김주형 한국건설기술연구원 지반연구본부장 - IoT 및 인공지능 기술과 건설기술 접목한 스마트건설기술 연구 집중
김주형 한국건설기술연구원 지반연구본부장 - IoT 및 인공지능 기술과 건설기술 접목한 스마트건설기술 연구 집중
  • 유지연 기자
  • 승인 2023.05.03 09:40
  • 댓글 0
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안전한 나라 행복한 국민, 국민의 생명과 건강을 지키는 재난안전산업
김주형 한국건설기술연구원 지반연구본부장 [사진=한국건설기술연구원 지반연구본부]
김주형 한국건설기술연구원 지반연구본부장 [사진=한국건설기술연구원 지반연구본부]

[월간인물 유지연 기자] 한국건설기술연구원 지반연구본부에서는 새로운 건설기술에 대한 연구개발뿐만 아니라, 비탈면 붕괴, 도심에서 자주 발생하는 지반함몰 등 국민 생활에 밀접한 관계가 있는 재난에 대해서도 예방 및 긴급복구와 관련된 다양한 연구를 수행하고 있다. 특히 최근에는 IoT 및 인공지능 기술과 건설기술을 접목한 스마트건설기술에 대한 연구도 집중적으로 수행하고 있다. 김주형 본부장은 대표적인 스마트건설기술로는 굴착기나 다짐로울러 등과 같은 건설장비에 GPS와 다양한 센서를 장착하고 운전석에 있는 모니터를 보며 운전을 할 수 있는 건설장비 자동화 기술이 있는데, 기존에는 장비 운전자의 경험에 크게 의존하였지만, 스마트기술의 도움을 받을 수 있기 때문에 초보자도 경험이 많은 운전자와 같이 장비 운전을 할 수 있는 것이 특징입니다라고 설명했다. 이와 더불어 건설 현장의 안전성 확보를 위해 위험지역의 건설인력을 최소화하는 기술들을 개발하고 있고 대표적으로 건물기초의 최종관입량을 적외선 LED 광원을 이용해 관측 대상물에 부착한 반사테이프를 통해 돌아오는 빛 신호를 반사광학계로 감지하여 측정하는 기술이 있다.

 

 

본부장님께서 주목하고 계신 R&D 관련 외부 이슈나 정책이 있다면 무엇인지요?

최근 저희가 주목하고 있는 국토교통부의 중요 이슈는 K-지하고속도로, 터널보링머신(Tunnel Boring Machine, TBM) 개발 그리고 가덕도 신공항 건설입니다. 우선 정부에서는 2차 고속도로 건설계획(20212025)(’22.02.)에 지하고속도로 건설계획을 반영하여, 교통량이 많은 인천서울, 기흥양재 구간에 지하고속도로를 우선적으로 설계 착수하여 수도권 교통량 해소를 계획하고 있습니다. 지반연구본부에서는 10여 년 전부터 지하도로 인프라 수요를 예측하여 관련 기술과 기준 개발에 대한 연구 수행을 통해 이 분야의 연구개발을 선도하고 있습니다. 기술적인 측면에서는 지난 2014년부터 2020년까지 도심지 지하 공간 활용 극대화를 통한 교통정체 해소 및 환경개선이 가능한 신형식 복층터널 구축 기술을 개발하여 자동차와 철도가 함께 운영되는 터널 또는 홍수 발생 시에는 지하 배수 터널로 활용할 수 있도록 대심도 복층 터널 설계 및 시공 핵심기술 개발을 완료한 바 있습니다. 두 번째는 터널보링머신(TBM) 개발 및 실용화 관련 이슈입니다. 현재 동탄에서 운정까지 수도권광역급행철도 GTX-A 노선이 건설 중에 있고, 이어 GTX-B, C 노선에 대한 건설 사업 착수를 서두르고 있는 상황입니다. GTX는 도심 40m 이하의 대심도 터널로 건설되고 있는데, 발파로 인한 진동과 안전성에 대한 민원이 지속되고 있으며, 대안으로 터널 굴착을 위한 전용 장비인 터널보링머신(TBM)의 활용이 떠오르고 있습니다. 지반연구본부에서는 오랜 기간 TBM에 대한 국산화를 연구해왔고, 많은 연구성과가 있었습니다. 한국건설기술연구원에서는 TBM의 가장 핵심적이고 성능을 좌우하는 커터헤드에 대한 설계 원천기술 세계 7번째로 개발하였고, 이와 더불어 세계 최초로 전자동 커터헤드 설계기술을 개발한 바 있어, 앞으로 계획 중인 GTX B, C 노선뿐만 아니라 추후에 건설될 대심도 터널에도 널리 활용될 수 있을 것으로 전망하고 있습니다. 세 번째로는 지난 3월 가덕도신공항이 매립식으로 202912월 개항 추진을 최종 확정하였는데, 급속 시공을 통해 완공해야 하는 만큼 설계, 시공, 유지관리 상 여러 가지 기술 적용을 고려해야 하며, 현장 밀착형 연구개발이 진행되어야 할 것으로 예상됩니다. 특히, 해상 매립구간과 육상 발파 구간 간의 지반특성 차이로 인해 부등침하 발생에 대한 대비책이 필요해 보이며, 육상에서 발파한 토석을 매립재료로 효율적으로 사용하기 위한 방법론 및 시공법 도출 그리고 시공 생산성과 안전성 향상을 위해 다양한 스마트건설기술의 매립 공사 활용에 대한 부분도 중요 이슈라고 할 수 있습니다.

