1.1 동향 및 사례

시설물 상태평가를 위한 정형화된 안전점검 매뉴얼은 우리 나라에만 존재하고 있어, 본 연구와 관련된 국외 기술을 확인 하기 어려운 실정이다. 그러나 주요국을 중심으로 스마트 건 설기술 시장이 성장하고 있는 상황이다.

미국의 경우 Big data, IoT, Wearable 장비 등을 개발하여 현 장관리에 활용함으로써 건설 현장의 생산성⋅안전성을 향상 하고 있으며, 영국의 경우 ‘Construction 2025’를 통해 건설 산 업 혁신방안으로 건설 산업의 스마트화 강조 및 디지털기술 활 용 확대를 제시하고 있다. 일본의 경우 전설과정에 ICT장비 등 신기술을 활용해 건설 자동화 및 무인화를 추진하고 있다.

이처럼 선진국은 첨단 기술을 적극적으로 수용하여 건설 분야에서 그 효과를 확인하고 있다. 우리나라도 건설 분야 중 공정관리에 첨단 기술 기반 건설사업관리시스템(PMIS)을 구 축하여 이를 활용하고 있으며, 특히, KT의 경우 모바일 기반 건설사업관리시스템(Mobile PMIS)을 개발하여 Office와 Field가 하나로 통합된 영역으로 업무 생산성을 향상시켰다. Fig 2는 KT Mobile PMIS 개념도이다.

Fig 2

KT Mobile PMIS Concept

또한, 앞서 언급한 한국건설기술연구원에서는 모바일 기반 현장조사 프로그램(Mobil App. for Bridge Inspection; MABI) 을 개발하였으나 단순히 점검 결과를 서버로 전송하는 수준 에 머물러 있다. 이는 현장에서 점검결과를 시특법 평가기준 에 의해 자동 상태평가 하는 E-PAD 시스템과는 차이가 있다. Fig 3은 모바일 기반 현장조사 프로그램 개념도이다.

Fig 3

Mobil App. for Bridge Inspection

1.2 시설물 점검제도 현황

우리나라는 국토교통부 소관^「시설물의 안전관리에 관한 특별법_」(이하, 시특법)과 행정안전부 소관^「재난 및 안전관 리 기본법_」(이하, 재난안전법)에 따라 ‘1⋅2종 시설물’과 ‘특정관리대상시설’로 시설물을 구분하여 안전점검 및 유지 보수 업무를 수행해 왔다.

그러나 산업화와 도시화로 시설물의 종류가 늘어나고 그 규모가 증가함에 따라 시설물 안전관리에 사각지대가 발생하 였고, 이에 정부는^「안전혁신 마스터플랜_」(2015년 3월 30일 공표) 수립을 통해 시설물 안전관리 일원화 방안을 제시하였 다. 이를 통해 기존 시특법을 전부 개정한^「시설물의 안전 및 유지관리에 관한 특별법_」(이하, 시설물안전법)을 2018년 1 월 18일 시행해 재난안전법상의 ‘특정관리대상시설’을 시설 물안전법상의 ‘3종 시설물’로 편입시켰으며, 안전점검 업무 를 국토교통부로 일원화하였다(^{Song and Park, 2016}).

이처럼 국가 주요 시설물의 안전점검 업무가 일원화됨에 따라 업무 효율성과 전문성 강화 등의 효과가 기대되고 있으 나, SOC 관련 예산의 지속적 감소와 시설물 노후화가 진행되 고 있어 시설물 안전 확보를 위한 기술적 대책이 필요한 상황 이다(^{Kim, 2018}).

1.3 문제점 분석

종래의 외관조사는 시설물을 구성하는 각 부재별로 외관조 사망도(이하, 망도)를 인쇄하고 현장에서 점검자가 부재에 발 생한 손상을 망도에 기록한다. 추후 내업을 통해 손상 망도를 전자파일로 도면화하는 방식으로 작업이 수행되고 있다.

그러나, 이러한 종래의 방식은 현장에서 망도에 수기로 기 입하고, 내업에서 도면화하는 작업에서 손상 규모 및 위치 오 차가 발생될 수 있으며, 균열 및 손상에 대하여 조사자의 주관 적 견해가 반영될 수 있다.

