비행장 소음에 의한 건축물의 진동량 정량평가 및 건축물 설치 기준에 관한 연구 Quantitative Evaluation of Vibration of Structure by Aircraft Noise and Installation Criteria of Building in Air bases원문보기
군 비행장은 군용 항공기와 더불어 민간 항공기 운항의 증가와 추진력이 좋은 신형 기종의 도입으로 인하여 소음 및 진동에 의한 민원이 증가하고 있으며, 특히 군 비행장 내에 근무하고 있는 장병 뿐 아니라 군 가족에게도 이러한 소음과 진동이 과다하게 노출되고 있다. 그러나 군 비행장내 소음 및 진동 실태조사는 전무한 실정으로 건축물 신축시 소음 및 진동의 영향을 고려하지 않고 있어 활주로 인접 건축물의 타일 등 내부 마감재가 탈락하는 문제뿐 아니라 관사와 같은 거주지역의 건설 위치를 결정하는데 기준이 없어 건축물의 진동에 의한 영향 최소화 및 적절한 진동대책 수립이 불가능한 현실이다. 따라서 본 연구에서는 군 비행장내 소음 및 진동 실태조사를 수행하고 실태조사 자료를 통계분석 방법을 이용해 건축물의 진동량을 예측 할 수 있는 정량평가 모델을 도출하였으며, 군 비행장내 건축물의 용도별 건축물 설치기준을 제안하였다. 이는 향후 군 비행장내 건축물 신축 및 비행장 신설 시 적합한 건축물 설치를 위한 기준을 제시할 수 있을 것으로 판단된다.
군 비행장은 군용 항공기와 더불어 민간 항공기 운항의 증가와 추진력이 좋은 신형 기종의 도입으로 인하여 소음 및 진동에 의한 민원이 증가하고 있으며, 특히 군 비행장 내에 근무하고 있는 장병 뿐 아니라 군 가족에게도 이러한 소음과 진동이 과다하게 노출되고 있다. 그러나 군 비행장내 소음 및 진동 실태조사는 전무한 실정으로 건축물 신축시 소음 및 진동의 영향을 고려하지 않고 있어 활주로 인접 건축물의 타일 등 내부 마감재가 탈락하는 문제뿐 아니라 관사와 같은 거주지역의 건설 위치를 결정하는데 기준이 없어 건축물의 진동에 의한 영향 최소화 및 적절한 진동대책 수립이 불가능한 현실이다. 따라서 본 연구에서는 군 비행장내 소음 및 진동 실태조사를 수행하고 실태조사 자료를 통계분석 방법을 이용해 건축물의 진동량을 예측 할 수 있는 정량평가 모델을 도출하였으며, 군 비행장내 건축물의 용도별 건축물 설치기준을 제안하였다. 이는 향후 군 비행장내 건축물 신축 및 비행장 신설 시 적합한 건축물 설치를 위한 기준을 제시할 수 있을 것으로 판단된다.
Due to the lack of a noise and vibration survey for military air bases, noise and vibration are not taken into consideration for new installations, which has resulted in a number of problems, including the separation of tiles. Furthermore, it is not possible to establish appropriate counter-vibratio...
Due to the lack of a noise and vibration survey for military air bases, noise and vibration are not taken into consideration for new installations, which has resulted in a number of problems, including the separation of tiles. Furthermore, it is not possible to establish appropriate counter-vibration plans to minimize damage resulting from vibration on structures, since no standard is in place when location for residence areas, including military quarters, is determined. In this context, this research includes a noise and vibration survey, on which basis a quantitative evaluation model for vibration of structure by aircraft noise is generated, as well as through linear regression analysis, and suggests installation standards by purpose of structure, minimizing the damage due to noise and vibration, and establishing appropriate counter-vibration plans for future installation and repairs of on-base structures in the military bases.
Due to the lack of a noise and vibration survey for military air bases, noise and vibration are not taken into consideration for new installations, which has resulted in a number of problems, including the separation of tiles. Furthermore, it is not possible to establish appropriate counter-vibration plans to minimize damage resulting from vibration on structures, since no standard is in place when location for residence areas, including military quarters, is determined. In this context, this research includes a noise and vibration survey, on which basis a quantitative evaluation model for vibration of structure by aircraft noise is generated, as well as through linear regression analysis, and suggests installation standards by purpose of structure, minimizing the damage due to noise and vibration, and establishing appropriate counter-vibration plans for future installation and repairs of on-base structures in the military bases.
