KICT 한국건설기술연구원

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• 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 188
• 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 203
• 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 145
• 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 59
• 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 239
• 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 285
• 저탄소 청정 화력발전을 위한 유기성 폐기물 자원화 기술 개발 저탄소 청정 화력발전을 위한 유기성 폐기물 자원화 기술 개발 ▲ 정윤아 KICT 환경연구본부 수석연구원 들어가며 온실가스 감축을 통한 기후위기 대응을 위해 우리나라는 2020년 '2050 탄소중립 추진전략'을 확정·발표하였다. 저탄소 에너지 기술의 발전과 보급은 탄소중립 목표 달성을 위한 핵심 요소라 할 수 있다. 2022년 기준 국내 석탄화력발전량은 총발전량 중 39.7%로 원자력발전(41.0%)에 이어 두 번째로 비중이 높다(에너지경제연구원, 2023). 석탄은 연소 과정에서 다량의 이산화탄소를 배출하는 반면, 바이오매스는 생물학적 과정에서 이산화탄소를 흡수하여 성장하기 때문에 탄소중립적 연료로 간주된다. 석탄화력발전소에서 바이오매스를 혼소(mixed firing)하면 신재생 에너지의 비중을 늘리는 동시에 전체 탄소배출량을 줄일 수 있어 국가 탄소중립 목표 달성에 크게 기여할 수 있다. 바이오매스 혼소는 기존 발전 설비의 활용이 가능하기 때문에 석탄화력발전소에서 온실가스 배출을 감축할 수 있는 가장 간편한 방안 중 하나이기도 하다. 현재 국내 석탄화력발전소에서는 발열량 기준으로 3~5% 수준까지 바이오매스 혼소 발전이 이루어지고 있다. 이 글에서는 화력발전에서 유기성폐기물 기반 고형연료 혼소 기술 현황에 대해 정리하고 기술적인 도전 및 향후 전망에 대해 다루고자 한다. 유기성 폐기물 기반 고형연료 기술 개발 현황 유기성 폐기물은 생물에서 유래한 유기물질로 이루어진 폐기물로 농·임산 부산물, 하수슬러지, 음식물류 폐기물 등이 대표적이다. 유기성 폐기물 기반 고형연료는 환경 오염을 줄이고 자원의 효율적 이용을 통한 에너지 회수와 동시에 폐기물 관리가 가능한 주요한 수단으로 부상하고 있다. 특히, 화력발전소에서 사용하는 경우 에너지 효율을 높이고 화석 연료 의존도를 낮춰 화력발전소의 연료 유연성을 높일 수 있다. 그뿐만 아니라 기존 연구를 통해 바이오매스 혼소는 NOX, SOX, CO2 배출 감소에도 기여함을 확인하였다(Verma et al., 2017). 일반적으로 유기성 폐기물을 활용한 고형연료 생산 기술은 열분해, 건조, 분쇄, 압축 등의 공정을 포함한다. 이 중 가장 보편적으로 사용되는 기술은 열분해로, 산소가 없는 조건에서 고온을 가하여 유기물을 분해하는 과정을 일컫는다. 열분해를 통해 고체(바이오차), 액체(바이오오일), 기체(바이오가스) 세 가지 제품이 생산되는데, 바이오차(Biochar)는 고밀도의 에너지를 지니고 있어 고형연료로써 활용가치가 높다. 국내에서 주로 활용되는 유기성 폐기물은 하수슬러지다. 하수슬러지는 높은 수분 함량과 낮은 발열량을 가지고 있어 건조 및 열분해 공정을 통해 에너지 밀도를 향상하는 공정이 필요하다. 농업부산물은 종류가 다양할 뿐만 아니라 열량이 상대적으로 높아 에너지 생산에 유리하다. 또한 건조 및 압출을 통해 직접 연료화가 가능하며 열분해를 통해 고밀도 고형연료로 생산도 가능하다. 