지난 이 시간에는 과학化 · 스마트化로 이뤄낸 고속도로 구조물 점검에 대한 전반적인 이야기와 고속도로 구조물 점검의 중요성에 대해서 알려드렸습니다.
(스마트한 과학으로 이뤄낸 고속도로 구조물 점검 1탄 ☜ 클릭 시 해당 링크로 이동됩니다.)
지난 1탄에서 언급한 것처럼 최근 미국을 비롯한 선진국에서 도로의 교량과 터널 같은 구조물의 붕괴사고가 자주 일어남에 따라 인명피해, 재산손괴 뿐만 아니라 교통통제로 인한 막대한 사회적인 비용까지 발생된다는 점을 알려드렸었는데요,
우리나라도 점점 증가하는 고속도로의 교량과 터널에 대한 안전점검을 종합진찰 받는 시스템을 스마트한 과학과 첨단기술로 마련했습니다. 이는 한국도로공사의 고속도로 구조물 점검과학화가 바로 그것이죠.
첨단 장비와 높은 기술력으로 한치의 오차없는 점검을 가능하게 하는 한국도로공사의 고속도로 구조물 점검과학화. 어떤 기술이 숨어있는지 함께 보실까요?
스마트폰이 바꾸어가고 있는 세상은 구조물의 유지관리 부분에서도 변화의 바람이 불고 있습니다. 무선통신을 기반으로 현장에서 교량유지관리시스템(HBMS)과 데이터를 송 · 수신하면서 구조물을 점검하는 신개념의 점검체계인 모바일 구조물 점검체계가 그것이죠.
교량점검용 프로그램, 유지관리 이력자료, 점검매뉴얼, 카메라, 녹음기능 등 구조물점검시 필요한 모든 기능을 스마트폰안에 넣어두고 현장점검과 동시에 점검결과를 입력하는 일괄처리방식으로 업무를 처리함으로써 제한된 인원과 예산을 극복하고 업무의 효율성을 극대화시키고 있습니다.
본 시스템의 구성요소를 살펴보면 구조물 점검용 어플리케이션은 점검과 조회의 두가지 기능이 있습니다. 점검기능은 'QR코드 검색', 'GPS 활용' 그리고 '명칭입력'의 세가지 방식으로 교량을 검색한 뒤, 터치스크린 방식으로 해당부재의 점검결과 및 사진을 입력하거나 현장에서 점검내용에 대한 자료 등을 녹음하여 사무실에서 확인작업을 할 수 있도록 만들어졌습니다.
조회기능은 현장에서 구조물 제원, 보수와 보강 및 점검결과 이력사항 등 구조물 유지관리 이력 전체적인 사항을 조회할 수 있도록 하였고, 또한 해당 부재에 대한 모바일 점검 메뉴얼을 생성하여 부재별로 필요한 점검항목까지도 조회할 수 있답니다.
기존 점검방법은 현장에서 카메라로 결함부위의 사진을 촬영하고 손으로 직접 노트에 점검내용을 기록하며 사무실에서 수기로 작성한 내용을 PC로 시스템에 접속한 뒤 교량별, 부재별로 위치를 찾아서 입력하는 등 많은 시간과 절차를 필요로 하였습니다.
하지만 스마트폰을 이용한 구조물 점검체계는 스마트폰으로 사진촬영이나 점검내용을 입력한 후에 저장이나 전송을 하면 시스템에 자동 입력됨으로써 점검시 업무량을 50% 이상 절감하여 훨씬 효율적인 업무를 추진할 수 있으며 중장기적으로는 안전점검 비용을 낮추어 연간 60억원을 절감할 수 있습니다.
내하력이란 차량과 같은 외적인 하중에 대하여 교량이 내적으로 저항능력을 얼마나 가지고 있는지를 나타내는 용어이며, 내하력평가는 교량의 보(주형)의 처짐상태를 조사하여 교량의 안전성을 확인하고 평가하는 점검의 한 종류입니다.
스마트 내하력 평가기법은 상시통행 차량 등에 의해 발생하는 교량의 진동을 측정하여 내하력을 평가하는 방법으로, 2007년에 한국도로공사에서 개발하여 실용화연구를 거친 뒤 현재 고속도로 교량안전성 평가에 적용되고 있으며, 고교각 및 하천상의 교량에 대한 기술적 한계를 극복한 첨단점검기법입니다.
