조선 해양 산업에서는 선박 설계의 자동화를 위한 다양한 연구가 진행되고 있으며, 그중에서도 배관의 자동 라우팅을 위한 경로 탐색 알고리즘 활용이 중요한 연구 분야로 자리 잡고 있다. 선박 내부의 배관 시스템은 각종 유체와 가스를 효율적으로 수송해야 하며, 장비 탑재 및 작업 공간 확보를 동시에 고려해야 한다. 이에 따라 최적의 배관 경로를 설정하는 작업이 필수적이다.

선박 배관 라우팅은 수백 세제곱미터에 이르는 방대한 설계 공간을 다루며, 허용 오차가 수 밀리미터 수준으로 정밀한 작업이 요구된다. 이는 배관이 선체 구조물, 기계 장비, 전기 시스템 등과 조화를 이루어야 하며, 충돌을 방지하는 동시에 유지보수의 편의성도 고려해야 하기 때문이다. 전통적으로 배관 설계는 숙련된 엔지니어가 수작업으로 수행해 왔지만, 선박의 크기와 복잡성이 증가하면서 이를 자동화할 필요성이 점점 대두되고 있다.

그림 1. 기존 연구의 한계

이러한 자동화를 실현하기 위해, 기존에는 동일 간격 격자를 활용한 설계 공간 설정 방식을 적용하는 경우가 많았다. 그러나 이 방식은 메모리 부족 문제와 긴 탐색 시간 문제를 초래할 가능성이 크다. 특히, 격자 기반 접근법에서는 높은 해상도를 유지하려면 기하급수적인 연산량이 요구되며, 이는 계산 비용 상승과 최적 경로 탐색 속도 저하로 이어진다. 또한, 선박 내부 설계 공간에는 선체 구조물, 엔진 룸, 화물 구획, 기타 장비와 같은 다양한 장애물이 존재하기 때문에 이를 정확하게 반영하는 것이 중요하다. 기존의 방식으로는 이러한 장애물 정보를 효과적으로 처리하기 어려워 실제 설계에 적용하기에 한계가 있었다.

그림 2. 등간격 그리드와 Octree 구조를 적용한 그리드 비교

본 연구에서는 이러한 문제를 해결하기 위해 설계 공간 설정과 경로 탐색을 보다 효율적으로 수행할 수 있는 방법을 제안하였다. 먼저, 설계 공간을 보다 정교하게 모델링하기 위해 가변 해상도 격자 및 그래프 기반 접근 방식을 적용하였다. 이를 통해 높은 해상도를 유지하면서도 메모리 사용량을 줄이고, 탐색 속도를 개선할 수 있었다. 또한, 장애물 회피 기능을 향상시키기 위해 3차원 공간에서의 실시간 충돌 검출 알고리즘을 도입하여, 배관이 다른 구조물과 겹치지 않도록 하였다.

그림 3. Octree 구조 내 경로 탐색 방법

본 연구에서 제안한 방법론을 선박 설계 과정에 적용한 결과, 복잡한 선체 구조 내에서도 배관 경로를 신속하고 효율적으로 탐색할 수 있었다. 특히, Octree 기반의 격자 생성 기법, 장애물 반영 방식, 그리고 주요 구역을 우선적으로 활용하는 탐색 전략을 결합함으로써 경로 탐색의 정밀도와 성능이 크게 향상됨을 확인할 수 있었다. 이러한 방법론은 조선·해양 산업에서 배관 설계 자동화를 더욱 발전시키는 데 중요한 역할을 할 것으로 기대된다.