음식물류 폐기물은 유기물 함량이 높으며, 혐기성 소화를 통해 바이오가스를 생산하거나 건조 및 열분해를 통해 고형연료로 생산이 가능하다. 화력발전소 바이오매스 혼소 주요 기술적 이슈 화력발전소에서의 바이오매스 혼소는 설비에 큰 영향을 미치지 않도록 발열량 기준 5% 내에서 수행되고 있다. 하지만 혼소하는 연료의 물리화학적 특성과 혼소율에 따라 고려해야 할 기술적인 이슈들이 있다. 첫째, 연료의 호환성이다. 바이오매스는 석탄보다 크기와 형태가 다양하기 때문에 석탄과 효율적으로 혼합이 가능하도록 바이오매스를 적절히 분쇄하는 전처리 과정이 필요하다. 또한 바이오매스는 석탄에 비해 수분 함량이 높은 경우가 많은데, 수분은 연소 효율을 저하시키기 때문에 건조 과정을 통해 수분을 저감해야 한다. 둘째, 연소 온도와 연소 속도를 고려해야 한다. 바이오매스는 석탄과 연소 온도 및 연소 속도가 다르다. 바이오매스는 석탄보다 낮은 온도에서 연소될 수 있지만, 연소 온도가 너무 낮으면 불완전 연소가 일어나 이산화탄소 배출 감소 효과가 떨어질수 있다. 반면에 연소 온도가 너무 높으면 NOX와 같은 유해 가스의 생성이 증가할 수 있다. 또한 혼소 시 바이오매스와 석탄의 연소 속도가 잘 맞지 않으면 연료의 불균형적 연소가 발생할 수 있고, 이는 에너지 효율 감소와 불완전 연소로 인한 배출가스 증가로 이어질 수 있다. 셋째, 바이오매스에 포함된 알칼리 및 알칼리 토금속 성분은 발전소의 보일러와 열교환기에 부식을 일으킬 수 있다. 이는 장비 수명을 단축시키고 유지 보수 비용을 증가시킬 수 있다. 더불어 바이오매스 연소 시 발생하는 재는 석탄보다 융점이 낮은 경우가 많아 보일러 내부에서 슬래깅(슬래그 형성)이나 파울링(열교환기 표면의 오염)을 일으킬 수 있다. 슬래깅 및 파울링은 열전달 효율을 저하시켜 발전소 운영의 문제로 이어질 수 있다. 마지막으로 에너지 밀도와 바이오매스 연료 공급의 안정성을 고려해야 한다. 바이오매스는 석탄에 비해 에너지 밀도가 낮다. 따라서 같은 양의 에너지 생산을 위해 더 많은 양의 바이오매스 연료가 필요하며, 이를 고려하여 저장 및 연료 처리 시설 규모를 결정해야 한다. 바이오매스는 그 종류에 따라 계절, 기후, 지역적 요인의 영향을 많이 받는다. 예를 들어, 농업부산물의 경우 계절과 지역적 요인의 영향을 많이 받아 공급량 및 공급 주기가 일정하지 않다. 성공적인 바이오매스 혼소를 위해서는 일정한 품질의 바이오매스를 안정적으로 공급받을 수 있는 공급원이 마련되어야 한다. 바이오매스 혼소의 안정적인 운영을 위해서는 위와 같은 기술적 이슈들을 효과적으로 관리하고 최적화할 필요가 있다. 국내외 정책적 이슈 국내 에너지 정책은 환경문제와 에너지 효율성을 개선하고, 재생 가능 에너지 사용을 늘리기 위한 방향으로 진행되고 있다. 먼저, 정부는 미세먼지 및 온실가스 감축을 위해 석탄화력발전소의 가동 중단 및 폐쇄 계획을 추진하고 있다. 특히 오래되고 효율이 낮은 발전소부터 단계적으로 폐쇄하고, 신규 석탄발전소의 건설을 제한하고 있다. 동시에 2030년까지 재생가능 에너지 비중을 대폭 확대하는 것을 목표로 하고 있으며, 태양광, 풍력을 비롯하여 바이오매스를 포함한 다양한 재생 가능 에너지원 이용 증대를 포함하고 있다. 화력발전소에서 바이오매스 혼소는 탄소배출을 줄이고, 화석연료 의존도를 낮추며 에너지 다양성을 확보할 수 있어서 정책 목표를 달성하기 위한 중요한 전략 중 하나로 간주되고 있다. RPS(Renewable Portfolio Standard, 신재생에너지 의무할당제) 제도 하에서 발전사들은 일정 비율의 전력을 재생 가능 에너지로 생산해야 할 의무를 진다. 바이오매스 혼소는 이 요건을 충족하는 방법의 하나로 인정받고 있다. 또한 화력발전소의 대기오염물질 배출 기준 만족을 위해 바이오매스 혼소를 활용할 수 있다. 