 

최근 지반이나 구조물의 미세한 움직임을 감지해 LED 등으로 붕괴 징후를 알려주는 센서를 개발하셨는데요, 자세한 소개 부탁드리겠습니다.

지반 붕괴 사고의 이유로는 설계 및 시공 미숙 등의 원인도 있으나, (지반)은 전문가들도 미처 예측하기 어려운 특성을 가지고 있기 때문에 계측기를 설치하여 붕괴 등의 위험성을 사전에 감지하고 대처하고 있습니다. 일반적으로 옹벽, 비탈면, 굴착공사 가설물에 설치하는 계측시스템은 비용도 많이 들고 유지관리를 위한 전문 지식이 필요합니다. 한국건설기술연구원 지반연구본부에서는 스마트기술을 이용하여 지반의 움직임으로 인한 경사면이나 건물의 붕괴를 순간적으로 감지하여 즉각적으로 대응할 수 있는 기술이 필요하다는 현장의 요구사항을 받아들여 0.03°의 미세한 기울기 변화를 감지하고 붕괴 징후가 감지되면 즉시 LED 조명이 자동으로 켜져 관리자에게 즉각 경고가 가능한 센서를 개발 완료하였습니다. 센서에는 고효율 광투과 렌즈 기술이 적용되어 주·야간 100m 거리에서도 육안으로 LED 경보를 확인할 수 있습니다. 경고등이 켜지면 상황실에 있는 사람들이 실시간으로 피해 지역에서 무슨 일이 일어나고 있는지 원격으로 확인할 수 있는 장점이 있습니다. 이 센서는 기존 센서보다 설치가 훨씬 쉽고 비용이 훨씬 저렴하며 설치 및 운영 비용이 50% 이상 저렴한 장점도 있고, 초저전력 소비 덕분에 배터리 교체 없이 거의 1년 동안 사용할 수 있도록 개발하였습니다. 현재 계측 기술은 데이터를 분석하고 해석하는 데 많은 시간이 걸리는 단점이 있는데 이 새로운 센서 기술 활용을 통해 누구나 쉽게 현장 상황을 파악하고 붕괴를 예방하고 대응하는 데 큰 도움이 될 것으로 기대됩니다.

 

건설연에서 개발한 '지중 점검 로봇'에 대한 설명 부탁드립니다.

매년 우리 주변에서 싱크홀이라고 불리는 지반함몰사고가 자주 발생하고 있는데, 건설연에서 지반함몰의 원인이 되는 지하관로 건전성 평가 로봇과 터널의 건전성을 평가하는 지중점검 로봇을 개발한 바 있습니다. 관리 대상 구조물이 지하관로인지 또는 터널구조물인지에 따라 다른 종류의 로봇을 사용해야 하는데, 우선 지하관로에 사용하는 로봇의 경우에는 고성능 카메라를 이용해 지하관로 내부의 상태를 확인하고 자동적으로 위치와 지하관로 내부 결함을 확인해서 그 결과를 관리자에게 정량적으로 제공해주는 기술입니다. 최근에는 로봇이 지하관로 내부를 지나가면서 내부 상태를 확인하고 땅속에 설치된 지하관로의 3차원 설치 형태를 확인할 수 있는 기술도 현재 거의 개발이 완료된 상태입니다. 또한, 터널의 경우에는 터널 내부 콘크리트 표면에 발생한 균열을 점검하여 균열의 크기에 따라 시설물의 상태를 평가하고 이를 바탕으로 보수보강의 우선순위를 결정하고 있는데, 최근에는 콘크리트 표면에 생긴 균열을 영상 센서 기반 인공지능을 활용하여 균열을 감지하고 분석하는 여러 가지 기술들이 개발되고 실무에 적용되고 있습니다.

 

현재 진행 중이거나 계획 중인 기술개발도 있나요?

