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• 콘크리트의 나노미터(nano meter) 세계를 들여다보는 기술 콘크리트의 나노미터(nano meter) 세계를 들여다보는 기술 ▲ 이남곤 KICT 구조연구본부 수석연구원 들어가며 콘크리트는 물, 시멘트, 모래, 자갈로 구성된 지구상에서 많이 사용하는 인공재료 중 하나이다. 전 세계적으로 콘크리트 연간 생산량은 약 300억 톤이며, 우리나라에서는 연간 약 3억 톤이 생산되고 있다(York, I. N. et. al., 2021)(한국레미콘 공업협회). 우리가 살고 있는 아파트를 포함해 대부분의 건축물은 콘크리트로 지어져 있기 때문에 우리 생활과도 매우 밀접한 재료라고 할 수 있다. 그러나 일반인들에게 콘크리트라는 재료는 주로 부정적인 인식으로 자리 잡고 있다. 예를 들어 콘크리트의 주원료인 포틀랜드 시멘트는 생산과정 중에 다량의 이산화탄소를 배출해 지구온난화의 원인 중 하나로 알려져 있으며, 건설 산업에서 콘크리트 관련 부실시공으로 인해 구조물 사고 및 인명피해가 발생하기도 하는 등 콘크리트에 대한 대중적인 인식은 좋다고 할 수 없다. 콘크리트는 최소 4가지 이상의 재료가 혼입되어 제조된다. 물과 반응하여 굳어지는 특성, 그리고 콘크리트의 강도를 발현하는 물질의 복잡성과 낮은 결정성으로 인해 콘크리트의 성능을 예측하고, 제어하기가 매우 까다롭고 어렵다. 콘크리트에 대한 연구는 더 강하고, 더 오래가고, 더 환경친화적인 콘크리트를 만들기 위해 많은 연구자가 수십년간 노력해 오고 있다. 콘크리트의 대표적인 물성인 압축강도, 탄성 계수, 인장강도, 수축, 크리프, 응결, 유동성, 수화열 등에 대한 연구는 주로 매크로(macro, › 1mm) 또는 마이크로(micro, ‹ 1μm) 크기 수준에서 이루어지며, 마이크로 수준까지 연구 만으로도 충분히 위에서 언급한 물성에 대한 메커니즘 규명 및 성능 향상 연구가 가능했다. 또한, 분석 장비의 발달과 함께 마이크로 수준에서 콘크리트의 재료 및 미세구조 분석이 가능해 지면서 관련 분야 연구가 활발하게 이루어졌다. 그러나 마이크로 수준의 연구만으로는 여전히 밝혀지지 않은 콘크리트 정보가 존재하며, 풀어야 할 콘크리트의 재료적 문제가 있다. 콘크리트 공극 구조 분석 최근에는 고급 분석 장비 발달과 함께, 콘크리트에서도 마이크로미터 이하 수준에서 분석 연구가 가능해지고 있다. 콘크리트에는 다양한 크기의 공극이 존재하며, 이 공극들이 콘크리트의 물성과 매우 밀접한 관련이 있다. 예를 들어, 0.1mm 수준의 공극은 콘크리트의 동결융해저항성능, 염해저항성 과 관련이 높고, 0.1~1μm 수준의 공극은 압축강도, 탄성계수, 50nm 이하 수준의 나노 크기 공극은 수축, 크리프 등 과 연관성이 높다고 알려져 있다. 이러한 다양한 크기의 콘크리트 공극을 알아보기 위해서 기존에 여러 분석 장비가 존재 한다(그림 1). 현재까지 가장 많이 사용되는 공극 분석 장비는 수은압입법(Mercury Intrusion Porosimetry)이다. 정량적이고 손쉽게 측정이 가능한 장점이 있으나, 일반적으로 10㎚ 크기 이상의 공극만 알아낼 수 있는 단점이 있다. 또한, 콘크리트의 정확한 공극 구조를 관찰하기 위해서는 내부에 존재하는 물을 제거(건조)하는 과정이 필요한데, 이 건조 과정에서 내부 공극 구조가 손상되는 문제도 있다. 이 외에도, 질소흡착(Nitrogen Adsorption), 투과전자 현미경(Transmission Electron Microscopy: TEM), 주 사전자현미경(Scanning Electron Microscopy: SEM), Micro X-ray CT 등의 분석법이 있다. 더 작은 크기의 공극까지 알아볼 수 있는 분석 장비 중에서 최근에 활발하게 연구되고 있는 장비가 바로 H NMR(proton NMR 또는 Hydrogen-1 NMR)이다. 표 1 콘크리트 내부 공극 크기에 따른 분류(Monterio, P., 2006) 콘크리트 내부 공극 크기에 따른 분류(Monterio, P., 2006) 분류 모세관 공극(수) 겔 공극(수) 층간 공극(수) size 50nm이상 10~50nm 2.5~10nm 0.5~2.5nm 설명 50㎚보다 큰 공극은 보통 macro pore라 하며, 강도와 투수성에 영향 이 공간에 존재하는 물을 free water 라고 함 50㎚보다 작은 공극은 micro pore라 함 건조수축 및 크리프에 영향 C-S-H와 같은 수화물 표면에 물리적으로 결합된 물 상대습도 30% 이하의 강한 건조조건에서 증발되고 수축 발생 매우 작은 크기 공극이므로 강도와 투수성에는 영향이 적음 건조수축 및 크리프에 영향 C-S-H 구조의 공극 안에 결합된 물로서 존재 이 공간에 존재하는 물은 수소 결합에 의해 강하게 C-S-H 층에 결합되어 있음 상대습도 11% 이하의 강한 건조조건에서 증발되고 수축 발생 1 H NMR(Nuclear Magnetic Resonance) 분석 기술 개념 NMR이란 원자핵의 스핀 성질과 자기모멘트를 이용한 분광법이며, 자기장 내에서 원자핵의 자기모멘트에 특정한 외부의 에너지가 작용하여 그 에너지를 흡수하고 다른 에너지 준위로 전이하는 현상을 말한다. 1H NMR은 물 분자 속 양성자(proton)의 T2이완시간(spin- spin relaxation time)을 측정하여 콘크리트 내부의 물 분자가 존재하는 공간(공극)의 크기를 알아내는 방법이다. 콘크리트 내부에 존재하는 물은 건조과정 후에 그 공간이 공극이 되므로, 1H NMR과 같은 분석 방법을 사용하면 콘크리트의 공극 크기를 정량화할 수 있게 된다. 쉽게 말해 물을 사용하여 콘크리트 내부의 공극 구조를 관찰하는 분석법이다. 이 분석법은 콘크리트 내부 나노미터 크기의 작은 공극을 알아 볼 수 있으며, 별도의 건조과정이 필요없고 콘크리트가 굳기 전부터 굳은 후까지 실시간으로 측정이 가능하다. 이 방법을 통해 알아낼 수 있는 정보는 표 1과 같으며, 콘크리트 속에 존재하는 공극을 크기별로 알아낼 수 있다(그림 2). 예를 들어, Interlayer pore(층간 공극, 2.5nm 이하), gel pore(겔 공극, 2.5~10nm), capillary pore(모세관 공극, 10nm 이상)이다. 또한 각각의 공극 부피를 정량적으로 알아내는 것도 가능하다. 나노미터 수준에서 콘크리트 공극 구조 분석 1H NMR 분석법을 사용하여 콘크리트의 공극을 분석한 결과를 그림 3과 그림 4에 나타냈다. 해당 시편은 물/시멘트 비 0.4로 제조된 시멘트 페이스트로서 H NMR 분석을 수행한 결과이다. 1H NMR 신호를 통해서 계산된 피크에 대응하는 T2이완시간을 알 수 있고, T2이완시간은 물 분자가 존재하는 공극의 크기를 알 수 있게 된다. 일반적으로 T2 이완시간이 100μs(micro second)일 때 나타나는 피크는 ‘Interlayer water’를 의미하고, 300~500μs에서는 ‘Gel water’, 600~1000μs에서는 ‘Interhydrate water’(보통 Capillary water에 속함), 1000μs 이상은 ‘Capillary water’를 의미한다. 그림 3에 나타난 상대적 신호 강도를 정량화하여 계산한 결과는 그림 4와 같다. 그림 4는 시멘트 페이스트가 점차 수화함에 따라서 내부 공극수의 크기가 어떻게 변화하는지를 시간 영역으로 나타내고 있다. 초기부터 약 5시간까지는 시멘트 페이스트가 굳기 전 상태이므로 Capillary water만 측정된다. 수화가 시작되고 4~5시간부터 Interhydrate water가 발생하기 시작하고, 7시간부터 Gel water가 측정된다. 그리고 10시간 후부터는 Interlayer water도 확인된다. 기술 활용 방안 콘크리트가 굳기 전부터 내부의 공극 크기가 어떻게 변화하는 가에 대한 정보를 실시간으로 얻을 수 있는 것은 매우 의미 있는 연구이다. 이 기술은 콘크리트의 주요 물성인 자기수축, 건조수축, 크리프, 압축강도를 예측하는 데 활용될 수 있다. 장기 내구성 측면에서도 이 정보를 활용하여 콘크리트의 공극 구조 를 시뮬레이션 함으로써 동결융해, 염해저항성 등을 예측하고 판단하는 데 활용할 수 있는 가치 있는 정보라고 할 수 있다. 즉, 콘크리트에서도 나노 크기의 미시 세계 정보를 사용하여 거시 거동을 예측하는 연구가 가능하다. 향후, 이 분석기술은 더 안전하고 튼튼한 신규 콘크리트 구조물을 건설하기 위한 재료 설계에 활용될 수 있으며, 또한 기존 구조물의 내구도를 판단하는 근거로 활용될 수 있기를 기대해 본다. ――――――――――――――――― 참고자료 • 한국레미콘공업협회(http://www.krmcia.or.kr) • Anovitz L M Cole D. R. (2015). Characterization and analysis of porosity and pore structures. Reviews in Mineralogy and geochemistry 80(1), 61-164.) • Jennings H M Kumar A., & Sant, G. (2015). Quantitative discrimination of the nano-pore-structure of cement paste during drying: New insights from water sorption isotherms Cement and Concrete Research, 76, 27-36 • Monteiro, P. (2006). Concrete: microstructure, properties, and materials. McGraw-Hill Publishing. • York, I. N., & Europe, I. (2021). Concrete needs to lose its colossa carbon footprint. Nature, 597(7878), 593-594. 구조연구본부 게시일2024-08-28 조회수 792
