건설현장에서 구조물 시공시 흙막이는 터파기 기초보호와 작업공간을 제공하는 역할을 한다. 흙막이 공사는 지반 굴착, 지하수 처리, 파일링, 버팀보 설치 등 복잡한 토공사 공정을 가진다. 토공사의 성격상 지반 여건 등 주위 환경의 변화에 따라서 다양한 응력변화가 발생되고, 이러한 변화가 주어진 설계한도를 벗어나면 인명사고를 동반한 붕괴사고로 이어질 수 있다. 이와 같은 이유로 구조물 기초공사에서 붕괴사고는 건설공사시 가장 주의해야 할 분야 중 하나이다. 본 논문은 흙막이 시공시 안전을 향상시키기 위한 USN (Ubiquitous Sensor Network) 기반의 데이터 획득 시스템을 제시한다. USN 기반의 데이터 획득 시스템은 초음파 센서를 활용하여 흙막이에 대한 변위를 분석하고, USN 기술이 제공하는 실시간 데이터 송수신 기능을 활용하여 원격으로 흙막이 벽체의 안정 상태를 지속적으로 관찰하고, 필요시 적절하게 대응하도록 지원한다. 연구효과를 검증하기 위하여 센서와 USN 기술을 접합하여 흙막이 벽체의 변위실험을 진행했으며, 검증결과 USN 기반 데이터 획득 시스템은 변위 데이터를 측정하여 흙막이 시공시 안전성을 향상시킬 수 있다는 것을 보여준다.
건설현장에서 구조물 시공시 흙막이는 터파기 기초보호와 작업공간을 제공하는 역할을 한다. 흙막이 공사는 지반 굴착, 지하수 처리, 파일링, 버팀보 설치 등 복잡한 토공사 공정을 가진다. 토공사의 성격상 지반 여건 등 주위 환경의 변화에 따라서 다양한 응력변화가 발생되고, 이러한 변화가 주어진 설계한도를 벗어나면 인명사고를 동반한 붕괴사고로 이어질 수 있다. 이와 같은 이유로 구조물 기초공사에서 붕괴사고는 건설공사시 가장 주의해야 할 분야 중 하나이다. 본 논문은 흙막이 시공시 안전을 향상시키기 위한 USN (Ubiquitous Sensor Network) 기반의 데이터 획득 시스템을 제시한다. USN 기반의 데이터 획득 시스템은 초음파 센서를 활용하여 흙막이에 대한 변위를 분석하고, USN 기술이 제공하는 실시간 데이터 송수신 기능을 활용하여 원격으로 흙막이 벽체의 안정 상태를 지속적으로 관찰하고, 필요시 적절하게 대응하도록 지원한다. 연구효과를 검증하기 위하여 센서와 USN 기술을 접합하여 흙막이 벽체의 변위실험을 진행했으며, 검증결과 USN 기반 데이터 획득 시스템은 변위 데이터를 측정하여 흙막이 시공시 안전성을 향상시킬 수 있다는 것을 보여준다.
In the construction operation, foundation work should be done in advance for the building structure to be installed. This foundation work include a number of activities such as excavation, ground water prevention, piling, wale installation, etc. Caution should be taken in the operation because the d...
In the construction operation, foundation work should be done in advance for the building structure to be installed. This foundation work include a number of activities such as excavation, ground water prevention, piling, wale installation, etc. Caution should be taken in the operation because the dynamics of earth movement can cause a significant failure in the temporary structure. The temporary structure, therefore, should be constantly monitored to understand its behavior. This paper introduces the USN-based monitoring system to automatically identify the behavior of the temporary structure in addition to visual inspection. The autonomous capability of the monitoring system can increase the safety in the construction operation by providing the detailed structural changes of temporary structures.
In the construction operation, foundation work should be done in advance for the building structure to be installed. This foundation work include a number of activities such as excavation, ground water prevention, piling, wale installation, etc. Caution should be taken in the operation because the dynamics of earth movement can cause a significant failure in the temporary structure. The temporary structure, therefore, should be constantly monitored to understand its behavior. This paper introduces the USN-based monitoring system to automatically identify the behavior of the temporary structure in addition to visual inspection. The autonomous capability of the monitoring system can increase the safety in the construction operation by providing the detailed structural changes of temporary structures.