종전에 교량의 안전상태를 진단하려면 교량 하부에 센서를 설치하고 표준트럭이 교량위로 올라 가야했기 때문에 교량의 하부에 직접 접근하기 어려운 하천상의 교량이나 높은 교각에서는 센서설치가 어려웠을 뿐만 아니라 교통도 차단해야 하는 등 많은 제약이 있었는데요,
그러나, 스마트내하력 평가 시스템을 활용할 경우 교통소통에 지장을 주지 않고 점검·진단을 할 수 있으며 지정체로 인한 물류비 절감을 제외하더라도 연간 24억원에 이르는 점검·진단 비용을 절감할 수 있습니다.
전체적으로 종합해볼 때 종전에는 교량의 안전을 진단하기 위해서는 일정시간 교통을 차단하고 센서를 설치해야 하는 등 어려움이 적지 않았지만 이 시스템의 개발로 이와 같은 번거로움을 겪지 않아도 되는 것이죠.
스마트 내하력 평가기법은 한국도로공사뿐만 아니라 국도, 지방도 교량의 안전진단에도 활용되고 있으며 미국에서도 이 기술을 인정하여 미국 교량의 내하력 평가에도 쓰이고 있답니다.
U-BIROS(Ubiquitous Bridge Inspection RObot System)는 작업자가 교량상부에서 카메라가 장착된 로봇시스템을 원격 제어하여 슬래브(SLAB)하면의 균열상태, 콘크리트 파손 등을 스캔닝(Scanning)한 뒤 영상처리를 통해 구조물의 외관조사망도를 자동추출하여 외관상태를 판단할 수 있도록 하는 원격제어 교량 자동 점검시스템으로 한국도로공사 자체 기술력으로 개발한 장비입니다.
시스템의 세부사항을 살펴보면 먼저 디지털 화상처리 시스템 개발부문에서는 교량바닥판에 발생한 균열, 콘크리트 파손, 백태 및 부식 등의 외관 손상 상태를 디지털 이미지로 얻어낸 후 각각의 이미지를 처리 조합해 기존 외관조사에서 얻을 수 있는 외관망도를 추출합니다.
영상획득시스템은 차량 탑채형으로 고해상도 카메라와 레이저 거리측정기, 무선통신이 가능한 클라이언트 PC를 갖는 원격제어 로봇 10기를 "ㄷ"자 형상의 3단 신축굴적 유압붐에 탑재하여 교량상부에서 하부의 원하는 위치로 이동시킨 다음 영상을 획득하는 일체의 구조 장비입니다.
예전의 고속도로 구조물 점검은 대부분 육안조사에 의존하고 있을뿐만 아니라 접근이 가능한 구간에서만 한정적으로 수행되었습니다. 따라서 강이나 하천상의 교량, 고교각 교량 또는 시가지 교량 등에서는 점검이 제대로 이뤄지기가 어려웠으며 또한 중요 구조물이나 집중 점검대상 구조물을 정밀하게 점검하기 위해서는 많은 인력과 시간이 투입되어야 하지만 구조물수의 증가로 이미 점검자의 작업 한계를 초과한 상태가 된 상황이었습니다.
하지만 이 기술을 활용함으로써 현재 소요되는 많은 인력과 시간의 문제를 해결할 수 있을뿐 아니라 육안점검 시 부족했던 객관성과 신뢰성도 확보할 수 있었다고 합니다.
교량의 바닥판은 동절기에 제설작업을 위하여 살포되는 제설염화물에 의하여 교면포장은 손상을 받게 되고 바닥판 콘크리트는 열화가 진행됩니다. 열화(Deterioration)란 자연력이나 인위적인 작용을 받는 구조물이 시간이 경과함에 따라 물리적, 화학적으로 변질 · 변형되는 현상인데요,
열화뿐만 아니라 포트홀(Pot Hole)도 제설염화물의 영향으로 자주 발생하며 도로를 이용하는 이용자에게 큰 위협이 됩니다. 포트홀은 노후된 아스팔트 포장의 균열 틈으로 물기가 스며들어 내부에서 얼고 녹기를 반복하는 과정에서 겨울에 살포한 제설제의 영향이 함께 작용하면서 하부층과의 접착력이 약해진 부분부터 포장층 덩어리가 떨어져 나가는 현상으로, 아스팔트 포장 아래로 배수가 원활하게 이루어지는 일반적인 도로구간보다는 포장 하부에 콘크리트가 있어 배수가 원활하게 이루어지지 않는 교량구간과 콘크리트 포장위에 아스팔트를 포장한 구간에서 주로 발생한다고 합니다.