국외 화력발전소에서는 유기성 폐기물을 자원화하여 바이오 에너지로 전환하는 기술을 상업적 규모로 성공적으로 운영하고 있다. 바이오에너지의 성공적인 확대 운영에는 관련 기술 개발과 더불어 정책적 기반이 마련돼 있다고 할 수 있다. 먼저 유럽연합(EU)은 EU 재생에너지지침(Renewable Energy Directive 2, RED-2)을 개정하여, 2030년까지 EU 전체 에너지 소비에서 재생에너지 비중을 기존 32%에서 42.5%로 늘리는 것으로 상향 조정하였다. 재생에너지 비중에서 첨단 바이오연료와 비생물계 재생에너지를 합한 비중이 5.5%를 달성해야 한다. 석탄화력발전소를 단계적으로 폐쇄하고 있으며, 독일은 2038년까지 석탄 발전을 완전히 중단할 계획을 세웠다. EU 내에서 바이오매스는 재생 가능 에너지원으로 인정되며 여러 국가에서 바이오매스 혼소를 통해 재생에너지 목표를 달성하고 있다. 미국 일부 주에서는 바이오매스를 활용한 발전을 장려하고 있으며, 주로 산림 잔재물을 활용하고 있다. 캐나다는 2030년까지 모든 석탄화력발전소를 폐쇄하거나 다른 에너지원으로 전환할 계획을 수립하였고 풍부한 산림자원을 활용한 바이오매스 혼소를 적극적으로 장려하고 있다. 일본과 중국의 석탄화력발전소에서도 바이오매스 혼소는 활발히 추진되고 있으며, 국가 탄소배출 감소 목표를 달성하기 위한 수단으로 활용되고 있다. 유기성 폐기물 기반 고형연료 실증 연소 시험 한국건설기술연구원은 유기성 폐기물 기반 고형연료의 실증을 위해 2023년 7월 한국남동발전 삼천포발전본부와 업무협약을 체결하였다. 업무협약을 바탕으로 음식물류 폐기물 기반 소화슬러지와 산림 부산물을 혼합하여 펠릿(Pellet)을 제작하고 한국남동발전 삼천포발전본부에서 혼소 시험을 수행하였다(그림 1). 고양시 바이오매스 시설의 소화슬러지 3.5톤과 산림 부산물 7.5톤을 혼합하고, 펠릿화 한 뒤 반탄화(Torrefaction)하여 고형연료를 생산하였다. 생산한 고형 연료는 바이오 고형연료제품(Biomass-Solid Refuse Fuel, Bio-SRF)[자원재활용법 별표 7]의 발열량, 염소 등의 연료 품질 기준을 만족하였으며, 2~3 cm 크기의 펠릿으로 제작되어 연료 이송이나 보관이 용이한 장점을 보였다(그림 2). 남동발전 삼천포발전본부 540 kW급에서 전체 혼소율 2% 수준으로 2시간 동안 혼소한 결과, 발전기 출력은 시험 전과 후에 차이를 보이지 않았다. SOX와 먼지(Outlet dust)는 미세하게 감소하였고 NOX는 약소하게 증가하였으나 오차범위 수준이라 바이오매스 혼소와 석탄 전소에서 큰 차이를 보이지 않았다. 석탄 혼소에 충분한 발열량을 보였으며, 대기환 경규제기준 역시 만족하였을 뿐만 아니라 다이옥신도 검출 되지 않았다. 이를 통해 유기성폐기물 기반 고형연료의 혼소는 석탄화력발전소의 운전에 큰 영향을 미치지 않음을 확인하였다. 마치며 유기성 폐기물 기반의 고형연료는 석탄화력발전소에서 혼소 연료로 활용이 가능한 탄소중립적 대안으로서의 잠재력을 지니고 있다. 매년 발생량이 증가하는 유기성 폐기물에 대한 친환경적 처리 방법을 제시함과 동시에 자원의 효율적 이용을 통한 에너지 회수를 가능하게 하며, 발전소에서 연료 유연성을 높이는 데 기여할 수 있다. 이러한 연구와 실증은 국내외 에너지 정책과 맞물려, 지속 가능한 에너지 소비 구조로의 전환을 촉진하는 핵심 요소로 작용할 수 있다. 이를 통해 탄소중립 목표 달성에 필수적인 전략으로서 바이오매스 혼소 기술의 중요성을 더욱 강조할 수 있다. ――――――――――――――――― 참고자료 • 에너지경제연구원(2023), 2023 에너지통계연보. • Verma et al., (2017) Drying of biomass for utilising in co- firing with coal and its impact on environment – A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews v. 71, pp. 732-741. 환경연구본부 게시일2024-11-22 조회수 234
