우리나라는 지난 수십 년간 급속한 경제성장에 맞춰 사회기반시설을 건설했으나 공용기간의 증가로 인한 노후화 및 외부환경변화 등으로 국가 주요 시설물에 대한 효율적인 실시간 유지관리 체계 구축이 시급한 실정이다. 시설물에 대한 안전을 확보하고 신기술ㆍ신공법 기반의 안전 및 유지관리 선진화를 통한 ‘U-Safe KOREA’를 실현하고자 2006년부터 2011년까지 한국시설안전공단 주도로 건설기술연구원, 철도기술연구원, 금오공대 등 약 50여 기관이 컨소시엄으로 참여하는 ‘국가 주요시설물 안전관리 네트워크 시범구축 및 운영시스템 개발’을 추진 중이다. 주요 내용은 시설물 계측에 광섬유센서 등 첨단기술의 적용과 시설물 상시 안전관리시스템 시범구축(교량, 터널, 사면, 지하철, 제방, 도로, 하천, 공항시설물 등), 조기경보ㆍ신속대응 자동화 시스템 개발, 네트워크 통합운영시스템 구축 및 운영기준 등 4개 분야에 걸쳐 연구를 진행하고 있다.
□ 시설물 계측에 광섬유센서 등 첨단기술 적용
시설물의 변형를 감지하는 센서들은 현재 전기식, 전자식이 주종을 이루고 있는데 이는 가벼운 충격에도 고장이 나며 수명이 짧다. 이를 대체하기 위해 연구단에서는 최근 선진국에서도 관심이 높은 광섬유센서(FBG, BOTDA)와 지능형센서(RFID/USN, PZT센서)를 개발했다. FBG 광섬유센서에 탑재된 위치파악 시스템(GPS)을 통해 시설물의 전체적인 움직임을 실시간으로 파악할 수 있도록 하였고 시설물의 현장상황은 CCTV를 이용한 영상장비를 이용, 대용량의 영상정보를 실시간 전송할 수 있게 했다. 아울러 자동판독하는 기술을 활용해 안전성 여부를 확인할 수 있도록 개발했다.
연구단은 또 미국의 남가주대 및 센트럴 플로리다대학 연구진과 공동으로 센서를 통한 계측자료 분석의 상태평가기법을 개발하고 있다. 기존의 방법은 관리기준치를 정해 이를 안전성평가 기준으로 정하고 있으나 이 기법은 장기간의 DB 모니터링을 통해 온도를 비롯한 계절적 변화를 고려한 통계확률기법에 의거한 시설물의 안전성 여부를 판단하는 것으로 교량, 터널, 사면 등에 대한 멀티센서 데이터를 이용한 평가기법을 개발하고 있다.
개발되는 시설물 상태평가 시스템은 손상상태 및 변위상태를 즉각 분석해 사고를 미연에 방지하고 대응할 수 있는 시스템이 될 것으로 기대된다.
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| RFID/USN 센서 | ||
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| BOTAA 광섬유센서 | ||
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| FBG 광섬유센서 | ||
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| 데이터 로거 | ||
개발 기술들은 기존 기술과 비교해 안전성이 높으며 많은 정보의 고속전달이 가능, 시설물 안전관리에 더욱 적합한 것으로 평가된다. 이러한 센서뿐만 아니라 계측자료를 저장ㆍ분석하는 광섬유센서, RFID/USN센서, 이미지 센싱 등의 데이터 로거 장비 등도 개발했다. 이 같은 계측장비부분의 국산화는 수입대체효과 뿐만이 아니라 국산계측기 산업의 활성화에도 크게 기여할 것으로 판단된다.
□시설물 상시 안전관리시스템 시범구축 및 평가기준 개발
기존의 전기식, 전자식 센서를 포함해 광섬유센서, 지능형센서, GPS, RFID/USN, CCTV 등 개발된 최첨단 계측장비를 전국 30개 현장에 시범 적용, 상시 안전관리시스템을 구축했다. 현재까지 삽교대교, 횡성도로사면, 일로∼임성리 철도사면, 낙동강하구 하천, 안진터널, 괴곡터널 등 20여 개 시설물의 상시안전관리 시스템을 구축했으며 내년 상반기까지 총 30개 시설물에 시범구축을 완료, 지속적인 운영관리를 통해 검증할 예정이다.
