4차산업혁명을 선도하는 핵심 기술 중 하나인 인공지능(AI)의 활용 영역이 확장해나가면서 인간의 삶에 편리함을 더해가고 있는 가운데, 경희대학교 공과대학 건축공학과 홍원기 교수는 AI 기술에 건축공학을 결합한 새로운 시도를 통해 얻은 연구 결과를 바탕으로 국제저널에 AI기반 철근 콘크리트 구조, 프리스트레싱 구조, SRC 복합 구조의 자동화 설계를 포함한 여러 편의 논문들을 발표하며 건축공학계에 새로운 지평을 열었다.
홍 교수는 연세대학교 토목공학과에서 졸업 후 UCLA 토목공학과에서 석사 및 박사학위를 취득하였다. 현재 경희대학교 건축공학과에서 교수로 재직 중이다. 미국의 엥겔컬크 & 하트 구조설계사무소, 일본의 ㈜일본설계, 삼성건설, 삼성중공업에서 근무하였다. 또한 미국과 한국에서 구조기술사 자격증을 획득하여 구조엔지니어로 활발한 활동을 이어오고 있다.
구조물 자동 최적화 설계 기술 실현 나선다
홍원기 교수는 AI 분야 중에서도 인공 신경망(ANN, Artificial Neural Network) 즉 딥러닝 기반의 AI와 유전 알고리즘(GA, Genetic Algorithm), 머신러닝(Machine Learning)에 의한 AI 등 세 가지 기술을 중심으로 건축 분야에 융합하여 인간의 개입을 최소화하면서도 가장 최적화된 건축물을 만들어낼 수 있는 구조물의 자동 설계 연구에 박차를 가하고 있다. 완성된 연구이론을 바탕으로 기술을 구현해 실제 사용할 수 있도록 상용 소프트웨어 제작 단계에 있으며, 이르면 연내 출시가 가능할 것으로 예상된다.
“자동 최적화 설계 프로그램 ‘ABBA’(가칭)는 ‘AI-Based-design of Building Application’의 약자입니다. 전문 엔지니어가 아니더라도 빅데이터만 있다면 누구든 ABBA를 통해 구조물을 설계할 수 있게 될 것입니다. 자동 최적화 설계는 가히 획기적이라고 자신합니다. 예컨대, 건물을 가볍게 지으려면 콘크리트보다 철근을 많이 사용하기 때문에 가격은 올라갈 수밖에 없습니다. 반대로 무게를 중요하게 생각하지 않는다면 가격은 조금 저렴해지겠지요. 이처럼 가격과 무게 면에서 모두 충족할 수 있는 조건을 찾아 최적화된 설계를 만들어내는 것이지요. 이 기술이 없다면 엔지니어들은 가격과 무게의 절충점을 찾기 위해 여러 변수를 바꿔보면서 수없이 많은 시도를 거쳐야 합니다. 이를 시행착오법이라고 하는데요. 그럼에도 완벽한 결과물은 아닐 것입니다. 하지만 인공 신경망(ANN)기반의 자동 최적화 설계는 단 한번의 프로그램 실행으로 one run one optimization을 가능하게 합니다. 가장 경제적이고, 가장 탄소배출량을 줄일 수 있는 ‘최적’의 조건을 전부 실현해낼 것으로 기대됩니다. 소프트웨어가 완성되면 전 세계 출시를 목표로 하고 있습니다.”
인공지능과 건축공학 이론을 함께 담은 ‘Hong-Lagrange 알고리즘’
이밖에도 홍원기 교수는 AI와 건축공학을 융합하여 연구해온 이론을 집대성한 책 집필에도 열정을 쏟고 있다. 그는 특히, 구조공학 분야에 적용되는 ‘Hong-Lagrange 알고리즘’이라는 새로운 융합이론을 개발하여 현재 『인공지능기반 철근콘크리트 구조 설계』, 『인공지능 기반 Hong-Lagrange 최적화와 데이터 기반 공학 설계』, 『인공지능 기반 Hong-Lagrange 최적화와 데이터 기반 철근 콘크리트(RC) 기둥, 보의 설계』 등 국문판 3권을 출간했으며, 『Hybrid Composite Precast Systems, Numerical Investigation to Construction』, 『Artificial Intelligence-Based Design of Reinforced Concrete Structures: Artificial Neural Networks for Engineering Applications』, 『Artificial Neural Network-based Optimized Design of Reinforced Concrete Structures』 등 영문판 3권의 책은 아마존에서 만나볼 수 있다. 이밖에도 홍 교수는 국문 (인공지능 빠르고 쉽게 배우기, 홍원기 경희대학교) 과 영문 (Deep learning for beginners, Won-Kee Hong, Kyung Hee University) 등 두개의 유튜브 채널을 운영하여 AI를 쉽고 빠르게 배울 수 있도록 돕고 있다.
“18세기 천재 수학자 조제프 루이 라그랑주는 최적화 문제에 제약조건이 있을 때를 고려해 이를 해결하기 위해 최적화 기법을 만든 사람으로, 단순히 훌륭하다는 말로는 다 표현이 안 될 정도로 센세이션한 업적을 남긴 인물입니다. 여기에 21세기를 지배하는 인공지능을 결합하여 연구한 것이 ‘Hong-Lagrange’알고리즘의 시작인데요. SCI에 등록된 제 논문중에서, 그 중 AI관련 논문이 20편이 넘습니다. 그러나 논문은 보는 사람들이 한정돼 있어서 많은 사람들에게 전달하기 어렵다는 생각에 책을 만들어 놓으면 더 많은 사람들이 볼 수 있지 않을까 하는 마음으로 시작을 하게 됐습니다. 인공지능을 전공하는 사람들의 눈에는 부족한 점이 보이겠지만 건축공학적인 시각에서 바라보면 전혀 다른 세상이 됩니다. 현재 고층건물의 자동 최적화 설계에 관련된 인공신경망 기반 AI 분야에서는 아직까지 뚜렷하게 드러난 연구자가 없는 것으로 사료됩니다. 저 또한 이 분야를 연구하는 사람으로서, 제가 연구한 내용들을 동시대 혹은 후세대에 남기고자 국문판, 영문판으로 작성해 책으로 남기는 것을 목표로 하고 있습니다. AI는 실로 무궁무진한 분야입니다. 건축뿐만 아니라 우리 사회에 다양한 분야의 전문가들이 자신의 전공 영역과 AI를 결합하여 새로운 세상을 만들어나가길 기대해봅니다.”