2.1 시설물별 노후도 평가 개요

시설물은 시간의 경과와 함께 재료의 열화, 환경 변화, 사용 조건 등의 영향으로 성능이 저하될 수 있다. 이러한 노후화는 시설물의 안전성 저하와 기능 상실을 초래하여 국민의 생명과 재산에 위협이 될 수 있다. 따라서 시설물의 노후도를 체계적으로 평가하여 사전에 문제를 발견하고 적절한 유지관리 대책을 수립하는 것은 시설물 관리에 있어서 필수적이다.

일반적인 노후도 평가는 다음과 같은 절차로 이루어진다. 첫째, 시설물의 기본 정보와 과거 유지관리 이력을 수집하여 현황을 파악한다. 둘째, 현장 조사를 통해 시설물의 물리적 상태와 열화 정도를 확인한다. 셋째, 평가 기준과 방법을 설정하여 수집된 데이터와 조사 결과를 바탕으로 노후도를 산정한다. 마지막으로, 평가 결과를 분석하여 유지보수 필요성을 판단하고 적절한 대책을 수립한다. 시설물의 노후화는 안전성 저하, 기능 상실, 유지관리 비용 증가 등 다양한 문제를 초래할 수 있다. 따라서 시설물의 노후도를 정확히 평가하고 적절한 유지관리 대책을 수립하는 것은 매우 중요하다. 본 장에서는 시설물 노후도 평가의 필요성과 일반적인 접근 방법을 살펴보고, 상수도관, 교량, 건축물 등 다양한 시설물의 노후도 평가 사례를 고찰하여 제방시설물의 노후도 평가에 적용할 수 있는 방안을 도출하고자 한다.

2.2 시설물별 노후도 평가 사례

2.3 국외 제방시설물 노후도 평가

국외에도 국내와 유사하게 직접적인 노후도 개념보다는 제방의 안정성을 평가를 통해 하천 제방을 관리하고 있다. 일본의 제방 안정성 평가기준은 일본 MLIT(2004)의 하천제방 설계 지침에 제시되어 있다. 국내와 유사하게 활동안전율과 누수안전율을 활용하여 제방 안정성 평가를 실시하고 있다. 미국의 제방 안정성 평가기준은 미공병단의 ‘Design and construction of levee ^{(USACE, 2000)}’에 제시되어있다. 미국의 경우 시공 및 설계 조건에 따라 적용 강도 및 최소 안전율을 구분하여 평가하고 있다. 시공 및 설계조건은 제방 시공 직후, 장기간 정상 침투 시, 급격한 수위 저하 시, 지진 시로 구분하고 있다. 국외의 제방시설물 안정성 평가와 비교하였을 경우 활동 안정성평가는 다소 높은 기준을 갖고 있으나, 누수의 경우는 반대로 다소 낮거나 유사한 수준의 기준을 갖고 있음을 확인하였다.

미국은 제방의 위험도를 평가하기 위하여 제방안전프로그램을 수행하고 있으며, 기본적으로 위험도 측정을 위하여 제방의 위험요소(hazard), 성능(performance), 피해 발생 결과(consequence)를 기반으로 수행하고 있다. 이는 피해관점에서의 제방의 위험도를 평가하는 것으로 볼 수 있다.

일본의 경우 장수명화와 유지관리비용의 절감을 기본방향으로 하여 지속적 점검과 예방보전에 중점을 두고 있다. 1차 평가에서는 점검자의 의해 시설물의 상태를 평가하며, 2차 평가에서는 시설관리 조직에 의한 평가를 수행하여 종합평가를 수행한다. 해외의 경우도 유지관리의 효율성은 강조하고 있으나 재정상태를 직접적으로 평가한 평가기준은 미비한 실정이다.

2.4 노후도 평가항목 및 방법 검토

시설물별 노후도 평가 사례를 종합적으로 검토하면 다음과 같은 공통점과 차이점을 발견할 수 있다. 공통적으로 모든 시설물에서 물리적 특성, 환경적 요인, 운영 및 유지관리 이력 등이 노후도에 영향을 미치는 주요 요인으로 고려된다. 평가 방법 역시 정량적 평가와 정성적 평가를 병행하여 노후도 산정이 이루어지며, 안전성 확보를 위한 의사결정 도구로 활용되고 있다.

반면 시설물의 특성에 따라 평가항목과 방법에는 차이가 있다. 상수도관은 토양 부식성 및 수질 부식성이 중요하며, 교량은 교통량과 환경 요인이 큰 영향을 미친다. 건축물은 사회적⋅경제적 요인이 크게 작용한다. 또한 시설물의 특성에 따라 점수화 방법, 비파괴 검사, 모니터링 시스템 등 다양한 평가방법이 적용되며, 각 시설물에 적용되는 법령과 관리 체계도 상이하다.

