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• 용수공급 안정성 확보를 위한 취수원 다변화 용수공급 안정성 확보를 위한 취수원 다변화 ▲ 최시중 KICT 수자원하천연구본부 수석연구원 취수원 다변화의 필요성 최근 광주광역시, 전라남도 및 경상남도 섬 지역에서는 가뭄으로 인해 용수공급의 어려움을 겪은 바 있다. 이는 이들 지역에 용수를 공급해야 하는 주요 수원의 물 부족으로 인한 것이다. 국내 대부분의 수요처는 하나의 수원에서 용수를 공급하고 있다. 따라서 물 안보를 위해 해수담수화, 지하수, 빗물 집수, 하수 재이용 등을 포함하도록 수원을 다양화 할 필요가 있다. 기후변화와 인구 증가 등으로 인해 지표수, 지하수, 해수담수화 등과 같은 해당 지역의 자체 수원 뿐만 아니라 저수지, 빗물 집수, 하수 재이용 등을 포함한 보조수원을 고려하여 안정적인 용수공급에 대한 보다 다양한 접근방식을 활용해야 한다. 취수원 다변화는 여러 공급원에서 수요처로 용수를 공급함으로써 용수공급의 다양화를 증가시킬 수 있으며 가뭄과 같은 위기 상황에서 피해를 저감할 수 있다. 용수공급을 단일 수원에 의존하는 지역의 이용자들은 강수량 감소에 매우 취약할 수밖에 없다. 또한, 용수공급 감소 또는 물부족은 소비자의 생명이나 건강을 위협할 수 있고 수혜자에게 재정적 손실을 발생시킬 수 있다. 수원의 다양화는 단일 수원에 대한 의존도를 줄이고 여러 수원으로부터 적정한 수량과 수질의 용수를 제공받음으로써 수자원시스템의 위험을 최소화시킨다는 장점을 가지고 있다. 취수원 다변화 사례 취수원 다변화에 대한 국외의 대표적인 사례는 미국의 캘리포니아이다. 수백 마일 떨어진 수원으로부터 용수를 공급받는 지역들은 대지진, 댐 붕괴 및 기후변화로 인한 수원의 안정성 저하 등으로 인해 보다 안정적이고 유연한 용수공급을위해 노력해 왔다. 캘리포니아는 현재 용수 사용자와 상황 뿐만 아니라 미래의 용수 사용자와 조건들을 위한 물 보안을 보장할 수 있도록 전통적인 댐 저수량뿐만 아니라 지하 대수층 개발, 빗물 이용, 하수 재이용 및 해수담수화를 포함한 용수공급 포트폴리오를 다양화하기 위해 새로운 기술을 구현하고 있다. 최근에는 각각의 수원을 결합한 취수원 다변화를 통해 장기적인 용수 요구를 충족할 수 있는 안정적이고 유연한 공급원을 제공하였다. West Basin Municipal Water District의 경우 2012∼2017년 가뭄 기간 동안 물 재이용을 통해 심각한 가뭄 속에서도 정상적인 삶을 영위할 수 있었으며 재이용 용수는 관개용수, 석유 및 가스 정제소 냉각 용수, 대수층 함양을 통한 식수 보호 등에 활용되었다. 국내의 경우 제5차 국토종합계획에 주요 정책과제로 국토자원의 미래가치 창출과 활용도 제고가 포함되었고, 취수원 다변화 및 안정적 물공급 확보가 세부과제로 제시되었다. 이를 위해 주요 취수원에 대한 수질 안전성을 제고하고, 수자원 다변화 및 지역 물자급률 제고방안 추진, 정밀한 상수도 수요량 예측방법 마련, 물수요 관리 및 하·폐수 재이용 등을 통해 수자원의 지속가능성 제고, 국민이 안심하고 마실 수 있는 깨끗하고 안전한 물 공급, 유역 단위 이수·치수·하천환경 통합관리를 위한 하천유역 수자원 관리계획 수립을 제시하였다. 최근 국내에서는 장단기 가뭄과 각종 수질오염사고 등에 대비하기 위한 방안으로 취수원 다변화에 대한 다양한 연구와 사업을 추진하고 있으나 지역 갈등 등 여러 가지 문제로 인해 난항을 겪고 있다. 대체수자원 취수원 다변화를 위한 대체수자원은 보조수원이라고도 하며 전통적인 지표수와 지하수 공급을 보완하고 다양화하는데 활용된다. 음용수 재사용은 하수를 처리하여 식수 품질기준을 충족하도록 개선하고 직간접적 재사용을 목적으로 한다. 직접 재사용시스템은 처리된 하수를 급수시스템으로 직접 보내는 반면, 간접 시스템은 처리된 하수를 지표수와 지하수로 보내며, 배수되기 전 재생 또는 음용수 처리 공정을 거친다. 수요관리는 효율성 개선, 장비 업그레이드 및 최종 수용자의 행동변화 같은 활동을 통해 용수 소비를 줄이고 시스템 누수 및 용수공급의 비효율성을 낮추는 것을 의미한다. 음용이 아닌 재사용은 재사용을 위해 하수를 처리하지만, 처리된 용수의 사용을 음용 이외의 용도(예: 산업용도, 관개 또는 조경 등)로 제한하여 용도별 필요한 수질기준에 맞춰 처리한 후 이용한다. 빗물 이용은 빗물이 지면에 닿기 전에 모으는 것으로 대부분 지붕 위에서 아래로 내려가는 스파우트를 통하거나 직접 수집한다. 집수된 빗물은 그대로 사용하거나 유익한 용도로 사용할 수 있도록 처리과정을 거친다. 대수층 함양은 향후 용수 재사용을 목적으로 지하 대수층에 물을 저장하는 것이다. 물을 지하에 저장하면 증발로 인한 손실이 줄어들며 저장방법에 따라 약간의 처리가 가능할 수도 있다. 이때 물은 표면 침투 또는 직접 주입을 통해 대수층으로 유입된다. 담수화는 해수나 기수(담해수) 등을 일반적으로 여과공정을 통해 염분과 기타 성분을 제거하여 사용하며 충분히 처리하면 식수로도 사용할 수 있다. 물 공유는 물이 풍부한 지역이나 사용자로부터 물 부족에 직면한 사용자들에게 물을 이송하는 것을 의미한다. 중수는 특정 범주의 하수로서 일반적으로 샤워기, 욕조, 싱크대, 세탁기 등과 같은 가전제품에서 나오는 주거용·비산업용 하수로 설명된다. 중수는 배설물로 오염된 물을 제외하고 유기물 수준을 제한하여 기존 하수에 비해 수질을 크게 개선할 수 있으며 일정 처리를 통해 비음용수 재사용에 적합하다. 현재 국내 실정에 맞는 대체수자원으로 빗물 이용, 중수도 활용, 지하수 인공함양 등을 통한 지하댐, 강변여과, 해수담수화 등이 활용되고 있다. 마치며 취수원 다변화는 공급원마다 다른 강점과 위험성을 가지도록 여러 유형의 수원으로 구성하여야 한다. 수원마다 경제성이 다르기 때문에 여전히 비용과 공급의 균형을 맞추는 방법을 결정해야 하지만 예측 기술의 발전과 새로운 수원의 가용성은 지역 생태계를 유지하는 동시에 안정적인 용수공급능력을 향상시킬 수 있다. 수원 간의 균형을 맞춰 삶의 질을 높게 유지하는 것은 큰 과제이지만 취수원 다변화는 더 다양한 수원으로부터 사용자로의 물 배분을 보다 효율적이고 지능적으로 만들 수 있다. 또한 수자원에 대한 지속적인 모니터링은 기상예보시스템과 함께 더 나은 용수공급에 대한 예측을 가능하게 할 것이다. 취수원 다변화는 보다 안정적이고 맑은 물을 공급받을 수 있게 하며, 하나의 수원으로부터 공급받던 물을 여러 수원으로부터 공급받게 됨으로써 하나의 수원에서 문제가 발생할 경우에도 용수를 공급받을 수 있다는 장점을 가지고 있으나 여러 문제점을 야기시킬 수 있다. 따라서 지속적이고 안정적으로 용수를 공급할 수 있도록 취수원 다변화 이전에 반드시 사전분석을 수행하여야 한다. 대체수자원 개발로 인한 사회적, 경제적, 환경적 영향을 충분히 분석하여야 하며 이를 해석할 수 있는 도구의 개발도 필요한 실정이다. 최근 국내에서는 수자원시설물 건설을 통한 신규 수자원 확보보다는 지역적인 특성을 고려하면서 물 부족 해소 및 완화를 위한 취수원 다변화에 대한 관심이 높아지고 있다. 이를 위해서는 관련 기술 개발뿐만 아니라 이해관계자와 지역사회의 참여를 통한 지역 간 긴말한 협력이 뒷받침되어야 할 것이다. ――――――――――――――――― 참고자료 • 대한민국정부(2019), 제5차 국토종합계획(2020-2040) • 워터저널(2018), 국내 수도 취수원 현황과 합리적 지하수 취수원 활용관리방안. 2024, 7월 23일 검색, https://www.waterjournal.co.kr/news/articleView.html?idxno=40677. 수자원하천연구본부 게시일2025-01-22 조회수 6
