[논문]국도유지관리를 위한 포장관리시스템 개발에 관한 연구

이영욱; 도명식; 이종달

문제 정의

본 연구에서는 국도의 포장단면의 자료를 토대로 포장의 공용성 추정과 효율적 유지관리를 위한 최적 기능 수준 선정과 필요한 예산산정을 위해 개발된 시스템의 소개 및 응용가능성을 살펴보았다.
본 연구에서는 비쥬얼 베이직 프로그램을 이용하여 개발한 도로포장관리시스템 S/W를 이용하여 국도의 포장 단면을 대상으로 현장조사를 시행하여 얻은 자료를 바탕으로 포장단면의 장기공용성 추정과 유지관리방안을 마련하기 위한 방안을 제시 하고자 한다.
장기공용성을 기반으로 한 효율적인(경제적인) 포장 단면의 유지관리시스템의 목적은 예산수준과 기대 LCC와 도로포장의 정상적인 평균기능수준의 관계를 파악하고자 함이다. 도로망전체의 파손과정은 기대치 path를 따른다고 가정(Kobayashi et al.

가설 설정

파악하고자 함이다. 도로망전체의 파손과정은 기대치 path를 따른다고 가정(Kobayashi et al., 2007)하고 초기시점을 2005년 9월로 설정하고 1개월을 기준단위로 50년간에 걸쳐 도로망의 보수과정을 재현하였다. 초기시점이라 함은 분석 시작 시점이 될 수도 있고 조사년도를 기준으로 할 수 있지만 본연구에서는 조사년도를 기준으로 초기시점을 설정하였다.
본 연구에서 포장파손추정과정은 확률과정을 따른다고 가정하여 현시점의 포장수준지표 (IRI) 를 초기값으로 하여 기대치 Path방법을 이용하여 파손추정을 하였다.

제안 방법

그리고 서로 다른 시점에서 구한 데이터를 기반으로 장래의 포장의 상태를 추정하기 위해 IRI지표를이용하여 포장파손 추정식을 추정하였다.
보수공법판정 시스템은 각각의 교통량(L, A ,B, C, D)과 보수공법(덧씌우기, 절삭 덧씌우기, 재포 장)에 따라 보수단가를 산정하였다. 한편 Le 대형 차교통량(대/일/방향)이 100미만이며, A, B, C, D 는 각각 100-250, 250-1000, 1000-3000, 3000이상에 해당하도록 대형자동차의 크기별로 분 리 하였다.
본 연구에서 개발된 도로포장관리시스템에 이용될 경제성 분석지표로는 편익비용비 (B/C)를 도입하였으며, 관리자비용이라 하면 유지보수비용으로 국한되며 , 이용자비용은 차량유지비용과 통행 시간 비용의 합으로 산정하였다.
본 연구에서 구축한 도로포장 유지관리 시스템은 그림 2와 같이 크게 데이터 입력 및 관리를 하는 데이 터 관리 시스템 , 포장파손예 측과정 과 최적 관리 수준을 계산하는 Simulation 시스템, 그리고 분석된 결과를 그래프로 표현하는 출력시스템으로 구성되어져있다 .
, 2007)하고 초기시점을 2005년 9월로 설정하고 1개월을 기준단위로 50년간에 걸쳐 도로망의 보수과정을 재현하였다. 초기시점이라 함은 분석 시작 시점이 될 수도 있고 조사년도를 기준으로 할 수 있지만 본연구에서는 조사년도를 기준으로 초기시점을 설정하였다.
포장 표면에 외형상 나타나는 여러 파손이 차량 이용자에게 어떠한 영향을 미치는가를 수식화하여 나타낸 것이다. 포장노후정도에 따라 포장(도로면)의 공용기능 정도를 평가할 수 있는 지표를 설정하여 그 값에 따라 포장표면의 우열상태를 평 가하였다.
한편, 임계기능수준과 LCC의 관계를 살펴보기 위해 임의의 단위(폭 7m, 구간연장 100m)구간을 선정하여 임계기능수준별 LCC 금액을 비교해 보았다. 대형차교통량이 비교적 많은 임의구간(교통량。구간)의 경우 그림 4에서와 같이 최적임계기능수준은 3.
한편, 포장의 유지보수를 위해 필요한 예산을 매년 확보할 수 있다는 조건으로 즉, 예산제약이 없는 경우를 가정하여 50년 분석기간으로 22개 국도 구간 의총 2, 038개 구간(연장 203.8km)의 포장대상으로 매년 필요로 하는 예산의 수준 등 분석결과를 살펴보기로 한다.