• 미래 대중교통의 아이콘, 자율주행 기술 기반 실시간 수요 대응 모빌리티 서비스 개발 미래 대중교통의 아이콘, 자율주행 기술 기반 실시간 수요 대응 모빌리티 서비스 개발 ▲ 장지용 KICT 도로교통연구본부 전임연구원 들어가며 2022년 11월, 서울시는 청계천에서 자율주행버스 운행을 시작으로 2023년 12월 합정역과 동대문역을 잇는 심야자율주 행버스를 운행하고 있다. 두 사례는 모두 운전석이 있고 운전자가 탑승한 상태에서 한정된 고정 노선을 따라 대중교통 서비스를 제공한다는 공통점이 있으며 지자체 차원에서 자율주행 기술을 활용해 대중교통 서비스를 상용화한 사례이다. 이전에도 현대자동차의 '셔클', 경기도 판교의 '제로셔틀', 시흥시의 '마중' 서비스가 있었으나 모두 시범 운영에 가깝다. 이렇게 지금까지 활발히 진행된 자율주행 기술은 이제 대중교통을 만나 가장 먼저 우리에게 한 걸음 더 가까워지고 있다. 시민의 발이기도 한 대중교통은 일반적으로 서비스 제공 영역이 넓을수록 시민 편의성이 증대될 것으로 예상되나 인력과 예산 등의 문제로 인해 일정 수준 이상의 서비스 영역 확장은 한계가 있다. 이에 대한 하나의 대안으로 대중교통 분야에서는 대중교통 서비스의 질과 효용성 제고를 위해 수요 응답형 서비스라고 일컬어지는 DRT(Demand Responsive Transit) 서비스를 확대해 나가고 있다(한국운수산업연구원, 2024). 그러나 DRT 기반의 서비스 역시 운용 인력과 재정 문제에서 완전히 자유로울 수 없기 때문에 대안으로 서울시 등의 지자체 사례와 같이 자율주행 기술과 대중교통 서비스의 결합을 통해 기존 대중교통이 가지는 한계를 해소하려는 연구개발이 활발히 진행되고 있다. 고도화된 자율주행 기술은 운전자를 필요로 하지 않아 적어도 운용 인력과 이에 대한 재정 부분에서 기존 대중교통이 가지는 한계를 일부 극복할 수 있기 때문이다. 한국건설기술연구원은 2021년 4월부터 자율주행 기술을 활용한 대중교통 모빌리티 서비스를 개발하기 위해 ‘실시간 수요 대응 자율주행 대중교통 모빌리티 서비스 기술 개발’이라는 국가연구개발사업(연구책임자: 문병섭 선임연구위원)을 수행하고 있다. DRT를 포함한 기존 대중교통의 서비스 개념을 확장하는 콘셉트로 실시간 수요 대응형 자율주행 대중교통 서비스를 개발하는 것이 목표이다. 기존 서비스와 차별화되는 것이 무엇인지, 또한 필자는 왜 미래 대중교통의 아이콘 이라고 하는지를 소개하고자 한다. 실시간 수요 대응 자율주행 모빌리티 서비스 정의 본 서비스는 자율주행 기술에 기반한 실시간 수요대응 대 중교통 모빌리티 서비스로 미국 자동차공학회(Society of Automotive Engineers: SAE)가 정의한 자율주행 레벨 4 수준의 자율주행차량으로 고정된 노선 없이 이용객이 원하는 목적지까지 운송을 담당하는 First-and-last mile 서비스 를 목표하고 있다(그림 1). 안전한 대중교통 서비스를 제공하기 위해 자율주행 4단계 수준의 자율주행 시스템을 탑재한 소형 자동차를 제작해 수요 대응형 서비스를 개발하고 있다. 종전의 유사한 수요 대응형 서비스와의 차별화를 위해 개별 이용자의 통행 패턴을 기억하고 학습한 상태에서 실시간으로 변화하는 도로 및 교통상황을 고려해 최적의 동적 경로를 생성하고 이용객을 운송하는 서비스다. 본 서비스를 제공하기 위해 9인승 규모의 소형 차량을 제작 중이고 사전에 할당된 경로와 이동시간 허용 범위 내에서 합승이 가능하다. 본 서비스에서 개개인의 통행 패턴을 학습해 사전에 이용 수요 및 선호 경로를 예측하고 이용객에게 제안하는 기능과 합승이 가능한 자율주행버스라는 점은 분명 기존 서비스와 확연히 차별화되는 새로운 미래 대중교통의 아이콘이다. 실시간 수요 대응 자율주행 모빌리티 서비스 구성 및 기능 자율주행 4단계 수준의 자율주행 시스템을 탑재한 소형 버스를 이용해 안전하고 쾌적한 수요 대응형 대중교통 서비스를 제공하기 위해 서비스의 운행/관제를 담당하는 센터시스템이 필요하다. 또한, 자율주행 기술에 기반한 대중교통 서비스이므로 서비스 공공성과 운영 효율성을 평가하기 위한 평가 시스템이 요구된다. 자율주행 소형 버스, 센터시스템, 평가 시스템 외에도 차량 보관 및 충전을 위한 시설이 필요 하다. 실시간 수요 대응 자율주행 대중교통 모빌리티 서비스 제공을 위한 시스템 구성은 그림 2와 같다. 실시간 수요 대응 자율주행 모빌리티 서비스를 제공하기 위한 핵심 기능은 각각 센터시스템과 차량, 사용자 모바일 앱에 포함된다(그림 3). 먼저 운전자가 없는 레벨 4 자율주행 시스템에 기반한 대중교통 서비스를 제공하기 위해 사용자 모바일 앱이 필요하다. 모바일 앱은 서비스 호출, 사용자 인증, 과금 기능을 포함하고 예약 및 운행 정보를 확인하는 장치이다. 센터시스템은 실시간 수요 대응 서비스 제공을 위한 핵심 기능을 담당한다. 여기에는 이용객의 통행 이력을 분석해 호출 수요를 예측하고 서비스 제공 지역에 필요한 차량 대수를 사전에 배차하는 알고리즘과 호출 지점부터 가장 인접한 가상 정류장을 선택하는 알고리즘이 포함된다. 또한, 실시간 도로 및 교통 상황을 반영하여 출발지부터 목적지까지 최적의 동적 경로를 생성하고 합승 수요 발생시 최소 우회 시간 내에서 경로를 갱신하는 기능을 포함한다. 차량은 자율주행 시스템 및 사용자 인증을 위한 차내 단말기, 안전을 위해 차량에 탑승하는 안전요원과 자율주행 시스템 간의 상호작용을 위한 시스템(Human-machine interface)을 포함한다. 센터시스템과 차량은 실시간으로 교통 정보 메시지(TIM; Travel Information Message)와 웨이포인트 메시지 (Waypoint message), 개별 차량 주행 정보(PVD; Probe Vehicle Data)를 송수신하며 서비스를 제공한다. 여기에서 PVD는 자율주행 소형 버스의 주행 궤적정보를 포함해 차량 상태 정보를 포한한 메시지이다. 웨이포인트 메시지는 운 전자가 없는 자율주행 대중교통 서비스를 구현하기 위한 핵심 메시지이다. 차량의 이동 경로를 의미하는 글로벌 패스 (Global path) 정보를 포함하며 기본적으로 차량이 경유하는 노드 좌표와 노드 간 예상 도착 시간(ETA; Estimated Time of Arrival)을 필수로 포함한다. 미래 대중교통 서비스를 개발하기 위한 다양한 노력 자율주행 레벨 4 수준은 운전자 관여 수준이 ‘Mind-off’ 인 상태로 운전자는 주변 상황인지, 주행 판단 및 차량 제어에 관여하지 않고 책임지지 않는 상태이다. 운전자가 없는(Driverless) 자율주행 기술을 적용한 대중교통 서비스는 다수의 이용자를 대상으로 하기 때문에 서비스 개발도 중요하나 서비스에 대한 철저한 검증 기술 개발도 필요하다. 지금까지 수행된 자율주행 기술을 활용한 수요 대응 서비스 (Autonomous Mobility-on-Demand: AMoD) 관련 연구를 보면 대부분의 연구에서 개발 시스템의 성능 확인만을 수행했다(Zhang et al. 2016; Barbier et al. 2019). 이용객의 안전을 보장하고 대중교통 서비스로의 성공적인 안착을 위해 개발이 불가피한 검증 기술에 대해 필자는 교통공학 이론을 접목하여 새로운 서비스 검증 기법을 개발하고 있다(장지용 외, 2023). 대중교통임에도 세계 최초로 개개인의 통행 패턴을 학습해 사전에 이용 수요 및 선호 경로를 예측하고 이용객에게 제안하는 신개념 서비스, 고정된 노선 없이 동적 경로를 따라 주행하며 합승이 가능한 자율주행 대중교통 서비스, 여기에 공공의 안전을 고려한 자율주행 대중교통 서비스 검증 기술 개발은 곧 우리에게 다가올, 우리가 경험할 새로운 미래 대중교통을 선도하는 기술이 될 것으로 기대한다. ――――――――――――――――― 참고자료 • 한국운수산업연구원(2024), 버스교통, Vol 81 pp 24~37. • Barbier M Renzaglia A., Quilbeuf, J., Rummelhard, L., Paigwar, A., , Laugier, C., Legay A., Ibanez-Guzman, J., and Simonin, O. (2019, June). “Validation of perception and decision-making systems for autonomous driving via statistical model checking.” In 2019 IEEE Intelligent Vehicles Symposium (IV), Paris France pp 252 259. • Zhang R., Rossi, F., and Pavone, M. (2016, May). “Model predictive control of autonomous mobility on demand systems.” In 2016 IEEE international conference on robotics and automation (ICRA), Stockholm, Sweden, pp.1382-1389. •장지용, 문병섭, 하정아. (2023). Lv. 4 자율주행 기술 기반 수요 대응 모빌리티 시스템 성능 검증 방법론 개발. 한국도로학회논문집, 25(6), pp 357~367. 도로교통연구본부 게시일2024-08-28 조회수 870