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문제 정의
건설시공 작업 중 발생되는 각종 문제점들을 보완하기 위하여 본 논문에서는 USN 초음파 센서를 활용한 흙막이 안전관리 방법을 제시한다. USN 기술은 신속하게 현장 데이터를 수집함으로써 원격제어가 가능하며, 다양한 센서와 접목하여 구조물의 안전성을 확보함으로써 흙막이 가시설물의 시공관리를 효과적으로 처리할 수 있다.
본 논문에서는 USN 기반 초음파 센서를 활용한 흙막이 변위 분석을 위한 센서를 개발하고 테스트 베드에 적용하여 센서를 통한 계측값의 정확성과 신뢰성을 검증하였다. 테스트 베드는 흙막이 벽체에 가해지는 수평 하중에 따라서 발생하는 정확한 데이터를 수집하기 위하여 큰 변화가 발생할 수 있도록 제작하였다.
본 논문에서는 USN 기술과 센서를 접목시킴으로써 흙막이 가시설의 변위를 측정하고, 현장 모니터링을 통하여 안전성을 높이는 것을 목적으로 한다 (그림 1). USN 기술을 기반으로 원격 모니터링을 함으로써 시공단계에서 안전성을 확보하고, 다양한 센서를 사용하여 변위를 계측함으로써 효과적인 가시설 관리가 가능하도록 지원한다.
본 논문에서는 실내에서 실시한 모형실험을 통해 USN 기반의 안전관리 시스템의 적용가능성을 확인하였다. 현재 USN 기술은 지속적으로 발전되고 있으며 향후 저비용, 낮은 전력소모, 높은 신뢰성을 가지는 센서의 적용과 네트워크 기술 개발을 통한 무선 전송능력의 향상으로 일반 도심지의 건설시공 현장뿐만 아니라 산지나 해양과 같은 넓은 범위의 건설현장에서의 안전사고 또한 효과적으로 대비할 수 있을 것이다.
또한 USN 초음파 센서를 활용한 흙막이 모니터링 시스템은 구조물의 변위를 정밀하게 계측하고, 계측된 데이터가 데이터베이스에 저장되기 때문에 처짐, 변형률 등 다양한 계측요소를 복합적으로 활용하여 유지관리 할 수 있다. 본 연구에서는 USN 초음파 센서를 활용한 흙막이 안전관리 시스템을 구축하기 위하여 초음파 센서 (Ultrasonic Sensor)와 스트레인 게이지(Strain Gage) 등 2가지 종류 센서를 테스트 베드에 부착하고, USN을 응용한 무선 네트워크를 통하여 계측 데이터를 실시간으로 모니터링 한다.
그리고 송신부의 위치를 포함한 모든 방사각 범위 안에 있는 요소들이 오차의 원인이 될 수 있다. 본 연구에서는 초음파 센서의 정확한 변위 측정 오차를 구하기 위하여 레이저 거리측정기를 이용하여 미리 측정된 거리를 초음파 센서를 이용하여 측정했다 (그림 5).
정숭우 (2011) 외는 건설현장에서 계측관리를 대상으로 USN 기술을 적용하기 위해 현장에서 계측업무를 수행 시 어떠한 요소들을 고려하는지 경제성, 시공성, 안정성 등 3가지 기준을 설정하여 각 기준별로 어떠한 요소들을 고려하는지 AHP분석 방법을 활용하여 각 요소들의 중요도 산정을 통해 정량적인 지표를 도출하고 각 요소의 우선순위를 평가하였다. 향후 건설현장의 계측관리 업무에 USN기술을 도입하기 위한 전략을 수립하는데 있어 USN기술을 어느 부위에 먼저 도입을 해야 하고, 경제성, 시공성, 안정성을 기준으로 어떠한 요소를 먼저 고려해야 하는지 판단의 기준을 제시하였다.
가설 설정
본 테스트 베드 적용 실험에서는 시공시 발생 가능한 흙막이 벽체의 거동상태를 가정하여 테스트 베드에 센서를 설치하고 측압을 가하여 변위를 계측하였다. 설치된 센서를 통하여 흙막이 벽체에 전달된 측압으로 인한 벽체의 변위와 변형률 등 구조물의 변위를 계측하여 모니터링 함으로써 USN 기반의 흙막이 변위분석의 적용성을 검토하였다.
