로봇친화형 노후 공동주택 리모델링 설계 기준 개발 연구 = A study on the Development of Robot-Friendly Design Criteria for Remodeling of Aging Apartment Complexes

국문 초록 (Abstract)

대한민국은 2025년 65세 이상 인구가 전체의 20%를 넘어서며 초고령사회에 진입하였고, 본 연구가 수행되는 2026년 현재 그 비율은 더욱 높아지고 있다. 동시에 전국 공동주택의 약 40%에 해당하는 1,000만 호 이상이 준공 30년을 넘긴 노후 주택으로, 고령화와 주택 노후화라는 두 흐름이 같은 시기에 맞물리고 있다. 이러한 상황에서 배송·돌봄·청소·보안·이동보조의 다섯 가지 서비스 로봇을 주거 공간에 도입하려는 요구가 커지고 있다. 본 연구에서 이 서비스의 수혜 대상은 노후 공동주택의 전（全） 거주자이되, 신체·인지 저하로 서비스 도달이 가장 절실하고 설계 제약이 가장 큰 고령 거주자를 우선·기준 사용자로 설정한다. 이는 가장 까다로운 사용자를 기준으로 설계하면 모든 사용자가 혜택을 받는다는 유니버설 디자인의 원리에 따른 것이며, 초고령사회 진입은 본 연구의 시급성을 뒷받침하는 근거다. 그러나 정작 이 로봇들이 운용되어야 할 노후 공동주택은 엘리베이터 미설치 또는 치수 부적합, 협소한 복도, 과도한 단차와 경사로, 통신 인프라 미비가 복합적으로 존재하여 로봇의 자율 운용에 근본적으로 부적합하며, 현행 리모델링 기준은 로봇 운용 환경을 전혀 규정하지 않는다. 더욱이 기존의 로못 친화형 설계 연구는 대부분 신축 건물을 전제로 하여, 기존 구조체의 제약 속에서 이루어지는 리모델링에는 그대로 적용하기 어렵다. 이에 본 연구는 노후 공동주택 리모델링에 특화된 체계적·현실적 로못 친화형 설계 기준（RFDC: Robot-Friendly Design Criteria）을 개발하고 그 실효성을 실증하는 것을 목적으로 한다.
이 목적을 달성하기 위해 본 연구는 ‘일반에서 특수로’의 논리에 따라 네 단계의 방법을 순차적으로 적용하였다. 먼저 1단계에서는 싱가포르 IMDA 기준, 일본 국토교통성 지침, ISO 13482 등 국내외 선행 기준을 검토하여 공간·설비·디지털의 3축 분석틀을 수립하였다. 이어 2단계에서는 1990년 이전 준공된 500세대 이상 단지 20개소를 현장 실측하여 17개 항목의 기준 충족 실태와 10대 장애 요소의 우선순위를 정량적으로 도출하였다. 3단계에서는 이 실태조사 결과와 이론적 고찰을 종합하여 4개 영역 44개 항목의 RFDC（안）을 개발하고, 단지 여건에 따라 탄력적으로 적용할 수 있도록 필수（M）·권장（R）·선택（O） 3등급 위계와 단지 유형별（A~D） 3단계 적용 로드맵을 함께 구성하였다. 끝으로 4단계에서는 6개 분야 32명의 전문가를 대상으로 3라운드 델파이 조사를 실시하여 CVR·IQR·Kendall’s W로 항목별 합의도를 검증하고, 3개 대표 단지의 BIM 역설계 모델 위에서 ROS 2 기반 Gazebo 시뮬레이션으로 6개 운용 시나리오의 성능을 측정함으로써, 전문가 타당성과 물리적 실효성을 동시에 확인하였다.