• 홍수 피해를 막는 AI, 자연재해에 맞서다 홍수 피해를 막는 AI, 자연재해에 맞서다 ▲ 윤광석 KICT 수자원하천연구본부 선임연구위원(AI 홍수예보 연구팀) 지난해 여름, 한반도에 집중호우가 쏟아졌다. 6월 25일 시작된 장마전선은 7월 26일까지 계속됐다. 섬진강댐 수위가 홍수지 제한 수위인 194 m 가까이 올라오면서 초당 최대 300t의 물을 방류하기 시작했다. 심각한 홍수에 많은 인명 및 재산 피해가 잇따랐다. 2000년, 2022년, 2023년에 발생한 홍수로 기후변화가 빚어낸 자연재해가 사회의 화두로 떠오르기 시작했다. 신속한 판단 이끄는 AI 홍수예보시스템 한국건설기술연구원 수자원하천연구본부는 산업의 발달로 밀집된 도시 인구와 도시화에 따른 강우의 침투 면적이 감소한 것이 홍수 문제의 주요 요인이라 분석했다. 앞으로 홍수 문제가 더욱 극심해질 것이라는 예측도 덧붙였다. 연구본부는 언제 발생할지 모를 극한 홍수를 철저히 대비할 수 있는 ‘AI 홍수예보시스템’을 새로운 해결책으로 제시했다. 만약 홍수예보가 오롯이 인력으로만 이뤄진다면 어떨까. 인력에 의한 수동 분석을 통해 예측·발령을 하게 되고, 그만큼 의사결정과 위기 대응은 늦어질 것이다. 환경부 및 홍수통제소는 올해부터 더 원활한 홍수 예측과 발령을 위해 한국건설기술연구원의 AI 기반 홍수예측모형을 도입하기로 했다. AI를 기반으로 한 예측모형이 도입되는 건 이번이 세계 최초다. AI 홍수예보시스템은 관측·조사, 전송·예측, 예측, 전달 4단계로 구성된다. 전국 홍수예보지점을 10분 간격으로 자동으로 분석하고, 한강권역 기상·수문 현황에 관한 빅데이터를 스스로 학습한다. 홍수예보관은 AI 예측 결과를 검증하고 상황을 판단해 홍수특보를 발령하게 된다. 정확성, 신속성, 안정성을 더한 홍수 예측 AI 홍수예보시스템에 적용된 장단기 메모리(LSTM) AI 모형은 강우량, 수위, 댐방류량 등 관측자료에서 통계적 상관관계를 학습해 자동으로 하천수위를 예측하게 된다. 수문학적 모형에 수리학적 모형을 더한 물리 모형으로, 저류함수법을 통해 산정된 유량을 입력해 하천수위를 계산하게 된다. 특보 수위를 초과할 것으로 예측되는 지점에는 특보를 발령한다. 예측 범위도 대폭 확대된다. 2023년까지는 대하천 중심의 75개 홍수특보지점에 대해서만 예측해 지류·지천 홍수예보가 취약했다면, 올해부터는 지류·지천을 포함한 홍수특보지점을 223개까지 확대한다. 현재 시점에서는 4개의 홍수통제소에 AI 홍수예보모형이 반영되어 있지만, 점차 적용 범위를 늘려갈 계획이다. 예보관은 AI 시스템의 댐-하천 디지털트윈 기술을 활용해 수위 변화 시뮬레이션과 침수우려지역을 확인함으로써 재난을 신속하게 예측하고 걸맞은 대응책을 준비할 수 있다. 특히 올해부터 홍수정보제공 지점으로 추가된 하천의 상류 지점들은 유출 속도가 빨라 기존 물리 기반 모형만으로는 예측이 어려웠다. AI 기반 홍수예측모형은 이러한 지점의 예측과 의사결정을 돕는다. 연구진은 AI 기반 홍수예측모형이 최초로 적용되는 만큼 정확성, 신속성 및 안정성 세 마리 토끼를 모두 잡기 위한 연구개발을 이어 나가고 있다. 연구책임자인 윤광석 선임연구위원은 AI 기반 홍수예측시스템이 국내뿐만 아니라 세계로 뻗어나갈 것을 기대하고 있다. “현업에 최초로 AI 기반 홍수예측모형이 적용되는 만큼, 현재 수자원하천연구본부에서는 기술을 고도화하고 정확도를 높이는 연구에 심혈을 기울이고 있습니다. 특히 홍수 예측의 효율성을 높이기 위해 기존 물리 기반 모형과의 연계하고, 지금보다 향상된 의사결정 체계를 구축할 전망입니다. 저희가 개발한 AI 홍수예측시스템이 세계 최고의 시스템으로 거듭나는 것을 목표로 하고 있습니다.” 저희가 개발한 AI 홍수예측시스템이 세계 최고의 시스템으로 거듭나는 것을 목표로 하고 있습니다. 세계로 뻗어가는 KICT의 기술력 연구팀이 몰두하고 있는 문제는 홍수뿐만이 아니다. 지난해 장마철, 폭우에 의해 강남역과 신림동 일대는 막심한 재산피해와 인명 사고를 빚어냈다. 이에 연구팀은 2025년까지 도시침수에 의한 그간의 피해를 분석하고, 모니터링과 예측에 대한 연구를 활발히 수행하고 있다. 연구의 목표는 도시의 침수 깊이를 관측할 수 있는 침수모니터링 장비를 개발하는 것. 더 나아가 모니터링 결과에 따라 침수를 예측할 수 있는 모형도 개발할 예정이다. 개발 성과는 필리핀, 인도네시아, 라오스 등의 테스트베드에 설치돼 적응성을 검증한다. 연구진은 이러한 연구 성과가 국내기술이 해외로 진출할 수 있는 기반이 될 것이라는 믿음을 갖고 연구에 성실히 임하고 있다. 한국건설기술연구원 수자원하천연구본부는 출범 이래 홍수, 가뭄, 기후변화, 연안재해 등 물과 관련된 국가 현안 과제에 대처하고 국토의 가치를 보전하기 위한 연구를 끊임없이 수행하고 있다. 특히 연구본부는 이번 AI 홍수예보시스템의 적용을 통해 국민의 삶의 질 향상과 올바른 물관리의 실현이 이뤄질 것이라는 기대감을 품고 있다. 더 나은 세상을 바라는 연구자의 진심은 더 의미 있는 세상을 창조해 나갈 것이다. 수자원하천연구본부 게시일2024-07-30 조회수 1190
• 건축물 에너지 성능 향상을 위한 재실자 행태 유도 연구 동향 건축물 에너지 성능 향상을 위한 재실자 행태 유도 연구 동향 ▲ 이종원 KICT 건축에너지연구소 수석연구원 들어가며 전 세계적인 온실가스 배출량 증가가 기후 위기에 중대한 영향을 미치고 있다. 이에 전 세계 국가들은 온실가스를 줄이고 에너지 소비를 감소시켜 탄소중립을 실현하기 위한 기반을 마련하고 있다. 건물 부문은 에너지 소비와 탄소 배출에서 중요한 역할을 하며, 전체 에너지 소비의 약 36%, 이산화탄소 배출의 약 40%를 차지하는 것으로 알려져 있다. 도시화 추세가 계속됨에 따라 이 비율은 더욱 증가할 것으로 예상된다. 건물에서의 에너지 소비는 매년 평균 1.5%씩 증가할 것으로 예측되며, 이는 2010년에 비해 2050년까지 두 배 이상 증가할 것을 의미한다. 특히, 건물 운영 단계에서의 에너지 소비는 건물 전체 수명 동안 80% 이상을 차지한다. 건물에서 대부분의 에너지 소비는 재실자의 쾌적함을 유지하는 데 초점을 맞추고 있으며, 재실자의 행동 변화를 통한 에너지 절약 잠재력은 상업용 건물에서 최대 30%, 주거용 건물에서는 최대 25%에 달할 수 있다. 동시에 재실자의 행동은 건물 에너지 소비의 불확실성을 야기하는 주요 요인 중 하나로, 건물의 에너지 성능을 정확히 파악하기 위해 건물 에너지와 재실자 행동 관계에 대한 연구가 증가하고 있다. 재실자 행동(Occupant Behavior: OB) 개요 국제에너지기구(IEA)의 EBC(International Energy Agency Energy in Buildings and Communities Programme) annex 53은 재실자 행동(OB, Occupant Behavior)을 건물 에너지 소비에 큰 영향을 미치는 여섯 가지 주요 요인 중 하나로 정의한다(그림 1). 이 분류는 재실자 간의 상호작용뿐만 아니라 건물 시스템과의 상호작용을 포함한다(그림 2). 재실자 행동의 분류는 ‘재실 상태’와 ‘건물 시스템과의 재실자 상호작용’ 등의 하위 분류로 나뉜다. ‘재실 상태’ 하위 분류에는 건물 내 재실자의 유무, 도착 및 출발 시간, 건물 내 체류 시간, 건물 내 재실자 수, 재실자의 위치 등 건물 사용 패턴을 이해하는 데 필수적인 변수들이 포함된다. ‘건물 시스템과의 재실자 상호작용’ 하위 분류는 재실자가 건물 시스템과 상호 작용하는 방식을 나타낸다. 이는 난방, 환기, 에어컨(HVAC) 시스템, 조명, 가전제품 사용, 창문 조작, 온수 공급 등 다양한 시스템의 사용 방법을 포함한다. 이러한 분류는 건물 내 재실자 행동이 건물의 에너지 소비, 효율성 및 전반적인 실내 환경 성능에 어떻게 영향을 미치는지 분석하고 이해하는 데 중요한 기준을 제공한다. 이 체계는 건물 설계, 운영 및 에너지 모델링 관련 연구에서 재실자 행동을 통합하고 예측하는 데 사용될 수 있는 틀로 활용될 수 있다. 재실자 행태와 건물 성능 시뮬레이션(BPS) 건물 성능 시뮬레이션(Building Performance Simulation: BPS) 도구에서 OB 요인은 건물의 에너지 성능을 추정하고 최적화하며, 다양한 에너지 절약 솔루션의 효과를 분석하는 데 매우 중요하다. OB는 건물 에너지 소비에서 큰 불확실성의 원인으로 간주된다. BPS 도구는 OB를 고정된 일정으로 표현하지만, 이는 재실자의 실제 에너지 소비 영향과의 동적 관계를 반영하지 못할 수 있다. 그림 1에 나타난 건물 에너지 사용의 여섯 가지 주요 요인 중 다섯 가지를 정확하게 표현하는 데 진전이 있었지만, OB에 대한 정확한 입력은 여전히 어렵다. OB는 확률적이며, 재실자 행동은 일관성이 없고, 각 재실자는 쾌적함의 필요성과 관용의 다양성 때문에 다르게 반응한다. 또한, OB는 많은 요소에 의해 영향을 받으며, 건물 설계에 따라 다르게 나타난다. 이러한 OB의 특성으로 인해, 여러 연구 그룹이 OB 모델의 입력 매개변수 불확실성이 건물 에너지 사용에 미치는 영향을 연구하고 있다. 새로운 방법론과 아이디어의 등장으로 지난 3년 동안 재실자 행동 연구 관련 출판물이 1,000건 이상 증가한 사실은 이 분야의 최신 지식에 대한 집중적인 연구의 필요성을 강조한다. 건물 에너지 사용을 위한 재실자 행동 사례 연구 네덜란드의 전기 주택 12가구를 대상으로 한 연구에서는 OB 모델을 사용하여 전기 사용에 미치는 영향을 분석했다. KDD(Knowledge Discovery in Database) 방법을 통해 얻은 사용자 프로필을 시뮬레이션 에너지 모델에 적용했고, 이를 통해 실제와 시뮬레이션된 에너지 사용 간 편차를 22.9%에서 1.7%로 크게 줄였다. 이 결과는 건물 간 전력 소비와 전기 장비 사용에 큰 차이가 있음을 보여준다. 또 다른 연구에서는 덴마크의 제로에너지 건물을 6개월 동안 모니터링하고 세 가지 다른 재실 프로필의 에너지 사용 영향을 분석했다. ‘규정 준수 프로필’은 간단한 모델이고, ‘표준 프로필’은 평균 설문 정보를 기반으로 하며, ‘실제 프로필’은 실제 데이터로 구축되었다. ‘실제 프로필’을 사용한 시뮬레이션은 측정 데이터와 가장 일치했으며, 다른 두 프로필은 최대 40%의 편차를 보여, 현실적인 OB 프로필 적용의 중요성을 강조한다. 또한, 캐나다의 고성능 주거 건물 연구는 시뮬레이션된 에너지 사용과 실제 에너지 사용 간의 차이를 분석함으로써 OB의 영향을 확인했다. 