• Live 디지털 트윈을 위한 도심지 동적 공간정보 구축 Live 디지털 트윈을 위한 도심지 동적 공간정보 구축 ▲ 윤준희 KICT 미래스마트건설연구본부 연구위원, 김지은 KICT 미래스마트건설연구본부 전임연구원 Static 디지털 트윈에서 Live 디지털 트윈으로 국토 디지털 트윈 기술은 Static 디지털 트윈에서 Live 디지털 트윈으로 진화하고 있다. 2003년 마이클 그리브스 (Michael Grieves) 박사는 물리 세계와 가상 세계의 트위 닝(혹은 미러링)을 통해 상호작용을 구축하고 지능화를 이룰 수 있다는 ‘디지털 트윈’ 개념을 주장하였다. 이후 데이터의 전송과 가시화, 그리고 플랫폼 기술이 발전하면서 다양한 분야에서 디지털 트윈과 이를 위한 플랫폼 구축 기술이 발전하였다. 건설 및 국토관리 차원의 디지털 트윈은 건물, 도로, 지형 등의 ‘형상 정보’와 인구이동, 교통흐름, 기상변화, SOC 변화 등의 ‘현상 정보’를 융합하여 해석하고 가시화함으로써 다양한 사회문제를 해결하는 기술이라고 볼 수 있다. 현재까지의 국토 디지털 트윈은 주로 형상 정보를 분석하여 가시화/플랫폼화하는데 집중되었고 따라서 그 분석의 범위 또한 한계가 있었다. 이제는 현상 정보에 주목할 때다. 형상 정보 플랫폼인 Static 디지털 트윈에 더해 준실시간 현상 정보가 결합됨으로써 진정한 Live 디지털 트윈이 완성될 것이다. Live 디지털 트윈을 위한 동적 공간정보 Live 디지털 트윈을 위해서는 동적 공간정보의 구축이 필수적이다. 정보를 디지털 트윈 플랫폼에 저장하고 추출하여 가시화하고 분석하기 위해서는 각 정보의 위치와 속성이 취득되고 저장되어야 한다. 위치와 속성이 부여된 정보를 공간정보(Spatial Information)라 부른다. 디지털 트윈의 구축 차원에서 공간정보는 형상과 현상의 관점으로 세분하여 정적 공간정보와 동적 공간정보로 그 개념을 분리하여 지칭할 필요가 있다. 정적 공간정보를 건물, 도로 등 장기적으로 실존하는 공간정보라고 한다면 동적 공간정보는 보행자, 차량, 시설물 파손 등 SOC 입장에서 일시적으로 존재하다가 변화되거나 사라지는 공간정보(Dynamic or Temporary Spatial Information)라고 정의할 수 있다. 정적 공간정보는 갱신 필요 주기가 수일에서 수개월 정도라고 할 수 있다. 국토교통부와 자치단체 등에서 법령에 의거하여 구축하고 있으며 구글, 네이버, 카카오 등에서도 자체적으로 구축하여 사용하고 있다. 한편, 동적 공간정보는 필요 갱신 주기가 수분에서 수일 정도이다. 동적 공간정보의 공간적 객체적 대상은 현재 간선도로 이상의 도로에서 차량을 대상으로 CCTV, 프로브카(Probe car, 교통 정보 수집 차량), 운전자의 제보 등으로 그 정보가 제공되어 갱신 주기와 공간인식 범위에 한계가 존재한다. 최근 영상기반 인공지능, IoT, 드론, UAM(Urban Air Mobility), 인공위성 기술의 발전과 함께 그 한계 극복이 가능해지고 있다. 한국건설기술연구원의 동적 공간정보 구축기술 한국건설기술연구원은 2022년부터 디지털국토정보기술개발 사업(국토교통과학기술진흥원)의 4핵심, ‘차세대 디지털 국토정보 구축을 위한 고정/이동 플랫폼 기반 동적주제도 구축기술 개발’ 과제(총 182억 원)의 주관기관으로서 동적 공간정보를 준실시간으로 구축하고 갱신하여 표현하는 기술을 개발하고 있다. 본 과제는 도시 내 이동하는 객체와 변화하는 현상 등의 생활 SOC에서 발생하는 동적 공간정보라 정의하고, 고정센서(CCTV, WiFi 등)와 이동센서(드론 스테 이션)로 지속적 준실시간 감지·추적을 통해 다양한 사회문제 해결을 위한 동적정보 주제도 구축 기술 개발을 목표로 한다. CCTV는 24시간 관제가 가능한 수단이나 대상 지역이 좁은 단점이 있다. 