한 전문가의 의견에 따르면 아스팔트 특성상 현재 기술로는 포트홀 발을 완전히 차단하는 것이 불가능하며, 아스팔트 포장 내부에서 발생되는 손상 역시 겉으로 드러나기 이전에는 육안으로 확인하기 어렵다고 합니다.
그러나 고주파의 레이더를 이용하는 비파괴시험 기술인 지하투과레이더(GPR : Ground Penetraing Radar) 탐사기술을 응용하면, 아스팔트 포장 내부의 체수 및 손상 여부를 판단하는 것이 가능하게 됩니다.
지하투과레이더(GPR) 탐사는 마이크로파 대역의 레이다파를 지하로 전파하여 도로내부의 상태를 영상화하여 포장두께, 지중매설물의 위치와 크기, 경계면, 공동, 체수여부 등을 조사할 수 있는 최신 물리탐사 기법으로 지중 매설물 조사, 구조물 내부상태 조사, 지하 유적조사에 사용되는 등 여러분야에 활용되고 있는 기술입니다.
또한 한국도로공사에서 운용중인 차량탑재형 레이더 시스템(GPR)은 고속도로의 교통흐름을 방해하지 않고 정상속도로 주행하면서 레이더파를 통해 아스팔트 포장 내부의 체류수를 탐지하여 손상이 예측되는 곳에 대한 사전 유지보수를 실시하고 있는데요,
이를 통해 기존의 비파괴 시험 방법들이 가지고 있던 소요시간과 비용적 측면을 해소할 수 있으며, 손상 발생 이후 유지보수를 실시하는 기존의 사후 유지관리 방식이 아닌 손상 발생 이전에 유지관리를 실시하는 예방적 유지관리 방식의 기술입니다.
한국도로공사는 국내 최초로 차량탑재형 레이더 시스템(GPR)을 1998년에 도입 후 지속적인 연구개발을 통해서 장비의 성능 및 평가 방법을 개선하여 왔으며, 이를 토대로 고속도로상에서 포트홀로 발전할 수 있는 손상을 사전 조치함으로서 저비용, 고효율의 안전한 도로관리를 수행해 나가고 있습니다.
한국도로공사는 현재까지 축적된 구조물 점검 첨단기술을 바탕으로 향후에는 나노기술이나 UT(Ubiquitous Technic)을 접목한 더욱 스마트한 구조물 점검을 준비하고 있습니다.
현재 개발중인 점검장비로는 물속에 잠겨있는 교각의 기초를 육상에서 쉽게 점검할 수 있게 함으로써 4대강 횡단 교량 등 수중 점검이 중요한 교량에서 큰 역할이 기대되는 '휴대형 수중점검 카메라'와 터널의 균열상태 등을 차량 이동중에 간편하게 영상으로 촬영할 수 있는 '터널 초고속 점검 카메라' 등이 있으며 금년말에는 현장에서 활용할 수 있답니다.
한국도로공사는 이번 구조물 점검과학화와 같이 우수한 기술력을 바탕으로 자체 안전진단 및 설계를 추진함으로써 고속도로의 장래 발전 뿐만 아니라 앞으로 건설보다 유지관리가 중요시되는 환경속에서 이러한 과학적 구조물 점검기법이 보다 큰 역할을 할 것으로 기대하고 있는데요,
쾌적하고 안전한 고속도로 운행을 위해, 한국도로공사는 세계속에서 블루오션을 개척하는 선도적인 역할로 거듭날 수 있도록 스마트한 과학 기법을 동원한 고속도로 구조물 점검과학화 시스템에 더욱 총력을 기울이도록 하겠습니다.^^