아파트 간 전기 소비에는 큰 차이가 있었으며, 이는 겨울에 실내 온도를 높게 유지하고 창문을 여는 등 시뮬레이션에서는 고려하지 않은 OB 때문이었다. 건축물 에너지 성능 향상을 위한 재실자 행태 연구의 방향 OB는 건물 성능에 중대한 영향을 미친다. 현재의 건물 성능 시뮬레이션(BPS) 도구들은 재실자와 건물 시스템 간의 상호작용을 단순하고 고정된 일정으로 표현하며, 이는 재실자 행동의 다양성을 제대로 반영하지 못해 실제와 시뮬레이션된 에너지 사용 간 큰 차이를 만든다. 이로 인해 건물 시스템 최적화와 에너지 절약 분석의 정확성이 떨어진다. 재실자 행동 연구는 정확한 데이터 수집, 재실자 개인정보 보호 방법 개발, 신뢰할 수 있는 모델 검증 제안 연구 등 다양한 도전과제를 포함한다. 또한, 재실자 행동이 건물 성능에 미치는 영향을 폭넓게 연구하고, 재실자의 다양성과 상호작용을 모델링하는 것이 중요하다. 우리나라의 탄소중립과 국민의 건강하고 편안한 삶을 위해서는 재실자 행동 연구에 대한 많은 관심과 지원이 필요하다. ――――――――――――――――― 참고자료 • Ahmed, O., Sezer, N., Ouf, M., Wang, L. L., & Hassan, I.G.(2023). State-of-the-art review of occupant behaviormodeling and implementation in building performance simulation. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 185, 113558. • Chen, S., Zhang, G., Xia, X., Chen, Y., Setunge, S., & Shi, L.(2021). The impacts of occupant behavior on building energy consumption: A review. Sustainable Energy Technologies and Assessments, 45, 101212. • Xu, X., Yu, H., Sun, Q., & Tam, V. W. (2023). A critical review of occupant energy consumption behavior in buildings: How we got here, where we are, and where we are headed. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 182, 113396. • Yoshino, H., Hong, T., & Nord, N. (2017). IEA EBC annex 53: Total energy use in buildings—Analysis and evaluation methods. Energy and Buildings, 152, 124-136. 건축에너지연구소 게시일2024-07-30 조회수 570
• 건축과 도시를 연결하는 공간정보 건축과 도시를 연결하는 공간정보 ▲ 김두식 KICT 건축연구본부 수석연구원 제조업 자동화의 현주소 어린 시절 전자회로가 출력된 인쇄회로기판(Printed Circuit Board: PCB) 위에 조립 설명서대로 칩이나 저항을 연결하고 납땜하면 초등학생들도 직접 라디오를 만들어서 들을 수 있는 장난감이 있었다. 학창 시절에 이렇게 라디오 조립을 한 번쯤 해본 사람이라면 전자제품이 어떤 과정을 거쳐 만들어지는지 잘 이해하고 있을 것이다. 전자제품은 미리 설계된 조립 설명서(도면)를 기반으로 이에 따른 부품의 PCB 배치(자재의 목표지점 이동) 및 납땜(건설 공정)을 통해 완성된다. 현재 전자제품 제조업에서는 기존 수작업으로 이뤄졌던 대부분의 공정을 자동화하였다. 기존 PCB에 구멍을 내서 부품을 접합하는 방식(Insert Mount Technology: IMT)에서 부품을 원하는 위치에 올리기만 해도 작동할 수 있도록(Surface Mount Technology: SMT) 기판 조립 공정을 혁신하였다. 이를 통해 공정에서의 불량률을 줄이면서 자동화 및 대량 생산이 가능해지고 다음과 같은 프로세스를 통해 생산성 향상을 확보함과 동시에 인력에 의한 비용을 절감할 수 있게 되었다 ①납땜을 자동화하기 위해 크림형 솔더(solder)를 PCB의 납땜 위치에 프린트하고(스마트 토공), ②컨베이어벨트를 통해 이동한 PCB에 칩을 설계한 위치별로 자동 배치한 후(스마트 물류), ③모든 칩이 배치되면 오븐을 통해 전체 기판의 납땜을 자동으로 실시하고(스마트 시공), ④조립된 PCB는 각 칩의 위치별로 확대 영상을 촬영하여 AI를 기반으로 불량 유무를 검사한다(스마트 유지관리). 전자제품 제조업에서 이러한 자동화 공정 전환은 1980년대에 이미 널리 도입되었고, 기술의 발전을 거듭하여 생산 품질도 향상되고 있다. 전자제품 제조업의 자동화가 빠른 기간에 정착할 수 있었던 것은 컨베이어벨트와 같은 정형화된 공간에서 기계(로봇)가 도면(설계)에 따라 작업(시공)을 하는 것이 건설 산업에 비해 적용하기 쉽고, 자동화 기기 도입으로 인한 인건비 절감과 생산성 혁신이 매출 향상에 기여할 수 있었기 때문이다. 건설 디지털 트랜스포메이션과 공간정보 건설 분야에서도 제조업과 같은 디지털 트랜스포메이션이 활발히 진행되고 있다. 제조업과 달리 건설 현장은 컨베이어벨트와 같은 정형화된 공간이 아니라 복잡한 환경적 특성을 가지므로 현실 세계를 디지털 환경에 똑같이 묘사하기는 기술적으로 어려운 부분이었다. 또한, 2D 도면을 통해 이뤄지는 공정 특성으로 주변 환경 요소를 연계한 고려가 어려웠다. 2010년대 이뤄진 상용 드론의 보편화와 매핑 기술의 혁신은 과거에 비해 넓은 지역을 신속하게 모델링할 수 있는 계기가 되었고, 이를 통해 스마트 토공과 같은 기술이 우선적으로 건설 현장에 적용되기 시작하고 있다. 또한, 공간정보와 BIM(Building Information Modeling)의 연계는 건축 계획 및 엔지니어가 주변 환경을 쉽게 고려할 수 있는 직관적 경험과 시뮬레이션 기능을 제공하여 관련 기술을 활용한 사례들이 점차 확대되고 있다. 레이저 스캐닝 기술이 발전하면서 객체 분류에 의한 BIM 모델 자동 구축에 대한 연구도 진행되고 있어 향후 실외 실내에 대한 공간정보 구축 기술의 발전으로 관련 데이터를 활용한 부가가치 창출의 기회도 증가할 것으로 기대된다. 공간정보 기술은 지형자료 구축 외에도 인프라, 인구, 환경, 범죄 등 다양한 분야에 확산하고 있어 이를 기반으로 한 활용 모델 개발에 관심이 필요한 상황이다. GPS 측량 및 공간정보 DB 구축으로 시작한 미국 Trimble사는 3D 설계, 자동화 시공, 건설관리, 유지관리 등 건설 전반에 필요한 기술 기업들의 인수합병으로 독자적인 건설 디지털 트렌스포메이션을 추구하고 있다. Trimble의 사례만으로 단언하기는 어려우나 공간정보가 가지고 있는 다음의 특성으로 공간정보는 미래 건설 분야를 선도할 수 있는 핵심 기술이 될 가능성이 높다. 공간정보는 다양한 레이어의 정보를 통합하고 시각화하여 사용자에게 직관적인 경험을 제공할 수 있다. 공간정보의 정확도 확보와 신속한 갱신은 이미 건설 분야 자동화 기술에 응용할 수 있는 수준이 되었다고 판단된다. 공간정보를 활용한 분석과 시뮬레이션 기술은 도시 운영이나 교통 물류에서 주어진 자원의 효율적 활용을 추구할 수 있는 수단으로 활용될 수 있다. 최근 많은 관심을 받는 빅데이터, AI 기술의 접목은 공간정보 분야에서는 이미 몇 년 전부터 기술 개발이 진행되었다. 최근의 공간정보 동향에서 주목할 점은 기존 2D 자료 위주의 활용에서 3D 분석 및 시각화와 시계열 자료를 적용한 4D 분석으로의 확장을 시도하고 있고, BIM, CAD 데이터를 통합할 수 있도록 발전하고 있으며, 웹 GIS, 클라우드 등의 도입으로 API 연계를 통한 협업이 가능한 체계로 변화하고 있다는 점이다. 도시건축 분야에서 공간정보의 중요성과 역할 공간정보의 확장성으로 한국건설기술연구원(KICT)에서도 다양한 기술 분야에서 공간정보 기술이 활용되고 있다. 마지막으로 필자는 KICT의 도시건축 연구 분야에서 공간정보가 기여할 수 있을 것으로 기대되는 활용 분야를 제시하고자 한다. KICT 도시건축 분야는 모듈러 건축, 건축 안전, 주거·생활환경 개선, 지속가능한 도시의 4개 대과제에 대한 연구를 추진 중이다. 건축이건 토목이건 공기 지연을 막는 것은 시공 리스크를 방지함과 동시에 비용을 절감할 수 있는 중요한 요소이다. 모듈러 건축, OSC(Off-Site Construction) 공법이 활성화되기 위해서는 프리캐스트 부재의 생산과 공급이 원활히 이뤄질 수 있어야 한다. 특히, 무겁고 부피가 큰 부재의 운반에서 건설 현장과 가까운 생산·물류 거점 확보와 물류체계 구축은 향후 건축 분야에서 생산성 향상을 위해 고려해야 할 부분이 될 것이다. 고령화, 출산율 저감으로 앞으로 건설 전문인력도 건설 현장에 많이 투입되기 어렵고 외국인 근로자 비율도 더욱 증가할 것으로 전망된다. 전문인력이 수행하던 업무를 원격 혹은 자동화할 수 있는 디지털 트랜스포메이션 기술의 도입과, 외국인 근로자에게도 손쉽고 명확하게 업무를 전달하여 협업할 수 있는 체계의 확보가 필요하다. 기술의 도입에서는 이동성 확보를 위해 스마트폰과 같이 널리 보급된 디바이스를 활용하여 기술의 진입 장벽을 낮춰서 혁신 기술을 도입하는 전략이 필요하다. 글로벌 화두인 탄소중립 측면에서 건축에서의 내재탄소 저감에서도 공간정보가 기여할 수 있다. 자재의 생산, 운송, 시공, 폐기 전 과정에서 발생하는 내재탄소의 모델링이나 건축물 단위 관리, 지구 단위 녹색건축 기술 적용 평가에 공간정보를 활용하여 지속가능한 도시를 지향할 수 있도록 정책을 추진할 수 있을 것이다. 1기 신도시 재정비가 본격화되어 재건축사업이 활발해지면 건설 폐기물이 급증할 것이고 순환골재와 같은 건설 폐기물 재활용 정책이 활성화될 수 있는 계기가 될 것이다. 건설 폐기물 재활용 촉진을 위해 순환골재 온라인 마켓을 웹기반 GIS 서비스로 제공하게 되면 수요자는 건설 현장 인근의 순환 자재를 안정적으로 확보하고, 폐기물 가공업자는 유통을 활성화하여 시장을 형성할 수 있을 것이다. 이를 통해 자원순환을 건축에 적용하는 것이 더욱 촉진될 수 있을 것으로 전망된다. 앞으로의 KICT 도시건축 분야 연구에서도 공간정보가 기여할 수 있기를 기대한다. 건축연구본부 게시일2024-07-30 조회수 378
