IoT 구조물 변형 감지 시스템

‘IoT* 구조물 변형 감지 시스템(이하 ‘IoT 계측 시스템’)’은 기존의 유선 시스템인 멀티플랙서*, 데이터로거*, 외부전원 공급장치, 모뎀* 등의 계측설비가 통합된 스마트 IoT 시스템이다.
현재 교량, 터널, 연약지반 등의 구조물 또는 지반에서 부재의 변형률, 경사도 등을 계측하는 방법은 인력이 직접 투입되는 수동 계측과, 자동화 계측 측정장비를 통한 자동 계측으로 수행한다. 수동 계측은 인력이 직접 측정개소에 투입하여 계측장비를 이용해 주기적으로 구조물 변형을 측정하고, 발주처에 수기 보고서를 제출하는 형식이다. 사람이 직접 수행하는 방식이다 보니 계측을 위한 인건비가 투입되고, 자동계측 대비 데이터 신뢰성이 떨어진다. 또, 실시간으로 측정하는 방식이 아니므로 사고 발생 시 초동 대응이 불가능하다.
자동 계측은 자동화 계측 장비를 사용해 구조물 변형을 측정하는 방식으로 비교적 데이터 신뢰성이 높지만 단가가 비싸고 설치가 까다롭다. 개별 센서에 대한 모니터링만 가능하기 때문에 대규모 시설의 통합 모니터링이 불가능하며 상시 전원 사용으로 인해 산간 및 오지에서는 사용이 곤란하고 많은 장비가 필요해 고가의 설치 비용이 투입된다는 어려움이 있다.
IoT 계측 시스템은 기존 수동 계측과 자동 계측의 아쉬운 부분을 보완하여 개발되었다. 미래 혁신기술인 IoT 센서, 무선네트워크, 빅데이터, AI 등을 융합한 스마트 기술로서 다중의 기능을 통합한 스마트 계측 시스템이다. 완전 자동화 방식이면서 설치도 간단하여 현장 내 인력배치 최소화가 가능하고, 배터리 탑재로 유지보수를 위한 현장 점검이 거의 없으며 측정에도 인력이 투입되지 않아 인건비가 대폭 절감된다.
기존의 자동 계측 방식은 최소 4개 이상의 설비를 설치해야 하지만 IoT 계측 시스템은 필요한 설비가 일체형으로 구축되어 설치가 간단하며 시간과 장소에도 제약이 없다. 또한, 해당 시스템은 최대 4~32개의 센서에 연결할 수 있어 호환성이 매우 높고 국내 최대 통신망(sk) 사용으로 핸드폰 통화가 가능한 곳이라면 전국 어디서나 데이터 송수신이 가능하다. 아울러, 기존 센서에 무선 송신장치를 연결하고 신호를 변환 및 송신하는 방식으로 지반 및 구조물 변위를 측정할 수 있는 센서뿐 아니라 미세먼지 농도, 소음 등을 측정하는 일상생활 센서와도 연계할 수 있어 모든 산업시설에서 활용할 수 있다.
㈜엠와이씨앤엠의 IoT 계측 시스템은 특히 클라우드를 이용한 데이터베이스 축적으로 AI 딥러닝*을 통해 발생할 수 있는 위험을 예측할 수 있어 안전관리에 효과적인 기술이다. 이러한 우수성을 인정받아 2021년 스마트건설 EXPO에서 IoT·AI·센싱 분야 혁신상을 수상했으며, 최근 호남고속철도 2단계 4공구 환기구 시공 공사 및 강릉선 서원주~횡성 간 원격감시시스템 시범 구축 사업과 같이 철도 건설사업에도 활발히 활용되고 있다. 향후 해당 시스템을 통해 기상 정보, 센서 정보 등의 데이터를 연계하여 시설물 상태 및 위험도를 판단할 수 있는 전 노선 통합 모니터링 시스템까지 도입된다면 미래 철도는 건설부터 유지관리까지 더 안전하고 신뢰받는 철도 서비스를 제공할 수 있을 것으로 기대된다.