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문제 정의
항공기 소음에 의한 진동레벨은 소음도(거리가 가까우면 소음도 큼)가 커짐에 따라 증가하는 특성이 있다. 따라서 본 연구에서는 소음 및 진동 실태조사를 통해 구축된 자료를 이용해 항공기 소음에 의해 야기되는 건축물의 진동량 정량평가 모델을 도출하였다.
이에 본 연구에서는 군 비행장내 소음 및 진동 실태조사를 수행하고 여기서 구축된 소음 및 진동 실태조사 자료를 토대로 회귀분석모델을 이용해 항공기 소음에 의해 야기되는 건축물의 진동량 정량평가 모델을 도출하고, 향후 군 비행장내 건축물 신축 및 보수시 소음 및 진동의 영향을 최소화하고 적절한 진동대책 수립을 위한 용도별 건축물 설치기준을 제안하였다.
현재 군 비행장내 소음 및 진동 실태조사는 거의 전무한 실정으로 건축물 신축시 소음 및 진동의 영향을 고려하지 않고 있어 활주로 인접 건축물의 타일 등 내부 마감재가 탈락하는 문제뿐 아니라 관사와 같은 주거지역의 건설 위치를 결정하는데 기준이 없어 건축물의 진동에 의한 영향 최소화 및 적절한 진동대책 수립이 불가능한 현실이다. 이에 본 연구에서는 군 비행장내 소음 및 진동 실태조사를 수행하고 여기서 구축된 실태조사 자료를 토대로 회귀분석을 이용해 항공기 소음에 의해 야기되는 건축물의 진동량 정량평가 모델을 도출하였으며, 군 비행장내 건축물의 용도별 설치기준을 제안하였다. 그 결과는 다음과 같다.
제안 방법
2) 소음 및 진동 실태조사 자료를 토대로 선형회귀분석을 이용해 항공기 소음에 의해 야기되는 건축물의 진동량 정량평가 모델을 도출하였으며 항공기 기종 및 건축물별로 세분화하여 진동량 정량평가 모델을 또한 도출하였다. 산출된 모델은 95% 신뢰구간에서 통계적으로 매우 의미 있는 결과이며 진동량 정량평가 모델 비교결과 기종에 따른 건축물의 진동은 F-4, F-16, F-15, F-5 항공기 순으로 크게 발생하였으나, 판넬 건축물을 제외한 다른 건축물의 진동 차이는 유사한 수준이었다.
건축물에 대한 소음 및 진동 실태조사를 위한 조사대상 건축물 분류를 위해 공군 비행장의 건축물 현황을 조사하였다. Figure 2는 공군 비행장의 벽체에 따른 구조별 건물 현황을 나타낸 것이며 블록벽체, 철근콘크리트벽체, 시멘트벽돌벽체, 적벽돌벽체 및 판넬이 각각 41.
건축물에 따른 진동량 차이 분석을 위해 앞 절에서 사용한 통계분석방법을 사용하였다. Figure 8은 소음 및 진동 실태조사 결과를 건축물에 따라 구분한 것으로 사각형, 삼각형, 다이아몬드, 원형 및 오른쪽 삼각형은 각각 블록벽체(BL), 적벽돌벽체(CBR), 시멘트벽돌벽체(BR), 철근콘크리트벽체(CON) 및 판넬(PN) 건축물의 소음 및 진동 실태조사 결과이며, 이 자료를 이용하여 건축물에 따른 진동량 정량평가 모델을 산출하였다.
군 비행장내 건축물의 소음 및 진동 실태조사를 위해 현재 공군이 보유하고 있는 F-15, F-16, F-4 및 F-5 항공기가 운용 중인 비행장을 선정하여 실태조사를 수행하였으며, 조사 대상 건축물 선정을 위해 건축물 외부마감 벽체에 따른 공군 비행장의 건축물 현황을 조사하고 가장 많은 건축물 5종류(철근콘크리트벽체, 블록벽체, 적벽돌벽체, 시멘트벽돌벽체 및 판넬 건축물)를 선정하여 소음 및 진동 실태조사를 수행하였다. 이러게 건축물에 대한 소음 및 진동 실태조사를 통해 구축된 자료를 토대로 회귀분석모델을 이용하여 항공기 소음에 의해 야기되는 건축물의 진동량 정량평가 모델을 도출하였으며, 연구절차는 Figure 1과 같다.