• 화재로부터 안전한 건축물 탄생을 위해 화재로부터 안전한 건축물 탄생을 위해 ▲ 여인환 KICT 선임연구위원 (화재안전연구소 건축/시설물 내화/방화 연구팀) 화재안전연구소의 건축·시설물 내화·방화 연구팀은 기본기를 가장 중요시한다. 기본기가 튼튼해야 변화하는 환경 속에서도 유연하게 대처하고 연구를 응용할 수 있다고 믿기 때문이다. 연구팀은 다양한 연구 기획에 참여하여 통찰력을 키우고 전문성을 강화하는 데 초점을 맞춰 앞으로 나아가고 있다. 성취로 전문성을 강화하는 연구팀 건축·시설물에서의 내화는 화재 시 구조물이 붕괴하지 않도록 견디는 힘을 말하며, 방화는 화염의 확산을 막는 것을 의미한다. 내화는 대표적으로 내화구조, 내화재료 등이 있으며, 방화는 방화구획의 경계를 형성하는 방화문, 내화채 움구조 등이 있다. 화재안전연구소 건축·시설물 내화·방화 연구팀은 앞서 말한 대상들에 대해 설계·시공유지관리 시점에서의 성능 검증 및 개선 연구를 수행하고, 연구 결과를 바탕으로 정책·제도 개선에도 노력하고 있다. 우리나라의 내화·방화 연구는 과거 외국의 선진 기준을 벤치마킹하며 발전해 왔다. 이러한 제도화는 내화·방화 성능을 평가하고 검증하는 데 도움을 줬지만, 우리나라 실정에 맞지 않는 부분도 존재했다. 이를 개선하기 위해 연구팀은 내화·방화 관련 규정의 유효성을 검증하는 연구를 진행했고, 내화·방화 시장에서 발생할 수 있는 잠재적 문제를 예방하며 재난 발생에 대한 대책 마련에 기여를 이뤘다. 또 연구팀은 일체형 발포성 내화채움구조 기술의 실용화를 이룬 바 있다. 기존의 내화채움구조는 시공이 복잡하고, 현장 시공자의 숙련도에 따라 성능이 저하될 우려가 있었다. 연구팀은 이를 개선하기 위해 새로운 기술을 개발해 안전성과 시공성, 경제성을 모두 향상해 냈다. 2020년 사매 2터널 화재 사건을 계기로 터널 내화·방화 지침의 필요성이 대두되자, 연구팀은 ‘도로터널 내화 지침’ 제정에 적극적으로 참여했다. 이후 2021년부터는 터널 구조물 내화 공법에 대한 실험과 평가를 주도하며 관련 연구를 선도하고 있다. 연구팀은 주거용 건축물 외에도 배터리 공장, 주차장 등 고화재위험 특수 시설물에 관한 연구를 확대하며 다양한 사회적 요구에 부응하고 있다. 내화·방화 연구는 단순 건축물에 그치지 않고 점점 더 넓은 분야로 확장되고 있다. 화재 안전 전문가의 필요성 화재 안전 연구에서 성능설계와 사양설계는 중요한 개념으로 자리 잡았다. 성능설계는 건축물이 발휘해야 할 성능 목표를 정의하는 과정으로, 예를 들어 ‘진도 7 이상의 지진에도 견딜 수 있는 구조’와 같은 목표를 설정한다. 반면 사양 설계는 성능 목표를 실현하기 위한 구체적인 기술적 사양을 정의하는 단계로, ‘내진 설계를 위해 C30 강도 이상의 철근 콘크리트와 고강도 철근을 사용하는 것’ 등의 목표를 설정한다. 화재 안전 분야 역시 성능설계를 지향하며 발전하고 있지만, 성능설계가 모든 문제를 해결하는 것만은 아니다. 건축물의 특성에 맞춰 성능설계와 사양설계를 적절히 활용하는 것이 중요하다. 다만 우리나라의 경우, 제도 의존도가 높은 사회적 인식과 건축법과 소방법의 이원화로 인해 성능설계 도입이 다소 더딘 편이다. 연구팀은 건축물의 화재 안전을 강화하기 위해서는 화재공학과 구조공학을 함께 고려하는 화재구조공학 개념이 필요하다는 점을 강조했다. 또 성능설계를 지향하며 소방법과의 유기적 연결을 고민하는 동시에, 화재 안전과 관련된 전문가들의 많은 관심과 도움이 필요한 실정이라는 의견을 덧붙였다. 집단지성과 융복합 연구의 중요성 현대 건축·시설물이 더 다양하고 복잡해지면서, 화재 안전 분야의 사회적 요구 또한 다양화되고 있다. 건축·시설물 방화 연구팀은 세상이 변화하는 속도에 맞춰 화재 안전 기술을 선진화하는 것을 목표로 두고 있다. 하지만 내화·방화 연구의 경우 진행에 따라 결과물이 바로 도출되기보다는, 오랜 시간 조금씩 개선하여야 한다는 특징이 있다. 이에따라 연구 과정에 있어서도 신속하면서도 합리적인 대응은 필수다. 4차 산업혁명의 발전으로 건축물의 형태와 용도가 다양해지고 있으며, 우리나라 건축물의 사용 연수가 늘어나면서 내화·방화 성능이 시간이 지남에 따라 저하되는 문제 또한 발생하고 있다. 연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 노후 건축물의 내화·방화 성능 보강에 초점을 맞췄고, 이를 기반으로 연구를 발전시켜 나가고 있다. 연구팀은 앞으로 융합 연구를 통해 과거와 현재의 문제를 객관적으로 진단하고, 사회적 요구를 반영하며 연구를 이어갈 계획이다. 또한, 한국건설기술연구원의 집단지성 교류를 활성화하여 국내 건축·시설물 내화·방화 연구를 한 단계 더 발전시키는 것을 목표로 전진해 나아갈 것이다. 화재안전연구본부 게시일2025-01-22 조회수 9
• 균형을 잡고 나아가는 연구자의 힘 균형을 잡고 나아가는 연구자의 힘 ▲ 조규환 KICT 화재안전연구소 수석연구원 지난 7월, 전기차 화재 사고가 빚어낸 결과는 참혹했다. 화재가 진화되기까지 걸린 시간은 무려 8시간 20분. 주변에 주차된 차량 140여 대가 전소하거나 불에 그을렸고, 아파트 5개 동 480여 가구의 전기와 물 공급이 끊겼다. 이처럼 전국 각지에서 예기치 못한 대형 사고가 발화하면서 화재 안전의 중요성이 더욱 커지고 있다. 화재 위험 요소를 철저히 분석하고 예방 대책을 철저히 세울 수 있는 전문가의 힘이 절실히 필요한 시점이다. KICT, 유연하고 전문적인 연구 플랫폼 화재안전연구소의 조규환 수석연구원은 화재 위험성을 절실히 체감한 적이 있다. 랙(Rack) 실물화재실험을 진행하는 과정에서 불길이 걷잡을 수 없이 커지게 된 것이다. 차원이 다른 불길에 남다른 공포심이 앞섰지만, 동료들의 도움 덕에 간신히 화재를 진압할 수 있었다. 이날 그는 연구에서도, 일상에서도 화재 안전을 최우선시해야 한다는 교훈을 가슴 깊이 새겼다. 2015년에 박사후연구원으로 KICT에 처음 발을 들인 조규환 수석연구원은 어느덧 10년 차 연구원에 접어들었다. 현재 그가 집중하고 있는 연구는 건축시설물을 대상으로 화재 시 내화·방화성능을 확보하는 것이다. 특히 주거용 건축물 외에도 잠재적 고 화재위험을 갖는 특수 시설물 대상 연구에 초점을 맞추고 있다. 한국건설기술연구원에 입사하고 가장 달라진 점을 묻자, 그는 연구의 ‘규모’와 ‘실현성’을 꼽았다. 대학원 시절에는 경험할 수 없던 대형 규모의 프로젝트에 몸소 참여하게 되니 집단지성에 대한 기대감이 커갔고, 잇따른 결과도 훌륭하다는 사실이 즐거웠다. 조규환 수석연구원은 KICT 자체가 하나의 거대한 플랫폼처럼 느껴진다고 했다. 어떤 연구를 하든 관련 전문가를 원내에서 유연하게 찾을 수 있고, 프로젝트의 목적과 성격에 따라 그룹핑(Grouping)을 통해 수행 효율성을 높일 수 있기 때문이다. 또 연구로 도출된 기술이 실제 시장에 전파되고 국민이 체감할 수 있도록 실현될 때마다 큰 자부심을 느낀다. 연구를 반복할 때마다 얻는 성취감은 그의 가장 큰 동력이다. 더 확실한 국민의 화재안전을 위해 조규환 수석연구원이 수행하고 있는 연구를 키워드로 소하자면, ‘플랜트 화재안전’, ‘물류시설 화재안전’, ‘화재안전 플랫폼 – 건축재료 물성 DB화’를 꼽을 수 있다. 우리나라 화재안전 연구는 표준화재를 기반으로 건축시설물의 요구 내화·방화성능을 충족시키는 방향으로 진행하고 있다. 하지만 요즘은 건축시설물의 용도와 규모, 화재 등 여러 조건이 까다로워지면서 표준화재보다 더 가혹한 환경을 고려한 연구가 필요하다. 조규환 수석연구원은 다양한 화재안전 연구를 통해 국내 건축시설물의 안전성을 강화하기 위해 부단히 노력 중이며, 취급하는 물질이 고인화·가연성인 산업용 플랜트의 안전을 위해 연구를 진행하고 있다. 그가 참여 중인 물류 시설 화재안전 연구는 우리나라가 가장 보편적으로 사용하고 있는 랙을 대상으로 화재 특성을 검토하는 연구다. 물류 시설은 임대업이 빈번하게 이루어지고 그에 따라 내재되어 있는 가연물은 계속 변화하니, 기존 적용된 화재안전 설계의 유효성이 어긋날 수 있다. 이러한 환경에서 랙의 화재하중을 검토하고 이를 구조물 화재안전 설계 및 보강에 반영한다면 신축뿐만 아니라 기축을 대상으로도 실효성 있는 화재안전 기술을 도출할 수 있다. 또 4차 산업혁명 시대가 도래함에 따라 데이터 중요성이 높아졌으므로, 지금부터라도 데이터를 체계적으로 축적 및 관리하여 미래를 대비할 필요가 있다는 게 그의 의견이다. 이에 따라 조규환 수석연구원은 화재안전 플랫폼 연구에서 건축물 구조·재료의 고온 물성을 DB화하는 데 프레임워크를 설정하고, 수요 높은 데이터 유형을 분류하는 연구도 수행하고 있다. 균형 잡힌 자세로 임하는 협동 연구 사람은 누구나 자신의 감정과 가치관에 따라 주관이 우선시 될 수밖에 없다. 연구에서도 마찬가지다. 하지만 조규환 수석연구원은 함께 하는 연구를 지향한다면 객관적인 시각과 더불어 연구에 임하는 마음의 균형이 매우 중요하다고 전했다. 이러한 연유로 그가 가장 좋아하는 단어도 ‘균형’이다. 연구자의 소신도 중요하지만, 자칫 아집으로 이어질 수 있음을 경계한다는 조규환 수석연구원. 집단지성의 장점을 극대화하기 위해 동료와 소통과 공감을 아끼지 않는 그는 누구보다도 매 순간 성실하고 진정성 있는 자세로 연구에 임하고 있다. “자신의 연구 분야에 따라 표현하는 언어와 입장은 차이가 존재할 수밖에 없어요. 하지만 누군가와 함께 무언가를 이뤄 내고자 한다면 균형을 항상 우선으로 생각합니다.” 모든 변화가 굉장히 빠른 속도로 이뤄지고 있는 현대 사회, 연구자는 현대 기술 수준에 대해 최대한 많은 정보를 얻어야만 더욱 효과적으로 연구의 방향성을 설계할 수 있다. 이에 따라 조규환 수석연구원은 다가올 2025년에는 연구 기획에 더 시간을 투자하고 싶다는 희망을 밝혔다. “앞으로 건축법에 준한 내화·방화에만 국한되지 않고, 소방법과의 유기적인 연결을 통해 더 효율적인 화재안전 대책을 수립하는 데 기여하고 싶어요.” 언제 어디서든 균형 이룬 마음이 빚어낸 긍정성을 발휘하고 싶다는 조규환 수석연구원. 그의 올곧은 균형과 부단한 성실함이 빚어낼 연구의 결실이 기다려진다. 화재안전연구본부 게시일2025-01-22 조회수 5