• 자연성기반기술을 활용한 홍수 피해저감 및 완충 기술을 위한 홍수관리시설의 유형 및 개발 방향 자연성기반기술을 활용한 홍수 피해저감 및 완충 기술을 위한 홍수관리시설의 유형 및 개발 방향 ▲ 장은경 KICT 수자원하천연구본부 전임연구원 들어가며 2019년 기후 행동 정상회의 핵심 의제는 ‘행동해야 할 시간(Time for Action)’으로서 당장 온실가스 감축을 위한 행동에 국제사회의 모든 역량을 집중함을 강조하였으며, 지구 온도 상승을 1.5℃로 억제하기 위해 모든 나라가 2050 탄소중립을 약속할 것을 제안하였다. 세계경제포럼의 2016년 Global Risks Report에는 기후변화, 물순환 왜곡, 생태계 건전성 악화 등이 생태계와 공동체를 위협하는 대표적 영향 인자로 조속한 해결을 촉구하였다. 또한, 2018년 UN은 ‘효율적 국토관리와 국민 삶의 질 향상을 위한 물과 습지 활용 생태계 서비스와 자연성기반기술(Nature-based Solutions, NbS)의 확대’를 추진하도록 제안하는 등 2050 탄소중립과 지속 가능한 물관리 정책 이행에 대한 전 세계적인 노력이 지속되고 있다. 이미 유럽, 일본 등 선진국에서는 기후변화, 도시화 등의 외부 여건에 맞춰 홍수관리 목표를 상향 조정하기 위해 자연성기반기술을 적극 활용하도록 법령, 지침 또는 국가계획에 명문화하고 있다, 이에 정부차원의 탄소중립 및 지속 가능한 통합유역 물관리를 통한 국정과제의 충실한 이행이 요구되고 있다. 우리 정부는 탄소중립 과제를 국정과제로써 강력하게 추진하기 위해 대통령 직속으로 민관합동 ‘2050 탄소중립위원회’를 설치하고 적극적인 이행 전략을 수립하고 있다. 물관리 분야에서도 탄소중립을 위한 새로운 실천 전략이 필요하며, 이에 자연성기반기술(NbS) 기반의 물관리 기술이 가장 부합하는 핵심기술로 대두되고 있다. 또한 과거 관리주체별 공간적으로 단절된 유역관리 대책에서 통합유역관리로 전환됨에 따라 유역 및 하천공간 계획을 효율적으로 새롭게 추진할 수 있는 기반 여건이 조성되었으나, 기후위기 대응력 확보를 위해 이상 홍수에 대비한 국토공간 관리의 중요성이 확대되고 있다. 따라서 탄소중립 시대를 준비하기 위해 하천변 수림대 회복으로 탄소흡수원을 확대하고, 제방월류나 범람 시 홍수피해를 저감하는 수방림 확보 기술을 지역 여건에 따라 다양하게 개발할 필요가 있다. 자연성기반 홍수 완충공간과 연계한 홍수관리시설 설계 기술 하천의 하도와 제방, 저류지와 같은 홍수관리시설과 수변구역에 조성 가능한 홍수완충공간을 통합적으로 연계하여 분석할 수 있는 수리해석 및 설계 기술 개발이 필요하다. 또한, 지속 가능한 자연성기반기술의 해법을 도출하기 위해서는 수리안정성, 수환경 개선, 탄소저감 등의 개선 효과를 정량화하는 방법과 설계 및 운영 기술에 반영할 수 있는 대안 도출이 요구된다. 이와 관련하여 네덜란드는 1993년과 1995년 라인강 대홍수 발생 이후, 기후변화로 인해 증가하는 홍수위 상승과 해수면 상승을 대비한 전통적인 홍수관리 방법의 개선 및 홍수터 공간의 생태적, 친수적, 심미적 기능 개선을 목적으로 2006년부터 2015년까지 ‘Room for the River’의 국가 프로젝트를 수행하였으며, 34개 저수로 준설, 제방 이설, 저류지 및 습지 조성, 홍수터 표고저감 등의 다양한 설계 및 조성 기술을 적용하였다. 하천과 수변구역을 연계하는 자연성기반 홍수관리시설의 유형 분류 및 특성 하천과 수변구역을 연계하는 지연성기반 개방·가변형 홍수관리시설의 유형은 제방 후퇴, 제방 이설, 제방 완전개방/일부개방/일시개방, 저류지 포함 여부, 기타 하천시설물의 활용 등으로 분류할 수 있다. 기존의 제방을 후퇴/이설하는 유형과 기존 제방선은 유지하되 일부 제방구간의 물리적 형태를 개선하여 목표 홍수량 이상이 발생하였을 때 홍수완충공간으로 홍수가 월류되도록 하는 유형으로 크게 구분하였다. 후자의 경우 홍수완충공간이 위치하는 제내지의 지형 특성과 입지 특성을 고려하여 배후 제방 설치 유무가 반드시 고려되어야 한다. 또한 기존 제방선이 유지되는 경우에도 제방이 일부 혹은 상하류가 모두 개방되는 경우와 수문시설 개폐를 통해 홍수완충공간으로 유입되는 홍수량을 통제하는 유형으로 보다 세분화할 수 있다. 본 연구에서 제시하고 있는 홍수관리시설은 제방으로 한정하여 유형화를 수행하였으며, 자연성기반 개방·가변형 홍수관리시설(제방)은 흙 제방을 대상으로 자연친화재료(식생, 바이오폴리머 등)로 제방 표면을 처리하고 완경사 제방을 채택하는 그린인프라 제방을 기본으로 한다. 시범 지역 대상 유형별 특징 검토를 통한 개발 방향 수립 본 연구의 시범 구간은 국가하천인 금강의 충북 영동군 심천면 장동리에 위치한 동대제(0.28 ㎢, 해당유역: 1.45 ㎢)이며, 유형별 특징을 검토하여 개발 방향을 분석하였다(한국건설기술연구원, 2021). 해당 구간은 금강의 대청댐 상류와 용담댐 하류 사이에 위치한 조절하천 구간으로 홍수완충공간으로 조성하고자 하는 제내지는 주로 농경지 및 특용 작물지로 활용되어 오염원 저감을 위해 매수토지 비율이 높은 지역이다. 대부분 저지대이고 금강 외수위 상승으로 인해 집중호우 시 내수침수 피해가 발생하는 지역으로서 과거 2002년 루사, 2003년 매미, 2004년 민들레, 2012년 볼라벤, 2020년 집중호우로 인해 일부 내수침수 피해가 발생한 바 있다. 대규모 국유지를 활용한 홍수터 확장을 시행할 경우, 장동리 일원의 근본적인 치수개선 목표와 수환경 개선 효과를 모두 기대할 수 있을 것으로 기대된다. 현재 지형 특성을 살펴보면 본류 하도 하상고와 약 5~6 m표고차가 있으며, 제방 후퇴 및 이설 시 저류 효과 및 수생태 수변구역 조성 효과가 클 것으로 예상된다. 또한 동대제의 현 제방고 대비 홍수위 검토 결과 1.5 m 여유고가 미확보되어 치수능력 확보를 위해 제방 계획(축제)이 필요한 것으로 판단되는 구간이다. 금강 홍수위(101.94 El.m) 대비 장동리 농경지(95.8 m)가 약 6.1 m 낮아 내수침수를 방지하기 위한 조절시설의 계획이 요구되며, 제방 보강 및 펌프장설치와 수변구역을 다기능 홍수터로 조성하는 방법에 대해 사전에 검토되어, 현재는 홍수터 확장을 위한 제방의 후퇴/이설이 진행될 예정이다. ――――――――――――――――― 참고자료 • van Alphen, S. (2020). Room for the river: innovation, or tradition? The case of the Noordwaard. Adaptive strategies for water heritage, 309. • 한국건설기술연구원(2021) 대청댐 수환경 개선을 위한 홍수터 기초조사 연구 최종 보고서-금강의 수변구역과 하천을 연계한 자연기반해법의 홍수터 복원 계획 수립-. 2021년 금강수계 환경기초조사사업, 11-1480355-000119-01. • 환경부(2022) 자연성기반기술을 활용한 홍수 피해저감 및 완충 기술개발 연차보고서. RE202201481 수자원하천연구본부 게시일2024-06-26 조회수 1341
• AX 시대, 건설업계 AI 도입 수요 현황 AX 시대, 건설업계 AI 도입 수요 현황 ▲ 원지선 KICT 미래스마트건설연구본부 수석연구원 들어가며 출시 두 달 만에 사용자 1억 명을 돌파한 챗GPT에 이어 온디바이스(On-Device) AI와 생성형 AI 기능이 탑재된 AI 스마트폰까지 … 멀게만 느껴지던 인공지능은 일상에 스며들고 있으며, 일상을 넘어 비즈니스에 적용은 ‘선택’이 아닌 ‘필수’가 되고 있다. 새로운 AI 기술이 등장할 때마다 나의 업무에 어떻게 적용하고 앞으로의 전략은 어떻게 세워야 할까를 끊임없이 고민하게 되는 시대이다. AI 기술 발전 속도가 빨라지면서 AI 대전환(AI Transformation, AX)은 ‘미래’의 일이 아닌 ‘현재’의 화두(전자신문, 2024)가 되고 있다. 다가오는 AX 시대, 건설업계 종사자들은 AI 기술을 어느 업무에 적용하고 싶어 하고, 도입과정에서 어떤 어려움을 겪고 있을까? 한국건설기술연구원은 건설 AI 도입에 대한 업계의 인식과 수요를 파악하기 위해 주요사업(미래 건설산업 견인 및 신시장 창출을 위한 스마트 건설기술 연구, 2022년~2023년)을 통해 설문조사를 실시한 바 있다(한국건설기술연구원, 2022). 환경 변화로 설문조사 결과가 현재의 수요를 정확히 대변하기는 어렵지만 미래 방향 설정과 대응에 도움이 되길 바라며 일부 내용을 소개하고자 한다. 설문조사 개요 및 응답자 특성 설문조사 전체 항목은 ① 소속기관의 AI 도입 현황 및 계획, ②건설분야 AI 도입 인식, ③ 건설분야 AI 도입 수요, ④ 건설분야 AI 도입 장애요인 및 생태계 조성방안으로 구성된다. 이 글에서는 AI 시장 상황에 따라 답변의 변화가 클 것으로 예상되는 ①번과 ②번 항목은 제외하고 AI 기술을 우선 도입하고 싶은 건설 업무를 조사한 ③번 항목과 중장기적으로 건설산업에서 대응이 필요한 ④번 항목의 분석 결과를 중점적으로 다루었다. 설문조사는 건설업계 종사자 대상으로 진행하였으며 총 107명이 참여하였다. 건설 업무에 AI 기술을 활용한 경험이 있는 사람은 49.5%, 없는 사람은 50.5%로 거의 동등한 비율을 보였다. 응답자의 소속기관은 설계사가 29%, 공사/공단이 22.4%, 학계/연구원이 16.8%이며, 담당업무로는 설계와 시공업무 담당자가 각각 32.8%와 21.5%로 절반 이상을 차지했다. 