테스트 베드는 수평하중만 받는 것으로 가정했으며, 수평 하중으로 인한 엄지말뚝과 토류판의 변위가 잘 나타나도록 설계하였다. 수압을 이용하여 수평하중을 가하였으며, 수평하중으로 인한 변위를 초음파 센서와 스트레인 게이지를 이용하여 측정하였다.
제안 방법
류정필 (2007) 등은 인식거리를 보다 길게 하는 900MHz 대역의 RFID 시스템과 인식된 데이터를 무선 통신(Zigbee)을 사용하여 전달하는 RFID/USN 연동시스템 개발과 그 활용 방안을 제안하였다. RFID/USN 연동 시스템을 건설현장의 자재관리에 시험적으로 적용, 실증 테스트를 수행함으로써 첨단 센싱 기술 및 전파식별 기술에 대한 현장 활용 가능 여부, 실증 테스트 시 발생하는 기술적 애로 사항 및 다양한 활용 방안을 도출하였다. 또한, 원격지에 있는 현장 관리자를 위하여 기존 인프라네트워크를 이용하여 실시간 자재 및 장비의 위치 데이터를 관리자가 원할 경우 언제 어디서든 실시간으로 전달 가능하도록 이동통신망(CDMA: Code Division Multiple Access)과의 연동 시스템을 현장에서 적용하였다.
각 센서는 시공현장에서 발생하는 구조물의 붕괴사고를 분석하여 흙막이 벽체의 변위가 가장 쉽게 발생 될 것으로 예상되는 위치를 결정하여 설치하였다 (그림 8).
흙막이 벽체의 상단 중앙부에 초음파 센서를 설치하여 벽체변위를 파악하고, 흙막이 벽체에 스트레인 게이지를 설치하여 벽체의 움직임을 분석하였다. 각 센서에 USN 보드를 설치하여 무선 데이터 전송이 가능하도록 하였다. 무선전송을 위하여 PC에 연결하는 메인모듈과 시리얼 인터페이스를 사용했다.
흙막이 벽체의 모니터링은 테스트 베드에 수평하중을 가하기 전에 센서를 설치하여 수평 하중을 가하고 난 후 수평하중을 제거할 때까지 약 40분간 진행하였다. 계측 데이터는 테스트 베드와 같은 실내공간에서 사용자 화면을 통하여 실시간으로 전송 받아서 모니터링 하였다. 실험 종료 후 저장된 데이터는 재검토하여 센서의 작동 상태 및 이상 유무를 점검 하였다 (그림 10).
따라서 테스트 베드 실험의 데이터 수집범위는 장애물이 없는 환경으로 구성하고 반경 10m 이내에 모든 센서가 포함되도록 계획하였다 (그림 11). 그리고 데이터의 공백 및 센서의 오류를 방지하기 위하여 멀티 홉 기능을 적용하여 실험을 진행하였다. 테스트 베드의 실험 결과를 보면 데이터 수집보드를 통한 데이터의 수집정도는 공백 없이 매우 양호했으며, 실험 중 센서 작동불량으로 인한 데이터 오류는 발생하지 않았다.
김균태 (2009)는 건축공사현장 안전관리에 USN 기술의 접목 가능성을 검토하고, 안전관리 모니터링을 위한 USN기술 적용 방안을 도출하였다. 기존 건설공사현장의 안전관리와 관련한 재해율을 분석하고, 건설공사현장의 재해특성을 파악하여 건설현장 안전관리 모니터링의 중점관리요소와 차순위 관리요소들을 도출하였다. 결론적으로 당 연구자는 USN기술을 적용한 건축공사현장 안전관리 모니터링 시스템의 구성과 모니터링 시스템의 흐름을 제시하였다.
첫째 초음파 센서는 시공현장의 계측위치를 고려하여 엄지말뚝 최상단에 부착하여, 흙막이 벽체의 거동을 실시간으로 측정한다. 둘째 스트레인 게이지는 엄지말뚝의 바닥으로부터 각각 330㎜와 670㎜에 설치하여 측압이 가해지는 경우 엄지말뚝의 변형률을 측정한다.
따라서 테스트 베드 실험의 데이터 수집범위는 장애물이 없는 환경으로 구성하고 반경 10m 이내에 모든 센서가 포함되도록 계획하였다 (그림 11). 그리고 데이터의 공백 및 센서의 오류를 방지하기 위하여 멀티 홉 기능을 적용하여 실험을 진행하였다.