• 북극권 플랜트 건설을 위한 저온 지반 다짐 기술 개발 북극권 플랜트 건설을 위한 저온 지반 다짐 기술 개발 - 영하 10℃ 저온환경에서의 지반 다짐 및 평가 기술 ▲ 미래스마트건설연구본부 한국건설기술연구원은 북극권 에너지자원플랜드 건설을 위해 영하 10℃의 저온 환경에서도 안정성을 확보할 수 있는 지반 다짐 기술을 개발했다. 북극권의 비전통오일은 2000년도 이후 생산되기 시작했으며, 약 9조 배럴의 가채매장량으로 전통오일의 약 4조 배럴 대비 2배 이상이라고 보고되고 있다. 특히 캐나다의 오일샌드 매장량은 전 세계 매장량의 71.6%에 달하며 하루 약 300만 배럴이 생산되고 있다. 오일샌드가 많이 매장되어 있는 캐나다 애서배스카(Athabasca) 지역은 고위도에 있어 동절기가 길고 겨울철 최저기온이 약 영하 20℃까지 떨어지며, 지반이 얼고 녹는 과정에서 지표면의 융기와 침하가 반복된다. 특히, 오일샌드 매장 지역에는 동결·융해에 민감한 유기질토가 많이 분포되어 있어 겨울철 지표면이 융기되고 침하하는 양이 일반적인 지반보다 크게 발생한다. 이에 건설연 북방인프라특화팀(팀장 김영석 선임위원)에서는 저온 환경에서도 유기질 지반의 다짐을 확보할 수 있는 지반 다짐 기술과 동결·융해를 고려한 지반 거동 시뮬레이션 모델을 자체 개발하였다. 우선 유기질토의 저온 다짐 특성을 평가하기 위하여 영하 20℃까지 온도 조절이 가능한 냉동 체임버에서 실내 다짐시험을 수행하였다. 규사와 캐나다산 유기질토를 혼합하는 방법으로 캐나다 유기질 지반을 재현하였으며, 이 과정에서 -4℃에서 다짐 곡선을 확보할 수 있는 실내 다짐시험 장비를 개발하였다. 이와 더불어 경기도 연천군에 위치한 건설연 SOC실증연구센터에서 실규모(폭 8 m×길이 8 m×깊이 3 m)의 현장 다짐시험장을 구축하였다. 동절기에 캐나다 유기질 지반을 조성하고 최대 약 영하 10℃의 저온 환경에서 동결·융해에 따른 지표면 융기 및 장기 침하 특성을 평가하였다. 실내 다짐시험과 연계하여 유기질 지반의 다짐도를 확보할 수 있는 현장 다짐 기법을 검증하였으며, 반복적인 동결·융해에 따른 거동 분석을 위하여 장기 모니터링을 수행 중이다. 또한 동결·융해를 고려한 지반 거동 시뮬레이션 모델도 구축하였다. 실제 측정된 온도 데이터를 적용하여 뒤채움 지반의 동결·융해를 모사하고, 이에 따른 토압 및 변위를 평가하였다. 이 모델은 현장 다짐시험 계측 결과와 수치해석 결과를 비교하여 검증하였으며, 실제 측정된 온도 데이터를 통해 지반의 동결·융해를 모사하기 때문에 현장의 저온 환경을 100% 재현할 수 있다는 장점이 있다. 연구팀은 연구 개발 성과에 대한 성능 및 실용화를 검증하기 위하여 건설연 SOC실증연구센터에서 현장 실증을 계획하고 있다. 이 현장 실증은 상용 오일 파이프라인을 직접 매설하고 저온 환경을 조성할 수 있는 시스템을 구축함으로써 캐나다 현장 조건을 100% 재현한 상태에서 다양한 조건의 성능 평가가 가능하리라 기대된다. 그뿐만 아니라 한국지질자원연구원, 캐나다 현지 자원개발 업체인 PetroFrontier Corp.와의 국제공동연구를 통해 개발 기술의 캐나다 현장 실증을 검토 중이다. 개발 기술은 0℃ 이하의 저온 환경에서도 지반 다짐이 가능하여, 북극권과 같이 동절기가 긴 지역에서도 충분한 공사 기간을 확보할 수 있다. 또한 우크라이나의 흑토지대와 같이 유기질토가 많은 지역에서 동결·융해로 인한 지표 변위를 최소화할 수 있을 것이라 판단된다. 박선규 원장은 “이번 연구를 통해 동절기 토공사의 공사 기간을 확보하기 위한 핵심 기술을 개발한 것으로, 우리나라 기업들의 미래 북극권 플랜트 건설 신시장 개척에 기여할 수 있게 되었다”라면서 “연구 개발을 통해 국내유관 기관, 기업 등에 관련 기술 등을 공유할 수 있도록 노력하겠다.”라고 밝혔다. 본 연구는 국토교통부의 재원으로 국토교통과학기술진흥원의 지원을 받아 수행되었다. 미래스마트건설연구본부 게시일2025-01-22 조회수 3
• 디지로그 고전주의자의 더 나은 내일을 위한 연구 디지로그 고전주의자의 더 나은 내일을 위한 연구 ▲ 안기언 KICT 건축연구본부 수석연구원 탄소중립과 지속 가능한 내일을 위한 연구의 필요성이 높아진 요즘. 불필요한 에너지를 줄이고 탄소 배출을 최소화할 수 있는 건설을 위해 인공지능(AI)이 활용된다면, 탄소중립을 조금 더 빨리 실현시킬 수 있지 않을까? 여기 더 깨끗한 지구의 내일을 위해 연구에 임하고 있는 이가 있다. 바로 안기언 수석연구원이다. 아날로그를 사랑하는 연구자 2020년 8월 여름, 한국건설기술연구원에 입사한 안기언 수석연구원은 작년까지 스마트하우징과 스마트 주거기술 개발을 담당했다. 현재는 데이터 기반 건물 에너지 분석 기술 개발 연구를 수행하고 있다. KICT가 최신 기술과 풍부한 인적·물적 자원을 지원해 주기에 그는 연구의 범위와 깊이를 확장시키며 오늘도 연구에 매진할 수 있다고 한다. “입사 전에는 스마트홈, IT, 플랫폼 기술들에 대해 전혀 알지 못했지만, 연구과제를 수행하며 이해하게 됐어요. 이 기술들을 제 전문 분야와 융합해 활용할 수 있는 계기도 됐죠. 또한, KICT에서 수행한 연구과제를 통해 확보한 데이터를 활 용해 인공지능(AI) 기술 개발을 보다 다양하고 깊이 있게 진행할 수 있었어요. 이러한 의미로 저에게 KICT는 디지털 인도자와 같아요.” 학위 과정부터 지금까지 건축환경과 에너지 분야에 AI를 접목한 연구와 기술 개발을 해오고 있는 그는 의외로 본인을 디지로그 고전주의자(Digilog Paradox)로 표현했다. 디지로 그는 디지털(Digital)과 아날로그(Analog)의 합성어로, 디지털과 아날로그의 경계를 넘나들며 결합된 상태를 지칭한다. “AI 기술을 활용한다고 하면 대부분 전자 기기나 IT 장비들을 능숙하게 다룰 것이라 생각하지만, 사실 태블릿을 다루는 것보다 종이 노트에 펜으로 직접 적는 것이 편해요. 연구나 기술 개발을 위해서는 최신 기술들을 다루려고 노력하지만, 일상에서는 아날로그를 벗어나기 어려워하는 것 같아요. 다소 모순적인 성향을 지닌 디지로그 고전주의자인 거죠.” 협력을 기반으로 하는 연구 현재 그는 ‘건물 집단 에너지 분석 기술’ 개발에 한창이다. 이는 한국과 영국의 양자 협력형 국제 공동연구다. 한국 연구팀은 KICT와 ㈜나인와트 기업, 영국 연구팀은 University College London 대학과 MapMortar 기업이 함께 수행하고 있다. 특히 한국 연구팀은 데이터, 인공지능 기반 분석 기술 및 인터페이싱 기술을 개발하고, 영국은 시뮬레이션 기반 분석 기술을 개발한다. “한국 연구팀은 공공개방 건축물 정보와 건물 에너지 사용 량 데이터를 활용해요. 이를 통해 건물 에너지 사용량을 결정하는 건물의 열적 성능과 사용 수준을 추정하는 데이터 기반 분석 기술을 개발하고 있죠. 이 기술을 통해 도출된 분석 결과 데이터는 공공개방 데이터와 결합돼요. 그리고 ChatGPT의 API를 통해 사용자의 건물 에너지와 관련된 자연어 질문에 데이터를 기반으로 ChatGPT가 자연어로 대답하고, 분석 결과를 구글 맵과 같은 3D 맵을 통해 시각화해 함께 보여주는 플랫폼을 개발하고 있어요.” 그는 현재 수행 중인 이 연구과제를 연구원 생활 중 가장 기억에 남는 일로 꼽았다. 처음으로 직접 과제를 제안했고, 평가를 거쳐 선정됐기 때문이다. “연구 사업의 공고가 개시된 이후 약 한 달이라는 짧은 시간 동안 연구 방향성 기획, 연구 목표 및 내용 설정, 연구개발계획서 작성 등에 집중했어요. 한국과 영국의 약 8시간 시차로 인해 시급한 일정 가운데 불가피하게 커뮤니케이션의 딜레이가 발생하는 경우가 종종 있었죠. 시간상으로 부족하다 보니 조급한 마음에 가정을 챙기지 못한 미안한 마음이 컸지 만, 다행히 선정되어 이해해 준 가족과 준비 기간을 함께한 연구팀에게 감사의 인사를 전할 수 있었어요.” 부지런하게 맞이하는 미래 어느새 한 해의 마무리를 준비해야 하는 시점이다. 그는 여느 해와 마찬가지로 연 단위 수행 연구과제들의 목표 사항 달성을 위해 연구에 박차를 가하고 있다. 