[공학저널 전찬민 기자] 현재 우리나라 고속도로 노선은 약 5천km에 달하고 있다. 그 속에는 암거와 교량이 각각 1만여 개가 존재하고, 터널은 1천개가 넘는다. 새로 건설되는 노선에서 전체 연장을 대비해 이러한 구조물이 차지하는 비율은 절반 이상으로, 도로의 많은 부분이 구조물로 이뤄져있다 해도 과언이 아니다.
거대한 구조물은 자칫 영원불멸한 것으로 여겨질 수 있다. 하지만 시설물안전관리에 관한 특별법이 제정된 배경이었던 성수대교의 붕괴사례를 돌이켜보면, 관리를 잘 못한 구조물은 엄청난 인명피해는 물론 재산적 손실을 초래할 수 있고, 이는 오롯이 국민들이 감당해야 하는 비용이 된다. 작은 교량을 건설할 때도 수십억원의 비용이 필요한데, 이러한 구조물을 잘 관리하는 것은 그만큼 사회적 비용을 줄일 수 있는 길이다.
구조물에서 일단 균열이 발생하면 차량이 지나가면서 표면이 마모되고, 균열이 점점 커져 물이 고이게 되며, 그 부분이 얼었다 녹으면서 단단했던 콘크리트가 스펀지처럼 뭉개지기도 한다. 이러한 구조물의 손상은 자칫 큰 사고로 이어질 수 있기 때문에 도로의 안전을 위해서 예방적 유지관리가 가장 중요하다.
무엇보다 예방적 유지관리를 위해서는 구조물의 손상 매커니즘을 이해하고, 축척된 경험을 바탕으로 위험징후를 먼저 찾아낼 수 있는 기술자의 역할이 중요하다. 즉, 우리가 매일 이용하는 수많은 구조물들을 의사와 같이 상태를 진단하고 치료하듯이 적정 보수보강이라는 처방을 내려줄 수 있는 전문가가 매우 필요한 것이다.
또한 이상기후에 따른 포장솟음과 도로살얼음, 엄청난 규모의 터널화재와 같은 재난들은 당시 구조물을 관리하는 기술로 피해를 막아낼 수 없는 경험의 한계도 뒤따르고 있다. 다만 피해를 최소화하기 위해서 고속도로뿐만 아니라 국내외 사례들을 끊임없이 연구하고, 전문가들이 모여서 새로운 재난을 대비해 최적의 솔루션을 도출하고 매뉴얼로 체계화할 필요가 있다는 것이다.
이러한 이유로 최근의 구조물 유지관리는 모두 시스템 기반으로 하고 있다. 설계-시공-관리-폐기를 구조물의 전체 라이프사이클로 본다면, 그 중 관리부분은 수십년에서 앞으로 100년 이상 지속될 수 있는 긴 과정이 될 수 있기 때문이다.
이에 한국도로공사는 지난 50년간 이러한 과정을 겪으면서, TMS(Tunnel Management System), BMS(Bridge Management System) 등 개별 구조물관리시스템을 통합한 도로통합플랫폼을 통해 다양한 데이터를 연계관리하고 있다. 특히 첨단기술을 활용해 위험징후를 찾아내고, 손상유형별 적정 보수보강(EXMG; Expressway Bridge Management Guide 등)을 통해 구조물의 자산가치를 유지하기 위해 많은 노력들을 경주해 하고 있다.
교량의 하면을 무인으로 촬영하는 U-BIROS (Ubiquitous Bridge Inspection Robot System), 주행하면서 구조물의 이음부를 점검하는 NEXUS(Nonstop bridge EXpansion joint Utility System), 그리스 신화의 아르고스와 같이 수많은 센서로 지하도로의 변형을 감지하는 ARGOS 등 첨단기술을 활용하게 되면 획득된 영상과 변형 데이터를 확보해 한국도로공사가 자체 개발한 알고리즘과 전용 프로그램을 통해 이상부위를 자동으로 선별할 수 있다.
또한 교량에서 가장 수명이 짧은 부재가 슬래브인데, 레이더(GPR; Ground Penetrating Radar)로 얻은 콘크리트 내부 신호를 분석해 손상정도를 파악하고 있다. 20년 이상 GPR을 운영한 노하우와 분석기술은 국내외를 망라하고 한국도로공사의 독자적인 기술이다.