3.1 제방시설물 유지관리체계

시설물안전법에 의거 국가하천 제방시설물의 경우 모두 제2종시설물로써 법적으로는 정기안전점검 및 정밀안전점검, 성능평가를 의무적으로 실시하여야 한다. Table 1과 같이 정밀안전점검은 등급에 따라 1∼3년에 1회 실시, 성능평가는 5년에 1회 실시하도록 되어있다. 정밀안전진단은 세부지침 상 평가항목 및 평가기준은 제시되어 있으나, 의무사항이 아니기 때문에 실제로 실적건수도 5건 미만으로 나타나있다.

3.2 제방시설물 중대한 결함

시설물안전법에 의하면 대통령령으로 정하는 중대한 결함이 제시되어 있다. 점검 시 중대한 결함이 발견될 경우 관리주체는 조치명령 또는 중대한 결함에 대한 통보를 받은 날로부터 2년 이내에 보수⋅보강 등 필요한 조치에 착수해야 한다. 시설물안전법 세부지침(제방편)^{(MOLIT, 2021)}에 의하면 제방시설물의 중대한 결함은 제체 비탈사면활동, 호안 및 직립구조물 기초부 세굴, 제체 및 접속부의 누수 또는 세굴, 직립구조물 철근콘크리트의 염해 또는 탄산화에 따른 내력손실이다. 이러한 중대한 결함은 노후도 평가 시 국부적인 혹은 세부적인 제방시설물 부재의 한계상태의 기준으로 볼 수 있다고 판단된다.

3.3 제방시설물 유지관리계획 및 목표

2020년 기반시설관리법^{(MOLIT, 2020)}의 제정으로 국토교통부는 제1차 국가하천 관리계획을 수립하였다. 해당 계획에 의하면 국가하천은 최소유지관리기준에 의거 제방시설물을 평균 양호(B등급) 수준 이상으로 관리하는 것을 원칙으로 하고 있다. 이는 제도적으로 제방시설물의 노후도 목표기준으로 볼 수 있다.

3.4 제방시설물의 체계 상 점검항목

제방시설물의 유지관리는 크게 3가지 종류로 나눌 수 있다. 등급에 따라 반기에 1∼2회 수행하는 정기안전점검은 육안점검으로 이루어져있다. 정밀안전점검의 경우 육안점검에 재료시험을 포함하여 수행하며, 성능평가의 경우에는 육안점검, 재료시험에 더해 구조적 안전성능평가를 추가하여 실시한다. 성능평가가 가장 상세한 점검방식이지만 실시주기가 가장 길다. 2018년 성능평가 도입 시 제방시설물의 성능평가체계는 정밀안전진단의 평가항목 기준을 대다수 활용하여 구축되었다. 정밀안전진단의 일부 지표들이 성능평가에서 내구성능과 사용성능으로 변경되어 재료시험이 수행되는 경우가 있다. Table 2에 나타나 있는 것처럼 정밀안전점검와 성능평가의 큰 차이점은 구조적 안전성능 평가이고, 정밀안전점검이 안전등급은 제방시설물의 상태등급, 성능평가는 구조적 안전성능이 포함된 성능등급이라 할 수 있다.

Table 2에는 제방시설물의 정밀안전점검 및 성능평가의 기본과업을 비교하였다. 자료수집 및 분석, 보수보강 방법 제안, 보고서 작성 등의 내용은 제외하였고, 현장조사 및 시험과 관련된 부분만 비교하였다. Table 2에 나타난 것처럼 평균적으로 3년 주기로 콘크리트 시험, 제방 종⋅횡단 측량, 수문자료 조사가 이루어져야 한다. 성능평가의 경우 재료시험의 항목은 다양하나 하천측량, 제체물리탐사, 제체 시추조사, 강재시험 등의 시설물의 상태를 면밀히 확인할 수 있는 항목들은 모두 선택과업으로 되어있다.

인력 및 예산 등을 고려할 때 선택과업을 수행하는 것은 현실적으로 어려움을 알고 있으나, 제방의 안전성 측면에서는 이를 주기적으로 실시해야하는 것이 필요하다.