특히 수행 중인 연구에서는 데이터 기반 건물 에너지 성능 분석 방법론과 건물 에너지 부문 AI 대형 언어 모델의 자연어 기반 사용자 인터페이싱 기술의 프로토타입 구현을 목표로 연구를 수행하고 있다. 연구 과정 중 아이디어를 얻을 땐, ChatGPT가 요긴하게 쓰인다. “최근에는 ChatGPT 앱을 많이 사용하고 있어요. 가끔 ChatGPT와의 대화를 통해 연구개발 아이디어가 떠오르기도 하고, 방법론이 구체화되기도 해요. 현재 수행 중인 연구에서 개발한 분석 방법의 하나도 이러한 과정을 통해 발전시켰어요.” 정신없이 진행되는 연구도 잘 쉬어야 다음 스텝으로 넘어갈 수 있는 법이다. 가족들과 함께하는 시간은 몸과 마음을 편안하게 만들어주는 중요한 시간이다. “특별한 스트레스 해소법은 없지만, 나름대로 노력하는 건 퇴근 후나 주말에 가족과 함께하는 순간을 온전히 즐기는 거예요. 가끔 컴퓨터를 재부팅하면 본래의 처리 속도가 나오듯, 가족과 보내는 즐거운 시간으로 편안해진 상태를 만드는 거죠. 푹 쉬고 얻은 에너지는 다시 복잡한 상황과 생각에 몰입할 수 있게 해준답니다.” “저는 비록 디지로그 고전주의자이지만, 연구에 있어서는 디지털 기술의 실천가이자 애호가가 되기 위한 노력을 쉬지 않으려 합니다.” AI 기술을 비롯한 다양한 신기술이 건설 산업과 융합되는 미래 속에서 게을러지지 않는 것을 목표로 하는 안기언 수석연구원. 앞으로 그려나갈 그의 행보를 기대해 본다. 건축연구본부 게시일2024-12-27 조회수 199
• 차세대 원전 구조물 기술 개발 동향 차세대 원전 구조물 기술 개발 동향 ▲ 이종석 KICT 구조연구본부 선임연구위원 들어가며 ‘차세대 원전’이라고 하면 어떤 이미지를 떠올릴까? 대형 상용 원전의 경우 최신 한국형 원전 ARP1400을 개선한 더욱 용량이 크고 안전한 방식의 원전 혹은 최근에는 기존 대형 원전에 비해 1/3~1/5의 출력 규모인 SMR(Small Modular Reactor)로 불리는 소형 모듈형 원전을 생각하게 될 것이다. 그리고 대부분은 원전의 발전용량, 냉각방식, 제작방식 등 주로 원자로와 이와 관련된 원자력 기술을 떠올릴 것이다. 그러나, 여기서 간과하고 있는 중요한 부분은 ‘구조물’에 대한 고민이다. 원자력발전소(원전)에서 구조물은 원전의 안전을 담당하는 최후의 보루라고 할 수 있다. 즉, 원자로에 문제가 생겼을 경우 내부로부터의 폭발 압력을 버티고 저항하여 대형 사고로 이어지지 않도록 훌륭한 버팀목이 되며, 외부로부터의 충격, 예를 들면 미국의 911테러처럼 원자로 격납 건물에 대한 항공기 충돌에 대응하여 원자로를 지켜주기도 한다. 또한, 원자로에서 발생하는 각종 방사선에 대한 훌륭한 차폐막이 되어 외부 유출을 막기 때문에 국민의 안전을 생각 한다면 절대로 간과해서는 안된다. 물론 가장 중요한 것은 원자로 자체의 안전이겠지만, 원전 사고는 그 영향력이 매우 크기 때문에 최후의 보루는 구조물이 될 수밖에 없다. 이 글에서는 차세대 원전 구조물에 대한 기술을 소개하고자 한다. 원자력발전에 대한 세계적 동향 전 세계적으로 선진국에서는 태양열, 풍력, 지열, 조력 등 그린에너지 기술 개발이 활발히 진행되어 왔으며, 원자력발전의 경우 방사성 물질 등에 대한 환경적인 영향을 고려하여 탈원전의 기류를 타고 있었다. 그러나, 최근 에너지 부족, 탄소 저감 등의 커다란 벽에 부딪혀 점차 원자력발전으로 회귀 하는 양상을 보인다. 유럽연합(EU)은 2022년 2월 EU 그린텍소노미(Green Taxonomy)를 통하여 원자력발전을 친환경 에너지로 편입하여 친환경 에너지에 주는 여러 가지 혜택을 받을 수 있도록 하였다. 영국은 전력 생산량 중 원전 비중을 현재 15%에서 2050년까지 25%로 상향 추진하고 있다. 폴란드는 2043년까지 신규 원전 6기를 순차적으로 건설하는 것을 계획하고 있으며, 핀란드는 15년 만에 처음으로 신규 원전을 가동하기 시작했다. 프랑스도 2050년까지 신규 원전 6기를 건설하고, 추가로 8기를 검토하고 있다고 한다. 미국, 캐나다 등은 SMR과 같은 차세대 원전 개발에 집중하고 있는 양상이다. 특히, SMR의 경우 우리나라를 비롯하여 미국, 러시아, 중국 등 각국에서 70종 이상을 개발하고 있으며, 경쟁이 매우 치열하다. 우리나라는 2012년 SMART 원자로가 표준설계 인가를 받았으며, 현재 경쟁력을 더욱 강화한 i-SMR을 2028년 표준설계인가 취득 및 2030년 이후 상용화를 목표로 한국원자력연구원과 한국수력원자력이 개발하고 있다. 한편, 우리나라는 2009년 아랍에미리트(UAE) 바라카 원전 수주 이후 최근 체코 두코바니 원전 2기의 우선협상대상자로 선정되어 원전 수출국으로서의 입지를 다졌으며, 이를 바탕으로 향후 폴란드, 우크라이나, 사우디아라비아 등 원전 수주를 기대하고 있다. 차세대 원전 구조물 기술에 관하여 전 세계적으로 원전 구조물의 신규 건설은 상당히 진행될 것으로 보인다. 앞에서 설명하였듯이 원전 구조물은 매우 중요한 역할을 하고 있다. 원전 콘크리트 구조물은 1971년 착공 된 고리원전 1호기를 시작으로 지속적인 기술 발전이 이루어졌다. 특히, 우리나라 최초의 원전은 미국 웨스팅하우스의 기술로 설계되었으나 이후 지속적인 기술 개발을 통해 원자로뿐 아니라 원전 구조물에서도 독자적인 기술력을 확보하게 되었다. 구조물은 원자로를 비롯한 각종 기기 설비와 달리 한 번 건설하면 폐로 및 해체시까지 교체 없이 사용해야 하는 특성을 갖고 있다. 따라서 구조물의 설계와 시공은 장기적인 안전성 관점에서 접근해야 하기에 가급적 검증된 기술들을 적용하고자 하는 보수성이 저변에 자리 잡고 있다. 하지만 SMR이라는 기존의 원전에서 벗어난 새로운 형식의 원전이 개발되어 생활환경과 밀접한 관계를 맺게 되었으며, 수출을 목표로 하는 한국형 상용 원전은 기후변화 등으로 인한 극한 환경 또는 국가 간 분쟁환경에도 대응할 수 있는 구조물의 개발이 필요한 상황으로 탈바꿈하고 있다. 그렇다면, 원전 구조물에 대하여 어떤 이슈들이 있으며 이를 해결하기 위하여 어떤 기술이 필요한지 살펴보자. 먼저, 콘크리트는 중성자 차폐를 위한 가장 우수한 재료이다. 이에 원자로 옆에는 차폐 콘크리트가 시공되어 있으며 우수한 성능으로 차폐 임무를 담당하고 있다. 그러나 그림 2와 같이 원자로에서 나오는 열중성자에 콘크리트가 장기간 노출되면 콘크리트는 방사화가 진행되게 된다. 방사화된 콘크리트는 원전 수명종료 후 해체 시에는 중저준위 방사성 폐기물로 처리되어야 하므로 상당한 비용이 소요된다. 단지 비용뿐만 아니라, 핵폐기물 저장소가 부족한 우리나라의 실정에서는 방사성 폐기물 자체를 줄여야 하는 숙제도 안고 있기 때문에 처분공간의 문제가 발생하게 된다. 따라서 이러한 방사화를 줄일 수 있는 기술이 필요하며, 고리 1호기를 비롯하여 많은 원전이 향후 원전 수명종료 후 해체를 앞두고 있어 점점 더 심각한 문제가 될 수 있다. 중성자에 방사화가 되는 원소를 최소화한다는 것은 콘크리트에 사용되는 시멘트와 골재에서 중성자 방사화 원소를 줄여야 하므로 재료의 선별적 사용이 매우 중요한 이슈가 된다. 또한, 콘크리트의 자체적인 차폐 성능을 향상하기 위해서 과거에는 밀도가 높은 중량골재 등이 주로 사용되었다. 중량골재는 철광석과 같은 밀도가 큰 광물이 대부분으로 차폐에는 유리하지만, 중성자 방사화에 매우 취약하여 오히려 방사화를 부추기는 효과를 가져올 수 있어 사용하기 어려운 실정이다. 따라서, 중성자를 흡수하거나 산란시킬 수 있는 재료 등을 활용하여 콘크리트의 중성자 차폐 성능을 효과적이며 경제적으로 향상할 수 있는 기술이 이슈가 되고 있다. 한편, 원전 격납 건물 외벽은 원전 중대사고 시 내부 폭발에 대응하고, 외부 충격으로부터 방어하는 방벽으로써 중요한 역할을 하고 있다. 격납 건물 외벽은 최소 두께가 1.2m 이상이 되는 두꺼운 콘크리트이다. 한국형 원전의 경우 프리스트레스트 콘크리트(Prestressed Concrete)로 시공되어 있어 내부 폭발압력에 대한 대응능력이 매우 뛰어나다고 할수 있으며 항공기 등의 충돌에도 비교적 안전하다고 알려져 있다. 다만, 수출까지 목표로 하는 우리 상용원전은 국내 환경뿐 아니라 해외 환경까지 고려해야 한다. 특히 최근 러시아와 우크라이나 분쟁으로 자포리자 원전에 드론공격이 가해지는 등 원전 구조물의 안전성에 대한 요구는 더욱 높아지고 있다. 이런 상황에서 동유럽 국가 등 분쟁의 영향을 받을 수 있는 지역으로의 수출 시 다른 국가들과의 경쟁에서 우위를 점하기 위해서는 더욱더 안전한 원전임을 강조해야 한다. 이에 원전 격납 건물의 외벽은 더 높은 충격 저항 성능이 요구될 수밖에 없는 실정이다. 