응답자의 약 82%는 10년 이상 경력을 가진 종사자이며, 담당하는 시설분야는 건축과 도로가 각각 42.1%, 34.6%로 큰 비중을 차지했다. 건설분야 AI 도입 수요 현황 건설분야의 AI 도입 수요를 조사하기 위해 건설 단계별로 AI 도입이 가능한 업무 목록과 업무별 AI 적용 사례를 제시한 후, AI 기술 도입이 시급하게 필요하다고 생각하는 업무를 우선순위에 따라 선택하도록 했다. 이 글에서는 우선순위 1순위 업무에 대한 통계와 응답자 특성에 따른 수요 분석 결과 일부를 선별하여 설명하였다. 기획·설계 단계 기획·설계 단계의 수요는 그림 2에 표현된 8개의 업무를 기준으로 조사하였다. 전체 종사자와 기획·설계 업무 담당자의 수요 비교 현황과 AI 활용 경험 유무에 따른 수요 분석 결과는 다음과 같다. 전체 종사자와 기획·설계 업무 담당자 그룹은 공통적으로 최적 설계안 도출 및 설계특성 추출을 위한 ‘설계 분석 및 해석’, 개산견적 예측과 같은 ‘공기 및 공사비 산정’, 다양한 설계안 생성과 같은 ‘설계 기획 및 계획’에서 높은 수요를 보였다. 두 그룹은 8개의 세부 업무에 동일한 우선순위를 부여했다. 건설 AI 활용 경험 유무에 따른 수요를 비교해 보면, ‘설계기획 및 계획’에서 경험이 있는 그룹이 경험이 없는 그룹보다 눈에 띄게 큰 수요를 나타냈다. 이는 실무에서 AI 기반 설계 자동화 솔루션의 활용 경험으로 인해 도입 효과에 대한 기대치가 반영된 것으로 분석된다. 시공 단계 시공 단계의 수요는 그림 3에 표현된 5개의 업무를 기준으로 조사하였다. 전체 종사자와 시공 업무 담당자의 수요 비교 현황과 건설분야 종사기간에 따른 수요 분석 결과는 다음과 같다. 전체 종사자와 시공 업무 담당자 그룹은 공통적으로 사고 예측, 재해사례 분류 등과 같은 ‘안전관리’와 공정 최적화 같은 ‘공정관리’에서 높은 수요를 보였다. 시공 업무 담당자는 ‘안전관리’에 대해 전체 종사자보다 15% 정도 높은 수요를 보이는 것이 특징이다. 이는 중대재해처벌법 등 건설현장의 안전이 더욱 중요해짐에 따라 실무에서 AI 기반 안전관리 기술에 대한 필요성을 크게 체감하는 상황으로 분석된다. 건설분야 종사 기간에 따라 수요를 비교해 보면, 다른 그룹에 비해 5년 미만 경력자는 ‘품질관리’에, 5~10년 미만 경력자는 ‘공정관리’에 상대적으로 높은 수요를 보였다. 유지관리 단계 유지관리 단계의 수요는 그림 4에 표현된 4개의 업무를 기준으로 조사하였다. 전체 종사자와 유지관리 업무 담당자의 수요 비교 현황과 건설분야 종사기간과 AI 활용 경험 유무에 따른 수요 분석 결과는 다음과 같다. 전체 종사자와 유지관리 업무 담당자 그룹은 공통적으로 AI 기술 도입이 가장 시급한 업무를 손상 탐지나 상태등급 평가예측을 다루는 ‘점검진단’으로 답변했다. 유지관리 업무 담당자는 구조 상태변화 모니터링과 같은 ‘상시계측’보다 보수공법/비용/시기를 예측하는 ‘보수보강’에 더 높은 수요를 보여 그룹 간 시각 차이를 보였다. 열화모델 생성, 노후도 예측과 같은 ‘예방적 유지관리’에 대한 수요는 가장 낮았다. 건설분야 종사 기간에 따른 수요를 살펴보면, 15년 이상 경력자 그룹은 다른 그룹과 달리 ‘상시계측’에 가장 높은 수요를 나타냈으며, 5~10년 미만 경력자 그룹은 ‘보수보강’보다 ‘예방적 유지관리’에 대해 높은 수요를 나타낸 것이 특징이다. AI 기술 활용 경험 유무에 따라 기술 수요를 살펴보면 경험자는 ‘상시계측’에, 미경험자는 ‘점검진단’에 가장 도입이 시급하다고 응답했다(원지선, 2024). 건설분야 AI 도입 장애요인 및 생태계 조성방안 건설분야에 AI 도입 시 장애요인을 진단하고 향후 AI 활성화를 위한 방안을 마련하고자 AI 기술 활용 경험자 그룹과 미경험자 그룹으로 나누어 의견을 조사하였다. AI 도입 및 활용시 고충사항은 전체 응답자와 AI 활용 경험자 그룹 모두에서 ‘데이터 확보 및 품질 문제’, ‘AI 관련 인력 부족’, ‘건설에 특화된 기반 기술 부족’ 순으로 조사되었다. AI 개발 경험자를 대상으로 AI 도입 장애요인을 해결하고 향후 건설분야 AI 도입 활성화를 위한 방안을 조사한 결과, ‘데이터 개방 등 AI 인프라 구축’에 대한 의견이 많았다. 이외에도 ‘AI 인력 양성’, AI 활용 인식 확대’, ‘규제 개선 및 규율 체계 정립’, ‘AI 관련 연구개발 지원’ 등에 대한 과제가 도출되었다(신재영 등, 2023). 마치며 이 글에서는 건설업계 종사자 107명의 의견을 바탕으로 AI 기술 도입이 필요한 건설 업무 수요 현황을 살펴보았다. 건설업계는 설문조사 시점과 다르게 생성형 AI 등장으로 새로운 변화를 맞이하고 있다. 기술은 혁신성보다 사람들에게 얼마나 친숙하고 쓸모 있느냐로 기술의 미래가 판가름난다고 한다. 비즈니스에 AI 기술을 가치 있고 쓸모 있게 활용하기 위해서는 어떤 업무에 도움을 받고 어떤 문제를 해결하고자 하는지에 대한 니즈 파악이 우선되어야 할 것이다. 본 자료가 건설업계 종사자의 니즈를 파악하고 자신만의 전략을 구상하는 데 도움이 되길 기대해 본다. ――――――――――――――――― 참고자료 전자신문(2024, 1월 1일), AI 대전환(AX) 시대 앞서가자, https://www.etnews.com/20240101000072. • 한국건설기술연구원(2022), 건설분야 AI 도입 인식 수요 및 생태계 조성방안 조사 결과보고서. • 원지선(2024), 시설물 유지관리 분야 AI 인식현황 및 연구동향, KACEM News, Vol 242. • 신재영, 원지선(2023), 국내 건설분야 AI 활성화를 위한 실무자 인식에 관한 연구, 한국산학기술학회 논문지, Vol. 24, No. 6, pp. 386-399. 미래스마트건설연구본부 게시일2024-06-26 조회수 2311
• '순환골재 품질인증 및 관리에 관한 규칙' 개정 연혁 '순환골재 품질인증 및 관리에 관한 규칙' 개정 연혁 ▲ 전수민 KICT 건설시험인증본부 연구위원 제도현황 및 인증규칙 제·개정 개요 「건설폐기물의 재활용 촉진에 관한 법률」 제36조에 따라 국토교통부 장관은 순환골재의 품질을 확보하기 위하여 품질 인증을 할 수 있고, 법 시행령 제29조에 따라 인증 및 실태조사 업무는 한국건설기술연구원에 위탁되어 있다. 순환골재 품질인증 관련 제도는 그림 1과 같이 법률, 시행령, 부령, 고시 및 지침 총 5단계의 체계로 구성되어 있는데 법률 및 시행령에는 업무 근거가 명시되어 있다. 그림 2와 같은 구체적인 업무절차는 국토교통부령인 「순환골재 품질인증 및 관리에 관한 규칙」(이하 인증규칙)에 명시되어 있어 동 규칙이 인증업무의 실무규정인 셈이다. 2006년 4월 인증규칙 제정 이후 2021년 12월 최근 개정까지 총 16차례 개정이 이루어졌으며 국토교통부의 개정 취지와 조항별 개정 내용에 따라 이를 업무개선, 품질제고 및 단순변경 3개 유형으로 구분할 수 있다. 유형별로 업무개선이 5차례(1차, 5차, 6차, 12차 및 16차), 품질제고가 2차례(4차 및 7차)였고 나머지 9차례(2차, 3차, 8차∼11차, 13차∼15차)는 용어변경 등 단순변경이었다. 이 글에서는 이 중 업무개선 및 품질제고 개정 내용에 대하여 살펴보고자 한다. 업무개선 개정 내용 우선 소폭 개정을 살펴보면 1차 개정의 경우 인증신청 자격에 기존 건설폐기물 중간처리업자 외에 폐기물처리시설 운영자 등을 추가하였는데, 건설폐기물 중간처리업자 외에는 제반 규정에서 요구하는 서류 및 심사기준을 충족하기가 현실적으로 어려워 저변이 확대되는 결과를 도출하지는 못하였다. 5차 개정의 경우 인증유효기간(3년) 동안 시정 대상에 해당되지 않은 경우 우수사업장으로 인정하고 유효기간을 2년 연장하는 제도를 도입하였는데 도입 6개월 후 6차 개정 시 유효기간 자체가 폐지되고 우수사업장 제도도 폐지되었다. 12차 개정에서는 동등 이상 시설변경 시 재심사 대상에서 제외하도록 하였는데 16차 개정 시 재심사 절차가 대폭 간소화되어 의미가 없게 되었다. 그리고 대폭 업무개선은 6차 및 16차인데 6차 개정(2011.01.27.) 시 국가경쟁력강화위원회의 인·허가제도 선진화 방안에 따라 인증유효기간을 폐지하여 실태조사 시 부적합이 발생하지 않는 경우 인증이 지속적으로 유지되도록 하였다. 인증수수료, 서류, 사업장심사 및 품질시험 등 유효기간에 따라 주기적으로 발생하는 업체의 부담을 없앤 실효성 있는 업무개선이었다. 최근의 16차 개정은 장을 나누어 보다 구체적으로 살펴보았다. 품질제고 개정내용 4차 및 7차 개정은 품질제고에 관한 개정으로 4차 개정의 경우 구비서류에 생산시설운전 및 관리규정을 추가하였는데 주요 서류인 골재생산 공정도보다 비중이 적어 실제로는 큰 의미가 없었다. 7차 개정의 경우 재심사 또는 운영실태조사 시 사업장심사와 품질검사를 실시하는 내용을 명시하고 행정처분 대상인 경우 인증 반납이 불가하다는 내용 을 신설하였는데, 전자는 기존에 수행하던 업무절차를 명문화한 것으로 실제 품질관리를 강화한 것은 아니며, 후자의 경우 표 1과 같이 전체 인증 건 대비 반납 사례가 적어 품질제고에 큰 의미는 없었다. 최근개정 내용에 대한 고찰 16차 개정(2021.12.23.)은 가장 최근 개정으로, 16차례의 개정 중 입법예고 이후 의견수렴에 최장기간이 소요된 개정이고 업무 전반에 영향을 미치는 큰 변화가 많았는데 담당자 겸직 허용, 재심사 절차 간소화, 실태조사 면제 확대 및 보완 확인절차 간소화 이렇게 4가지가 주 내용이다. 첫째, 담당자 겸직 허용은 표 2와 같은 필수인력 중 자격 또는 경력 및 품질교육이 요구되는 품질담당자와 자격 또는 경력이 요구되는 환경담당자의 겸직을 허용한 것으로, 업체의 인력난을 해소하고 건설폐기물 중간처리업 관련 환경담당자와의 혼선을 해소하는 현실적 개선 내용이다. 둘째, 재심사 절차 간소화는 시설 변경에 대하여 신규 신청 시와 동일하게 수수료를 부과하고 신청서류 구비, 심사 및 2회 품질시험까지 실시하던 기존 절차를 크게 개선한 것이다. 