한국도로공사는 이러한 시스템을 통해 고속도로 현장에서 요청된 사항을 담당 전문가들이 직접 조사, 분석, 안전대책까지 제시하고 있으며, 100여명의 전문가들이 매년 1,000여개소 이상의 현장에 기술지원을 하고 있다.
최근에는 로봇, 드론, 빅데이터 등 4차 산업기술과 유지관리를 접목한 스마트점검기술 실현을 위해 스마트점검팀을 구성하고, 구조물-IT-안전과 실무 전문가들이 협업해 보다 나은 기술을 개발하고 실현하기 위한 노력도 함께 이어나가고 있다.
한국도로공사 도로교통연구원 지하안전평가센터 이지영 센터장(사진)은 “이만개가 넘는 구조물을 효율적으로 관리하기 위해서는 첨단기술의 활용과 꾸준한 연구개발이 반드시 필요하다”며 “이런 노력들을 통해 적은 인력으로 더 빨리, 더 많이, 계량화된 데이터의 취득과 실시간 분석으로 적기에 유지보수를 실시할 수 있도록 지원하고 있다”고 말했다.
그는 이어 “전문가 부족현상은 지난 50년간의 노하우를 체계적으로 정리하여 방대한 빅데이터에 기반한 의사결정 지원 시스템으로 해결할 수 있다”며 “작은 손상이 심각한 손상으로 발달하기 전에 첨단장비로 찾아내고 알맞는 보수보강방안을 즉각 추천해줌으로써, 적은 비용으로 구조물의 상태를 적정 수준 이상으로 유지할 수 있을 것”이라고 덧붙였다.
한편, 지상 공간의 포화와 교통체증 등의 사회적 문제에 대한 대안으로 지하 공간의 개발이 활발해짐에 따라 안전성 확보의 중요성도 강조되고 있다. 이에 따라 한국도로공사 도로교통연구원은 지하안전평가센터를 신설했다.
지난 2018년에 제정된 ‘지하안전관리에 관한 특별법’에 의거해 터널, 지하차도와 같은 지하구조물 등을 이용하여 지하공간을 마련하는 사업에 대해서는, 설계단계의 지하안전평가서와 건설단계에서의 지하안전조사서를 작성하게 돼있다. 이러한 기술서가 잘 작성되었는지 국토교통부와 함께 지하안전평가센터가 다각적으로 검토해 기술적 오류를 수정하고 안전대책을 제언하고 있다.
안전하게 지하구조물을 건설하고, 완성된 지하공간을 안전하게 관리하는 것이 쉬운 일은 아니다. 한국도로공사가 건설하고 있는 터널, 즉 지하도로는 약 300개이고, 보유하고 있는 지하구조물은 이만개, 고속도로 하부에 매립된 다른 기관의 지하매설물도 수천개에 달하고 있기 때문이다.
하지만 지하안전평가센터는 지하도로의 안전한 건설과 시공관리를 위한 모든 것을 지원하기 위해 최선을 다하고 있다. 특히 대단면 TBM 건설기술 개발, 유조차 화재를 견디는 구조물의 내화방안 연구, 지하 다짐도 신속측정 기술 개발 등 연구성과들이 실무에 잘 반영되도록 안내하고, 공공은 물론 민간의 지하개발사업이 잘 완수될 수 있도록 센터가 충실히 지원하고 있다.
이 센터장은 “이를 위해서는 지하안전전문가를 육성하는 것이 중요하다. 현재 지반 및 현장 전문가들을 대상으로 ‘지하안전전문가 육성 프로그램 1기’를 모집해 우리 센터와 함께 지하안전관리의 제도, 전국의 지질특성, 위험도 예측기술과 안전대책 등을 단계적으로 논의해 나갈 예정”이라며 “내부적으로 부족한 부분은 외부전문가를 초빙해 역량을 강화하고, 실무에서 발생하는 문제점들은 다함께 토론하면서 빠르게 대처하고, 미래세대를 위해 지하안전관리 절차를 체계화할 계획”이라고 말했다.