이를 위하여 격납 건물 외벽을 120 Mpa 이상의 초고강도 콘크리트로 시공함으로써 현재보다 최소 3배 이상의 강도를 확보하여 추가적인 충격저항 성능을 얻고자 하는 노력이 이루어지고 있다. 또한 이러한 강도의 증가가 실제 충격 저항 성능에 어느 정도 기여할 수 있는지를 도출하는 연구도 필요한 실정이다. 그러나, 초고강도 콘크리트를 매스 콘크리트(Mass Concrete)로 타설하는 것은 수화열, 거푸집 측압, 현장 시공방법 등에 있어 상당히 도전적인 기술이 될 것으로 생각된다. 마지막으로 원전 구조물의 수명에 대하여 살펴보고자 한다. 원자력 발전소는 설계수명 종료시점에서 가동기간 연장을 통하여 10년 혹은 20년을 추가로 사용할 수 있는지를 검토하는 것이 전 세계적인 추세이다. 원전 수명종료 후 해체 비용 및 신규 원전 건설 비용을 고려해 보면, 가동기간의 연장은 비용 측면에서 매우 유리하다고 할 수 있다. 그러나, 원전의 수명을 연장하여 활용할 경우, 내부의 설비들은 교체하여 사용할 수 있으나 구조물은 교체하여 사용할 수 없기 때문에 원전 구조물은 건설 당시부터 미리 충분한 수명을 확보할 필요가 있다. 최근에 건설되는 한국형 원전 구조물은 설계수명이 60년이므로 최소 80년, 안정적으로 100년 이상의 수명을 미리 확보할 필요가 있다. 이것은 국내뿐만 아니라 해외로 수출되는 원전 구조물에서도 동일하게 필요한 성능이라고 할 수 있다. 그러나, 해외의 경우 중동국가 등 환경이 우리나라와 극단적으로 다른 경우가 대부분이기 때문에 이러한 환경노출의 변화에도 대응하여 충분한 구조물 수명을 확보할 수 있는 기술이 필요하다고 할 수 있다. 이외에도 차세대 원전 구조물은 기존 원전 구조물이 가지고 있는 여러 가지 약점들과 걱정을 해결할 수 있는 능력이 있어야 하며, 이를 통하여 더욱 안전하고 방사성 폐기물이 적게 발생할 수 있는 환경이 만들어져야 할 것이다. 이를 위해서는 차세대 원전의 구조물 분야의 기술의 개발을 위한 꾸준하고 지속적인 노력이 필요하다고 하겠다. ――――――――――――――――― 참고자료 • 헤럴드경제(2022, 7월 6일) 그린워싱’ 논란…EU, 원자력 택소노미에 포함. • 뉴스1(2024, 8월 7일) 대형 원전부터 SMR까지…원전 시장 두드리는 건설사들. 구조연구본부 게시일2024-12-27 조회수 216
• 초고령사회의 보편적 복지 실현을 위한 주거서비스 제공 방안 초고령사회의 보편적 복지 실현을 위한 주거서비스 제공 방안 ▲ 서동구 KICT 건축연구본부 수석연구원 들어가며 한국은 세계에서 가장 빠르게 고령화가 진행되는 국가 중 하나로, 2025년에는 전체 인구의 20% 이상이 65세 이상인 ‘초고령사회’에 진입할 것으로 예상된다. 오래전부터 인구구조의 변화는 예상되었고, 초고령사회에 대한 정책과 제도적인 방안 마련을 위한 정부와 지자체의 노력이 계속되었다(보건복지부, 2023). 하지만 우리나라의 복지 체계는 저소득층을 중심으로 한 선별적 복지의 일환으로 주거환경 개선, 일상생활 지원 및 의료 지원 등의 서비스를 제공하는 데 초점을 맞추고 있어 예산의 한계와 수요자 맞춤형 복지의 필요성이 대두되고 있다. 또한, COVID-19를 경험하면서 보편적 케어의 필요성을 자각하게 되었고, 이에 따라 주거서비스 측면의 다양한 해결책이 요구된다. 이 글에서는 이러한 변화의 필요성을 설명하고, 주거서비스의 발전과 이를 통한 보편적 복지 실현 방안에 대해 고찰하고자 한다. 초고령사회와 복지 체계의 변화 한국의 복지 체계는 1960년대 이후 경제 성장과 함께 저소득층을 지원하는 선별적 복지를 중심으로 발전해 왔다. 초기 사회보장법(1961)이나 생활보호법(1962)의 제정을 통해 취약계층의 생존을 보장하는 데 중점을 두었다. 1980년대 이후 인구감소가 현실화되자 고령화에 대한 논의가 시작(조진우, 2021)되었고, 노인복지에 대한 관심이 증가했다. 1981년 노인복지법이 제정되면서 노인을 위한 다양한 서비스와 지원을 제도화하는 기반을 구축하였고, 2000년대 들어 국민연금제도의 확대, 저출산·고령사회기본법(2005), 장기요양 보험제도(2007)가 도입되면서 노인복지에 대한 정책과 사업 등이 더욱 강화되었다. 특히, 2011년 국민기초생활보장법이 개정되면서 지원 대상이 확대되고, 소득 재분배 효과를 강화하는 방향으로 변화했다. 또한, 노인 단독가구 증가와 같은 사회적 변화에 대응하기 위해 주거, 의료, 돌봄 서비스의 통합적인 지원이 필요하게 되었다. 주거서비스의 변화와 민간 실버타운의 주거서비스 최근 한국은 커뮤니티 케어 정책을 시도하여, 지역사회 내에서 노인 돌봄을 강화하는 방향으로 나아가고 있다. 이 정책의 일환으로 재가서비스 사업이 확충되고 있으며, 노인들이 익숙한 지역사회에서 계속 생활할 수 있도록 다양한 주거 및 돌봄 서비스를 제공하고 있다. 이러한 접근은 시설 중심의 돌봄에서 벗어나, 노인들이 익숙한 환경에서 독립적으로 생활할 수 있도록 지원하는 것을 목표로 한다. 주거서비스란 단순히 주거 공간을 제공하는 것뿐만 아니라, 그 공간에서 이루어지는 다양한 지원과 관리를 포함한다. 주거서비스에 대한 법적 정의는 없으나 최근의 연구에 의하면 주거서비스는 입주자가 주거 공간에 거주하는 동안 제공받을 수 있는 물리적·경제적·생활지원 서비스로 구성된다. 이는 주택 내 입주민의 생활 만족도 향상을 위해 인력, 공간, 시스템을 통해 이루어지는 모든 서비스를 포함하게 된다(한국건설기술연구원, 2023). 주거서비스의 유형을 구분하면 다음과 같다. • 물리적 서비스: 주택의 계획 및 공급, 유지관리, 리모델링 등 • 경제적 서비스: 부동산 관리, 임대차 관리, 금융(재정) 관리 등 • 생활지원 서비스: 개인 생활 및 공동체 활동 지원 서비스와 교육 등 현재 한국의 주거서비스는 주로 공공부문에서 무료 또는 저비용으로 제공되거나 공동주택 단위에서 제공되는 것에 한정된다. 특히 공공 부문의 주거서비스는 복지의 일환으로 보는 시각에서 비롯된 것이며 한정된 자원으로 증가하는 수요를 충족시키기 어려워 지속 가능하지 않으며, 서비스의 질을 저하하는 원인이 될 수 있다. 예컨대, 신내의료안심주택(2015), 성남 위례 공공실버주택(2016) 및 금천구 보린주택(2016)에 제공된 케어안심주택의 사례에서도 나타나듯이 당초 계획과 상이한 서비스의 제공과 입주민의 의견 수렴이 어렵고, 커뮤니티시설 운영의 어려움 등이 한계점으로 도출된 바 있다(건축공간연구원, 2020). 한편, 민간 실버타운의 경우 1980년대 후반 고령화 문제로 등장하였으며, 초기에는 종교 단체와 비영리단체가 운영하는 노인 아파트 형태로 시작되었다. 1990년대 초반부터 민간 자본이 참여하여 실버타운이 본격화되었고, 2000년대에는 고급형과 중저가형으로 다양화되었다. 2010년대 중반부터는 고급 실버타운과 커뮤니티케어 연계 모델이 등장하고, 현재는 도심형, 근교형 및 전원형 실버타운으로 구분되어 다양한 여가활동 시스템 및 효과적인 고령자 케어 서비스를 제공하고 있다(한국건설기술연구원, 2021). 하지만 대부분 높은 비용이 수반되고, 실버타운 단지 내에서만 활동하는 주거서비스로 한정되어 지역사회로의 확장에는 한계가 있다. 보편적 복지실현을 위한 주거서비스 제공방안 초고령사회에 대응한 주거서비스의 제공은 더 이상 제한된 노인복지주택과 같은 단지 단위로는 한계가 있다. 노인들은 살던 곳에 계속 살고자 하는 경향이 높아지고 있다. 베이비부머 세대인 신 노년층의 경우, 조사 결과에서도 93.9%는 ‘내가 살고 있는 집에서 노후생활 선호’로 응답(건강보험연구원, 2022)하면서 AIP(Aging in place)를 지향하고 있어 지역사회와 소통하는 것은 매우 중요하다. 따라서, AIP 기반의 지역사회 통합관리 주거모델이 필요하며, 공공의 영역에서 효과적인 관리를 위해 민간 실버타운의 주거서비스 개념을 공공 영역에 도입하는 방법으로 공공부문이 민간과 협력하여 주거서비스를 제공하는 방안을 고려할 수 있으며 다음의 제안이 가능할 것으로 판단된다. 첫째, 공공과 민간의 파트너십(3P)으로 공공부문과 민간기업이 협력하여 주거서비스를 제공하는 모델의 도입이다. 공공부문은 재정 지원과 제도적 뒷받침을 제공하고, 민간기업은 서비스 운영과 관리에 참여하여 효율성을 높이는 모델이다. 둘째, 기존의 노인복지주택 모델의 리모델링을 통해 지역사회 커뮤니티를 형성하고, 민간 실버타운 수준의 주거서비스를 제공하는 방안이다. 이를 통해 주민들은 현재 거주지에서 높은 수준의 주거서비스를 제공받을 수 있고, 지역사회 활성화 측면에서도 도움이 될 수 있다. 셋째, 지자체 차원의 통합 서비스 플랫폼의 구축이다. 주거, 건강관리, 사회적 교류, 문화 활동 등을 통합적으로 관리할 수 있는 플랫폼을 구축하여 다양한 서비스를 하나의 시스템에서 제공하는 원스톱 주거서비스의 운영이다. 