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| 하천제방(낙동강하구) | ||
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| 철도사면(일로-임성리구간) | ||
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| 삽교대교 | ||
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| 도로터널(CCTV 영상) | ||
상시안전관리 시스템을 통해 구축된 자료의 분석으로는 기존의 관리기준치를 적용하는 방안, 시설물별로 변형-응력을 해석하는 상용 프로그램 및 확률론적 통계기법 방안 등 시설물 특성을 고려한 적정한 안전성 평가기법을 개발하고 있다.
향후 시설물 안전성 평가기법의 S/W개발은 안전과 유지관리 시 시설물 변형에 대한 이해와 정립을 통해 개발돼야 할 분야로, 결국 세계적인 기술 경쟁력은 이 분야의 R&D 투자에 의해 결정될 것으로 판단된다.
□ 네트워크 통합운영시스템 구축
앞서 적시한 30개 시험현장의 실시간 계측자료와 영상자료 등은 한국시설안전공단에서 설치된 통합상황실로 전송되고 있다.
통합운영시스템의 H/W는 단위시설물 D/B, 분석시스템, 통합관제를 위해 서버군의 역할과 사양을 규정해야 하며 네트워크 장비 및 보안서비스 구성은 외부의 D/B 수신, 내부망 운영 및 각 서버군의 보안 등을 고려해 구축되고 있다. 또 통합운영시스템의 S/W는 서버군 역할별 S/W 및 모듈 설계와 통합관제 및 보안에 따른 UI 및 모듈 설계를 고려해 구축하고 있다.
통합운영시스템 구성은 다양한 종류의 센서를 설치한 이종시설물들의 안전성을 통합적으로 관리하고 시설물에서 발생한 이상징후를 판단해 이를 효과적으로 전파할 수 있는 시스템 구조 및 방법을 정립했다.
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다양한 종류의 센서를 설치한 이종시설물을 통합 모니터링하기 위해 대량의 동적/정적 계측데이터를 효과적으로 수집하고 처리하는 방법을 정립해 이를 특허로 등록했다.
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□ 조기경보ㆍ신속대응 자동화 시스템 개발
시설물 안전관리 시스템에 어느 시설물에 지진, 붕괴징후, 변형 등 계측기가 설치된 부위에서 이상 징후가 발생할 경우에는 계측자료의 변화값 및 영상정보를 통해 현지 상황을 실시간으로 보면서 판단할 수 있다. 이상 징후 시에는 통합운영상황실의 상황보고ㆍ전파 자동화시스템을 이용해 MMS(Multimedia Messaging System), VMS(Voice Message Service), EMS(Express Mail Service), FMS(Fax Message Service), SMS(Short Message Service) 등의 매체로 5분 이내에 관련 담당자에게 상황보고를 하게 되며 중앙부처와 시설물 관리주체 간의 표준화된 정보공유에 의해 신속하게 대응, 국민의 인명과 재산 손실을 예방할 수 있도록 개발 중이다.
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| 조기경보 자동화시스템 | ||
한국시설안전공단은 1994년 성수대교 붕괴사고를 계기로 ‘시설물의 안전관리에 관한 특별법’에 의해 설치된 국토해양부 산하 기관으로서 국가 주요 시설물에 대한 진단과 점검을 담당하고 있다. 대통령령이 정하는 1ㆍ2종 시설물 4만5000개에 대한 정보가 구축돼 있으며 앞으로도 지속 확대될 전망이다.
현재 개발이 진행 중인 4대강 유역의 교량ㆍ댐ㆍ제방ㆍ보ㆍ하구둑ㆍ양배수장ㆍ배수갑문 등의 시설물 정밀안전진단 및 점검자료와 준공 설계도면, 품질관리자료 등에 대한 정보도 구축돼 있다.
