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문제 정의
- 본 연구에서는 Ubiquitous+BIM기술 기반의 개선된 철도교량 유지관리 운영체계 구축 전략 수립을 위해 향후 발전 및 개발 가능한 기술응용 모형을 제안하였다. 이를 위해 기존 교량유지관리시스템의 현황 분석을 통해 유지관리 업무 및 정보관리 측면에서의 문제점을 분석하여 개선된 철도교량 유지관리 운영체계 구축을 위한 대안을 제시하였다.
- 본 연구에서는 기존의 교량유지관리 체계를 개선하고 능동적인 교량유지관리 업무환경을 구축하기 위하여 유비쿼터스 및 BIM 기술을 활용한 철도교량의 지능형 유지관리 운영체계(U-BMIS, Ubiquitous Bridge Maintenance Information System) 기반의 통합 전략모형을 제안하고 이의 실무적 적용성을 확보하기 위한 타당성을 평가하는데 연구 목적이 있다. 이를 위해 우선 도로교량의 유지관리시스템 현황 분석을 통한 현행 교량 구조물의 유지관리 및 정보 운영체계의 문제점을 분석한 후 개선방안을 제시한다.
- 본 절에서는 기존의 교량계측 센서의 잦은 고장, 데이터수집 및 네트워크 등의 문제들을 해결하기 위해 교량 부재에 RFID 태그 및 센서이식에 의한 자동화된 정보의 취득과 BIM모형 기반의 계측정보 관리 운영 모형을 제시한다(Fig. 6).
- 본 절에서는 연구에서 제시된 개별적인 유지관리정보 운영 기능 모델과 통합 모델의 실무적 적용성에 대한 타당성 및 적정성을 확인하기 위해 철도관련 실무자 15인을 대상으로 설문조사를 실시하였다. 이를 위해 제시된 전략모델에 대한 기술개발 가능성, 전략모델의 철도 유지관리 분야 적정성, 개발 시스템의 운용성, 현장 적용성 및 유지관리 업무의 경제적 파급효과를 대분류 항목으로 구성하여 실시하였다.
제안 방법
- 이를 기반으로 유비쿼터스 및 BIM기술을 적용한 유지관리 세부 업무의 요구기능에 의한 지능형 통합 교량유지관리 운영 모형을 제시하였다. 그리고 제시된 모형의 개발 및 실무적 적용성에 대한 타당성을 확보하기 위해 철도 시설관리 실무자들을 대상으로 설문분석에 의한 정량적 평가를 수행하였다.
- 따라서, 제시된 모형은 철도교량 유지관리 업무체계 수행시 유지관리정보의 취득에서 분석·평가에 이르는 일련의 절차를 통합하여 지능화된 유지관리업무를 수행할 수 있도록 하는 방법론 및 시스템 구축 프레임워크로서 제공된다.
- 이로 인해 관련 정보의 신속한 확인이 곤란하며, 정보누락의 발생으로 체계적인 유지관리가 어렵다. 또한 교량에 대한 계측정보의 수치 및 그래프 정보 중심의 손상상태 평가를 수행한다.
- 이를 기반으로 3D 도면관리, 계측정보의 운영 모형, 유지관리정보관리 모형 및 BIM기반 지능형 전자매뉴얼 체계의 실무응용 모형을 제시하였다. 또한 이러한 기술을 연계한 지능형 유지관리시스템 개발 프레임워크 및 통합 운영 모형을 구축하였으며, 지능형 철도교량 유지관리 운영체계의 정성적효과를 분석하였다. 또한 제시된 통합 유지관리 전략의 개발 및 실무적 적용 타당성을 평가하기 위해 설문분석에 의한 정량적 평가를 수행하였다.
- 또한 이러한 기술을 연계한 지능형 유지관리시스템 개발 프레임워크 및 통합 운영 모형을 구축하였으며, 지능형 철도교량 유지관리 운영체계의 정성적효과를 분석하였다. 또한 제시된 통합 유지관리 전략의 개발 및 실무적 적용 타당성을 평가하기 위해 설문분석에 의한 정량적 평가를 수행하였다. 설문분석 결과 항목별로 3.