이러한 과정을 거쳐 도출된 주요 결과는 세 가지이다. 첫째, 현장 실태조사에서 조사 대상 20개 단지 전부가 로봇 운용을 위한 최소 요건을 충족하지 못하였다. 엘리베이터 부적합이 90%, 복도 유효폭 부족이 80%, 통신 인프라 미비가 75% 단지에서 나타났으며, 충전 스테이션·엘리베이터 연동 포트·실내 측위 인프라는 전 단지에서 전무하여, 로봇 도입을 위한 건축적 개선이 선결 과제임이 확인되었다. 둘째, 전문가 델파이 검증에서 최종 45개 항목 중 43개（95.6%）가 세 가지 합의 기준（CVR≥0.33, IQR≤1.5, Kendall’s W≥0.70）을 모두 충족하였고 전체 Kendall’s W는 0.821（p〈0.001）로 강한 합의를 보였다. 이 과정에서 5G 중계기의 등급 하향（M→R）, 복도 돌출물 기준 완화（50→80mm）, 층별 전력 기준 이원화（20A·32A）, 운용 현황 공개 항목의 신규 추가가 이루어져, 기준은 44개에서 현장 수용성이 높아진 45개로 확정되었다. 셋째, BIM·시뮬레이션 검증에서 설계 기준 적용 후 엘리베이터 자율 탑승 성공률이 96.8~98.1%, 다중 로봇 교행 성공률이 92.3~96.7%로 향상되고 로봇 간 충돌은 98.7% 감소하였으며, 특히 경사로 기준 1/14는 우천·동결 조건에서 기존 법적 기준（1/12）보다 안전함이 정량적으로 입증되어 강화된 기준의 정당성을 뒷받침하였다.
나아가 본 연구는 이러한 실증 결과가 제도적 실현으로 이어지도록, 리모델링 심의·인증 과정에서의 단계적 적용, 로봇 운용현황의 입주민 공개, 로봇–건물 개방형 표준 연동, 리모델링 시점의 로봇 인프라 동시 구축 지원 등 제도적 실행 방향을 함께 제시하였다. 이는 설계 기준이 권고에 머물지 않고 실제 사업과 행정에 반영되도록 하는 이행 경로를 제시한 것이다.

결론적으로 본 연구는 세 가지 점에서 학술적·실무적 의의를 지닌다. 첫째, 신축을 전제하던 기존 연구와 달리 노후 공동주택 리모델링이라는 미개척 영역에 특화된 최초의 로못 친화형 설계 기준 체계（4개 영역 45개 항목, M 26·R 16·O 3）를 정립하였다. 둘째, 현장 실태조사·전문가 델파이·BIM 시뮬레이션을 결합한 다중 검증 방법론을 통해 기준의 타당성과 실효성을 동시에 입증하였다. 셋째, 종래 분절적으로 다루어지던 공간·설비·디지털 인프라를 하나의 통합 기준 체계로 묶어, 어느 한 영역의 결여도 로봇 서비스의 구현을 가로막는다는 통합적 관점을 제시하였다. 특히 본 연구는 로봇의 이동 가능성（수단）이 아니라 거주자에게 도달하는 서비스（목적）를 설계 기준의 목적함수로 두어, ‘로못 친화’를 넘어 ‘인간중심’ 로봇서비스 환경의 기준을 지향한다는 점에서 그 의의가 있다. 다만 본 연구가 제시하는 기준은 미개척 분야에 대한 선도적 ‘제1판’으로서, 향후 실증 사례 축적과 기술 발전에 따라 지속적으로 갱신되어야 한다. 본 기준 체계는 노후 공동주택 리모델링 사업의 표준 지침이자 인증 기준의 토대로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