이는 빅데이터를 기반으로 하여 기존 ‘신청주의’ 방식의 복지 체계에서 ‘수요자 맞춤형’ 서비스로 전환될 수 있을 것으로 사료된다. 이러한 방법은 주거서비스의 유료화와 공공-민간 협력을 통해 보다 지속 가능하고 질 높은 복지체계를 구축하는 것이 중요하며, 이를 통해 진정한 의미의 보편적 복지를 실현할 수 있을 것으로 판단된다. 마치며 한국 사회는 이제 주거서비스에 대한 새로운 인식 전환이 필요하다. 복지라는 이름 아래 제공되는 무료 서비스만으로는 초고령사회에서 필요한 다양한 요구를 충족시킬 수 없으므로 유니버설 개념의 체계 정립이 필요하다. 민간 실버타운의 개념을 공공 영역으로 확장하고, 지역사회 협력을 통해 현재 거주지에서 다양한 주거서비스를 누릴 수 있는 방안을 모색하는 것이 중요하다. 주거서비스의 유료화와 공공-민간 협력을 통해 보다 지속 가능하고, 질 높은 복지체계를 구축하는 것이 이제는 필수적이라 할 수 있으며, 이를 통해 노인의 존엄성 확보와 지역사회 활성화 측면에서 매우 고무적인 일이 될 것이다. ――――――――――――――――― 참고자료 • 건강보험연구원(2022) 한국 건강노화 코호트 기반 조사, 국민건강보험공단 연구보고서 • 건축공간연구원(2020) 리빙랩을 활용한 노인 커뮤니티케어 주거계획 지원방안, 기본연구보고서 • 보건복지부(2023) 제3차 장기요양기본계획(2023~2027) • 조진우(2021) 저출산·고령사회기본법의 문제점과 개선과제, 충남대학교 법학연구소, 법학연구, 32(1), 11-42. • 한국건설기술연구원(2021) 안전·쾌적·지속가능한 정주환경을 위한 건축·도시 구축 기술 연구, 주요사업보고서 • 한국건설기술연구원(2023) 스마트하우징 보급 활성화를 위한 정책·제도 연구, 국토교통부 AI기반 스마트하우징 기술개발 사업, 별책보고서(1-1-1) 건축연구본부 게시일2024-12-27 조회수 158
• 한국형 리포트카드(K-Report Card) 개발 방향 한국형 리포트카드 K-Report Card 개발 방향 ▲ 차용운 KICT 건설정책연구소 수석연구원 제조업 자동화의 현주소 사회간접자본(SOC, 이하, 인프라)은 국가 발전의 핵심으로, 경제성장에 크게 기여했다는 사실은 모두가 알고 있다. 특히, 우리나라는 70~80년대 도로, 철도 등 인프라 보급과 함께 급격한 경제성장을 이룩한 것은 자명한 사실이다. 그러나, 인프라의 초기 투자 이후 40여 년이 경과함에 따라, 교량 붕괴, 열수송관 파열, 도로 유실 등 인프라 노후화로 인한 각종 안전사고가 발생하고 있다. 제5차 시설물 안전 및 유지관리 기본계획(국토교통부, 2022)에 따르면 준공 후 30년 이상 노후시설 비율은 17.3%이며, 10년간 3배(45.7%) 가량 증가할 전망이다. 정부는 2020년 「지속가능한 기반시설 관리 기본법(이하, 기반법)」을 시행하여, 노후시설 유지관리에 힘을 쏟고 있다. 또한 「시설물의 안전 및 유지관리에 관한 특별법」에 따라 법정 인프라에 대한 등급을 평가하고 있다. 그러나, 단순 물리적인 상태뿐만 아니라 안전, 국민복지, 미래수요 등 종합적인 지표를 고려한 평가가 필요하지만, 이에 대한 공식적인 연구결과는 이뤄지지 않았다. 한편, 미국, 영국 등 국외 선진국에서는 다차원적인 요소를 고려하여 인프라 시설에 대한 거시적인 평가를 실시하고 있다. 대표적으로 가장 영향력 있는 미국토목학회(American Society of Civil Engineers, ASCE)의 리포트 카드(Report Card)가 있다. ASCE에서는 인프라 유형별 다면 평가 결과를 등급화하여 리포트 카드를 4년 주기로 발간하고 있으며, 인프라 투자 필요성에 대한 공감대 형성을 위해 다각도로 노력하고 있다. 따라서, 우리나라 예산 중 SOC 예산이 차지하는 비중이 약 4% 수준으로, 인프라 본연의 가치를 설명하기 위하여 전문적·객관적인 평가를 통해, 인프라의 질적·양적인 확충에 대한 논리적인 근거 자료 마련이 매우 필요한 시점이다. 이 글에서는 한국형 리포트(가칭, K-Report Card) 개발을 위한 방향을 소개하고자 한다. 인프라 평가체계 고찰 국외의 경우 미국, 영국, 캐나다, 호주 등에서 ‘리포트카드’라는 용어를 각기 다르게 사용하지만, 공통적인 점은 인프라 평가에 다차원적인 요소를 고려하여 평가를 실시하고 있다. 다만, 국가별로 평가하는 인프라의 대상은 상이한 점이 있다. 국외 인프라 평가지표에 대하여 살펴보면, 먼저 미국은 용량(Capacity), 물리적 상태(Condition), 재원조달(Funding), 미래수요(Future need), 운영 및 유지관리(Operation and Maintenance), 공공안전(Public safety), 회복력(Resilience), 혁신성(Innovation) 8가지 요소로 평가를 하고 있다. 이 외에도 영국의 경우 물리적 상태 및 용량, 회복력, 지속가능성, 재정 삭감의 영향, 향후 5년 전망으로 평가하고 있다. 캐나다의 경우 물리적 상태와 자산관리 실태 및 역량에 대하여 평가하며, 호주는 영국과 유사한 지표를 갖고 있다. 다음으로 평가 대상의 경우 미국(공항, 댐, 상수, 하수, 에너지, 유해폐기물, 고형폐기물, 수로, 제방, 공원, 철도, 도로, 교량, 학교, 운송)이 가장 많은 인프라를 평가하고 있으며, 캐나다의 경우 자료수집이 쉬운 상·하수, 우수 도로를 평가하고 있다(표 1). 표1 국외 인프라 평가 방법 요약 평가조직 평가대상 평가요소 평가방법 평가등급 ICE (UK) 에너지, 교통, 상·하수.홍수관리, 디지털. 폐기물 및 자원관리 물리적 상태 및 용량, 회복력, 지속가능성, 재정 삭감의 영향, 향후 5년 전망 산재하여 있는 데이터를 취합하여 그것을 바탕으로 전문가들의 정성적인 평가 A에서 D까지 5단계의 문자 등급 ASCE (USA) 공항, 댐, 상수, 하수, 에너지, 유해폐기물, 고형폐기물, 수로, 제방, 공원, 철도, 도로, 교량, 학교, 운송 용량, 물리적 상태, 재정조달, 미래 수요, 운영 및 유지관리, 공중 안전, 회복력 시설물 점검 관련 보고서가 근거로 활용되고, 시설물의 현황조사를 위해 수천 건의 설문 조사하며, 이를 바탕으로 한 전문가의 판단이 주요한 평가방법 A에서 D까지 5단계의 문자 등급 관,산,학으로 구성된 프로젝트 운영위원회 (캐나다) 상수, 하수, 우수, 도로 (자료수집이 쉬운 시설물군) 물리적 상태, 자산관리 실태 및 역량 구체적인 검시 검측 데이터 및 전문가의 의견을 바탕으로 지자체 인프라 관리 담당 공무원이 설문 수행 Very good, Good, Fair, Poor, Very poor의 5단계의 문자 등급 ENGINEER AUSTRALIA (호주) 도로, 철도, 공항, 항만, 상수도, 하수도, 우수시설, 관개시설, 전기, 가스, 통신 물리적 상태, 가용성, 신뢰성, 유효성, 효율성, 지속가능성 (경제적·환경적·사회적 이슈 관점) 각 분야의 전문가들이 모여 다양한 근거자료를 수집하고 그 결과에 근거하여 정성적 평가 A에서 D까지 5단계의 문자 등급 K-Report Card 개발 방향 한국건설기술연구원에서는 대표적인 ASCE의 평가지표를 참고하여, 국내 실정에 적합하도록 평가요소를 재설정 하였다. 관련된 평가요소는 전문가 5인의 Focus GroupInterview를 통하여 설정하였다. 대표적인 의견으로, 미국의 경우 전문가집단이 모여서 평가하기 때문에 평가요소가 인프라를 사용하는 국민의 의견이 반영되지 않은 점이 부족하다는 의견이 있었다. 실제로 최근 인프라 사고 발생 등으로 인한 인프라에 대한 국민의 인식이 좋지 않은 상황이다. 이에 실제 인프라의 사용자가 느끼는 만족도, 불만족에 대한 평가할 수 있는 지표를 포함하여 인프라 평가가 이뤄질 수 있도록 평가체계를 구성하였다. 이에 한국건설기술연구원은 인프라 체감지수라고 명명하여 국민이 인프라에 대하여 느끼는 정도를 평가지표로 추가 검토하였다. 표 2는 K-Report Card 평가지표 예시이다(최종 평가 시에는 일부 지표가 바뀔 수 있음). 