RFID/USN 연동 시스템을 건설현장의 자재관리에 시험적으로 적용, 실증 테스트를 수행함으로써 첨단 센싱 기술 및 전파식별 기술에 대한 현장 활용 가능 여부, 실증 테스트 시 발생하는 기술적 애로 사항 및 다양한 활용 방안을 도출하였다. 또한, 원격지에 있는 현장 관리자를 위하여 기존 인프라네트워크를 이용하여 실시간 자재 및 장비의 위치 데이터를 관리자가 원할 경우 언제 어디서든 실시간으로 전달 가능하도록 이동통신망(CDMA: Code Division Multiple Access)과의 연동 시스템을 현장에서 적용하였다.
배면에 가해지는 측압은 수조를 이용하여 수압으로 대체하였다. 배면의 수조는 높이 1,200㎜, 너비 1,000㎜, 폭 500㎜로 두께 12㎜의 합판으로 제작하고, 수조 내부는 방수포를 이용하여 처리했다 (그림 7).
본 연구에서는 USN을 이용하여 흙막이 가시설의 거동을 모니터링하고, 무선으로 데이터를 수신하는 네트워크의 프로토타입을 구축하여 거동변이 데이터를 수집한다. 본 연구 개발된 프로토타입은 USN을 이용하여 무선으로 데이터의 전송과 수신을 자유롭게 하며, 수집된 데이터를 데이터베이스에 저장하여 분석할 수 있다.
테스트 베드 실험에서 센싱을 통한 계측값들은 사용자 화면을 통하여 출력되며, 출력된 계측값으로 테스트 베드의 변위에 대한 모니터링이 가능하도록 했다. 본 연구에 적용한 사용자 화면은 저장된 계측데이터를 읽어 들이는 주기를 조정하여 데이터의 전송주기를 설정하며, 출력되는 데이터가 갱신되는 시각을 조회하여 데이터가 갱신되지 않으면 센서 노드의 연결이 끊겼음을 나타내도록 하였다.
초음파 센서는 수신부 측 모듈에서 펄스를 카운팅한 횟수이기 때문에 Wheatstone Bridge 등 트랜스듀서 (Transducer)를 이용하여 타 종류의 값으로 변환해 줄 필요가 없으며, 초음파 센서로부터 측정된 데이터는 실시간으로 인터페이스 보드(Interface Board)를 거쳐서 센서보드를 통하여 무선으로 전송되어 데이터베이스에 저장된다. 본 연구에서 거리측정에 사용한 초음파 센서는 송신부에서 송신한 음파가 수신부에 돌아올 때까지의 시간을 측정하여 그 시간에 음파의 시간당 이동 거리를 곱하여 거리를 산정했다.
압전 소자를 사용한 송파기의 진동자로부터 발진된 초음파의 에코가 대상에 반사되어 수파기에 도달할 때까지 소요시간으로 거리를 측정한다. 본 연구에서 적용한 초음파 센서는 송수신 일체형 초음파 센서에서 발생할 수 있는 계측값 오류를 보완하고 측정거리 한계를 확장하기 위하여 송신부와 수신부를 별도로 하는 분리형(대향형)으로 개조했다.
본 연구에서는 USN 기반 초음파 센서를 활용한 흙막이 분석을 위하여 테스트 베드에서 실험을 실시하고, 실험결과를 분석하여 데이터의 신뢰성을 검증한다. 테스트 베드에 적용한 센서한 개의 수신범위는 온도 및 분진 등 현장 상태에 따라 약 15~20m이고, 센서와 센서 간 장애물이 있을 경우에는 약 6m정도이기 때문에 단일 센서를 사용하면 대규모 지역의 계측은 불가능하다.
사용자 화면에서는 전압값을 각 센서별로 적용된 계산방법에 의해 계측단위로 환산하여 출력한다. 사용자 화면을 통하여 저장되는 데이터는 무빙 에버리지 (moving average)를 적용하여 계측값의 신뢰성을 향상시켰다.
본 테스트 베드 적용 실험에서는 시공시 발생 가능한 흙막이 벽체의 거동상태를 가정하여 테스트 베드에 센서를 설치하고 측압을 가하여 변위를 계측하였다. 설치된 센서를 통하여 흙막이 벽체에 전달된 측압으로 인한 벽체의 변위와 변형률 등 구조물의 변위를 계측하여 모니터링 함으로써 USN 기반의 흙막이 변위분석의 적용성을 검토하였다.