건설 및 첨단정보통신 분야를 혼합한 안전관리 네트워크 시범구축사업에 의해 계측장비의 국산화 및 표준화 등 국내 산업 기술집약도를 향상시킬 수 있을 것이다. 또 국가시설물의 효율적인 통합운영ㆍ관리를 통해 시설물의 장수명화를 기대할 수 있으며 국민의 시설물에 대한 신뢰도 향상으로 범정부적인 시너지 효과를 창출할 수 있을 것으로 기대된다.
김 훈(국가 주요시설물 안전관리 네트워크 시범구축 및 운영시스템 개발 연구단장/한국시설안전공단 네트워크연구단)
<인터뷰> 김 훈 연구단장
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광섬유센서와 데이터 로거 등 장비개발 및 네트워크 통합운영시스템 구축을 위한 D/B자료와 시스템 표준화에 역점을 두었다. 시설물 모니터링 구축 시 시공사별 다른 관리시스템을 도입하고 계측기의 대부분을 다양한 외국제품으로 사용하게 되면 서로 다른 H/W와 S/W구축에 따라 사후관리가 제대로 이뤄지지 않아 무용지물이 되기 십상이다. 이같이 실효성과 효용성에 많은 문제점이 제기돼 왔던 것을 개선하는 데 역점을 두었다.
-연구 결과가 건설산업에 미칠 가장 큰 영향은.
현재 시설물 계측관리시스템은 서해대교 등 11곳 특수교량과 서울 한강교량 6곳. 고속도로 32곳, 일반도로 21곳, 일반국도 절토사면 100여 곳, 수자원공사 등의 댐 관리시스템 및 고속철도 등에 적용돼 있으며 점차 확대될 전망이다. 그러나 이들 시스템은 사양이 서로 달라 D/B자료를 시설물별로 분석해 안정성 평가와 판단을 하는 S/W 분석기술의 발전을 저해하고 있다. 우리 연구단의 연구결과는 통합운영시스템 구축 표준화에 상당히 기여할 것으로 전망된다.
- 연구 결과를 확산시키기 위해 필요한 정부 제도적 지원책은.
시설물에 대한 모니터링이 정립되고 발전하기 위해서는 △시설물별 계측기 설치 및 운영ㆍ관리에 대한 지침 △계측자료 D/B 분석의 S/W 기술개발 △통합네트워크 운영의 표준화가 이뤄져야 하는데 대통령령이 정하는 1ㆍ2종 시설물에 대해서는 이를 적용토록하는 방안이 제도화돼야 한다. 다만 보안을 위해 내용별로 등급화하는 방안과 공인화 인증 등에 대한 조치가 강구돼야 할 것으로 보인다.
- 앞으로 추가로 필요한 연구는.
미국, 유럽, 일본과 우리나라의 시설물에 대한 모니터링 기술수준을 비교하면 계측과 센서분야는 70%, IT(정보기술)와 통신분야는 세계적 수준에 도달한 것으로 판단된다.
우리 연구단의 과제는 통합운영시스템의 효용성을 판단하는 단계라고 볼 때 정부가 지속적으로 연구비를 지원할 경우 시설물 안전 및 유지관리 모니터 기술은 계측, IT 및 통신의 세계적 표준화 블루오션의 성장동력이 될 것으로 확신한다.
- 정부와 업계에 하고 싶은 말이 있다면.
유비쿼터스 기반의 U-Safe KOREA, U-City 및 시설물 통합모니터링 시대로 가고 있다. 이와 관련된 기술은 급격하게 발전하고 있다. 현재와 같이 정부 부처별, 관리주체 위주의 ‘따로국밥’식 모니터링 사업은 조직과 인력 및 예산운영에 있어서 매우 적절하지 못하다. 더욱이 재난과 재해가 발생할 경우 종합적인 대처가 이뤄지지 않을 경우 엄청난 인명과 재난피해를 가져올 수 있다. 계측의 표준화와 통합운영의 표준화는 빠를수록 좋다. 통합운영시스템 개발에 대한 지속적인 관심과 투자만이 이 분야의 발전을 도모할 수 있다. 서태원기자 taeji@