시설 변경 후 중간처리업허가증, 공정도 및 공인성적서 등을 첨부하여 제출하면 대표자 변경에 따른 인증서 재교부 절차와 동일하게 수수료 없이 서류 확인 후 인증서를 재발급하도록 절차를 대폭 간소화한 것이다. 업체 입장에서는 종전의 재심사 수수료, 서류 및 2회의 품질시험에 대한 부담이 없어졌고, 제도적으로는 재심사 품질시험 부적합 시 발생하던 혼선이 해소된 합리적인 절차가 도입된 것이다. 셋째, 운영실태조사 면제 대상 확대의 경우 인증규칙 제15조에 따른 실태 조사 면제 대상에 전년도 실태조사 품질시험 결과가 적합한 경우를 추가한 것이다. 이로써 626건의 품질인증 중 393건으로 가장 많은 비중을 차지하는 도로공사용 순환골재의 경우 품질시험 합격률이 약 90%로 결국 대부분의 업체가 격년으로 실태조사를 받게 되는 규제완화가 이루어진 셈이다. 넷째, 실태조사 시 품질시험 부적합에 대한 처리절차를 개선하였는데, 기존에는 시험결과가 부적합한 경우 그림 3의 좌측 흐름처럼 한국건설기술연구원, 국토교통부, 업체 사이에 다수의 절차를 거쳐 시정확인이 이루어졌었는데 그림 3의 우측과 같이 국토교통부의 처리과정을 없애 행정력 낭비를 줄이고 부적합 발생에 대한 조속한 시정 및 확인이 가능하도록 한 것이다. 마치며 순환골재 품질인증 관련 최상위 실무 규정인 「순환골재 품질 인증 및 관리에 관한 규칙」이 지난 16년간 어떻게 개정되어 왔는지 살펴보았는데, 업무개선 5회, 품질제고 2회, 단순변경 9회가 이루어졌다. 품질제고 취지의 4차 및 7차 개정이 실질적인 효과를 도출하지 못하였기에 전반적인 규칙 개정 방향은 업무개선 또는 업무효율화였다고 볼 수 있다. 특히 2011년 6차 개정 시 인증유효기간을 폐지하여 지속적으로 인증이 유지되도록 규제를 완화하였으며, 2021년 16차 개정 시 담당자 겸직 허용, 재심사 간소화, 실태조사 면제 확대 등을 하여 업체의 부담을 줄이고 인증업무를 효율적으로 수행할 수 있도록 하였다. 유효기간 폐지와 재심사 간소화에 따라 종전에 발생하던 비용 감소, 실태조사 면제 확대에 따라 도로공사용 인증의 약 90%에 대하여 사후관리비용 절반이 감소된 것이며 관련 시료생산 및 품질시험 비용을 고려할 때 6차 및 16차 개정은 인증 기업의 부담을 실질적으로 줄여 주는 실효성 있는 개정이다. 이처럼 인증규칙 개정 흐름은 지속적으로 규제를 줄여 기업의 경쟁력을 강화하는 방향으로 진행되어 왔는 바, 인증업체에서는 규제 완화에 부응하여 규칙 제14조(인증업자 자체품 질관리)에 따른 품질관리를 충실히 하여 건설폐기물법의 목적인 ‘건설폐기물 재활용을 통한 국가 자원의 효율적 이용’ 에 이바지하여야 할 것으로 생각된다. ――――――――――――――――― 참고자료 전수민(2023), 순환골재 품질인증 및 관리에 관한 규칙 16차 개정연혁 및 개정내용에 대한 고찰. 한국건축시공학회지, vol.23, no.6, pp.739- 750, Dec 20. 건설시험인증본부 게시일2024-05-20 조회수 1585
• SAR Data 활용 지하 교통 인프라 광역 지반조사 기술 동향 및 적용 사례 SAR Data 활용 지하 교통 인프라 광역 지반조사 기술 동향 및 적용 사례 ▲ 김우석 KICT 지반연구본부 수석연구원 들어가며 일반적으로 도심지 입체화된 지하 교통 인프라는 복잡한 지반의 특성, 인접 구조물의 영향 등으로 인해 많은 불확실한 조건이 존재하고 있어, 지하공간 개발을 위한 건설 및 운영 중의 안전 감시는 중요하게 여겨지고 있다. 건설 중의 위험 예측과 안전한 유지관리 운영은 건설 비용 절감에 유용하므로 보다 효율적인 방법을 모색하는 것이 필요하다. 특히, 합리적인 비용과 정확도가 있는 조사 방법으로 광역적인 지역에 대한 지표상의 지반 및 인프라 시설물의 변화를 모니터링할 수 있다면 좋은 평가를 받을 수 있을 것이다. 최근 세계적으로 네트워크를 통해 대용량 위성 자료(LANDSAT, MODIS, SENTINEL 등)를 획득할 수 있는 체계가 구축되고 있다. 광범위한 지역을 대상으로 위성 원격 탐사 기술 중 하나인 합성 개구 레이더(Synthetic Aperture Radar, SAR) 이미지를 활용하여, 간섭형 합성 개구 레이더(Interferometric SAR, InSAR) 기법을 통해 24시간 고해상도의 다양한 원격 감지가 가능하다. 이 글에서는 이러한 위성 자료의 일종인 SAR 자료를 활용하여 지상에 특별한 장치를 설치하지 않고 광범위한 면적에 대해 공간적 변화 관찰이 가능한 조사 기술의 적용 사례 현황과 미래 방향을 소개하고자 한다. SAR 개념 및 현황 SAR는 항공기나 인공위성에 부착된 레이더 장치로, 고해상도 원격 감지 이미지 생성이 가능하며, 수 센티미터에서 수십 센티미터까지의 마이크로파를 사용하는 능동 원격 감지로, 모든 날씨 조건에서도 관측이 가능한 장점이 있다. 다만, 어느 정도의 정확한 결과물을 얻기 위해서는 복잡한 자료 분석이 필요하다는 것이 마이크로파 원격 감지 사용의 단점이다. SAR 위성의 개발은 미국의 SEASAT이 1978년에 시작하여 자료를 제공하고 있으며, 뒤를 이어 Almaz(소련/러시아), ERS-1(유럽), JERS-1(일본), ERS-2(유럽), RADARSAT- 1(캐나다) 등의 많은 위성이 지구 주위를 돌며 레이더 센서를 탑재하여 SAR 자료를 제공하고 있다. 특히, 유럽우주국 (ESA)에서 운용 중이며 2024년 현재 국내외에서 무료로 많이 활용하고 있는 Sentinel-1 위성의 경우 2개의 위성 중 Sentinel-1B 위성에서의 자료 제공이 종료(2021년 12월 23일)되었으며, Sentinel-1C가 곧 운용될 예정이다. 국내에서는 한화시스템에서 초소형 SAR 위성을 발사하여 상용화 예정이어서 국산 자료의 취득 가능이 임박해 있다. InSAR 기술은 두 개 이상의 레이더 파장이 지표면에서 반사된 후 서로 간섭하는 방식을 기반으로 지표면의 이동이 레이더 파장의 위상에 변화를 일으켜 간섭 패턴의 변화를 생성하게 되므로 이를 통해 지표면의 변화를 계산할 수 있다. 특히, 인공위성 SAR는 고유의 궤도에서 영상을 획득하므로, 두 개 이상의 다른 시점에서 취득한 자료를 기반으로 지표면 변위를 관측할 수 있어 간섭 패턴의 차이를 분석함으로써 지표면의 속도와 방향을 정량화할 수 있다. 이러한 기술은 지진 및 화산 활동, 지표 및 지하 수치 분석 등 지구과학 분야 외에도 지반의 거동 특성 파악 등 다양한 응용 분야에서 활용되고 있다. 국내외 SAR 자료 활용 사례 2014년 미국 시애틀에서는 SR99 터널 건설 중 굴착 사고에 따른 후속 조치를 위해 신규 수직갱이 필요한 상황이 발생하였고, 긴급 굴착에 따른 지하수위의 급격한 변화와 연계한 주변 지표면의 변화가 예상되어 InSAR를 이용하여 지반침하에 대한 모니터링을 수행한 사례가 있다. 일본의 경우 댐의 체적 변위 계측을 통한 댐구조물의 안전성 진단, 활화산의 운동에 따른 용암의 이동 변화 관찰, 지진발생에 따른 지형변화 관찰, 전국 단위 지표변위 검토 등 다양한 분야에서 일찍이 SAR를 활용한 연구가 많이 진행되고 있다. 또한, 인도네시아에서는 지하수위 강하에 따른 도시재 해에 대응하기 위한 모니터링, 섬 지역의 해안선 변화에 대한 모니터링 등에 활용되고 있다. 국내에서는 경상북도와 강원도에서 수집한 SAR 자료를 이용하여 산사태, 수해 등으로 피해를 입은 재난지역에서의 활용 가능성을 분석한 사례가 있으며, 화산 분화 가능성이 제기된 백두산과 한라산의 화산활동 감시를 목적으로 지표변위 예측 및 재난 리스크에 대한 연구를 진행한 사례가 있다. 그 외에 건설교통 분야에서는 지반침하로 인한 고속철도의 재난관리와 관련하여 GIS 활용 고속철도 노선 대상 위험분포지도(Risk map)를 제작하기 위해 주요 위험 구간에 대한 SAR 자료를 활용한 지반침하 분석을 수행 한 사례가 있다. 또한, 철도 시설물에서 침하 및 틀림에 의한 사고 발생 방지를 위한 적정 수준의 변형을 유지하기 위해 궤도, 사면, 구조물 구역의 변위량을 분석하여 광범위한 인프라 시설에 모니터링을 위한 기법으로 활용 가능하다는 것을 확인한 사례도 있다. 한국건설기술연구원에서는 2015년부터 2020년까지 수행한 지반안전연구단(연구단장: 백용 선임연구위원)에서 지반함몰 위험성 예측 및 평가 기술개발을 위한 연구과제를 수행하였다. 그 결과물의 하나로 지반침하 위험성 예측을 위해 SAR 자료를 활용한 사례가 있다. 이 연구에서는 국내 주요 도시 전체를 대상으로 SAR 자료 활용 시계열 분석을 수행하여 인프라 구조물(지하철 노선, 지하도로, 지하 터널, 교량의 교각부)에서 변위가 발생함을 확인할 수 있었다. 또한, 2020년부터 2024년까지 도심 지하 교통 인프라 건설 및 운영 기술 고도화 연구단(연구단장: 김창용 선임연 구위원) 과제에서는 지하 교통 인프라 안전 건설을 위한 조사 부분에 있어 SAR 자료를 활용한 지반조사 기법을 도입하고자 지표변위 모니터링에 대한 적용 가능성 연구를 수행하고 있다. 부산 지역의 만덕-센텀 지하차도 및 수도권 GTX-A 일부 노선을 대상으로 노선상의 굴착 심도 고려 모니터링 범위 설정을 적용하여 시계열 분석을 통한 지표 변위에 관한 결과를 도출하였다. 건설·교통 분야 적용 미래 방향 일반적으로 지하 교통 인프라 건설지를 대상으로 지표변위를 관측하기 위해서는 변위계, 경사계, 침하계 등의 현장 단 위 변위 계측장비와 범지구 위치 결정 시스템(GPS)과 같은 측위 장비를 통해 관측할 수 있었다. 이제는 SAR 자료를 활용한다면 더 광역적이면서도 밀리미터 단위까지 장기간의 지표변위까지도 모니터링이 가능할 것으로 예상된다. 