테스트 베드는 수평하중만 받는 것으로 가정했으며, 수평 하중으로 인한 엄지말뚝과 토류판의 변위가 잘 나타나도록 설계하였다. 수압을 이용하여 수평하중을 가하였으며, 수평하중으로 인한 변위를 초음파 센서와 스트레인 게이지를 이용하여 측정하였다. 수평 하중은 수조에 물을 채워가면서 하중을 가하였고, 벽체의 변위가 충분히 나타날 때까지 하중을 늘렸다 (그림 9).
시간에 따라 수위를 조절하여 수평 하중을 변화시켰다. 수평하중의 증가에 따라 엄지말뚝의 변위가 충분히 발생되는 것을 확인할 수 있다.
시스템 구축을 위하여 USN 보드에 초음파센서와 스트레인 게이지를 접목시켰다. 흙막이 벽체의 상단 중앙부에 초음파 센서를 설치하여 벽체변위를 파악하고, 흙막이 벽체에 스트레인 게이지를 설치하여 벽체의 움직임을 분석하였다.
계측 데이터는 테스트 베드와 같은 실내공간에서 사용자 화면을 통하여 실시간으로 전송 받아서 모니터링 하였다. 실험 종료 후 저장된 데이터는 재검토하여 센서의 작동 상태 및 이상 유무를 점검 하였다 (그림 10).
초음파 센서는 대표적인 레인지 파인더용 센서로써 기본적으로 송신부와 수신부가 같이 존재하는 형태이다. 압전 소자를 사용한 송파기의 진동자로부터 발진된 초음파의 에코가 대상에 반사되어 수파기에 도달할 때까지 소요시간으로 거리를 측정한다. 본 연구에서 적용한 초음파 센서는 송수신 일체형 초음파 센서에서 발생할 수 있는 계측값 오류를 보완하고 측정거리 한계를 확장하기 위하여 송신부와 수신부를 별도로 하는 분리형(대향형)으로 개조했다.
테스트 베드 실험에서 센싱을 통한 계측값들은 사용자 화면을 통하여 출력되며, 출력된 계측값으로 테스트 베드의 변위에 대한 모니터링이 가능하도록 했다. 본 연구에 적용한 사용자 화면은 저장된 계측데이터를 읽어 들이는 주기를 조정하여 데이터의 전송주기를 설정하며, 출력되는 데이터가 갱신되는 시각을 조회하여 데이터가 갱신되지 않으면 센서 노드의 연결이 끊겼음을 나타내도록 하였다.
테스트 베드는 USN 기반의 초음파 센서를 활용한 흙막이 변위분석을 하기 위하여 흙막이 벽체를 단순화한 모형으로 설계하였다. 흙막이 벽체 배면의 침하나 토사유출로 인한 변위에 대한 요인은 무시하고, 배면에 가해지는 측압만을 고려하여 적용하였다.
본 논문에서는 USN 기반 초음파 센서를 활용한 흙막이 변위 분석을 위한 센서를 개발하고 테스트 베드에 적용하여 센서를 통한 계측값의 정확성과 신뢰성을 검증하였다. 테스트 베드는 흙막이 벽체에 가해지는 수평 하중에 따라서 발생하는 정확한 데이터를 수집하기 위하여 큰 변화가 발생할 수 있도록 제작하였다. 테스트 베드 실험에서 센서를 통하여 계측된 변위를 각 센서에 부착된 Zigbee를 통하여 무선으로 데이터를 전송받았다.
현재 가설 구조물의 시공 및 사용 중에 일어나는 붕괴사고에 대비하여, 설계 시 안전율 개념의 도입으로 작업자 및 사용자를 위험으로부터 보호하고 있다. 하지만 안전율이나 현장 안전관리 로도 예측하기 어려운 사고로부터 작업자의 안전을 도모하기 위하여 USN 기반의 모니터링 체계를 구축하였다 (그림 12).