4.1 노후도 평가 개념 제시

현재 제방시설물의 노후화 개념은 일반적으로 기반시설에서 사용되는 준공 후 경과년수를 기준으로 판단하고 있다. 이는 노후화시설물이라고 하는 기준일뿐 노후화에 따른 점검방식의 변화나 점검체계의 변화는 다루어지고 있지 않다. 제방의 실제 상태와 안전성을 충분히 반영하기 위해서는 노후화를 판단할 수 있는 노후도의 개념이 필요하다. 노후도에 따라 30년 이상 된 시설물이라도 적절한 유지관리로 양호한 상태를 유지할 수 있으며, 반대로 30년 미만의 시설물이라도 환경적 요인이나 설계⋅시공상의 문제로 인해 노후화가 진행될 수 있다. 따라서 제방시설물의 노후도 평가를 위해 경과년수 뿐만 아니라 구조적 상태, 유지관리 이력, 환경적 영향 등 다양한 요인을 종합적으로 고려하는 접근이 필요하며, 이를 위해 본 연구에서는 기술적 노후도와 제도적 노후도를 종합적으로 고려하는 개념의 제방의 노후도 평가 방안을 제시하였다.

제도적 노후도는 제방시설물의 관리와 유지보수를 위한 법령, 정책, 관리 체계 등의 시설물안전법에서 의무적으로 수행중인 정밀안전점검, 정밀안전진단의 결과에 의한 제도적인 측면에서의 노후도를 의미한다. 제방시설물의 경우 시설물안전법에 의하여 제2종시설물로 관리되고 있으며, 정밀안전점검과 성능평가를 의무적으로 실시하고 있다. 실시주기에 따라 안전등급과 성능등급이 A∼E등급 사이로 도출된다. 그러나, 이는 각 부재별로 평가 후 단계별 가중치 및 최소값 접근 방식을 통해 제방시설물 전체의 안전등급이 도출되어 제방의 취약지점과 같은 국부적인 노후도 평가는 힘들다.

이에 기술적 노후도는 제방의 물리적 상태, 구조적 안전성, 재료의 열화 정도 등 세부적인 측면에서의 노후도를 의미한다. 이는 재료의 열화, 구조적 결함, 지반 침하, 수리학적 변화 등 물리적 요인에 의해 발생한다. 따라서 제방시설물의 노후도 평가는 기술적 측면과 제도적 측면을 모두 고려하여 종합적인 안전성 평가와 유지관리 전략을 수립하는 것이 중요하다. 이는 기후변화로 인한 홍수 위험 증가와 시설물의 노후화로 인한 위험에 효과적으로 대응하기 위한 필수적인 접근 방법이다. Table 3에는 제방시설물의 노후도 평가를 위해 제도적 노후도와 기술적 노후도의 영향 인자를 제시하였다.

Fig. 1은 제도적 노후도와 기술적 노후도의 개념도를 나타낸 것이다. 시설물의 성능은 경과년수에 따라 성능이 저하된다. 이 때, 노후도는 두 가지로 평가할 수 있는데 먼저 상태등급이나 성능등급으로 평가하는 것을 제도적 노후도라 명명하였다. 그러나, 제도적 노후도는 시설물의 국부적인 혹은 취약지점의 상태를 대표할 수는 없다. 예를 들어 Fig. 1에서 제도적 노후도 평가에 의하면 A 추세를 따라가야 하나, 실제로 구조적 안전성 등 면밀히 시설물을 살펴보았을 때 B 추세를 따라가야 하는 경우가 발생할 수 있다. 이 때는 기술적 노후도를 고려해야한다. 따라서 중장기적 관점에서는 제도적 노후도를 단기적 관점에서는 기술적 노후도를 평가하여 제방시설물의 유지관리를 수행해야 한다.

Fig. 1 Levee Aging Assessment Model Concept

4.2 노후도 평가 모델

제방의 노후도 평가 모델은 기술적 노후도 평가 결과와 제도적 노후도 평가 결과를 통합하여 종합적인 노후도를 산정하는 방식으로 구성된다.

Fig. 2은 제방의 노후도 평가 모델을 나타낸다. 제방시설물의 노후도는 실시주기별로 이루어져야한다. 중장기적 관점에서 제도적 노후도 평가가 필요하다. Fig. 1의 노란색 선이 제도적 노후도 평가를 통한 성능수준의 변화를 나타낸다. 이 때 안전등급 및 성능등급 변화 외에도 재정적인 부분도 검토가 필요하다. 안전등급 및 성능등급 산출 시 기본과업과 선택과업을 실시하게 되는데, 세밀한 제방시설물의 노후도 평가를 위해서는 선택과업이 필요하나 이는 재정적으로 관리주체의 부담이 크다. 안전등급이 C등급(보통) 시설물이라도 관리주체의 예산이 부족할 경우 후순위로 밀려날 수 밖에 없다. 따라서 같은 C등급이라 하더라도 관리주체의 재정상황에 따라 시설물의 노후도는 다르게 평가되어야 하는 것이 적절하다. 최근 10년간 국가하천 유지⋅보수 연도별 예산추이를 확인하여 보면 2012년부터 2017년까지 꾸준히 감소하다가 최근 홍수로 인해 사고 발생 후 2020년까지 소폭 증가하였다. 그러나, 2012년 예산(약 1,997억원)에 비해 2020년의 예산(1,808억원)이 감소하였다. 이는 경과년수에 따라 증가하고 있는 중점관리대상의 제방시설물의 노후도가 관리주체의 재정적 상황에도 영향을 받는다는 것을 의미한다. 즉, 제한된 재정 속에서 우선순위 따라 제방시설물의 제도적 노후도가 관리되어야 함을 의미한다. 따라서 중장기 관점에서 유지관리에 대한 재정 및 예산 평가가 필요하다.