대상 데이터

본 연구에서는 22개의 포장단면의 자료를 기반으로 100m를 1개의 구간으로 나누어 총 2, 038개 구간(연장 203.8km)의 포장 및 교통량 관련자료의 DB를 구축하였다.
포장의 공용성 예측을 위해 필요한 포장상태자료는 크게 유지보수 전년도, 유지보수 직전, 유지보수 직후로 나눌 수 있으며, 포장의 공용성 평가를 위한 대상 구간의 선정을 위해 크게 4가지 요소(교통량, 중차량, 도로의 기하구조, 공용기간)를 고려하여 본 연구에서는 총 22개 구간을 대상으로 도로포장 상태를 조사하였으며 , 자세한 대상구간의 도로 및 교통관련자료는 표 1과 같다.

데이터처리

현장조사를 통해 얻어진 IRI자료와 일반포장과 특수포장의 IRI값을 이용하여 시간의 경과에 따른 장기파손예측을 위해 선형 회귀 분석법을 이용하였다. 일반포장과 특수포장의 공용년수별 IRI값(y)의 선형회귀 식을 구한 결과는 아래와 같다.

이론/모형

PSI와 IRI의 관계는 미국의 여러 주와 브라질, 남아프리카 공화국 등지에서 그 상관식을 적용한 바가 있고, 두 관계의 상관성에 대한 연구결과에 따른 식이 여러 식 있으나 본 연구에서는 현장에서 측정한종단평 탄성 (IRI) 를 이용하여 PSI치를 추정 하는 Paterson0] 제안한 관계식을 채택하였다(Paterson, 1987; 남영국, 2004).

성능/효과

먼저 , 그림 5와 같이 모든 대상구간의 효율적인 유지보수를 위해 예산제약이 없는 경우에는 IRI값이평균 2.5~2.8 사이의 양호한 도로포장상태를 유지할 수 있음을 알 수 있었으며 , 평균 IR1 는 약 2.7임을 확인하였다.
본 연구에서 도출된 덧씌우기 이후의 종단 평탄 성의 차이는 일반포장이 특수포장보다 조금 더 큰 것으로 나타났으며, 실제 관측데이터를 기초로 한 것이므로 단순계산으로 도출하는 방식보다 훨씬 객관성을 나타내는 결과라 판단된다.
예방적 유지보수라는 측면에서 평균 IRI를 2.7 정도로 양호한 포장관리를 위해 분석기간 동안 각 년 도별 보수해야할 구간수와 우선구간순위를 도출할 수 있었다.
즉, 종단평탄성의 초기값의 범위가 국가와 지역별로 차이가 나지만 0.5~4.0의 범위를 보이는 것으로 보아 본 연구에서 도출된 결과도 타당하다고 판단된다.
효율적인 포장관리를 위해 경제성을 고려하여 생애주기 비용(LCC)이 최소가 되는 시점에서 필요한 유지보수공법을 적용할 수 있는 시스템을 개발하여 실제 포장관련 자료를 기반으로 분석대상구간의 공용IRI자료를 이용하여 일반포장과 특수포장에 대한 IRI예측 선형회귀식을 도출하여 개발한 시스템에 적용함으로써 유지관리 방안을 제시하였으며 , 분석 기간을 50년으로 하고 포장유지보수를 위해 필요한 예산을 매년 확보할 수 있다는 조건하에서 시뮬레이션을 한 결과 분석기간 동안 IRI값이 평균 2.9~3.3 사이의 양호한 도로포장상태를 유지할 수 있는 것으로 나타났으며, 도로포장상태를 양호하게 유지하기 위해 보수해야 할 구간수와 필요한 예산은 매년 차이가 있음을 확인하였다.

후속연구

따라서 과거의 예산금액을 기준으로 배정되는 예산시스템을 개선하기 위한 노력과 연구가 필요함을 의미한다. 즉, 현재 매년 일정하게 편성되어 있는 도로 유지보수 예산의 장기추정이 가능하며, 이를 바탕으로 도로의 건설 및 유지보수 예산편성을 위한 의사결정에 효율성을 높일 수 있을 것으로 기대된다.
또한 본 연구를 통해 개발된 도로포장 관리시스템을 이용하면 도로관리자가 효율적인 포장관리를 위한 의사결정에 큰 도움을 줄 수 있을 것으로 판단되며 , 장기공용성 자료가 축적되고 우리나라 실정 에 맞는 단가자료 등이 확보된다면 충분한 응용 가능성을 가질 수 있을 것으로 기대된다.
즉, 현재 매년 일정하게 편성되어 있는 도로 유지보수 예산의 장기추정이 가능하며, 이를 바탕으로 도로의 건설 및 유지보수 예산편성을 위한 의사결정에 효율성을 높일 수 있을 것으로 기대된다.

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