테스트 베드는 USN 기반의 초음파 센서를 활용한 흙막이 변위분석을 하기 위하여 흙막이 벽체를 단순화한 모형으로 설계하였다. 흙막이 벽체 배면의 침하나 토사유출로 인한 변위에 대한 요인은 무시하고, 배면에 가해지는 측압만을 고려하여 적용하였다. 배면에 가해지는 측압은 수조를 이용하여 수압으로 대체하였다.
흙막이 벽체의 모니터링은 테스트 베드에 수평하중을 가하기 전에 센서를 설치하여 수평 하중을 가하고 난 후 수평하중을 제거할 때까지 약 40분간 진행하였다. 계측 데이터는 테스트 베드와 같은 실내공간에서 사용자 화면을 통하여 실시간으로 전송 받아서 모니터링 하였다.
시스템 구축을 위하여 USN 보드에 초음파센서와 스트레인 게이지를 접목시켰다. 흙막이 벽체의 상단 중앙부에 초음파 센서를 설치하여 벽체변위를 파악하고, 흙막이 벽체에 스트레인 게이지를 설치하여 벽체의 움직임을 분석하였다. 각 센서에 USN 보드를 설치하여 무선 데이터 전송이 가능하도록 하였다.
대상 데이터
버팀보는 엄지말뚝의 변위가 생성되지 않을 경우를 고려하여 알루미늄 봉재 (16㎜Φ×1,800㎜)와 끝단에 용수철을 사용하여 제작하였다.
본 연구에서는 USN을 이용하여 흙막이 가시설의 거동을 모니터링하고, 무선으로 데이터를 수신하는 네트워크의 프로토타입을 구축하여 거동변이 데이터를 수집한다. 본 연구 개발된 프로토타입은 USN을 이용하여 무선으로 데이터의 전송과 수신을 자유롭게 하며, 수집된 데이터를 데이터베이스에 저장하여 분석할 수 있다.
터파기 현장에서 일어난 흙막이 벽체 붕괴사고는 지하 5층까지 1,000㎥가량의 터파기를 진행하던 중 4개 면의 H-Beam들이 한꺼번에 넘어지며 흙더미가 바닥으로 쏟아지면서 굴삭기 기사가 매몰되어 사망했다. 사고원인으로는 강우로 인한 지반약화와 부실공사로 인하여 H-Beam이 하중을 이기지 못한 것이다. 공사 시작 후 도로가 주저앉거나 갈라지는 등 여러 징후가 나타났으나 이에 대한 적절한 조치를 취하지 않았다.
테스트 베드에 설치된 각각의 센서에서 측정된 데이터는 센서보드를 통하여 데이터 수집보드에 무선으로 전송한다. 수집된 데이터는 TinyOS로 업로드된 시리얼 포트 인터페이스 프로그램을 통하여 사용자 화면에 출력되고, 각 센서별로 계측된 데이터를 저장하여 활용한다.
엄지말뚝은 수평 하중이 가해졌을 때 변위를 충분히 나타내기 위하여 알류미늄 판재 (1,100㎜×100㎜×2㎜)를 사용하여 제작하였다.
305t/㎡이 되었을 때 엄지말뚝 상단의 최대 변위는 -34㎜를 나타냈다. 엄지말뚝의 변위를 충분히 확보하기 위하여 알루미늄 판재를 사용하였고, 이는 충분한 변위로 나타나는 것을 확인 할 수 있다.
테스트 베드는 흙막이 벽체에 가해지는 수평 하중에 따라서 발생하는 정확한 데이터를 수집하기 위하여 큰 변화가 발생할 수 있도록 제작하였다. 테스트 베드 실험에서 센서를 통하여 계측된 변위를 각 센서에 부착된 Zigbee를 통하여 무선으로 데이터를 전송받았다.
토류판은 합판 (100㎜×300㎜×6㎜)을 사용하여 제작하였으며, 띠장은 알루미늄 각재 (10㎜×25㎜×1,000㎜)를 사용하였다.
데이터처리
테스트 베드에 의한 실제 데이터 계측의 결과는 레이저 거리측정기를 통하여 실제 측정한 결과와 비교하여 측정 값의 신뢰도를 확인하였다. 수평 하중의 변위에 따른 실제 변위와 초음파 센서의 변위의 값은 표 3과 같다.