드론(스테이션)은 관제 지역이 넓은 장점이 있으나 24시간 관제할 수 없는 단점이 있다. 본 과제에서 는 두 플랫폼의 장점을 융합하여 도심지역을 관제하고자 한다. 그림 1은 지상 고정 및 상공 이동센서 기반의 도시 관제 개념을 표현하고 있다. 과제는 크게 ‘고정플랫폼 기반 동적정보 수집 기술 개발’, ‘이 동플랫폼 기반 동적정보 수집 기술 개발’. ‘동적정보 분석, 예측 및 표현기술 개발’의 3개 핵심기술과 각각을 구성하는 총 6개 핵심 요소기술로 구성되어 있다(그림 2). ‘고정플랫폼 기반 동적정보 수집 기술 개발’ 분야는 ‘고정플 랫폼 이종센서 연계 및 이동체정보 수집기술 개발’ 파트에서 CCTV, WiFi, 블루투스 등 고정되어 있는 센서 장비와 연계하여 객체 검출 및 추적 기술을 활용하여 실시간으로 이동체를 검출하고 추적한다. 고정플랫폼 환경 분석 및 센서별 정보 취득·수집 방안을 연구하여 이종센서 데이터를 활용한 이동체 위치 전송·저장 데이터 모델링, 이종센서 연계 및 이동객체 인식·분류, 이종센싱 환경의 이동객체 위치정보 추출 기술을 개발한다. 두 번째로 ’고정플랫폼 연계 기반 시계열 이동체정보 연속 추적기술 개발‘ 파트에서 한정된 지역을 감시하는 고정 센서 장비와 연계하여 도시 내 이동체의 연속적 시계열 위치정보를 지속적으로 추적하기 위해, 연속 위치추적을 위한 이종센서 간 이동체 데이터 모델 과 동종/이종센서 간 이동객체 위치 핸드오버 기술 개발에 나서고 있다. ‘이동플랫폼 기반 동적정보 수집 기술 개발’ 분야 내 ‘동적정보 수집 및 AI 학습데이터 구축기술 개발’ 파트는 도심 내 동적정보를 수집하고 이를 활용한 AI 학습데이터를 구축하고자 한다. 이를 위해 AI 학습데이터 수집을 위한 동적정보 수집용 드론/이동플랫폼/운용시스템을 테스트베드별 지역의 특성을 고려하여 구축하고, 학습데이터 수집을 위해 학습데이터용 변환 및 자동분류, 주제별 다차원 동적정보 데이터셋 구축 자동화 기술을 개발한다. ‘지식/학습 기반 동적정보 인식기술 개발’ 파트에서는 이동플랫폼에서 관측된 데이터를 이용한 지식/학습 기반의 동적정보 인식/통합 알고리즘을 개발하고 고정-이동플랫폼의 협업형 연속적 객체인식을 목표로 한다. 동적정보 인식 최적화를 위한 객체별 데이터 전처리 기술과 객체별 동적정보 인식/분류 및 상황탐지 기술을 토대로 시공간 변화를 고려한 동적정보 데이터 통합 알고리즘을 개발하고, 이를 가시화하기 위한 고정-이동플랫폼의 협업형 객체 관측 기술을 개발하고 있다. 마지막으로 ‘동적정보 분석, 예측 및 표현기술 개발’ 분야는 앞선 두 분야의 결괏값을 토대로 데이터를 분석하고 이를 동적주제도로 구축한다. ‘이동맥락정보 기반 동적정보 분석 및 예측기술 개발’ 파트는 고정/이동플랫폼에서 수집되는 객체 단위의 이동체 정보와 정적데이터를 연계한 이동체 맥락정보를 생성하고, AI를 적용한 이동체 분석 및 예측이 목표이다. 이를 위해 이동맥락정보 생성을 위한 정적데이터 연계 및 데이터마이닝, 이동체 시계열 패턴정보 및 맥락정보 생성 기술, 맥락정보 기반 이동체 분석/예측을 위한 AI 적용 기술을 개발하고 있다. 마지막 ‘동적주제도 구축 및 갱신기술 개발’ 파트에서는 앞서 개발한 동적정보를 활용하여 사용자 맞춤형 동적주제도를 구축하고 갱신하고자, 공공/민간 분야 측면에서 동적주제도 서비스모델을 발굴하고, 위치, 시간, 상태 등 다차원 동적 정보의 2D/3D 가시화 기술, 사용자 맞춤형 동적주제도 구축 및 갱신기술 개발 등의 연구를 수행하고 있다. 그림 3은 동적 주제도의 예시를 표현하고 있다. 과제는 특히 1차 연도부터 성공적인 과제 실증을 위하여 조기 테스트베드를 구축하고 연차별 성과물들을 검증하고 있다. 한국건설기술연구원에서 기수행 완료한 지능형방범연구단, 실감형재난연구단의 실증 지자체인 안양시를 대상으로 기존 실험 인프라 활용을 포함하여, 안양시 테스트베드 내 드론/운영플랫폼 구축, 과제에 필요한 CCTV 영상, IoT 센싱 데이터 등 실제 도심 데이터 취득 활용으로 긴밀한 협조체계를 통해 연구 개발 실증 리스크를 최소화하고자 한다. 또한 동적주제도의 경우, 주요 공공기관, 지자체, 민간업체 수요처를 대상으로 주기적 실용화 자문회의를 거쳐 사용자 지향형 수요 기반의 동적주제도를 발굴하고 구현 중이다. 미래스마트건설연구본부 게시일2024-11-22 조회수 142