South Korea became a super-aged society in 2025, when citizens aged 65 and older surpassed 20% of the total population, and this proportion has continued to rise through 2026, the time of this study. Simultaneously, more than 10 million apartment units — approximately 40% of the national housing stock — are classified as aging dwellings, having exceeded 30 years since their construction. At this intersection of two pressing social realities, the deployment of service robots （delivery, care, cleaning, security, and mobility assistance） within residential spaces has emerged as an urgent national agenda for supporting the independent daily lives of elderly residents.
However, the physical environments of aging apartment complexes in South Korea are fundamentally ill-suited for the autonomous operation of service robots. Multiple barriers coexist — including the absence or inadequate dimensions of elevators, insufficient corridor widths, excessive steps and slopes, and deficient communication infrastructure — while current remodeling codes make no provision for robot-operational environments. This study therefore aims to develop a systematic and practically applicable set of Robot-Friendly Design Criteria （RFDC） for realizing robot-friendly environments in the remodeling of aging apartment complexes.
This study adopted a four-stage sequential research methodology. In Stage 1, a systematic review of domestic and international precedents was conducted — including Singapore's IMDA Robot-Friendly Building Technical Reference （TR 93）, Japan's MLIT Guidelines for Robot Utilization in Buildings, and ISO 13482 — to establish a three-axis analytical framework covering spatial design, facility systems, and digital infrastructure. In Stage 2, on-site measurement surveys were conducted at 20 apartment complexes of 500 or more units, built before 1990, located in the Seoul metropolitan area and major regional cities, yielding compliance data for 17 physical indicators and a priority matrix of 10 key barriers. In Stage 3, the field survey findings and literature review were synthesized to develop a draft RFDC comprising 44 items across four domains （spatial, facility, digital infrastructure, and safety management）, organized in a three-tier hierarchy of M （Mandatory）, R （Recommended）, and O （Optional）, along with a three-phase implementation roadmap differentiated by complex typology （Types A through D）. In Stage 4, a 32-member expert panel from six disciplines participated in a three-round Delphi survey, with item-level consensus assessed using CVR, IQR, and Kendall's W. BIM reverse-engineering models were subsequently built for three representative complexes, and six robot operation scenarios were quantitatively evaluated using a ROS 2-based Gazebo simulator to empirically verify the effectiveness of the proposed criteria.
The field survey revealed that all 20 surveyed complexes failed to meet the minimum requirements for robot service operation. Elevator absence or dimensional non-compliance was found in 90% of complexes, insufficient corridor widths in 80%, and inadequate communication infrastructure in 75%. Robot charging stations, elevator-interface ports, and BLE beacon positioning infrastructure were entirely absent across all surveyed sites.
The three-round Delphi survey confirmed strong expert consensus: 43 of the final 45 items （95.6%） satisfied all three consensus thresholds （CVR ≥ 0.33, IQR ≤ 1.5, Kendall's W ≥ 0.70）, with an overall Kendall's W of 0.821 （p 〈 0.001）. Through the Delphi process, five modifications were made to the draft criteria, including a downgrade of the 5G indoor repeater from Mandatory to Recommended status, relaxation of the corridor protrusion limit from 50 mm to 80 mm, bifurcation of the floor power supply standard into 20 A （M） and 32 A （R）, and the addition of one new item （mandatory disclosure of robot operation status to residents）, bringing the total from 44 to 45 finalized criteria.
BIM and simulation verification demonstrated substantial performance improvements following the application of the design criteria. Elevator autonomous boarding success rates reached 96.8–98.1% across all complex types; multi-robot corridor-crossing success rates achieved 92.3–96.7%; and the frequency of robot-to-robot collisions decreased by an average of 98.7% per ten operational runs. Notably, the 1/14 ramp slope standard was quantitatively confirmed to be safer than the existing legal standard of 1/12 under wet and frozen surface conditions, providing scientific justification for the more stringent criterion.
This study presents the first RFDC framework specifically tailored to the remodeling of aging apartment complexes in South Korea, comprising 45 items （M: 26, R: 16, O: 3） across four domains（spatial, facility, digital communication, human-robot coexistence） and a three-phase implementation roadmap differentiated by complex type. Based on these findings, the study also outlines implementation directions — including phased application within remodeling review and certification, public disclosure of robot operation status, an open-standard robot–building interface, and public support for embedding robot infrastructure during remodeling — so that the criteria are reflected in actual projects and administration. The design criteria framework developed in this study is expected to serve as a standard guideline and certification benchmark for future remodeling projects targeting aging apartment complexes nationwide.

목차 (Table of Contents)