수직형 구조물 및 이를 이용한 옹벽 시공 방법

‘수직형 구조물 및 이를 이용한 옹벽 시공 방법(이하 ‘2부벽식 옹벽’)’은 옹벽 공법에 대한 신기술이다. 2부벽* 스마트 프리캐스트* 옹벽* 본체를 일괄 PC*로 제작하고, L형 본체를 벽체부터 분절 없이 시공하여 저판부* 일부를 약 20m 일체형으로 현장에서 타설하는 공법이다.
기존 공법은 옹벽을 시공하기 위한 자재를 운반할 때 크기 제약이 있어 벽체 부분과 저판 부분을 분할하여 옮긴 후 현장에서 다시 커플러*를 사용해 연결체를 접합해야 한다. 이때 연결부 블록아웃* 후속작업 공정이 필요해 공사비가 증가하고, 커플러 연결 부위에 오차가 발생하면 재시공이 불가피해 작업자의 안전 위험을 초래할 수 있는 문제점이 있다. 또한, 현장 타설 콘크리트와 같은 복잡한 현장 시공과정을 포함한 총 11개의 공정으로 이루어져 있어 많은 인력 투입과 긴 공사 기간이 소요된다.
이와 달리 2부벽식 옹벽은 기존 공법과 비교하면 구성 부재를 일괄적으로 공장에서 제작하기 때문에 현장에 운반한 후 3~4개의 공정만으로 이루어진다. 현장 작업을 단순화하여 작업량을 획기적으로 감소시키고, 최소한의 건설폐기물 발생으로 친환경적이며 효율적인 공정 관리가 가능한 공법이다. 현장 설치를 위한 공간 이외에 추가적인 작업 공간이 필요하지 않아 토공량을 감소시킬 수 있고 협소한 공간에서도 시공할 수 있다.
또한, 기존 공법과 동등한 구조계와 동일한 개념으로 설계 및 시공되지만, 일체형 구성 부재를 안정적으로 시공한 후 저판부 일부를 약 20m 내외로 현장에서 일괄 타설하여 후속작업 공정을 획기적으로 단축함에 따라 커플러 연결 문제점을 극복했다. 아울러, 설계 및 부재의 제작 단계에서 현장 반입 및 인양 계획을 면밀하게 수립하고 기존 제품 대비 15% 중량을 저감한 경량 제품을 제작하여 현장 시공 시 안전을 우선으로 한 구조 설계를 통해 안전성을 획기적으로 개선했다.
이처럼 ㈜잇츠한강의 2부벽식 옹벽은 구조적 안정성, 미관성, 환경성, 경제성, 시공성, 공기 측면에서 많은 장점이 있고 현장 여건에 따라 다양하게 적용할 수 있어 철도뿐 아니라 도로의 확장이나 신설, 공원 부지 조성, 주택 건축 등과 같은 곳에 경사지를 설치하거나 토사의 유실을 막기 위해 활용되고 있다. 해당 공법 적용 시 우천 시 폭우와 같은 재해로 인한 토사 유출과 붕괴를 예방할 수 있어 이용자들의 안전을 확보할 수 있다. 최근 철도 건설 현장에서는 원주~제천 간 2공구 복선전철 노반 신설 공사 및 부전~마산 복선전철 민간투자시설사업 3·4공구에 적용되었다.
해당 기술은 좁은 공간에서도 시공이 가능하며, 현장 타설 공법 대비 적은 작업량으로 공사 기간이 단축되어 공사 비용도 절감될 뿐 아니라 별도의 유지관리가 불필요한 경제적인 기술이다. 향후 공간이 협소한 철도, 도로 현장이나 수해에 따른 긴급 복구가 필요한 현장 등 다양한 곳에서 활발히 활용될 것으로 기대된다.