한국건설기술연구원에서는 상당히 오래전부터 지진과 관련된 연구를 진행하고 있는데, 특히 지진으로 인해 느슨한 모래 지반이 물과 같이 전단강도가 급격히 감소하는 지반의 액상화 현상 평가에 대한 연구는 한국건설기술연구원이 국내 최고의 기술을 보유하고 있습니다. 최근에는 전국의 지반정보를 이용해 미국 지질조사국(U.S.Geology Survey)이나 일본 소방청이 제공하고 있는 것보다 4배 이상의 해상도를 가지는 250m×250m 해상도의 액상화 위험지도를 완성하고, 서울시 공간정보 플랫폼 Virtual Seoul에 건설연이 개발한 2, 3차원 액상화 위험지도 탑재를 통해 서울시의 지진 대응이 수준을 한층 업그레이드 한 바 있습니다. 이 기술은 추후 전국 지방자치단체에서 활용할 수 있도록 추가 연구가 진행 중에 있습니다. 또한, 2018년 일산에서 매설된 열수송관 파열로 인해 인명사고가 발생한 적이 있었는데, 건설연 자체 연구예산으로 열수송관의 유지관리 의사결정 지원 모델을 개발하여 시장 점유율 1위 기업인 한국지역난방공사와 점유율 2위 기업인 GS파워()와 연구협약 또는 기술계약을 통해 국내 전체 열수송관 총 연장의 60.9%를 건설연이 개발한 시스템을 활용하여 열수송관 성능개선 대상구간을 선정하는 데 활용하고 있는 등 매우 실용적인 연구개발 성과도 도출하고 있습니다. 이 기술도 역시 향후 2년 동안 추가 연구가 진행될 예정이며, 국내 전체 열수송관에 적용될 수 있도록 시스템을 개발할 예정입니다.

 

김주형 한국건설기술연구원 지반연구본부장 [사진=한국건설기술연구원 지반연구본부]
김주형 한국건설기술연구원 지반연구본부장 [사진=한국건설기술연구원 지반연구본부]

건설분야 (R&D)에서 보완이 되어야 한다고 생각하는 부분이 있을까요?

다른 분야 R&D도 비슷한 상황이라고 생각이 들지만, 저의 경험으로 비추어보면 개발한 기술이 현장에 실제로 적용되고 확산되기 위해서 우선 시간이 필요하고 또 기술이 적용될 수 있는 적절한 환경도 필요합니다. 하나의 기술개발을 위해서는 기초연구단계(12단계)에서 사업화 단계(9단계)까지 9개 단계로 나눈 기술성숙도(Technology Readiness Level)로 관리하고 있으며, 단계별로 적절한 시간과 연구비 투입이 필요합니다. 그러나 사회가 너무나도 빨리 변화하고 있어서 오랜 시간을 갖고 꾸준히 한가지 기술에 대한 완성도 높은 연구가 이뤄지기가 쉽지 않은 상황입니다. 이와 같은 연구 환경이 개선되고 또 연구자들도 반드시 이루어내고 말겠다는 사명감도 필요한 시점이라고 생각합니다.

 

업무를 하시면서 가장 기억에 남은 순간이 있으셨는지요.

작년 여름에 비가 많이 왔었는데, 나이 많으신 어르신께서 집 마당에 있는 낮은 옹벽에서 흙탕물이 계속 유출되고 있어 너무 걱정이 된다는 전화를 주신 적이 있었습니다. 구청에 연락을 해도 정확한 답을 알 수가 없어 저에게 직접 전화를 주셨고 건설연에 도움을 청한다는 내용이었습니다. 일반 개인에 대한 자문은 업무 범위 외의 일이었지만, 전화주신 분의 목소리가 너무나도 간절하여 퇴근 후 연구원에 남아 일반인도 쉽게 이해할 수 있는 간단한 자료를 찾아 보내드렸더니, “바쁘신데 도와주셔서 너무 감사하다라는 문자를 받았고 어르신의 자제분으로부터도 감사의 문자를 받았습니다. 이를 계기로 나에게는 별 것 아닌 작은 지식이 다른 사람에게는 큰 도움이 될 수도 있겠다는 생각을 하게 되었고, 공공기관에서 근무하는 연구자의 역할에 대해 다시 한번 생각하게 된 계기가 되어 기억에 많이 남았습니다.

 

마지막으로 관련 분야 종사자들과 관계자 및 단체, 월간인물 독자들에게 전하고자 하시는 말씀, 응원이나 격려의 좋은 말씀을 부탁드립니다.

재해재난은 자주 발생하지는 않지만, 예측이 어렵고 한번 발생하게 되면 그 영향이 오래 지속되는 특징이 있기 때문에 미리 예방하고 피해를 최소화하는 대비태세가 필요합니다. 한국건설기술연구원 지반연구본부에서는 재해재난과 관련 연구와 관련하여 편안할 때 위태로움을 걱정한다라는 의미를 가지는 사자성어인 거안사위(居安思危)를 연구자 모두의 가슴에 담아 재해재난 관련 연구에 최선을 다하겠습니다.


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