• 철도교, 체계적이고 효율적으로 유지 관리한다 철도교, 체계적이고 효율적으로 유지 관리한다 ▲ 서동우 KICT 구조연구본부 연구위원 신속 교체 및 급속 시공이 가능한 철도 하로교 기술 국내 철도교는 대체로 건설된 지 오래돼 다양한 문제점이 나타나고 있다. 노후화로 안전성에 대한 우려가 제기되는 것뿐만 아니라, 유지보수에도 상당한 경제적·인적 자원이 필요하다. 철도 교량의 노후화로 인한 불의의 사고를 예방하고, 인명과 재산 피해를 최소화하기 위한 기술이 개발됐다. 신속 교체 및 급속 시공이 가능한 철도 하로교 기술이 바로 그것이다. 철도 하로교는 무엇이며, 철도에서 어떤 역할을 하는 구조물인가요? 철도가 지나는 교량인 철도교에는 상로교(上路橋)·하로교(下路橋)·중로교(中路橋)가 있습니다. 이중 하로교는 주행로의 궤도를 지지하는 바닥판을 교량 거더의 하부에 배치한 구조로, 거더 아래에 공간 여유가 없는 경우 주로 활용됩니다. 최근 연구 중인 기술은 하로교에 적용할 수 있습니다. 기술을 개발하게 된 배경은 무엇인가요. 2020년 12월 기준으로 국내 철도시설 현황을 보면 교량은 총 3,514개소, 터널은 842개소, 역사는 696개소입니다. 이 수치에서 알 수 있듯이, 교량은 역사와 터널과 비교해 4배 이상 많아요. 그런데 이런 교량은 대체로 일제강점기나 산업성장기 때 건설된 철도시설로, 노후화가 매우 심각한 상황이에요. 게다가 최근 기상이변과 잦은 지진 발생으로 노후화된 철도 시설의 성능이 더욱 저하되고 있어요. 이는 열차의 안전 운행뿐만 아니라 이용자의 안전까지 위협하는 문제이죠. 국민의 생명과 안전을 확보하기 위해서라도, 하로교의 체계적인 관리와 유지를 위한 기술이 필요했습니다. 또한 사고나 재난이 발생해 하로교에 문제가 생겼을 때 신속하게 시설물을 유지보수 할 수 있는 기술이 부족했습니다. 사고가 발생하면 철도교 이용을 제한하는 시간이 길어집니다. 게다가 철도교 특성상 우회로를 확보하는 일이 불가능해요. 따라서 유지 보수나 개량을 위해 신속한 기술이 필요로 했죠. ‘신속 교체 및 급속 시공이 가능한 철도 하로교 기술(이하 하로교 기술)’을 더욱 자세하게 설명해주세요. 기존에는 이런 기술이 없었나요? 일반적으로 철도 하로교를 건설할 때 ‘강합성(SRC)’ 구조와 ‘프리스트레싱(PSC)’ 구조 두 가지 공법을 사용합니다. 강합성 구조는 강재 주거더와 가로보를 철근이 관통하여 일체로 타설하는 공법으로, 상대적으로 구조의 높이가 낮고 무거운 하중을 잘 견딜 수 있어요. 하지만 강철을 가공하는 데 비용이 많이 들고, 현장에서 철근을 가공하고 조립하며 콘크리트를 부어야 하기 때문에 시간이 많이 걸려요. 무거운 구조물을 사용해야 하므로 긴 다리에는 적용하기 어려워요. PSC는 종방향 거더와 횡방향 바닥판에 긴장력을 주는 방식입니다. 이는 콘크리트의 강도와 품질에 크게 영향을 받고, 현장에서 철근 조립과 콘크리트 타설 작업이 필요해요. 또 형고가 높아 다리의 개방감을 떨어뜨리고 SRC와 마찬가지로 40m 이상의 긴 경간을 만들기에는 어렵습니다. 프리캐스트 모듈러 하로교 기술은 빠르게 시공하기 위해 PC(Precast Concrete) 슬래브를 이용한 방법입니다. 이 방법은 현장에서 콘크리트를 부어 굳히는 시간이 필요 없고 계절에 따라 작업이 제한되지 않는다는 장점이 있습니다. 