향후, 건설·교통 분야에서 InSAR 기법 활용을 위해서는 현재 단점으로 부각되고 있는 실시간 또는 원하는 시점의 자료제공 불가능, 원자료의 후처리 소요시간, 정밀한 분석을 위한 필수 해석프로그램의 높은 가격 등의 극복을 위해 라이다(LiDAR) 또는 실시간 영상정보(일명 CCTV 정보) 등 동일 목적 유사 정보와의 중첩 분석 기술, 건설 분야 맞춤형 SAR 자료 해석 모듈, 지하 터널 굴착 실계측자료 연동 지표변위 예측 모델, 누적 SAR 자료 시계열 분석 결과 기반의 근미래 지표 변위 예측 모델, 인프라 시설물 설계-시공-운영 단계별 통합 지표변위 통합관리 시스템 등 관련 기술 개발이 필요하며, 이를 통해 국가 인프라 디지털화 및 재해 예방을 통한 국민 안전 확보 등에 이바지할 수 있을 것으로 생각된다. ――――――――――――――――― 참고자료 • Hanssen, R.F.(2001) Radar interferometry: Data interpretation and error analysis (Vol. 2), Springer Science & Business Media, 308p. • MDA.(2018) INSAR Monitoring of Land Deformation, https:// mda.space/en/ • P.E. Yastika, N. Shimizu and H. Z. Abidinc. (2019) Monitoring of long-term land subsidence from 2003 to 2017 in coastal area of Semarang, Indonesia bySBAS DInSAR analyses using Envisat ASAR, ALOS PALSAR, and Sentinel-1A SAR data, Advances in Space Research, v.63, pp.1719-1736 • Shimizu. N.S.(2019) 時空間切れ目のない変位モニタリングにお 3(GPS,SAR) 1,, no.402, pp.3-9 (InJapanese). • TRE ALTAMiRA.(2021) https://site.tre-altamira.com/insar/ (20 Dec. 2021) 지반연구본부 게시일2024-05-20 조회수 1333
• 탄소중립 시대 자원순환 연구 개발 전략 탄소중립 시대 자원순환 연구 개발 전략 ▲ 이재엽 KICT 환경연구본부 수석연구원 들어가며 탄소중립이란 기후변화를 막기 위해 대기로 순배출하는 온실가스의 양을 ‘0’이 되도록 하는 것이며, '넷제로(Net-Zero)' 라고도 한다. 순배출은 산업활동에서 유래한 온실가스 배출량에서 인류의 노력에 의한 흡수량을 뺀 것으로, 두 양을 같게 하면 배출량이 제로(0)가 되는 셈이다. 유럽연합(EU)을 비롯한 미국, 일본 등은 2050년까지 탄소 배출량을 ‘0’으로 하겠다는 ‘2050 Net Zero’의 탄소중립 달성 목표 기후법안에 잠정 합의하였다. 탄소중립은 국가 간의 협약을 넘어 경제 제재까지 이어지고 있다. 2021년 7월 EU와 미국은 약속이나 한 듯 탄소국경세 제도를 발의하였다. 탄소국경세로 인해 자국의 기업이 철강·알루미늄·시멘트·비료·전기 등 온실가스 배출이 많은 산업에 속한 외국 기업과 무역을 할 경우, 수입량에 따라 인증서 형태의 세금이 부과된다. 과세액은 수입품의 생산과정에서 발생한 탄소배출량이 된다. 따라서 생산과정부터 탄 소배출량을 엄격하게 관리할 뿐 아니라 재활용 자원의 적극 사용을 통해 그 양을 줄여야 한다. 바이오매스 전환 기술 바이오매스는 생산과정에서 다량의 이산화탄소를 흡수하기 때문에, 이를 원료로 하여 생산된 바이오연료의 연소는 배출량에 가산되지 않는다. 이에 따라 정부에서는 바이오연료의 사용을 적극 장려하고 있다. 2022년 10월 산업통상자원부는 친환경 바이오연료 확대 방안에 의해 2030년 바이오디젤 의무혼합비율 목표를 5%에서 8%로 상향하였다. 바이오디젤은 팜유, 대두유, 포도씨유 등 트리글리세라이드(Triglycerides)가 포함된 유지와 메탄올을 합성하는 에스테르 교환 반응(Transesterification)에서 얻는다. 바이오매스뿐 아니라 폐식용유, 동물성유지, 음식물폐기물의 폐유에서도 같은 방법으로 바이오디젤을 얻을 수 있다. 바이오에탄올 또한 차세대 바이오연료로 주목받고 있다. 에탄올을 그대로 사용할 수도 있지만 휘발유와 혼합하여 사용할 수 있기 때문이다. 바이오에탄올을 비교적 쉽게 얻는 방법은 식량자원을 활용하는 방법이다. 사탕수수와 옥수수 등으로부터 글루코스를 추출하고, 해당 과정(Glycolysis)을 거쳐 에탄올을 생산한다. 비식량자원인 목질계 원료로부터도 에탄올을 생산할 수 있다. 리그닌을 분리한 셀룰로스에서 가수분해와 당화 (hydrolysis and saccharification) 과정으로 글루코스를 얻는 것이다. 다만 식량자원에 비해 생산과정이 까다로워 상용화가 어렵다. 목질계 원료에서는 퓨란계 화합물인 FDCA(2,5-furandicarboxylic acid), GVL(γ-valerolactone), LA(levulinicacid) 등의 고부가가치 화합물을 추출하는 방법을 고려할 수 있다. 한편 식량자원을 바이오연료의 원료로 사용하는 방법은 인플레이션을 유발한다는 지적이 있다. 에너지용으로 전환된 식량자원으로 인해 식량의 공급량이 줄고, 연계된 식자재 비용의 증가를 초래하기 때문이다. 최근의 설탕 감축 캠페인과 그로 인한 감미료 관련 산업의 성장으로 인해 식자재 비용 증가 추세는 가속화될 수밖에 없다. 따라서 식량자원을 이용한 바이오연료 생산은 경제적인 검토가 뒷받침되어야 한다. 폐플라스틱 정책 2020년 조사 결과에서 생활계 폐비닐 재활용은 소각형이 80%인 반면, 화학적 재활용은 20%에 불과하였다. 이를 개선하기 위해 2023년부터 환경부는 열 회수와 연료 활용 중 심의 소각형 재활용을 고부가가치의 화학적 재활용(열분해) 으로 전환하고자 다음의 정책을 추진하고 있다. ① 2022년부터 폐플라스틱의 원료·연료화 기술 개발을 지원하며, 화학적 재활용 업체에 대한 지원금 단가를 상향 ② 공공열분해시설을 지속적으로 확충하며 열분해유를 활용한 플라스틱 제품도 폐기물부담금을 감면받을 수 있도록 재활용 실적 산정방법 및 감면 기준 마련 ③ PET 1만 톤/년 이상 플라스틱 생산 업체의 재생원료 사용 을 2030년까지 30%로 의무화하고, 재생원료 사용 표시제도와 공공기관의 재생원료 사용제품 구매 촉진 지침 마련 2024년에 발표한 주요업무 추진계획에서도 국가 전략산업 내 석유화학 부분을 지원하기 위해 폐플라스틱을 소각 처리하는 대신 열분해와 같은 화학적 재활용을 활성화하도록 방향을 설정하고 있다. PET의 화학적 재활용 기술과 PEF 일회용 음료병으로 많이 사용되는 PET는 회수된 병을 분쇄하여 작은 조각(Flake)으로 만들고 녹여서, 다시 음료병으로 성형하는 물리적인 방법으로 재활용된다. 그러나 재생산 과정에서 연결구조가 짧아져 품질이 저하된다는 단점이 있다. 반면 해중합(Depolymerization) 기술은 품질 저하를 막기 위해 폐PET에서 원료를 흡수하는 화학적인 재활용 방법이다. 해당 반응(Glycolysis)이나 메탄 분해(Methanolysis)로 PET의 원료인 BHET 또는 DMT를 회수한다. 롯데케미칼은 울산2공장을 기존의 PET 생산 공정을 2024년 11만 톤 규모의 화학적 재활용 방법으로 PET를 생산하는 설비로 개조할 계획을 발표했다. PEF(Polyethylene furandicarboxylate)는 PET를 대체하는 친환경 플라스틱 소재로 주목받고 있다. 석유 원료를 사용하지 않을 수 있고, 생분해성이 높다. PEF는 황산(H2SO4) 촉매 및 고온(100~250℃) 조건에서 글루코스와 같은 당으로부터 HMF, FDCA 등으로 전환하며, 에틸렌글리콜을 합성하여 생산한다. 한국화학연구원에서는 키토산을 이용하여 2,5-FDCA를 얻는 고효율 촉매를 개발하였다(ACSSustainable Chemistry&Engineering, 2019). 자원순환 연구개발 전략 바이오매스나 폐플라스틱을 보편적으로 재활용하는 방법으로는 열분해(Pyrolysis) 또는 가스화(Gasification) 기술이 있다. 무산소 조건에서 높은 열(600~850℃)을 가하여 환원시키는 기술이다. 해당 기술은 다른 재활용 공정에서 적용이 어려운 원료까지 접근이 가능하다. 그러나 열분해와 가스화는 열을 사용한 공정이기 때문에 운영이 까다롭고 에너지 소비가 많다. 에너지 관점에서는 상대적으로 열 소모가 적은 공정의 재활용 처리를 우선해야 한다. 위에서 살펴보았던 것과 같이 바이오매스와 폐플라스틱을 화학적으로 전환하는 기술은 대부분 비열처리이거나 높은 열이 필요하지 않다. 따라서 자원순환에서 연구 개발이 중점돼야 할 과정은 바이오매스와 폐플라스틱 원료의 선별 및 폐유지의 정제 등 전처리 과정에 있다. 전처리 과정은 원료의 안정적인 공급 과 불순물로 인한 운영 손실과 품질 저하를 방지하며, 재활용 공정의 종착점이라고 볼 수 있는 열분해와 가스화, 소각 등 가열 공정의 부하를 덜게 하는 방법이다. ――――――――――――――――― 참고자료 • Long, F. et al., 2021. State-of-the-art technologies for biofuel production from triglycerides: A review, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 148. • 에너지신문(2022, 8월 23일) 롯데케미칼, 화학적 재활용 페트 (C-rPET) 시생산 돌입. https://www.energy-news.co.kr/news/articleView.html?idxno=83626 • 환경부, 2024년 주요업무 추진계획 “민생과 함께하는 환경복지, 미래로 나아가는 녹색강국”, 2024. 01. • 환경부, 생산·소비·재활용 전 과정에 순환경제 전환 박차: 2023년 환경부 자원순환분야 업무계획 중점 추진과제, 환경부 보도자료, 2023년 1월 31일. 환경연구본부 게시일2024-05-20 조회수 995

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