- 1은 서해대교 유지관리시스템의 구성도를 도식화한 것이다. 본 시스템은 계측기에 의한 모니터링, 계측제어, 점검매뉴얼 및 교통량 분석으로 분류된다. 또한 이력관리시스템이나 교량의 분석 및 평가를 담당하는 전문가시스템이 일부 연계되어 있다.
- 본 시스템은 기준정보관리, 점검 및 보수보강관리, 예산관리, 보고자료 관리, 매뉴얼관리, 시스템관리, 계측관리 및 VR(Virtual Reality) 기능으로 구성되어 있다. 유지관리 정보들은 DB(Database)에 저장·관리되며 해당 구조물의 점검과 손상 상태를 판단하고 이의 보수보강 여부를 검토한다.
- 본 장에서는 기존 유지관리시스템 분석을 바탕으로 실무운용성 측면에서의 문제점을 분석하였으며, 이를 기반으로 유지관리 체계의 개선방안을 제시한다.
- 본 장에서는 분석된 교량 유지관리 문제점을 개선하기 위하여 기존 교량유지관리 운영체계를 유비쿼터스 기술과 BIM기반의 운영체계로 전환하기 위한 전략 모형을 구성한다.
- 본 절에서는 기존의 유지관리 정보접근의 제약, 단편적 문서관리 및 정보누락 등의 문제점을 해결하기 위해 BIM기반의 가상객체 정보를 기반으로 최적의 정보만을 제공할 수 있도록 하는 지능형 유지관리전자매뉴얼 운영 모형을 Fig. 7과 같이 구성하고 있다.
- 본 절에서는 앞서 구성된 4가지의 개별적 유지관리 운영모델을 단일의 통합 유지관리 정보운영모델로 구성한다. 우선 유지관리정보의 통합 Repository로서 BIM서버가 구축되고 여기에 다양한 유지관리 정보의 DB를 내장한다.
- 본 절에서는 앞서 제시된 개별 응용 모형을 통하여 Ubiquitous-BIM 기반 지능형 철도교량 유지관리 통합 운영시나리오 모형을 구성하였다(Fig. 8).
- 유지관리 정보들은 DB(Database)에 저장·관리되며 해당 구조물의 점검과 손상 상태를 판단하고 이의 보수보강 여부를 검토한다.
- 이를 위해 기존 교량유지관리시스템의 현황 분석을 통해 유지관리 업무 및 정보관리 측면에서의 문제점을 분석하여 개선된 철도교량 유지관리 운영체계 구축을 위한 대안을 제시하였다. 이를 기반으로 3D 도면관리, 계측정보의 운영 모형, 유지관리정보관리 모형 및 BIM기반 지능형 전자매뉴얼 체계의 실무응용 모형을 제시하였다. 또한 이러한 기술을 연계한 지능형 유지관리시스템 개발 프레임워크 및 통합 운영 모형을 구축하였으며, 지능형 철도교량 유지관리 운영체계의 정성적효과를 분석하였다.
- 이를 위해 우선 도로교량의 유지관리시스템 현황 분석을 통한 현행 교량 구조물의 유지관리 및 정보 운영체계의 문제점을 분석한 후 개선방안을 제시한다. 이를 기반으로 유비쿼터스 및 BIM기술을 적용한 유지관리 세부 업무의 요구기능에 의한 지능형 통합 교량유지관리 운영 모형을 제시하였다. 그리고 제시된 모형의 개발 및 실무적 적용성에 대한 타당성을 확보하기 위해 철도 시설관리 실무자들을 대상으로 설문분석에 의한 정량적 평가를 수행하였다.
- 본 연구에서는 Ubiquitous+BIM기술 기반의 개선된 철도교량 유지관리 운영체계 구축 전략 수립을 위해 향후 발전 및 개발 가능한 기술응용 모형을 제안하였다. 이를 위해 기존 교량유지관리시스템의 현황 분석을 통해 유지관리 업무 및 정보관리 측면에서의 문제점을 분석하여 개선된 철도교량 유지관리 운영체계 구축을 위한 대안을 제시하였다. 이를 기반으로 3D 도면관리, 계측정보의 운영 모형, 유지관리정보관리 모형 및 BIM기반 지능형 전자매뉴얼 체계의 실무응용 모형을 제시하였다.
