융복합기술로 교량 수명 늘린다
융복합기술로 교량 수명 늘린다
  • 김하늬 기자
  • 승인 2020.05.27 10:34
  • 댓글 0
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[공학저널 김하늬 기자] 이제 4차 산업기술의 융합으로 교량의 효과적인 유지관리가 가능하다.

지난 2000년에 준공된 영종대교 현수교는 세계 최초로 설계·시공된 3차원 자정식 도로·철도 복층의 현수교로 당시 국내에서 보지 못했던 구조시스템이 적용돼 화제를 모았다.

그리고 최근 다양한 4차 산업기술의 도입·적용으로 안전과 유지관리 측면에서 새롭게 주목받고 있다.

영종대교 현수교는 당시 국내 최초로 동적안전성을 확인하기 위해 강제진동실험을 통한 내풍 설계 가정 계수를 검증했으며 첨단 센서로 교량의 환경영향과 그에 따른 구조적 응답을 실시간 계측·분석하는 과정을 거쳤다. 이 과정에서서해대교와 같이 국내에서 최초로 체계적으로 설계·구축된 1세대 계측시스템을 적용했다.

현재는 정밀도가 향상된 첨단 RTK GPS시스템, 센서 간 실시간 데이터 융복합기술과 국내 최초 피로균열 실시간 탐지 신기술인 PZT센싱 시스템이 활용되고 있다.

특히 세계 최초로 케이블밴드볼트 축력 실시간 모니터링시스템과 전문 관리 플랫폼 구축 등 3세대 계측시스템의 운영이 매우 특징적이다.

케이블밴드는 시간이 경과함에 따라 여러 가지 요인으로 저하되며 저하된 축력을 적절하게 관리(안전율 3.0)해 재도입하지 않으면 케이블밴드의 슬라이딩, 주케이블 손상 등이 발생돼 교량의 안전성에 큰 영향을 미치게 된다.

이에 케이블밴드에 온도보상이 되도록 센서를 설계해 실시간으로 축력을 측정, 시간에 따른 축력변화를 모니터링하고 재도입 시기에 대한 의사결정 등 안전관리기능을 높였다.

또한 운영관리 측면에서 재난관리시스템, 상시 관리시스템, 손상관리시스템, 형상관리시스템, 영종대교 실시간 지진안전성평가시스템 등을 통해 업무시간 이외에도 재난, 이벤트 발생 시 관리자에게 보고가 이뤄지도록 했다는 점도 눈여겨 볼만 하다.

동북아의 허브 인천국제공항의 주요 도로인 인천국제공항고속도로를 관리·운영하고 있는 신공항하이웨이(주)는 국내 최초 민자도로 운영기업이다.

IT기술을 접목한 지능형 교통시스템, 국내 최초 기후반응 지능형 가변 속도단속시스템 그리고 GPS·첨단계측시스템 등을 통해 보다 안전하고 편리한 도로·교량관리에 최선을 다하고 있다.

현재 영종대교와 방화대교 계측시스템에는 523개 첨단계측센서와 유지관리 센서가 설치돼 운영 중에 있고 10분 MMA·100Hz의 실시간 이벤트 데이터가 저장돼 있다.

물리적인 특성을 가지고 있는 각각의 이력데이터는 주파수분석기법, 신호처리기법·필터링, 구조해석 S/W검토 등 다양하고 복잡한 데이터 처리를 거치게 된다.

하지만 계측 이력 데이터의 양이 방대해 일부 중요 센서에 대해 수행되고 있는 한계가 있어 신공항하이웨이는 전체 센서를 활용한 장기적이고 세밀한 거동변화를 분석·평가·판단할 수 있는 인공지능(Artificial Intelligence;AI) 기반 계측운영 플래폼(AI-Based Bridge Health Monitoring Platform)을 개발 중이다.

신공항하이웨이 교량계측센터 배인환 센터장(사진)은 “현재 국내에서는 인공지능 기반 교량 가속도센서 동적응답 분석 모델개발(한국시설안전공단) 등 일부 센서에 대해서 연구되고 있으나 향후 AI기반 장기계측 이력데이터 분석·손상도추정 기술이 실제 교량계측시스템에 적용되리라 기대한다”고 설명했다.

신공항하이웨이는 현재 개발된 계측시스템(BHMS)의 효율성을 높이고 예방적 유지관리기능을 제고하기 위한 AI기반 계측이력데이터 분석플랫폼 개발, 적외선카메라 기반 피로균열 탐지기술 그리고 계측시스템과 교량관리시스템(BMS)의 정형·비정형 데이터분석을 통한 교량부재단위 손상발생패턴 도출모델 개발 등에 대해서도 적용성 검토 계획을 수립하고 있다.

배 센터장은 “선진국의 경우 노후화에 따른 최적의 유지관리방안 기술이 개발·도입되고 있지만 국내의 경우 AI기반 계측데이터 분석기술 등이 아직 초보적인 수준으로 이에 대한 활발하고 체계적인 연구가 필요하다”며 “관련 연구기관과 실제 이력데이터를 보유하고 있는 관리기관과의 원할한 협업이 필요한 시점이라고 생각한다. 신공항하이웨이는 전문가 그룹의 적극적인 협력과 기술교류를 통해 이러한 부분을 적극 개선해 나갈 것”이라고 전했다.


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