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USN 초음파 센서를 활용한 흙막이 안전관리
Safety Management of the Retaining Wall Using USN Sonar Sensors 원문보기

한국건설관리학회논문집 = Korean journal of construction engineering and management, v.12 no.6, 2011년, pp.22 - 30  

문성우 (부산대학교 사회환경시스템공학부) ,  최은기 (부산대학교 사회환경시스템공학과 토목공학) ,  현지훈 (부산대학교 사회환경시스템공학과 토목공학)

초록
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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.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

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...

주제어

AI 본문요약
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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.
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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.
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참고문헌 (14)

  1. 국토해양부 (2008). 구조물 기초설계기준 

  2. 김균태 (2009). 건축공사현장의 안전관리모니터링을 위한 USN 기술적용에 관한 연구, 한국건축시공학회 논문집 제9권 4호, 

  3. 김범기, 김동언, 이웅균, 한병원, 강경인(2005), 인터넷 및 PDA를 활용한 흙막이 통합계측관리시스템 구축, 대한건축학회 논문집(구조계), Vol. 21, No. 11, pp.183-190, 

  4. 김성호(2000). 초음파 센서를 이용한 굴삭기용 장애물 인식 시스템에 관한 연구, 울산대학교 대학원 석사학위논문 

  5. 남상엽, 송병훈 (2005). 무선 센서 네트워크의 활용, 상학당, pp. 80-82, 234-276, 285-320 

  6. 류정필, 김형관, 김창윤, 김창완, 한승헌, 김문겸 (2007).RFID/USN 연동 시스템을 활용한 건설자원 실시간 모니터 링 시스템, 한국건설관리학회 정기학술대회 논문집, 한국건설관리학회, pp. 90-94 

  7. 문성우, 최병영, 양병수, 성현진 (2009). 건설현장 모니터링을 위한 USN 응용, 한국건설관리학회 학술발표대회 

  8. 양병수(2011). USN 기반의 실시간 모니터링 시스템을 적용한 건설시공 안전관리, 부산대학교 박사학위 논문 

  9. 이웅균, 조호규, 김광희, 강경인 (2004). 건축공사 흙막이 계측 관리를 위한 유비쿼터스 시스템 구축 방안에 관한 연구, 한국건축시공학회, 학술.기술논문발표회 논문집, Vol. 4, No. 2, pp.67-70 

  10. 인치훈, 임홍철, 이근우 (2009). 가설공사 안전관리를 위한 무선 계측 시스템 적용, 한국건축시공학회, 제9권 1호 

  11. 전진구, 박종혁, 김병수, 김윤성, 김우영 (2005). 건설시공학, 구미서관 

  12. 정승우, 김예상, 진상윤, 권순옥 (2011). 건설현장에서 효율적인 USN(Ubiquitous Swnsor Network)기술 활용을 위한 토공사 계측 관련 고려요소 분석 및 우선순위 도출, 대한건축학회논문집 : 구조계, 대한건축학회, pp. 133-140 

  13. 미국 버클리 대학 토목공학과 (2011). http://www.ce.berkeley.edu/research (2011.07.15) 

  14. TinyOS Korea (2011). http://www.tinyos.re.kr (2011.03.15) 

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