환경시설물 지진 안전성평가, 시뮬레이션으로 손쉬워진다
환경시설물 지진 안전성평가, 시뮬레이션으로 손쉬워진다
  • 강영호 기자
  • 승인 2020.12.01 09:43
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[공학저널 강영호 기자] 지진 발생 시 국민의 생활에 큰 불편을 유발할 수 있는 것이 환경 시설물의 피해다. 이에 따라 환경시설물의 지진 피해를 예측하는 기술이 주목을 받고 있다.

지난 2017년 경상북도 포항에서 발생한 지진으로 역대 가장 많은 지진 피해가 발생했다. 이 가운데 3개의 정수장, 2개의 하수처리장에서 손상이 발생했다. 특히 양덕정수장의 경우 내진성능평가시 정상으로 분류됐던 내력기둥 중 30%의 손상과 외벽붕괴가 발생해 개보수 비용으로 224억원이 소요됐다.

이에 따라 지진에 취약한 정수장, 하수처리장 등 환경시설물에 대한 규제 강화가 필요하다는 우려의 목소리가 높아졌다.

이에 환경부는 늘어나는 자연 재해에 대비하기 위해 소관 R&D 전문기관인 한국환경산업기술원을 통해 지난 2019년부터 ‘환경시설 재난재해 대응기술개발사업’이 국가 R&D로 추진됐다. 이 사업은 지진과 침수 등으로 인한 1차 피해와 2차 피해에 대응하는 기술 개발을 목표로 하고 있으며, 지진 재난에 대응하는 기술이 포함된 것은 경주와 포항 지진으로 인한 지진 안전에 대한 국민의 관심이 반영된 결과로 볼 수 있다.

특히 이 사업의 일환으로 지난 2019년부터 ‘환경시설물 지진 피해 예측 모델 및 해석 엔진 개발’ 과제에 대한 연구가 진행 중이다. 이 과제는 정수장과 하·폐수처리장 등 단지를 이루는 단위 환경시설물을 대상으로 지진 재난을 수치적으로 모사해 피해를 예측하는 시뮬레이터와 평가 가이드라인을 제공하는 것이 목표다.

시뮬레이터는 유한요소를 기반으로 자체 그래픽 기능을 갖는 독립형 시스템으로 개발될 예정이며, 현업에서 참고할 수 있도록 환경시설물에 대한 내진성능평가 가이드라인을 제시할 예정이다.

정수장과 하·폐수처리장은 관리동, 수조, 관망 등으로 구성돼 있는데 물로 채워진 수조가 얕은 지반에 묻혀있다는 것이 타 시설물과 다른 점이다.

이러한 경우 지진에 대한 시뮬레이션을 수행하기 위해서는 유체와 구조물, 구조물과 지반과의 상호작용을 고려해야 하며 이를 위해 고도로 훈련된 전문가가 상당한 시간을 들여 시뮬레이션을 수행해야 한다.

이 과제에서는 전문가의 도움 없이 시뮬레이터 운용자가 손쉽게 지진 시뮬레이션이 가능하게 하는 것을 목표로 설정했다. 또한 내진성능평가 기능을 내장해 다양한 지진 조건에 대해 손쉽게 안전성을 평가할 수 있도록 할 예정이며, 이를 통해 대양한 지진 조건에 대한 취약 지점 분석, 지진 피해 예측이 가능해 진다.

이러한 연구를 수행하고 있는 한국건설기술연구원 지진안전연구센터는 ‘지진으로부터 안전한 국가 인프라 및 국민 안심 국토 공간 기술 개발 선도’라는 미션 하에 지난 2018년 인프라안전연구본부내의 특화 부서로 출범했다. 현재 포항 지진에서 새롭게 관측된 지반 액상화 연구를 포함해 각종 시설물에 대한 지진 안전성을 확보할 수 있는 연구를 활발하게 수행하고 있다.

한국건설기술연구원 지진안전연구센터 조정래 센터장(사진)은 “최근 시설물의 유지관리, 재해 재난 대응 분야에 다양한 4차 산업 관련 기술의 적용이 논의되고 있다”며 “이 과제에서 개발하는 환경시설물 시뮬레이터는 4차 산업의 핵심기술인 디지털트윈으로의 확장이 가능할 것”이라고 말했다.

그는 이어 “현재는 지진에 대한 안정성 평가에 주안점을 두고 있지만 안전진단, 유지관리 분야로 기술을 고도화할 경우 환경시설물의 안전 관련 디지털트윈으로 진화할 수 있다”며 “궁극적으로 다양한 센싱 데이터와의 연계를 통해 실시간 안전 모니터링이 가능할 것이다. 이에 연구진은 이것이 실현될 수 있도록 노력을 기울이고 있다”고 덧붙였다.

한편, 2016년 경주지진은 계기로 2017년 행정안전부에서 ‘지진·화산재해대책법’에 따른 ‘내진설계기준 공통적용사항’을 고시했다. 이는 국내 지진 특성을 반영한 공통적인 지진 하중을 도입했다는 점에서 큰 의의를 지니고 있다.

또한 국토교통부에서는 2018년에 ‘내진설계기준 공통적용사항’을 코드화한 ‘내진설계 일반’편을 제정했으며, 이후 2019년 초까지 공동구, 기초, 교량, 터널, 공항, 철도, 하천, 상하수도, 댐, 농업시설 등 10개 시설물에 대한 내진설계기준이 개정이 완료됐다.

조 센터장은 “하지만 급격한 설계 기준 체계의 변경으로 인해 발생한 시설물별 설계기준 내의 여러 미비한 점은 지속적인 연구를 통해 보완해 나가야 한다”며 “관련 교육의 확대를 통해 현장 기술자에게 변경된 설계기준을 숙지하게 해야 할 필요가 있다”고 전했다.


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