통계적 분석방법을 이용하면 소음에 대한 진동량의 신뢰할 만한 수학적 구조식의 도출이 가능하다. 따라서 본 연구에서는 거리에 따라 달라지는 실외 소음도를 독립변수로, 항공기 소음에 의해 야기되는 건축물 진동레벨을 종속변수로 하여 선형회귀분석을 이용하여 건축물의 진동량 정량평가를 수행하였다[9,10].
위 표에서 알 수 있듯이 군 비행장내 관사지역의 진동레벨은 대부분의 지역에서 국내기준을 초과하고 있으며, 국외 기준을 적용할 경우에는 모든 지역에서 그 기준을 초과하고 있다. 또, 비행장내 사무실 및 작업장의 진동실태를 알아보기 위해 Table 8과 같이 ISO 건물 용도별 진동허용기준 중 사무실과 작업장의 진동허용기준과 비교하였다. 이 결과 비행장내 모든 사무실 및 1개 작업장을 제외한 모든 작업상에서 진동기준이 초과되고 있다.
소음 및 진동 측정결과 분석을 위하여 기종별 항공기 이륙시 3회 이상에 대하여 각각 실내·외 최고소음도 및 진동레벨을 측정하였으며, 그 결과는 Table 3 ∼ Table 6과 같다[6,7].
군 비행장내 건축물의 소음 및 진동 실태조사를 위해 현재 공군이 보유하고 있는 F-15, F-16, F-4 및 F-5 항공기가 운용 중인 비행장을 선정하여 실태조사를 수행하였으며, 조사 대상 건축물 선정을 위해 건축물 외부마감 벽체에 따른 공군 비행장의 건축물 현황을 조사하고 가장 많은 건축물 5종류(철근콘크리트벽체, 블록벽체, 적벽돌벽체, 시멘트벽돌벽체 및 판넬 건축물)를 선정하여 소음 및 진동 실태조사를 수행하였다. 이러게 건축물에 대한 소음 및 진동 실태조사를 통해 구축된 자료를 토대로 회귀분석모델을 이용하여 항공기 소음에 의해 야기되는 건축물의 진동량 정량평가 모델을 도출하였으며, 연구절차는 Figure 1과 같다.
대상 데이터
군 비행장 건축물의 소음 및 진동 실태조사를 위해 현재 공군이 보유하고 있는 F-15, F-16, F-4 및 F-5 항공기가 운용 중인 비행장을 선정하여 실태조사를 수행하였다.
본 조사에서는 소음측정을 위해 시간별 소음데이터의 기록이 가능한 B&K(덴마크)사의 Type 2250 모델을 사용하였으며, 진동측정은 B&K사의 Type 2270 모델(진동 픽업 : B&K 4507)을 사용하여 수행하였다.
항공기 운영시 발생되는 건축물의 실내·외 소음 및 진동 측정을 위해 건축물 및 기종별 대상시설을 선정하였으며, 그 현황은 Table 1과 같다.
데이터처리
Table 14는 ISO 건물 용도별 진동허용기준에 따른 군 비행장의 용도별 건축물 최소 이격거리를 나타낸 것이다. 이격거리의 산출은 식(1)의 진동량 회귀식을 이용해 ISO 진동기준에 대응하는 소음도 산출 후 소음예측 프로그램 INM(Integrated Noise Model)1)을 이용해 공군이 운용중인 전투기 이륙시 소음도에 따른 피해거리를 계산하였다. Figure 10은 후기연소기(After burner)를 사용해 전투기가 이륙할 때의 소음에 따른 거리를 나타낸 것이다.
성능/효과
1) 군 비행장내 건축물의 소음 및 진동 실태조사를 위해 F-15, F-16, F-4, F-5 4개 기종이 운영되는 군 비행장내 90개 건축물에 대해 항공기 이륙시 실내·외 최고소음도 및 진동레벨 측정하였으며, 분석결과 소음은 80 ∼ 110 dB(A), 진동은 60 ∼ 110 dB(V)로 군 비행장내 모든 사무실 및 작업장에서 진동기준을 초과할 뿐 아니라 주거지역의 진동레벨 또한 대부분의 지역에서 국내 및 국외 기준을 초과하고 있다.
2) 소음 및 진동 실태조사 자료를 토대로 선형회귀분석을 이용해 항공기 소음에 의해 야기되는 건축물의 진동량 정량평가 모델을 도출하였으며 항공기 기종 및 건축물별로 세분화하여 진동량 정량평가 모델을 또한 도출하였다. 산출된 모델은 95% 신뢰구간에서 통계적으로 매우 의미 있는 결과이며 진동량 정량평가 모델 비교결과 기종에 따른 건축물의 진동은 F-4, F-16, F-15, F-5 항공기 순으로 크게 발생하였으나, 판넬 건축물을 제외한 다른 건축물의 진동 차이는 유사한 수준이었다.