또한, 각 점검 차수마다 기록된 손상 정보의 관리가 어려워 점검자가 발견한 구조물의 손상이 이전 점검 일시와 당해 점 검 일시 사이에 생성된 것인지 또는 이전 점검 일시에 이미 생 성되었으나 기록이 누락된 것인지에 대한 관리가 어려운 문 제점이 있다. 또한, 점검자가 종이로 인쇄한 망도에 손상 내용 을 기록하고, 손상 관리를 위해 이를 다시 전자 망도에 옮겨 기 록하여야 할 뿐만 아니라, 손상의 종류에 따라서 일일이 서로 다른 모양의 손상 전자 망도를 수작업으로 도면화해야 하므 로 불편함이 존재한다. 또한, 지자체 담당 공무원의 잦은 인사 이동 및 비전문가가 시설물 관리를 담당하게 되는 경우가 있 어 시설물 관리의 효율성이 떨어진다.

따라서, 기존의 외관조사의 비효율성, 점검자의 전문성 부 족, 점검 기록 누락, 오류 등의 문제 극복이 필요하다.

1.4 안전점검 방법 및 개선

앞서 설명한 바와 같이 시설물 안전관리 일원화로 시설물 의 전문적 관리가 기대되고 있으나, 기존 시설물 안전점검을 위한 외관조사 방법은 전문성이 부족하고 비효율적이며, 데 이터 오류 및 데이터 보존 등의 문제가 있다.

따라서 본 연구에서는 현재 외관조사 방법의 문제와 한계 를 극복하기 위한 방법으로 태블릿 PC를 활용한 E-PAD 기반 상태평가 시스템을 Fig 4와 같이 제안하였으며, 기존 방법과 제안 방법을 비교하였다. 기존방법은 사전준비(시설정보 확 인 및 도면인쇄 등)단계, 외관조사(종이망도 작성, 사진촬영) 단계, 내업을 통한 결과 도출(망도 도면화 작업 및 상태평가) 단계로 정리된다. 제안 방법은 사전 준비과정이 필요 없으며, 현장에서 실시간으로 결과 및 손상평가가 가능하며, 내업을 최소화하여 안점점검의 효율성을 극대화할 수 있다.

Fig 4

Comparison of existing method and proposal method

Fig 5는 E-PAD 상태평가 시스템 실시 단계로 외관조사 전 안전점검 시설물 도면에 부재 ID를 부여하고 서버에 업로드 하여 외관조사를 실시하며, 부재에 기입된 손상을 알고리즘 에 의해 평가하여 상태평가 결과를 산출한다.

Fig 5

Stage enforcement of E-PAD system

2.1 시스템 적용 시설물 표준화

현행 안전점검 및 정밀안전진단은 ^「시설물의 안전점검 및 정밀안전진단 세부지침_」기준에 따라 교량, 터널, 수리, 옹벽/ 절토사면 등 시설물 유형별 실시범위를 구분하고 있으며, 이 를 기준으로 외관조사 등을 실시하고 그 결과를 바탕으로 시 설물의 상태평가를 실시하고 있다.

이러한 일련의 작업은 실시 범위에 따라 분류된 부재를 기 준으로 이루어지므로 E-PAD 시스템 개발을 위해서는 시설 물의 구성과 그 구조를 체계적으로 분류하여 데이터베이스로 구축하는 것이 선행되어야 한다. 따라서 본 연구에서는 교량 시설물에 대한 부재 표준화를 실시하였으며, Table 1과 같이 교량 시설물 각 부재에 대한 식별정보(ID)를 부여하여 데이터 베이스에 적용하였다.

Table 1

Standardization of bridge facilities

2.2 시스템 개발환경

E-PAD 기반 상태평가 시스템의 개발을 위한 개발환경은 Table 2와 같다. E-PAD 기반 상태평가 시스템은 내업을 없앤 외관조사라는 개발 특성에 따라 CAD 기반으로 구성된다. 2 차원 CAD 기능을 구현하기 위하여 그래픽 커널을 제작하여 야 하므로 JavaScript를 사용하였다. 2차원 CAD 시스템의 기 능을 가지고 있는 외관조사 프로그램은 Windows Win32 API framework를 기반으로 개발하였으며 AutoCAD와의 정보교환 을 위해서 DWG Component 라이브러리를 활용하였다.

Table 2

System Development environment

E-PAD 기반 상태평가 시스템은 다양한 사용자가 통합적 으로 활용할 수 있는 형태가 아닌 사용자 개인의 태블릿 PC에 서 독립적으로 작동되는 방식이므로 MySQL Database를 사용 하였다.

2.3 시스템 주요 기능

E-PAD 기반 상태평가 시스템은 현장에서 외관조사 실시 및 조사 데이터를 통한 즉각적인 상태평가 결과를 확인할 수 있어 업무 효율을 극대화할 수 있다.