표 2 K-Report Card 평가지표 예 구분 도로 공항 철도 대중교통 시설용량 국토 면적당 도로연장) 인구당 도로연장) 자동차당 도로연장) 국토계수당 도로연장) 고속도로 IC접근성(이동거리) 고속도로 접근성(소요시간)) 간선도로 접근성(소요시간) 국내여객수송 국제여객수송 국내화물수송 국제화물수송 지연, 결항 정도 공항 접근성(소요시간) 국토면적당 철도 연장) 인구당 철도 연장) 철도 차량 수당 철도 연장) 국가 예산 대비 철도 연장) 고속ㆍ고속화철도 접근성(이동거리)) 고속/시외버스터미널 접근성(소요시간)) 기차역 접근성(소요시간) 1인당 대중교통 이용 가능 거리 서비스 지역 내 인구 밀도 차량 수용 능력(버스, 전철 등) 운행 빈도 대중교통 환승 접근성(소요시간) 지하철역/버스정류장 접근성(소요시간) 상태 도로 포장률 포장 상태등급 종단 평탄성, 균열률, 교통 통제 비율 도로교통 혼잡 비용 점검진단 계획 및 실적 활주로 포장 지수 공항 관리기관 대상 조사 레일 상태 등급 궤도 정렬 상태 잡음 및 진동 수준 역사 및 차량 시설의 유지보수 상태 철도 트래픽 관리 및 혼잡 상황/추세 검사 및 진단 계획 및 성과 차량 및 승강장의 유지보수 상태 신호 및 통신 시스템의 상태 승객 편의시설 상태 대중교통 네트워크의 연결성 및 효율성 예산 도로 유지관리 예산 및 추세 정부 및 지방자치단체의 재정 지원상태 공항시설 유지관리 예산 및 추세 정부 및 지방 자치 단체의 재정 지원상태 철도 유지보수 예산 및 추세 정부 및 지방자치단체의 재정 지원상태 운영 및 유지보수를 위한 예산/추세 정부 및 지방자치단체의 재정 지원상태 미래재정전망 도로 확장 및 개선 투자계획 도로 확장 및 개선을 위한 재정적 지원 가능성 공항시설 확장 및 개선 투자 계획 공항시설 확장 및 개선을 위한 재정적 지원 가능성 도로 확장 및 개선 투자 계획 도로 확장 및 개선을 위한 재정 지원 가능성 대중교통 확장 및 개선 투자 계획 대중교통 확장 및 개선을 위한 재정 지원 가능성 운영 및 유지관리 정기검사 및 유지보수 매뉴얼 구축수준 시설물 안전 검사 및 개선 충실도 안전 및 보안을 위한 조치들의 시행상황 정기검사 및 유지보수 매뉴얼 구축수준 시설물 안전 검사 및 개선 충실도 안전 및 보안을 위한 조치들의 시행상황 정기검사 및 유지보수 매뉴얼 구축수준 시설물 안전 검사 및 개선 충실도 안전 및 보안을 위한 조치들의 시행상황 정기검사 및 유지 보수 매뉴얼 구축수준 시설물 안전 검사 및 개선 충실도 안전 및 보안을 위한 조치들의 시행상황 공공 안전성 10만 명당 사망자 수 10만 명당 부상자 수 공공시설 피해현황 항공 사고 발생 현황 항공 준사고 현황 경량ㆍ초경량 사고 현황 10만 명당 사망자 수 10만 명당 부상자 수 공공 시설의 피해 상태 10만 회 이용당 사고 및 사망자 수 대중교통 시설 및 차량의 안정성 회복력 응급복구현황 자연재해나 긴급 상황 발생 시 복구 속도(소요시간) 연간 공항 폐쇄 일수 자연재난 위기대응 실무매뉴얼 현황 자연재해나 긴급 상황 발생 시 복구 속도(소요시간) 비상 복구 상태 자연재해나 긴급 상황 발생 시 복구 속도(소요시간) 장애나 불편을 겪는 승객을 위한 편의시설 및 서비스 제공 상태 자연재해나 긴급 상황 발생 시 복구 속도(소요시간) 혁신성 PMS 수준 ITS 수준 다중교통 연계 신기술 활용비율 첨단 안전/지연/연료절감 시스템 활용 공항시설 관리 혁신성 다중 교통 연결성 신기술 및 프로젝트 전달 방법의 활용도 친환경 및 지속 가능 교통 솔루션 도입 상태 승객편리를 위한 디지털 기술 및 앱 활용 서비스 효율성 및 승객 경험 개선을 위한 혁신적인 전략 및 기술 채택 K-Report Card는 두 가지 관점에서 평가를 실시할 계획이다. 첫째, 외국 사례와 유사하게 전문가 집단이 인프라의 상태를 거시적인 관점에서 평가할 예정이다. 기본적인 지표의 방향은 앞서 언급한 바와 같이, ASCE 지표를 준용하지만, 국민 삶의 질과 연계한 지표를 포함함으로써, 외국과의 차별성을 갖고자 하였다. 평가방법으로는 5점 척도로 평가하여 5등급 체계로 나타내고, 평가시설물은 기반법에 있는 15종 시설물을 평가할 예정이다. 마지막으로 평가주체는 시설물별 전문가로 구성되는데, 산.학.연.관 전문가로 구성하고, 특히 시설물 유지관리 주체를 포함하여 구성할 예정이다. 예상되는 결과물은 그림 1과 같이 ASCE 리포트 카드와 유사하게 나타날 것으로 예상된다. 둘째, 국민이 느끼는 만족도와 불만족도를 평가하여, 인프라 체감지수를 도출할 계획이다. 즉, 첫 번째는 물리적인 상태의 평가에 초점을 맞췄다면, 두 번째 평가에서는 국민이 인식하는 인프라의 상태를 평가하고자 한다. 인프라 평가 대상은 교통, 수자원, 에너지, 환경, 통신, 생활 인프라로 구분하여, 국민 생활과 밀접한 형태로 대상을 재구성하였다. 평가지표는 ASCE 지표와 다르게, 국민의 체감도를 느낄 수 있도록 설문 문항을 구성하였다. 전 국민 대상으로 평가를 실시하고, 지역별 인구수를 고려한 표본을 수집할 계획이다. 인프라 평가는 100점 만점으로 환산하여 직관적으로 판단할 수 있도록 하고, 지역별, 인프라 별로 차이를 볼 수 있도록 구성할 예정이다. 마치며 이 글에서는 한국형 리포트 카드, K-Report Card 개발 방향에 대하여 소개하였다. 본 연구는 과거 한국건설기술연구원에서 수행했던 2차례의 연구와 2023년에 수행했던 기획과제를 바탕으로 2024년부터 2025년까지 2년간 수행될 예정이다. 그간 2차례 연구가 수행되었으나, 연구성과 발표에 대한 거버넌스 이슈가 대두되었다. 한국건설기술연구원에서는 발간 주체 등을 고려하여 연구성과 발표에 대한 계획 수립이 중요한 이슈임을 고려하여 거버넌스 구축에 힘을 쏟고 있다. 다음으로 올해에는 15종 시설물 중, 8종 시설물에 대한 평가를 계획하고 있다. 15종 시설물에 대한 모든 평가를 한 해에 하면 좋겠지만, 인프라 별로 구축된 데이터의 수와 데이터의 상세 수준이 상이하여, 추가적인 데이터 수집이 필요한 인프라들이 있는 것으로 나타났다. 그럼에도 한정된 데이터를 바탕으로 인프라를 평가하는 것은 매우 중요한 시발점이라고 판단되며, 이 연구를 시작으로 하여 지속적으로 확장할 계획이다. 마지막으로, 리포트 카드의 가장 중요한 점은 연속성 있는 발간이다. 미국의 리포트 카드가 영향력 있는 보고서가 되는 데 가장 큰 원동력을 얻었던 것은 4년을 주기로 지속적인 연구를 수행했다는 것이다. 이에 국민 삶과 밀접한 인프라의 거시적 관점, 그리고 국민의 눈높이에서 지속적인 평가를 수행하고, 인프라의 지속가능성을 위하여 지속적인 노력이 필요할 것으로 생각한다. 감사의 글 본 연구는 주요사업 건설정책 및 건설관리 발전전략 연구의 일부로 진행된 결과를 요약 정리한 내용입니다. ――――――――――――――――― 참고자료 • 국토교통부 (2022) 제5차 시설물 안전 및 유지관리 기본계획 건설정책연구본부 게시일2024-12-27 조회수 61
• 부식, 내구성, 누수 걱정 끝! 신개념 무용접 배관이음 시스템 국내 최초 개발 성공 부식, 내구성, 누수 걱정 끝! 신개념 무용접 배관이음 시스템 국내 최초 개발 성공 링타입 스프링클러 배관이음 기술 ▲ 조동우 KICT 건축에너지연구소 선임연구위원 한국건설기술연구원은 화재 발생 예방 및 초기 진화를 위해 설치되는 스프링클러 배관 연결부에서 누수 또는 부식 문제를 해결할 수 있는 무용접 링타입 배관이음 시스템을 국내 최초로 개발했다. '소방시설 설치 및 관리에 관한 법률'에 따르면 2018년 이후에 건설되는 6층 이상의 모든 건축물 특히 아마트 천장에는 스프링클러 설비가 설치되어야 한다. 85㎡ 32평형 아파트 1세대당 스프링클러 헤드가 17개 정도 필요하며, 배관 연결 부위는 약 80개가 소요된다. 즉, 1,000세대 규모 단지의 경우 필요한 스프랑클러의 연결 부위는 약 80,000개에 달한다. 그러나 스프링클러 설비배관 설치공사 시 설비배관의 용접 절단, 연마 과정이 필요한데 작업 과정에서 발생하는 불티로 인한 화재 사고 위험이 있다. 또 입주 후에는 배관 연결부 부식 등으로 인한 누수 하자의 위험이 있다. 강관을 사용하는 스프링클러의 소방배관은 시간이 지남에 따라 부식되어 소방기능을 상실할 수 있다. 이는 화재 발생 시 소방관 및 국민의 생명과 안전을 위협할 수 있는 심각한 문제로 이어질 수 있다. 실제로 전국 각지에서 소방배관의 부식으로 인해 크고 작은 사고들이 계속 발생하고 있다. 구체적으로 2023년 9월 ‘소방배관 시스템 부식문제 해결 촉구’ 국회 세미나 발표 자료에 따르면 2016~2021년도 기준 스프링클러 설비 미작동 화재 124건 중 69건이 부식 등 점검 부재로 인해 화재 진압에 실패한 것으로 나타났다. 지금까지 강관을 사용하는 소방설비 배관의 연결은 용접이음, 나사이음, 그리고 그루브 이음이 주로 이용되고 있다. 행정안전부에 따르면 2015년부터 2019년까지 건축공사장 용접 관련 화재는 장마철을 제외하면 월평균 486건이 발생하여 중대재해처벌법 시행 이후 현장에서 사라지는 추세다. 나사산을 내어 연결하는 나사 이음은 부식으로 인한 누수 하자 발생 가능성이 매우 높은 문제점을 갖고 있다. 그루브 이음은 배관에 홈을 만드는 공정의 어려움으로 인해 관경이 작은 배관에는 사용되고 있지 않다. 