[공학저널 전찬민 기자] 최근 교량, 터널 등 도로 구조물이 기능 향상을 뛰어넘어 이제는 4차 산업혁명 기술을 통해 최첨단 구조물로 진화하고 있다.
기존에도 구조물의 손상을 최소화시키는 신축이음장치, 평탄성을 확보할 수 있는 보강토 교대 교량 등 안전 확보, 내구성능 개선, 수명연장에 대한 기술은 꾸준히 개발돼 왔다. 그리고 이를 통해 공기단축, 유지관리 비용 절감 등의 효과를 얻을 수 있었다.
하지만 최근 4차 산업혁명 기술의 발전으로 기존 기술의 발전은 물론 구조물 연구 개발 목적을 뛰어 넘어 첨단기술을 접목한 융·복합 기술이 개발되고 있다.
특히 기존 교량 신축이음장치의 한계를 보강한 ‘무차단 신축이음장치 유간 조사 장비(NEXUS)’는 융·복합 기술의 대표적 사례로 꼽아볼 수 있다.
교량의 온도신축, 회전에 의한 물리적인 변위를 원활하게 흡수하는 신축이음장치는 공용 중 교대 지반이동, 콘크리트 포장 팽창 등으로 인해 유간이 좁아지는 현상이 빈번하게 나타난다.
이는 교량거동에 악영향을 끼치게 되며, 교량받침, 바닥판과 거더 등의 손상을 유발하기도 한다. 그렇기 때문에 사전에 유간이 협착 되는 것을 미리 인지하고 발생 원인을 제거해 예방적 조치를 취하는 것이 무엇보다 중요하다.
NEXUS는 100km/h로 고속 주행을 하면서 초고속 라인스캔카메라를 활용해 신축이음 유간을 영상으로 획득한다. 이후 이 AI 영상분석을 통해 유간의 여유량을 실시간으로 측정하고 건전도를 분석하는 모니터링 조사장비다.
이를 통해 유간변화추이를 정량적으로 평가하고 교량유지관리시스템에 데이터베이스화하는 방식이다.
이 뿐만 아니다. AI, AR기술을 접목해 기존 설계 BIM모델이 없는 공용 교량을 대상으로 변수기반에 의한 3D 교량 모델 자동생성, 정확한 위치의 조사결과(영상, 클라우드 데이터 등) 맵핑, 부재이력관리 자동화와 E-보고서 산출 등이 가능한 플랫폼도 개발되고 있다.
교량의 360도 전 영역의 외관상태를 조사하고 평가할 수 있는 시스템과 구조물 3D진단로봇(ARGOS), 무인 교량점검 로봇(U-BIROS)도 4차 산업혁명 기술을 접목한 기술 중 하나다.
이러한 기술들을 개발한 한국도로공사 도로교통연구원 구조물연구실은 도로 주요 시설인 교량, 터널, 암거, 지하차도 등 다양한 구조물과 방음벽, 지주 등 도로 부속시설을 대상으로 설계, 시공, 유지관리로 연결되는 생애주기 전 단계에 걸쳐 기술적·정책적 연구를 수행하고 있다.
구조물연구실은 스마트·안전·지속가능한 최첨단 구조물 구현이란 비전 아래 네 가지 목표(4S)를 수립하고 있다.
첨단기술을 접목한 스마트 유지관리 기술 개발(Smart), 구조물 환경변화 대비 안전 확보와 수명연장 방안 연구(Safety & Sustainability), 구조물 성능향상을 위한 신형식 구조물 개발(Stateof the Art)이 그것이다.
교량, 터널, 암거 등 노후 도로 구조물도 점진적으로 증가하고 있는 상황에서 ‘사용수명 100년 목표 구조물 관리체계’ 연구 등 대과제를 추진 중에 있다.
현재 국내 교량의 경우 총 9443개소 중 30년 이상 공용된 노후교량이 323개소(3.4%)이지만, 10년 후에는 2540개소(26.9%)로 크게 증가한다. 유지관리 비용 또한 증가할 것으로 예상되지만 집행할 수 있는 예산이 한정적이기 때문에 합리적인 유지관리 정책과 전략이 필요하다.
이에 따라 구조물연구실에서는 구조물 내구수명 향상방안 연구, 노후 구조물 보수보강 품질향상 방안 연구, 구조물 부재별 최적 점검과 유지관리 매뉴얼 개발에도 힘을 쏟고 있다.
한국도로공사 도로교통연구원 구조물연구실 이병주 실장은 “한국도로공사에서 개발한 기술은 기준과 시방 등을 수립해 업무개선과 예산절감 등 자체업무에 주로 활용하고 있다”며“개발기술 중 특허와 신기술은 외부에서 유용하게 사용할 수 있도록 기술이전과 통상실시 등을 통해 타 기업에 무상으로 전수되고 있다. 특히 개발된 신형식 교량 시스템, 구조물 조사 기술 등이 현장에서 많이 활용되고 있다”고 말했다.
한편, 최근 한국도로공사는 국가 R&D 사업인 ‘도로 실증을 통한 스마트 건설기술 개발사업’의 주관기관으로 선정됐다.
이에 안전하고 쾌적한 고속도로를 위한 실용적 연구, 새로운 가치 창출을 위한 미래지향적 연구라는 목표 아래 6가지의 세부 전략과제를 추진 중에 있다. 구조물연구실은 안전한 도로기술 개발, ICT기반 첨단 도로기술 연구, 고품질·장수명 도로기술 개발 등 3개 분야의 전략과제를 담당하고 있다.
이 실장은 “한국도로공사는 국가 인프라 경쟁력 향상과 연계산업의 지속가능한 환경을 만들어야 하는 공공기관으로써 개발한 기술을 현장에 적용하고 검증을 통해 실용화할 수 있는 기술의 최종 수요자의 역할을 충실히 수행할 것”이라며 “이번 R&D사업 수행을 통해 우리나라 건설 산업의 새로운 생태계를 탄생시키고 우리 건설기술이 세계시장을 선도하는데 일조할 수 있도록 노력하겠다”고 전했다.