- 본 연구에서는 기존의 교량유지관리 체계를 개선하고 능동적인 교량유지관리 업무환경을 구축하기 위하여 유비쿼터스 및 BIM 기술을 활용한 철도교량의 지능형 유지관리 운영체계(U-BMIS, Ubiquitous Bridge Maintenance Information System) 기반의 통합 전략모형을 제안하고 이의 실무적 적용성을 확보하기 위한 타당성을 평가하는데 연구 목적이 있다. 이를 위해 우선 도로교량의 유지관리시스템 현황 분석을 통한 현행 교량 구조물의 유지관리 및 정보 운영체계의 문제점을 분석한 후 개선방안을 제시한다. 이를 기반으로 유비쿼터스 및 BIM기술을 적용한 유지관리 세부 업무의 요구기능에 의한 지능형 통합 교량유지관리 운영 모형을 제시하였다.
- 본 절에서는 연구에서 제시된 개별적인 유지관리정보 운영 기능 모델과 통합 모델의 실무적 적용성에 대한 타당성 및 적정성을 확인하기 위해 철도관련 실무자 15인을 대상으로 설문조사를 실시하였다. 이를 위해 제시된 전략모델에 대한 기술개발 가능성, 전략모델의 철도 유지관리 분야 적정성, 개발 시스템의 운용성, 현장 적용성 및 유지관리 업무의 경제적 파급효과를 대분류 항목으로 구성하여 실시하였다. 총 30부를 배포하여 15부를 회수하였다.
대상 데이터
- 이를 위해 제시된 전략모델에 대한 기술개발 가능성, 전략모델의 철도 유지관리 분야 적정성, 개발 시스템의 운용성, 현장 적용성 및 유지관리 업무의 경제적 파급효과를 대분류 항목으로 구성하여 실시하였다. 총 30부를 배포하여 15부를 회수하였다. 설문방법은 5첨척도를 활용하여 대분류의 5가지 항목에 대하여 AHP(Analytical Hierarchy Process)에 의한 중요도를 평가하였으며, 크론바흐(Cronbach)의 알파계수를 통해 설문의 신뢰도를 검증하였다.
데이터처리
- 총 30부를 배포하여 15부를 회수하였다. 설문방법은 5첨척도를 활용하여 대분류의 5가지 항목에 대하여 AHP(Analytical Hierarchy Process)에 의한 중요도를 평가하였으며, 크론바흐(Cronbach)의 알파계수를 통해 설문의 신뢰도를 검증하였다. Table 1은 개선된 전략의 타당성 결과를 정량적으로 분석한 결과를 나타낸 것이다.
이론/모형
- 본 절에서는 기존의 단일 교량에 대한 수치기반의 계측데이터 수집절차와 분산된 손상평가 방식을 개선하기 위해 유비쿼터스 기술(Sensor + Networking + Computing)과 BIM기반의 계측 운영 기술을 적용한다. 이를 통해 다수의 교량에 대한 계측정보의 수집·분석·평가 등의 절차를 단일 BIM기반의 유지관리시스템으로 통합하고 자동화된 계측을 위한 지능형 철도교량 계측 운영모형을 Fig.
- 본 절에서는 기존의 유지관리 도면관리체계를 개선하기 위해 2D기반의 디지털 도면 및 종이 도면관리 체계 구축에 RIFD 기술을 활용한다. 그리고 이들 정보를 3차원 모델로 구성하여 BIM환경에서 통합 운영 및 관리가 가능한 BIM기반의 유지관리 도면정보 운영모형을 Fig.
성능/효과
- 2) 지능화된 통합 유지관리 업무운영 체계 미흡: 교량 유지관리 업무 동안 발생되는 방대한 정보를 통합하고 타 교량유지관리시스템과의 상호 연동을 위한 연계 시스템의 구축이 미흡하다. 특히, 기존 계측센서들은 인근센서를 관리하는 자율화된 제어 능력이 없어 센서간 통신 기능이 제한적이며, 스스로 센서정보를 판단하여 현재의 거동 상태에 따른 실시간 분석 및 평가를 위한 지능형 계측 체계의 구축이 미흡하다.
- 4) 개선 요구사항: 이를 개선하기 위해 우선 기존 교량의 계측이력 및 도면정보 관리체계는 3차원 모델을 기반으로 운영될 필요가 있다. 이를 위해 3D기반의 유지관리 도면정보는 RFID나 부재의 GPS 위치정보를 활용하여 유지관리 대상 정보와 연동되어야 한다.