따라서 국제표준기구(ISO)는 건축물 용도에 따라 진동허용기준을 구분하여 사용하고 있으며, 중앙환경분쟁조정위원회에서는 진동으로 인한 건축물 피해에 대한 인과관계 기준(안)을 마련하고 있다[1,2]. 실제로 군 비행장내 활주로 인근지역 및 원거리지역 건축물을 대상으로 타일탈락 발생비율을 조사한 결과 인근지역 건축물의 타일탈락 발생률은 약 6%였으며 원거리지역의 타일탈락 발생률은 1% 미만으로 활주로 인근지역의 타일탈락 발생률이 원거리지역보다 약 6배 높게 발생하였다. 동일한 시공기준으로 건축된 건축물이 이러한 차이를 발생하는 이유는 여러 원인 중에서도 항공기 소음에 의해 야기되는 건축물의 진동이 원인이라 할 수 있다.
후속연구
3) 쾌적한 생활 환경 보장을 위해 군 비행장 주거지역은 최소 6,000 m, 사무실 및 작업장은 2,000 m 이상 이격이 필요하며, 이는 향후 기존 비행장내 신축 및 비행장 이전으로 새롭게 시설물 건설시 시설물 설치 기준으로 활용이 가능할 것으로 판단된다.
따라서 향후 기존 비행장내 신축 및 비행장 이전으로 새롭게 시설물을 건설 할 때 위의 건축물 설치 기준의 반영이 필요하며, 불가피하게 최소 이격거리 내에 건축물을 설치 할 경우에는 피해가 최소화 할 수 있는 적합한 대책을 수립하여야 할 것이다.
표에 따르면 ISO의 진동허용기준을 적용할 경우 군 비행장의 주거지역인 관사는 최소 6,000 m, 사무실 및 작업장은 2,000 m 이상 이격해 설치해야 한다. 사무실과 작업장은 항공기 운영과 직접 관련이 있는 시설물로 본 논문에서 제안하는 이격거리를 따르기에는 무리가 있을 것이라 판단되나 관사지역의 경우에는 군 가족의 쾌적한 생활 환경 보장을 위해 최소 이격거리의 준수가 필요 할 것이라 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
교통수단에 의해 야기되는 환경소음 및 진동의 부정적 영향은 무엇인가?
교통수단에 의해 야기되는 환경소음 및 진동은 생활환경에 직접적으로 영향을 주는 감각공해의 일종으로 그 피해는 다른 환경오염 현상과 달리 인간의 신체적, 정신적 피해 뿐 아니라 건축물의 균열 및 내부마감재 탈락 등의 구조물에도 영향을 미치고 있다. 따라서 국제표준기구(ISO)는 건축물 용도에 따라 진동허용기준을 구분하여 사용하고 있으며, 중앙환경분쟁조정위원회에서는 진동으로 인한 건축물 피해에 대한 인과관계 기준(안)을 마련하고 있다[1,2].
비행장내 활주로 인근지역 건축물의 타일탈락 발생률은?
따라서 국제표준기구(ISO)는 건축물 용도에 따라 진동허용기준을 구분하여 사용하고 있으며, 중앙환경분쟁조정위원회에서는 진동으로 인한 건축물 피해에 대한 인과관계 기준(안)을 마련하고 있다[1,2]. 실제로 군 비행장내 활주로 인근지역 및 원거리지역 건축물을 대상으로 타일탈락 발생비율을 조사한 결과 인근지역 건축물의 타일탈락 발생률은 약 6%였으며 원거리지역의 타일탈락 발생률은 1% 미만으로 활주로 인근지역의 타일탈락 발생률이 원거리지역보다 약 6배 높게 발생하였다. 동일한 시공기준으로 건축된 건축물이 이러한 차이를 발생하는 이유는 여러 원인 중에서도 항공기 소음에 의해 야기되는 건축물의 진동이 원인이라 할 수 있다.
참고문헌 (10)
International Organization for Standardization(ISO). Mechanical vibration and shock-evaluation of human exposure to whole-body vibration-Part 2:Vibration in building. Geneva: International Organization for Standardization; 2003 Apr. 16 p. Report No.: ISO 2631-2.
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