하중으로 인한 구조물 손상이 크게 줄어들었다.

 

4.3 에너지 산업

풍력 발전 분야에서는 블레이드 길이가 100m를 초과하는 초대형 구조물 인양이 필요하다. GE Renewable과 Siemens Gamesa는 토크 제어 로테이터와 디지털 스프레더 빔을 활용하여 블레이드를 정밀하게 회전 및 배치하고 있다. 이 과정에서 IoT 센서가 하중 상태와 바람 조건을 실시간으로 분석해 작업 지휘자에게 제공한다.

 

4.4 물류 및 항만

로테르담과 싱가포르 항만에서는 IoT 기반 컨테이너 스프레더가 도입되어, 각 컨테이너의 무게, 잠금 상태, 위치 정보를 자동으로 기록한다. 이 데이터는 중앙 관제 시스템과 연동되어 실시간 물류 최적화에 활용되고 있다. 이를 통해 하역 작업 속도는 평균 15% 이상 개선되었으며, 부정확한 적재로 인한 사고도 크게 줄어들었다.

 

5. 미래 전망: 자율화와 AI 기반 인양 시스템으로의 발전

스마트 훅 아래 장치의 발전은 단순한 센서화나 IoT 적용을 넘어, 자율성과 인공지능(AI) 기술로 확장되고 있다.

 

5.1 자율 인양 시스템

자율 인양 장치는 하중의 무게와 중심을 스스로 인식하고, 최적의 인양 각도와 경로를 계산하여 작업자의 개입을 최소화한다. 이는 반복적이고 위험한 작업에서 특히 효과적이며, 궁극적으로는 무인 인양 시스템으로 발전할 가능성이 있다.

 

5.2 AI 기반 위험 예측

AI 알고리즘은 센서 데이터와 과거 작업 기록을 학습하여, 편하중, 충돌 위험, 장치 오작동 가능성을 사전에 예측할 수 있다. 예를 들어, 진동 패턴 분석을 통해 장치의 피로 파손 가능성을 예측하거나, 하중 이동 궤적을 실시간 분석해 충돌 위험을 경고할 수 있다.

 

5.3 사이버보안과 데이터 신뢰성

IoT 기반 장치는 네트워크 연결을 전제로 하기 때문에 사이버 공격에 취약할 수 있다. IEC 62443과 같은 산업용 제어 시스템 보안 표준을 기반으로, 데이터 암호화, 인증, 무결성 검증 체계가 필수적으로 도입되어야 한다. 데이터 신뢰성이 확보되지 않으면 스마트 장치는 오히려 새로운 위험 요소가 될 수 있다.

 

5.4 ESG와 지속가능성

에너지 효율과 환경 영향 저감은 미래 기술 발전의 핵심 요소이다. 영구자석 기반 리프터나 고효율 진공 펌프의 도입은 에너지 소비를 줄이고 탄소 배출을 저감하는 효과를 가져온다. 향후에는 Life Cycle Assessment(LCA)를 기반으로 한 지속가능성 평가가 장치 선택의 중요한 기준이 될 것으로 보인다.

 

6. 결론 및 제언

스마트 훅 아래 장치는 전통적 인양 보조 장치에서 벗어나, 데이터 기반의 지능형 안전 시스템으로 발전하고 있다. 본 보고서에서 살펴본 바와 같이, 최신 기술은 센서화·IoT 통합·디지털 트윈 적용으로 요약되며, 산업 현장에서는 이미 다양한 사례에서 그 효과가 입증되고 있다.

그러나 기술 발전에 비해 규제와 표준은 아직 미흡한 부분이 많다. 특히 국내 규제 체계는 국제 표준과의 조화를 강화하고, IoT·AI 기반 장치의 새로운 위험 요인을 반영해야 한다. 이를 위해 다음과 같은 제언을 할 수 있다.

• 국내 규정의 개정 필요성: EN 13155, ASME B30.20, ISO 12480-1과 정합성을 확보해야 한다.
• 스마트 장치 인증 제도 도입: IoT 기반 상태 진단과 사이버보안 검증을 포함한 새로운 인증 체계가 필요하다.
• 전문 인력 양성: 스마트 장치의 설계, 유지보수, 데이터 분석을 수행할 수 있는 전문 인력 양성 프로그램이 요구된다.
• 산업-학계-정부 협력 강화: 기술 표준화, 실증 연구, 정책적 지원을 연계한 협력 체계를 마련해야 한다.

스마트 리프팅은 단순히 작업 안전을 보조하는 수준을 넘어, 산업 전체의 안전 패러다임과 운영 방식을 변화시키는 혁신적 전환점이 될 것이다. 따라서 기술 발전과 함께 표준·규제·인력·정책이 유기적으로 결합된 종합적 대응이 필요하다.