본 시스템은 Fig. 6에서 9와 같이 시설개요, 작업목록, 외관 조사, 결함표의 총 4단계로 구성되어 있다. Fig. 6 시설개요는 시설물의 기본정보와 시설물 점검에 대한 이력을 관리할 수 있는 기능을 제공하며, 기본구성을 한국시설안전공단의 시설 물정보관리 종합시스템(FMS: Facility Management System; 이하 ‘FMS’)과 동일하게 하여 향후 FMS와 연동이 가능하다. Fig. 7 작업목록은 점검자가 시설물 외관조사 실시 및 완료를 위해 서버로부터 망도를 다운 및 업로드하며, 이때 차수 (Project)에 따라 도면을 달리 선택할 수 있어 손상 이력 관리 가 가능하다. Fig. 8 외관조사는 2차원 CAD 기능을 중심으로 현장에서 조사된 손상정보를 입력하는 단계로 상태평가의 기 초 데이터를 생성한다. Fig. 9 결함표는 알고리즘을 통해 외관 조사에서 입력된 손상정보를 평가하고 전체 상태평가 정보를 도출하는 단계이다.

Fig. 6

Facilities overview of E-PAD system

Fig. 7

Task list of E-PAD system

Fig. 8

Visual survey of E-PAD system

Fig. 9

Defect table of E-PAD system

3.1 검증 기준 정립

E-PAD 상태평가 시스템 검증을 위해 3종 시설물에 해당하 는 교량 10개소의 외관조사 결과를 E-PAD 시스템에 입력하 여 안전등급 평가결과를 확인하고, 이를 기존(Excel) 안전등 급 평가결과와 비교하였다.

안전등급 평가는 한국시설안전공단 ‘제3종시설물 안전등 급 평가 매뉴얼’(이하, 매뉴얼)에 따라 Table 3과 같이 16개로 분류된 체크리스트 항목에 ‘양호’, ‘주의’, ‘불량’, ‘해당없음’ 을 체크하고, 여기서 산출된 값을 Table 4의 안전등급 기준에 따라 A~E등급으로 평가한다.

Table 3

Safety rating evaluation result

Table 4

Scope of Safety rating

Fig. 10는 기존 안전등급 평가 결과로 교량 1개소의 안전등 급은 C(72.0)등급으로 평가되었다. Table 5는 교량 10개소에 대한 기존 안전등급 평가 결과이다. 이를 기준으로 E-PAD 시 스템에서 산출된 안전등급 평가 결과를 비교하여 검증하였다.

Fig. 10

Safety rating evaluation result

Table 5

Calculation of visual survey result

3.2 E-PAD 상태평가 시스템 데이터(손상) 입력

시스템 검증을 위하여 E-PAD 상태평가 시스템에 각 교량 부재별 망도에 손상 데이터를 입력하였다. Photo 1은 실제 교 량 바닥판 사진이며, Fig. 11과 12는 교량 바닥판 망도에 손상 을 입력한 것으로 ① 입력할 손상(균열)을 선택하고 ② 망도에 손상 기록 후 ③ 손상정보(균열 폭)를 입력하여 ④ 손상물량표 에 입력한 데이터를 확인하였다.

Photo 1

Slab

Fig. 11

Data entry step

Fig. 12

Data entry step (Detail)

부재별 망도에 데이터 입력 후 결함표 단계에서 안전등급 산출결과를 확인할 수 있다. Fig. 13과 14는 교량 결함표 단계 로 ① 3종 시설물 평가항목에 따라 ② 각 손상 개별평가 등급 이 산출되고 이중 가장 낮은 값이 ③ 종합평가 결과로 도출되 었다. ④ 안전등급은 C등급(72.0)으로 상태평가 결과가 산출 되었다. Fig. 14

Fig. 13

Calculation of safety rating

Fig. 14

Calculation of safety rating (Detail)

3.3 결과 비교 검증

교량 10개소의 손상 데이터를 E-PAD 상태평가 시스템에 입력하여 안전등급을 평가하였으며, Table 6과 같이 기존 안 전등급 평가결과와 동일하게 산출되었다.

Table 6

Verification of safety rating result

3.4 타당성 분석

E-PAD 기반 상태평가 시스템 산출 결과 검증뿐만 아니라, AHP기법을 통해 타당성 분석을 수행하였다. 교량조건은 RC 단순교 기준 4차로, 2경간, 50m로 하였으며, 30년간 정기점검 을 진행할 경우 Table 7과 같이 E-PAD기반 상태평가 시스템은 기존 방법 대비 기능은 10% 증가, 비용은 36% 감소, 가치는 30% 증가하는 것으로 분석되었다.

Table 7

AHP result