- 개발 시스템의 운용성”에서는 ‘BIM기반 지능형 유지관리전자매뉴얼 체계의 운용성’이 4.07점으로 높은 운용성을 갖는 체계로 분석되었으며, ‘BIM-Smart Sensing에 의한 철도 교량 계측모형의 운용성’은 2.79점으로 실무에서 낮은 운용성을 가질 것으로 파악되었다.
- 298로 가장 높은 기술개발 중요도를 갖는 것으로 분석되었다. 그러나 BIM기반 지능형 유지관리전자매뉴얼 운영 모형은 0.137로 가장 낮은 기술개발 중요도를 가지는 것으로 나타났다. 또한 유지관리 단계적용성에서는 ‘스마트 센서 이식에 의한 BIM기반 계측 정보 관리모형’이 0.
- 93)가 있는 것으로 분석되었다. 그러나 본 개발전략을 통해 유지관리자의 교육훈련에 따라 경제적 대체 효과는 3.21점으로 타 효과에 비해 그 수준은 미흡한 것으로 분석되었다.
- 0이상으로 평가되어 제시된 유지관리정보 전략 모델이 보통 수준 이상의 타당성을 가지는 것으로 평가되었다. 본 설문결과 크론바흐 알파계수가 0.654로 도출되어 신뢰할 만한 수준의 설문조사 결과로 분석된다.
- 특히 3D모형의 부재 모델 관리와 2D 이미지에 의한 부재의 손상부위를 관리하고 있다. 본 시스템을 통해 각종 이력정보 조회 및 입력이 가능하고, 손상형태의 시각화를 통해 결함사항을 조회할 수 있다.
- 또한 제시된 통합 유지관리 전략의 개발 및 실무적 적용 타당성을 평가하기 위해 설문분석에 의한 정량적 평가를 수행하였다. 설문분석 결과 항목별로 3.0이상으로 평가되어 제시된 유지관리 전략 모델이 보통수준이상의 타당성을 갖는 것으로 분석되었다. 이를 통해 관련 기술 개발의 요구와 실무 적용성의 증대에 기여할 것으로 판단한다.
- 우선 제시된 유지관리 운영 모델의 기술개발에 대한 AHP중요도 평가 결과에서 ‘스마트 센서 이식에 의한 BIM기반 계측정보 관리 모형’이 0.298로 가장 높은 기술개발 중요도를 갖는 것으로 분석되었다.
- 유지관리 업무의 경제적 파급효과”에 대해 비용측면(3.64)보다는 시간측면에서의 유지관리 업무 수행 효과(3.93)가 있는 것으로 분석되었다.
후속연구
- 특히 계측센서의 3D모형 연동으로 실시간 계측정보의 취득 및 시각화 분석이 가능해진다. 따라서 Active BIM기반 통합 유지관리시스템으로 활용될 수 있을 것으로 사료된다. 나아가 기존 설계시공 중심의 BIM적용성을 FM (Facility Maintenance) 측면에서 BIM 체계로 확장될 수 있는 기반을 제공할 수 있다.
- 기술 측면에서는 단일 센서에 계측+통신+지능을 가진 SoC (System on Chip) 형태의 무선기반 센서의 개발이 가능하다. 또한 계측 정보의 자동화된 수집을 위한 RFID 기술과 DB에 의한 정보관리 기술(BIM Server)이 구축될 수 있으며, 정밀위치탐색을 위한 LBS 기술이 개발될 수 있다. 특히 교량 유지관리 정보의 3차원 통합기술인 BIM기술을 개발하고 유지관리 3D객체 라이브러리와 같은 컨텐츠 개발 및 정보 서비스 모형을 구축할 수 있다.
- 또한 유지관리 단계적용성에서는 ‘스마트 센서 이식에 의한 BIM기반 계측 정보 관리모형’이 0.300으로 가장 높은 실무 적용성을 가질 것으로 기대한다.
- 0이상으로 평가되어 제시된 유지관리 전략 모델이 보통수준이상의 타당성을 갖는 것으로 분석되었다. 이를 통해 관련 기술 개발의 요구와 실무 적용성의 증대에 기여할 것으로 판단한다.
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