이에 KICT 건축에너지연구소 연구팀은 ㈜태양하이테크 및 ㈜하이멕과 공동으로 배관과 배관을 간편한 방법으로 체결할 수 있는 신개념 링타입 배관이음 시스템을 개발했다. 배관 외측의 홈 테에 금속링을 끼우고 2개의 오링과 가이드링을 배관에 연결한 후, 하우징으로 체결하여 2중으로 누수를 차단하는 구조로 되어 있다. 살수 능력 및 부식 내구성을 위해 배관 내측 면에 일체의 물리적 변형 없이 배관을 연결할 수 있다는 점이 특징이다. 기존 기술과 비교하였을 때, 기능성, 내구성, 조립 시공성 측면에서 차별성을 확보했다. 링타입 배관이음 시스템은 공장에서 미리 배관과 배관이음 부품을 체결하여 패키지 형태로 포장하고, 현장에서는 단순 조립시공만 하는 것이 가능하다. 개발된 기술은 관경이 큰 배관에서 작은 배관으로 연결(예 : 65 ㎜ → 50 ㎜, 50 ㎜ → 40 ㎜)할 때 사용되는 레듀서(Reducer)가 일체형으로 제작되어, 용접이나 나사방식 대비 조립 연결부가 20% 정도 감소한다. 특히 아파트 세대 천장에 설치되는 스프링클러의 작은 배관에서도 조립 시공성이 뛰어나 기존 방식 대비 작업시간을 50%까지 단축할 수 있다. 또한, 배관 이음부 부식 예방이 가능한 장기 내구성 확보기술로 유지보수 비용을 현저히 낮출 수 있다는 것이 특징이다. 링타입 배관이음 시스템은 내진성능, 누수성능을 비롯하여 각종 안전성능 시험에 합격하였고, 2022년 12월에는 국 제 공인규격인 UL(Underwriters Laboratory) 인증도 취득하였다. 개발된 기술은 서울과 부산 지역 3개 아파트단지의 노인정, 어린이집, 게스트하우스 등과 같은 공용시설에 현장 적용되어 운영 중이다. 초고층 아파트뿐만 아니라 오피스텔, 다중이용시설, 지식산업센터, 데이터센터 등을 비롯하여 냉각수나 가스 플랜트용 배관설비 등으로 다양하게 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 본 성과는 과학기술정보통신부의 지원으로 KICT 중소기업 지원사업 ‘신개념 링타입 설비배관 이음쇠 개발 및 기술 실용화(2022~2023)’ 과제를 통해 개발됐다. 건축에너지연구소 게시일2024-11-22 조회수 248
• AI 기반 소규모 노후건축물 안전점검 기술을 아시나요? AI 기반 소규모 노후건축물 안전점검 기술을 아시나요? 더 안전하고 정확한 말뚝 시공관리를 위해 - 비접촉식 말뚝 관입량 측정장치를 이용한 기초 품질 관리 자동화 기술 ▲ 서승환 KICT 지반연구본부 수석연구원 말뚝 기초는 하중과 외력을 견딜 수 있도록 땅속 깊이 관입해 아파트, 교량 등 다양한 구조물의 근간이 된다. 이에 따라 말뚝 관입량 측정은 말뚝 시공 품질 관리를 위한 필수적인 측정 항목이다. 특히 스마트 건설이 대두됨에 따라, 측정의 정확도를 높이고 작업자를 안전하게 보호하기 위한 자동화 측정 기술이 필요하다. 비접촉식 말뚝 관입량 측정장치를 이용한 기초 품질 관리 자동화 기술을 간단히 소개해 주세요. 비접촉식 말뚝 관입량 측정장치(KICT Pile driving Monitor, 이하 KPM)는 발광다이오드 센서를 이용해 원거리에서 관입량을 측정할 수 있는 장치입니다. KPM을 활용하면 먼거리에서도 측정이 가능해 항타기 아래에서 직접 작업할 필요가 없어 안전사고 발생의 위험도가 현저히 낮아지고, 관입량과 리바운드 측정값에 대한 신뢰도는 높아진다는 특징이 있어요. 비접촉식 말뚝 관입량 측정장치 연구를 시작하게 된 이유는 무엇인가요? 국내 말뚝 시공 현장에서 지지력을 파악하는 방식은 전체 말뚝의 1∼3%는 항타 시 말뚝의 응력과 가속도를 측정하는 동재하시험이나 말뚝에 실제 하중을 가하여 지지력을 측정하는 정재하시험을 수행하며, 나머지 97~99% 말뚝은 시간과 비용 문제로 항타 관입량을 통해 수행하고 있어요. 말뚝이 충분한 지지력을 갖추게 되면 항타 시 관입되는 양이 줄어 들게 되는데요. 즉 단단한 지반에서는 상대적으로 관입량이 작게 나타나는 거죠. 이 값을 통해 말뚝이 충분한 지지력을 확보했는지 확인할 수 있어요. 현재 97~99%의 말뚝에 행해지는 지지력 파악을 위한 항타 시험 방식은 수기로 이뤄집니다. 수기 방식이란 작업자가 말뚝에 종이와 펜을 대고 말뚝을 때릴 때 말뚝이 땅속으로 얼마나 꿰뚫고 들어가는지 직접 손으로 그려 측정하는 방식이죠. 그러나 이 수기 방식에는 두 가지 큰 문제점이 있습니다. 첫 번째로는 무거운 해머를 말뚝 머리에 떨어뜨려 그 힘으로 말뚝을 땅에 박는 토목 기계인 항타기 아래에서의 수작업이 필요하기에 작업자의 안전 문제가 발생할 수 있다는 거죠. 두 번째로는 수작업으로 진행되기에 인적 오류가 발생할 수 있다는 문제점이 있습니다. 기존 장치에 비해 개발된 장치는 어떤 차별성을 두고 있을까요? 오래전부터 말뚝의 항타 관입량을 인력으로 측정하는 것에 대해 많은 문제점이 제시되었어요. LVDT(Linear Variable Differential Transformer) 활용, 연속적인 관입량을 측정하는 방법, 광학식 변위계나 레이저 센서, 레이저 스캐너 등을 이용하는 방법이 소개되었죠. 하지만 이러한 방법은 작업자의 안정성, 측정 범위의 한계, 주변의 환경적 요인에 의해 오차가 크게 발생하는 등 갖가지 문제점을 안고 있었습니다. 또 대부분의 방법이 현장에서 측정한 데이터를 실내로 이동해야만 해석을 할 수 있었고, 측정값을 통해 지지력을 추정하는 건 불가능했어요. 이러한 문제점을 개선하기 위해 본 장치는 말뚝의 관입량과 리바운드양을 측정하고, 이를 통해 지지력을 추정할 수 있도록 개발되었습니다. 이를 통해 기존 시험 항타 말뚝에 대해서만 알 수 있었던 지지력을 현장 전체 말뚝으로 범위를 확장하여 지지력 관점에서의 시공 품질 관리가 가능해졌습니다. 비접촉식 관입량 측정장치의 개발은 안전하고 신뢰성 있는 말뚝 시공 환경을 조성하는 데 큰 도움이 될 것 같아요. 수기 방식의 문제점을 해결할 수 있을 것으로 기대되는 관련 기술이 또 있을까요? 최근에는 산업체에서 매입 말뚝 측량 장비인 전자 레벨기나 카메라를 활용한 최종 관입량 자동 측정시스템이 개발됐어요. 이 장치는 표식지를 드롭해머에 부착한 후 일정 거리가 떨어진 위치에서 매 항타 직후의 해머 레벨을 측량하여 말뚝의 관입량을 산정하고, 조종석 모니터에서 실시간으로 확인하는 방식인데요. 리바운드양은 측정하지 못하지만, 최종 항타 시 관입량만 검토하는 현재 말뚝 시공관리 방법에서는 비교적 편리하게 현장에 적용할 수 있는 장점이 있습니다. 또한 드럼 해머 시스템 내부의 센서를 기준으로 하강한 램과 케이스의 변위량을 그래프로 나타내어 관입량을 측정하는 장치도 있습니다. 이 장치는 외부에 별도의 측정 장비가 필요 없어 해머의 낙하고를 일정하게 유지할 수 있다는 장점이 있습니다. 반면에 램의 위치 변화를 측정하기 때문에 말뚝 관입량은 측정할 수 있지만 리바운드양은 측정이 어렵다는 단점이 있죠. KPM 기술적 완성도는 어디까지 도달했는지, 또 기술이 사업화된다면 앞으로의 시장 모습은 어떻게 변화할지 궁금합니다. 개발된 비접촉식 말뚝 관입량 측정장치는 시작품 단계에서 현장 측정 성능을 확인하였고, 공인기관의 성능까지 확보했어요. 더불어 다양한 현장 조건에서도 일관된 성능을 발휘하는 것을 확인한 바 있습니다. 현재는 현장 작업자의 사용성을 고려하여 시제품을 제작하고 있고, 올해 하반기에는 말뚝 시공 현장에 시범 적용을 계획하고 있어요. 더불어 사업화 측면에서 볼 때, 이 기술은 건설 현장의 자동화와 안전을 추구하는 세계 동향과 맞물려 시장에서 큰 수요를 창출할 것으로 예상됩니다. 특히, 국내외 건설사와 인프라 프로젝트에서 높은 관심을 보이고 있으며, 이를 통해 글로벌 시장 진입이 가능할 것으로 기대되고 있습니다. 앞으로 이루고자 하는 연구 성과나 목표가 있나요? 앞으로의 연구는 비접촉식 말뚝 관입량 측정장치의 성능을 더욱 향상하고, 다양한 현장 조건에 맞춰 최적화하는데 중점을 둘 거예요. 구체적으로는 말뚝의 관입량, 리바운드 측정과 함께 해머의 낙하고까지 측정될 수 있도록 개발하고 있죠. 이를 통해 말뚝의 시공 품질을 세밀하게 관리하고, 정확한 지지력 추정을 통해 시공비용 절감 효과까지 누릴 것을 기대하고 있습니다. 그리고 온디바이스 AI와 연계하여 보다 컴팩트하고 사용성을 극대화한 장치의 개발을 이루는 것 또한 목표 중 하나입니다. 이를 통해 현장 관리 효율성을 극대화하고, 시공 품질을 실시간으로 모니터링하고 개선할 수 있는 체계를 마련하고자 해요. 궁극적으로는 국내 시장을 넘어 해외 시장에도 진출하여 글로벌 건설 자동화 솔루션의 선두 주자로 자리매김하는 것이 목표입니다. 지반연구본부 게시일2024-11-22 조회수 292

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