현재 기술은 어느 단계까지 와 있나요? 하로교 바닥판 위치에 따라 적용할 수 있는 다양한 형식의 구조를 개발하는 중에 있습니다. T형, 역T형, 초저형고 PSC 구조, 굴절형 강합성 바닥판 등이 있습니다. 강재 주거더를 사용해 횡방향으로 긴장을 주는 방식은 트럼펫이나 나선철근이 필요 없고, 일반 포스트텐션의 정착구처럼 힘이 집중되지 않습니다. 이런 구조는 국내외에서 아직 사례가 없습니다. 본 기술의 시장 전망은 어떤가요? 30년 이상 된 철도 교량과 터널의 노후화가 37% 이상으로 급속히 진행되고 있어, 철도 시설 개선을 위해 체계적인 기술과 경제적인 방법을 개발하는 필요성이 높아지고 있습니다. 2020년부터 2024년까지의 국가재정 운용계획에 따르면, 철도 및 도시철도에 대한 사회경제적 투자 계획은 2021년부터 도로에 비해 상당히 높아지고 있습니다. 특히, 교통 및 물류 분야에서는 철도 및 도시철도에 대한 투자 비중이 가장 크게 늘어나고 있습니다. 2022년에는 철도시설 및 안전설비의 확충 및 개량을 위해 약 2조 690억 원의 예산이 책정되어 있으며, 이는 분야별·연차별 예산 중에서 가장 큰 비중을 차지하고 있습니다. 즉, 선로 연장과 시설 노후화에 따른 유지보수와 개량 시장의 비중이 계속해서 증가하고 있으며 이에 대한 투자 예산이 증가하고 있기 때문에 시장 전망은 밝다고 할 수 있습니다. 본 기술을 실제로 적용했을 때의 효과에는 무엇이 있나요? 철도 하로교의 주요 문제 중 하나는 현장 작업량이 많다는 것인데, 프리캐스트 모듈러 철도 하로교를 사용하면 작업 시간이 약 83% 줄어든다는 것을 확인했습니다. 만약 이 연구 개발이 성공한다면, 공동연구기관인 코벡㈜에서 제작 및 시공 중인 철도 하로교의 공사비를 27m 및 40m 간격으로 사전 검토한 결과, 20% 이상 절감할 수 있을 것으로 기대됩니다. 공동연구기관과 중·장경간 철도 하로교의 공사비를 줄일 수 있는 방법을 검토한 결과, 강재 사용량이 공사비 증가에 가장 큰 영향을 미친다는 사실을 확인했습니다. 사전 검토 자료에 따르면, 현재 코벡㈜의 공사비는 다른 개량 업체에 비해 27m 간격에서는 약 33.5% 높고, 40m 간격에서는 약 38.4% 높다는 것으로 나타났습니다. 하로교 기술이 실제로 적용되면, 시간 단축뿐만 아니라 비용 절감이라는 다양한 효과가 발생할 것으로 예측되는데요. 그렇다면 앞으로의 연구 목표에는 무엇이 있을까요. 현재는 철도뿐만 아니라 소하천의 홍수 위험이 높아진 경우에 대비하여 강합성 라멘(저형고 교량 형식) 도로교의 교체를 목표로 새로운 기술을 개발하고 있습니다. 더불어 이 프로젝트는 중로교 형식에도 적용할 수 있도록 급속 시공 및 교체가 가능한 교량을 개발하는 것 또한 목표로 하고 있습니다. 무엇보다 철도교통이 정시·안전 운행할 수 있도록 하는 것은 국민 대다수의 편익에 절대적인 영향을 주는데요. 재해 발생 시 신속한 대응과 복구가 가능한 기술을 적용하여 불의의 사고를 예방하고 인명 및 재산 피해를 최소화하는 데 도움이 될 수 있기를 바랍니다. 구조연구본부 게시일2024-10-24 조회수 346
• 2050 탄소중립의 희망, 제로에너지건축물 2050 탄소중립의 희망, 제로에너지건축물 ▲ 유기형 KICT 건축에너지연구소 연구위원 (제로에너지건축물연구팀) 2020년, 국내 공공건물에 대한 제로에너지건축물 의무화가 시작됐다. 오는 2025년까지는 모든 신축 공공건물이 제로에너지건축물 기준을 충족해야 하며, 2030년부터는 500㎡ 이상의 규모로 설계될 경우 모두 제로에너지건축물로 지어 져야 한다. 예측에 따르면 2030년 국내 제로에너지건축물 보급률은 20%를 웃돌 전망이다. 