• 제1장 서 론 1
• 제1절 연구의 목적 및 필요성 1
• 제2절 연구의 범위 및 방법 9
• 제3절 논문의 구성 및 용어 정의 14
• 제2장 이론적 고찰 및 선행연구 검토 20
• 제1절 로봇의 개념과 공동주택 운용 서비스 로봇 20
• 1. 로봇의 개념과 포괄적 분류 체계 20
• 2. 공동주택 운용 로봇의 다축 분류와 대상 설정 23
• 3. 유형별 특성 및 공간 요구사항 분석 24
• 4. 로봇의 운용 및 행위 패턴 28
• 제2절 로봇 친화형 설계의 이론과 BIM디지털 트윈 기반 기술 30
• 1. 로봇 친화형 설계의 개념과 구성 요소 체계 31
• 2. 로봇-인간 공존 환경의 안전 기준 33
• 3. BIM디지털 트윈 기반과 로봇 주행 시뮬레이션 35
• 제3절 인증 및 관련디자인 검토 37
• 1. 유니버셜 디자인의 개념과 7원칙 38
• 2. 유니버셜 디자인과 로봇 친화형 설계의 차별성 및 시너지 39
• 3. 외부공간으로의 확장:단지 외부에서 세대 내부로의 공간 위계 42
• 4. 국내외 인증기준 현황과 RFDC 수렴의 방향성 43
• 제4절 노후 공동주택 리모델링의 개념과 유형 46
• 1. 공동주택 리모델링의 법적 정의 46
• 2. 리모델링 유형의 세부 분류 47
• 3. 국내 공동주택 리모델링 정책 동향 48
• 4. 노후 공동주택의 물리적 특성 및 한계 50
• 제5절 국내외 운영사례 및 선행연구 분석 51
• 1. 사례 선정 기준 및 분석 틀 52
• 2. 국내외 로봇 친화 건축 운영 사례 52
• 3. 사례 종합 비교 및 시사점 57
• 제6절 선행연구 분석 및 본 연구의 차별성 58
• 제7절 소결 61
• 제3장 노후 공동주택의 로봇 운용 환경 실태 분석 63
• 제1절 조사 설계 63
• 1. 조사 목적 및 기본 방향 63
• 2. 조사 대상 단지 선정 64
• 3. 조사 항목 및 측정 방법 66
• 4. 로봇 운용 시나리오 설정 68
• 제2절 로봇 운영 및 주행에 따른 한계 69
• 1. 대상 로봇의 유형운용 및 행위 패턴 70
• 2. 물리적 및 공간적 인프라의 주행 한계 74
• 3. 인간-로봇 공존에 따른 사회심리적 한계 76
• 4. 노후 공동주택의 복합적 한계 구조와 대응 방향 77
• 제3절 공간설비디지털 인프라의 장애 요소 분석 78
• 1. 단지 외부 공간의 장애 요소 78
• 2. 주동 내부 공간의 로봇 운용 장애 요소 81
• 3. 설비 및 디지털 인프라의 장애 요소 86
• 제4절 장애 요소 종합 분석 및 개선 우선순위 도출 89
• 1. 장애 요소 우선순위 산정 방법 89
• 2. 장애 요소 종합 우선순위 매트릭스 90
• 3. 단지 유형별 장애 요소 분포 비교 92
• 제5절 소결 94
• 제4장 로봇 친화형 리모델링 설계 기준 개발 96
• 제1절 설계 기준 개발 프레임워크 96
• 1. 개발 원칙 및 접근 방법 96
• 2. 설계 기준 위계 체계 98
• 3. 일반 설계 기준에서 리모델링 설계 기준으로의 전개 100
• 4. 설계 기준의 구성 영역 100
• 제2절 공간 설계 기준 101
• 1. 단지 외부 및 주동 접근 102
• 2. 주동 내부（엘리베이터복도현관） 106
• 제3절 설비디지털 통합 설계 기준 111
• 1. 설비 설계 기준 111
• 2. 디지털통신 인프라 설계 기준 114
• 제4절 인간-로봇 공존 설계 기준 117
• 1. 물리적운용적 공존 기준 121
• 2. 정보심리적 공존 기준 122
• 제5절 단계적 적용 로드맵 및 통합 기준 체계 종합 124
• 1. 단계 구분 원칙 126
• 2. 설계 기준 항목 수 종합 128
• 3. 통합 설계 기준의 상호 연계 구조 129
• 4. 유니버설 디자인과의 통합 적용 전략 130
• 제6절 소결 131
• 제5장 로봇 친화형 설계 기준의 다층 검증 135
• 제1절 다층 검증 프레임워크 135
• 1. 통합 검증의 필요성 135
• 2. 두 검증의 역할 분담 136
• 제2절 전문가 델파이 조사에 따른 설계 기준 제안 137
• 1. 델파이 방법론의 선택 근거와 전문가 패널 구성 137
• 2. 조사 운영 절차 및 분석합의 판단 기준 139
• 3. 12 라운드 결과 분석 142
• 4. 3라운드 최종결과 및 전문 분야별 평가 148
• 5. 델파이 조사 결과에 따른 설계 기준 수정 및 제안 148
• 제3절 BIM기반 실증 검증 설계 및 유형별 모델링 159
• 1. 검증 목적 및 방법론 159
• 2. BIM 모델링 대상 단지 선정 및 역설계 방법 161
• 3. 로봇 주행 시뮬레이션 환경 구성 163
• 4. 단지 유형별 BIM 리모델링 설계 170
• 제4절 시뮬레이션 결과 및 종합 성능 개선율 검증 177
• 1. 유형별 Before/After 핵심 지표 비교 179
• 2. 설계 기준 수치 검증 181
• 3. 비상 상황 시뮬레이션 결과 185
• 4. 리모델링 전후 종합 성능 개선율 분석 186
• 제5절 3차원 설계 가이드라인 구축 189
• 1. 3차원 설계 가이드라인의 필요성 및 적용 원칙 190
• 2. 공용부 3차원 설계 가이드라인 194
• 3. 전용부 3차원 설계 가이드라인 197
• 4. 단지 유형별 3차원 가이드라인 적용 200
• 5. 3차원 설계 가이드라인 적용 프로토타입 및 검증 결과 201
• 6. BIM 기반 설계 기준 시각화 및 활용 방안 203
• 제6절 소결 207
• 제6장 결론 211
• 참 고 문 헌 214
• ABSTRACT 236