Fig. 2 Levee Aging Assessment Model

단기적 관점의 노후도 평가인 기술적 노후도는 Fig. 1의 B line으로 확인할 수 있다. 기술적 노후도는 시간 경과에 따라 시행도 가능하지만 제도적 노후도 평가 시 이상징후가 발생한다면 B line 가능성에 대한 확인이 필요하다.

4.3 노후도 평가 방안 제시

노후도 평가방안 제시를 위해 문헌 조사를 통해 기술적 및 제도적 노후도 평가를 위한 평가 항목을 각각 제시하였다. 제도적 노후도 평가 항목으로는 기존의 정밀안전점검 및 성능평가에서 실시하고 있는 상태등급 및 안전성능등급과 예산 및 재정 확보방안으로 제시하였다.

4.3.3 종합 노후도 평가 기준 및 방법

위의 제도적 노후도와 기술적 노후도 평가 항목을 통해 도출된 기술적 및 제도적 노후도 평가 결과로 제방의 종합적인 노후도(A)를 산정할 수 있다.

종합 노후도 평가는 경과년수, 안전등급, 소요예산으로 제도적 노후도($A_{I}$)를 산출하고, 제방시설물의 전반적인 제도적 노후화를 평가하는 과정이다. 기술적 노후도 평가는 제도적 노후도 결과에 따라 합산할지 여부를 판단한다. Fig. 3에 나타난 것처럼 제도적 노후도가 2.5이하일 경우 기술적 노후도를 합산하여 종합 노후도를 판단하며, 가중치는 0.4와 0.6으로 합산한다. 기술적 노후도가 정밀하고 상세한 노후도이므로, 가중하여 평가하도록 구성하였다. 제도적 노후도가 2.5를 초과할 경우 상세 조사인 기술적 노후도 평가는 실시하지 않으며, 제도적 노후도가 제방시설물의 종합노후도로 산정된다.

Fig. 3 Integrated aging assessment

Table 9는 최종적으로 산출된 종합 노후도의 평가기준이며, 점수 분포에 따라 5등급인 A∼E등급으로 평가할 수 있다.

Table 9 Integrated Aging Criteria

Range	Grade	Score	Remarks
4.5≤ A ≤ 5.0	A	5
3.5≤ A ＜ 4.5	B	4
2.5≤ A ＜ 3.5	C	3
1.5≤ A ＜ 2.5	D	2
≤ A ＜ 1.5	E	1

4.4 노후도 평가방안 타당성 검토

2018년∼2020년 사이에 집중호우로 인한 제방시설물에 피해가 다수 발생하였다. 국내의 A제방의 경우에도 2020년 이전의 정밀안전점검의 점검결과는 모두 A등급으로 평가받았으나, 집중호우로 인해 일부 제방 구간이 유실되는 사고가 발생하였다. 해당 제방은 정기안전점검도 ‘양호’의 평가를 받았다. 해당 제방은 준공년도 2004년, 준공 후 경과년수는 사고연도 기준으로 16년이 경과되었다.

기존의 유지관리체계에 의하면 정밀안전점검은 A등급이므로 제방시설물의 안전성 측면에서는 우수한 상태라 볼 수 있다. 하지만, 제시한 제방시설물의 종합 노후도 평가에 의하면 제도적 노후도는 1점으로 기술적 노후도 평가를 실시하여 제방시설물의 세부적인 안전점검의 실시가 필요하다.

해당 제방을 대상으로 일부 구간의 기술적 노후도 평가를 실시하였을 때 비탈면 활동에 대한 불안정한 구간이 발생되는 것으로 검토되었다. 이는 안전등급으로만 제방의 종합적인 안전성을 평가하기에는 한계가 있음을 알 수 있으며 제시한 노후도 평가방안을 통해 정밀안전진단으로만 수행되는 구조적 안정성 평가에 대한 실시주기 문제 등을 보완할 수 있다. 또한, 안전등급 뿐만아니라 경과년수, 재정상태도 함께 고려할 수 있는 제도적 노후도 평가를 통해 안전등급만으로 관리하는 유지관리체계 한계를 보완할 수 있다.