이에 KICT 건축에너지 연구소 제로에너지건축물연구팀은 세계 최고 수준의 탄소 중립형 순환경제 구현을 위해 정책 및 기술 개발을 선도하고 있다. ‘0(Zero)’의 실현을 위한 제로에너지건축물 제로에너지건축물은 에너지 소비를 최소화하되 필요 에너지를 재생 가능 에너지원으로 충당하여 총에너지 소비를 ‘0’에 가깝게 만들고, 순 탄소 배출량을 감소시키는 것을 목적으로 한다. 2050 탄소중립을 실현하기 위해서 건설 분야에서 가장 효율적인 해법으로 꼽히는 건 제로에너지건축물이다. 제로에너지건축물은 건물 자체의 구조와 배치를 통해 외부 에너지를 최소화하여 설계한다. 건물 벽, 지붕, 바닥에 고성능 단열재를 사용함으로써 겨울에는 열이 빠져나가지 않게, 여름에는 열이 들어오지 않게 한다. 또 창문을 남쪽으로 크게 배치해 겨울에는 더 많은 햇빛이 들어올 수 있도록, 여름에는 그늘을 만들어 햇빛을 차단할 수 있도록 한다. 이렇게 자연 채광, 환기, 건물 위치를 고려한 설계는 에너지 사용을 줄이고, 운영 비용도 감소시킬 수 있다. 제로에너지건축물연구팀은 제로에너지건축물을 위한 기술 및 정책 개발을 도맡고 있다. 지난 2001년 시행된 건축물 에너지효율등급 인증제도와 평가툴을 개발한 바 있으며, 해당 제도를 통해 에너지효율등급 인증을 취득한 건물은 약 30,000개 이상에 달한다. 그 외에도 건축물 에너지 소비총량 평가프로그램, 제로에너지 건축물 인증 평가프로그램 등을 개발해 현재 건축물 인허가에 활용할 수 있는 발판을 마련하고 친환경 도시의 기틀을 다졌다. 현재 연구팀은 국토교통부의 제로에너지건축물 지원센터로 지정되어 요소기술 평가 방안을 고도화하는 연구를 진행하고 있다. 최근에는 산업통상자원부 고시 ‘건축물의 에너지원 단위 목표관리 등에 관한 고시’에 따라 건물주가 신고한 에너지사용량을 평가해 등급을 설정하는 신고·등급제, 건물의 온실가스 총허용량을 부여하는 총량제를 제안한 바 있다. 이에 서울시는 올해 건물 에너지 신고·등급 및 총량제를 시범 운영하고 있으며, 연구팀은 운영에 필요한 평가 방법 및 입력시스템 개발을 지원하고 있다. 올해 건축물 에너지원 단위 목표관리에 자율적으로 참여하는 건물의 수는 1,000여 개 이상. 오는 2026년에는 약 15,000개의 건물이 참여할 것으로 예측된다. 이로써 2050 탄소중립의 꿈은 한 발짝씩 더 가까워지고 있다. 실효성 있는 정책과 그에 걸맞은 기술의 힘 연구팀은 제로에너지건축물 구현을 신축건물에만 한정 짓지 않으려 한다. 실질적으로 기축건물이 신축건물보다 상대적으로 탄소 배출량이 훨씬 많기 때문이다. 이에 기축건물을 제로에너지건축물로 전환하려는 시도도 계속될 전망이다. 현재 기축건물을 제로에너지건축물로 전환하는 과정에서 맞닥뜨리는 가장 큰 난관은 공사비와 설치 시공 문제다. 재생에너지 설비는 화석에너지 설비에 비하여 설치 비용이 많이 들고, 설치가 가능한 범위도 한정된다. 특히 재생에너지로 가장 많이 사용되는 태양광(Photovoltaic) 패널은 넓은 설치 공간 확보가 필요하다. 더욱이 적정선의 일조량을 보장하기 어려운 고층 건물에 설치하기에는 현실적으로 어려움이 많다. 연구팀은 제로에너지건축 분야의 진전을 위해서는 기술 개발은 물론이고 이를 뒷받침할 수 있는 정책도 필요하다는 의견을 밝혔다. 설치 공간을 확보할 수 있는 지원 제도가 있어 야 효율적인 전환을 이룰 수 있기 때문이다. 그에 따라 에너지 효율화를 유도하는 정책 방안을 만들고, 궁극적으로 제로에너지건축물로의 변모를 통해 탄소배출량 감축을 이루겠다는 포부를 드러냈다. 2050 탄소중립을 실현하기 위해서는 실제 탄소 배출량을 감축하는 것이 가장 근본적인 방법이다. 제로에너지건축물을 통해 건물에서 발생하는 탄소 배출량은 최대 80~90%까지 감소할 것으로 예측된다. KICT 건축에너지연구소는 오늘도 더 나은 미래 도시를 건설하기 위해 한 걸음씩 더 나아가고 있다. 건축에너지연구소 게시일2024-10-24 조회수 619

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