성능/효과
갑작스러운 시공하중의 변화나 반복된 사용에 의한 가설 시설물의 노화 등으로 인해 발생하는 가설 시설물의 변형은 구조적인 불안정으로 연결된다. 결과적으로 가설 시설물의 불안정은 구조물 시공시 다양한 분야에서의 안전에 영향을 미치게 되며, 인명사고를 동반한 붕괴사고의 위험성을 초래하게 된다.
기존 건설공사현장의 안전관리와 관련한 재해율을 분석하고, 건설공사현장의 재해특성을 파악하여 건설현장 안전관리 모니터링의 중점관리요소와 차순위 관리요소들을 도출하였다. 결론적으로 당 연구자는 USN기술을 적용한 건축공사현장 안전관리 모니터링 시스템의 구성과 모니터링 시스템의 흐름을 제시하였다.
수평 하중의 증가에 따라 변형률이 증가했으며, 수평하중의 크기에 비례하게 변형률이 발생하는 것을 확인할 수 있다. 바닥으로부터 670㎜에 위치한 1번 스트레인 게이지는 수평하중의 증가에 따라 초반 압축이 발생하다가 다시 인장이 발생하는 것을 확인할 수 있다.
바닥으로부터 670㎜에 위치한 1번 스트레인 게이지는 수평하중의 증가에 따라 초반 압축이 발생하다가 다시 인장이 발생하는 것을 확인할 수 있다. 수평하중을 가장 많이 받게 되는 바닥으로부터 330㎜에 위치한 2번 스트레인 게이지는 수평하중에 비례하게 변형률이 증가하는 것을 확인할 수 있다. 수평하중에 따른 변형률의 변화는 표 4와 같다.
그리고 데이터의 공백 및 센서의 오류를 방지하기 위하여 멀티 홉 기능을 적용하여 실험을 진행하였다. 테스트 베드의 실험 결과를 보면 데이터 수집보드를 통한 데이터의 수집정도는 공백 없이 매우 양호했으며, 실험 중 센서 작동불량으로 인한 데이터 오류는 발생하지 않았다.
후속연구
본 논문에서는 실내에서 실시한 모형실험을 통해 USN 기반의 안전관리 시스템의 적용가능성을 확인하였다. 현재 USN 기술은 지속적으로 발전되고 있으며 향후 저비용, 낮은 전력소모, 높은 신뢰성을 가지는 센서의 적용과 네트워크 기술 개발을 통한 무선 전송능력의 향상으로 일반 도심지의 건설시공 현장뿐만 아니라 산지나 해양과 같은 넓은 범위의 건설현장에서의 안전사고 또한 효과적으로 대비할 수 있을 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
구조물 기초공사에서 붕괴사고가 건설공사시 가장 주의해야 할 분야 중 하나인 이유는?
흙막이 공사는 지반 굴착, 지하수 처리, 파일링, 버팀보 설치 등 복잡한 토공사 공정을 가진다. 토공사의 성격상 지반 여건 등 주위 환경의 변화에 따라서 다양한 응력변화가 발생되고, 이러한 변화가 주어진 설계한도를 벗어나면 인명사고를 동반한 붕괴사고로 이어질 수 있다. 이와 같은 이유로 구조물 기초공사에서 붕괴사고는 건설공사시 가장 주의해야 할 분야 중 하나이다.
건설현장에서 구조물 시공시 흙막이는 어떤 역할을 하는가?
건설현장에서 구조물 시공시 흙막이는 터파기 기초보호와 작업공간을 제공하는 역할을 한다. 흙막이 공사는 지반 굴착, 지하수 처리, 파일링, 버팀보 설치 등 복잡한 토공사 공정을 가진다.
흙막이 공사는 어떤 공정을 가지는가?
건설현장에서 구조물 시공시 흙막이는 터파기 기초보호와 작업공간을 제공하는 역할을 한다. 흙막이 공사는 지반 굴착, 지하수 처리, 파일링, 버팀보 설치 등 복잡한 토공사 공정을 가진다. 토공사의 성격상 지반 여건 등 주위 환경의 변화에 따라서 다양한 응력변화가 발생되고, 이러한 변화가 주어진 설계한도를 벗어나면 인명사고를 동반한 붕괴사고로 이어질 수 있다.
참고문헌 (14)
국토해양부 (2008). 구조물 기초설계기준
김균태 (2009). 건축공사현장의 안전관리모니터링을 위한 USN 기술적용에 관한 연구, 한국건축시공학회 논문집 제9권 4호,
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