[논문]하수관거 평가 및 정비 우선순위 의사결정도구 개발

한상종; 황환국

doi:10.11001/jksww.2015.29.1.123

하수관거 평가 및 정비 우선순위 의사결정도구 개발
Development of sewer condition assessment and rehabilitation decision-making program(SCARD) 원문보기

上下水道學會誌 = Journal of Korean Society of Water and Wastewater, v.29 no.1, 2015년, pp.123 - 131

한상종 (한국건설기술연구원 환경.플랜트연구소) , 황환국 (한국건설기술연구원 환경.플랜트연구소)

Abstract ▼ AI-Helper

A CCTV inspection method has been widely used to assess sewer condition and performance, but Korea lacks a proper decision support system for prioritizing sewer repair and rehabilitation (R&R). The objective of this paper is to introduce the results that we have developed in the Sewer Condition Assessment and Rehabilitation Decision-making (SCARD) Program using MS-EXCEL. The SCARD-Program is based on a standardized defect score for sewer structural and hydraulic assessment. Priorities are ranked based on risk scores, which are calculated by multiplying the sewer severity scores by the environmental impacts. This program is composed of three parts, which are decision-making for sewer condition and performance assessment, decision-making for sewer R&R priority assessment, and decision-making for optimal budget allocation. The SCARD-Program is useful for decision-makers, as it enables them to assess the sewer condition and to prioritize sewer R&R within the limited annual budget. In the future, this program logic will applied to the GIS-based sewer asset management system in local governments.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

그러나 국내 실정은 장기적인 노후화 추이분석을 수행할 만한 오랜 이력 데이터와 매설 경과년수를 보유하고 있지 못한다. 따라서 하수관거 상태평가 DB 표준체계 수립 및 이에 따른 정비 우선순위 의사결정 지원을 할 수 있는 프로그램을 개발하고자 하였다. 본 연구에서 참고한 하수관거 CCTV 조사 DB 기록체계를 기반을 둔 하수관거 의사결정 프로그램은 독일의 AQUA-Selekt/AQUA-WertMin, 유럽의 공동연구 프로젝트의 성과물인 CARE-S, 미국의 하수관거 자산관리를 위한 상업용 프로그램인 SCREAMTM 으로서 관련 개발동향을 소개한다.
본 연구에서는 이러한 연구성과를 바탕으로 지자체에서 의사결정에 활용할 수 있는 하수관거 정비 판단 및 우선순위 의사결정도구를 개발하였고 SCARD- Program(Sewer Condition Assessment and Rehabilitation Decision-making Program)으로 명명하였다. 본 논문은 SCARD-Program의 개발성과를 소개하고자 한다.
본 논문은 자산관리 기반의 하수관거 DB 체계를 구축하기 위하여 수행된 “하수관거 상태평가 DB 표준화 및 레이져 탐사시스템 개발(한국건설기술연구원)”과제의 연구성과로서 지자체에서 의사결정에 활용할 수 있는 하수관거 정비 판단 및 우선순위 의사결정도구로써 Excel 기반 프로그램인 SCARD-Program을 소개하였다.
따라서 하수관거 상태평가 DB 표준체계 수립 및 이에 따른 정비 우선순위 의사결정 지원을 할 수 있는 프로그램을 개발하고자 하였다. 본 연구에서 참고한 하수관거 CCTV 조사 DB 기록체계를 기반을 둔 하수관거 의사결정 프로그램은 독일의 AQUA-Selekt/AQUA-WertMin, 유럽의 공동연구 프로젝트의 성과물인 CARE-S, 미국의 하수관거 자산관리를 위한 상업용 프로그램인 SCREAMTM 으로서 관련 개발동향을 소개한다.

제안 방법

AQUA- WertMin는 보수시간이나 비용분석을 통하여 여러 가지 갱생전략의 대안비용을 비교할 수 있다. AQUA- WertMin은 CCTV 조사를 통하여 하수관과 맨홀의 상태점수를 도출하고 양호한 상태부터 긴급교체가 필요한 단계까지 6개 등급으로 구분하여 분석할 수 있도록 하였다.
각 결함코드는 각 결함코드에 할당된 결함점수의 평균과 결함점수의 최대값을 활용한다. 구조적 결함은 이음부이완(JO1:Joint Opening Small, 0점)부터 구조적으로 가장 심각한 상태인 관함몰(PX:Pipe Collapse, 100점)까지이며, 수리적 결함점수는 CARE-S의 연구결과를 토대로 하수관거 결함이 수리적 통수성능을 저하시키는 손실수두 비율에 따라 점수 (1~100점)를 배분하였고, 수리적 결함 평균점수는 하수관거당 실질적인 통수능력 (복합 조도계수)과 비례한다.
다음 Table 1은 본 연구에서 개발된 결함구분에 따라서 하수관거 결함 평균 점수 등급에 따른 정비 의사결정 등급을 구분한 결과이다. 구조적 결함평균점수는 심각도에 따라서 조치 없음, 부분보수, 전체보수, 단시일 이내의 교체, 긴급교체의 요구에 따라서 구분하고, 수리적 평균점수는 심각도에 따라 조치 없음, 10년 1회 준설, 5년 1회 준설, 3년 1회 준설, 긴급준설로 구분하였다.
또한 구조적 최고점수는 한 구간(Span)단위에서 긴급도(도로함몰 등)를 반영하는 요소이기 때문에 이러한 속성을 구조적 심각도 점수에 반영되어야 한다. 따라서 구조적 심각도 평가방법은 구조적 평균점수와 구조적 최고점수의 재평균을 활용하는 것으로 수정하였다(검증필요). 하수관 심각도는 하수관의 성능을 판단하는 최종 지표이다.
하수관의 정비요구는 구조적 함몰발생보다는 통수능력 불량으로 인한 관막힘이나, 홍수발생사고가 우선적으로 발생하는 경우가 많다. 따라서 하수관거의 구조적 결함요소와 수리적 결함요소를 종합적으로 판단하여 하수관거의 심각도 점수를 산출한다.
또한 준설, 부분보수, 전체보수, 굴착교체에 대한 각각의 관경별 단위비용을 정의하여, 각 하수관거별 산출된 유지관리 소요량(준설량, 부분보수 갯수, 전체보수 연장 등)에 따라서 정비 소요비용을 자동 산출할 수 있게 하였다.
리스크 분석기법은 통상 P-I(Probability-Impact)방법인 기능상실의 결과(Consequence of failure)와 기능상실 가능성(Likelihood of failure)에 대한 항을 축으로하는 리스크 매트릭스를 구성하여 우선순위를 판단한다(Vose, 2000). 리스크 매트릭스법은 하수관거별로 정비우선순위를 판단하기는 곤란하기 때문에 다음 Fig. 3과 같이 결함점수를 토대로 하수관거의 구조적, 수리적, 환경적 리스크가 고려된 리스크 기반 정비우선순위 평가로직을 개발하였다. 정비 우선순위 평가로직은 하수관 심각도점수에 환경적 중요도(가중치)를 적용하여 산출하며, 기본 분석단위는 맨홀과 맨홀사이의 개별 하수관거 단위이다.
본 연구에서는 관거별 환경적 중요도를 산출하기 위하여 수명, 토피, 관경, 관종, 위치, 통수능력, 토양조건, 준설관리, I/I, 서비스, 등 각 10개 항목의 가중치를 개발하여 각 항목별 가중치 점수를 도출하였다. Fig.
et al, 2013b). 본 연구에서는 이러한 연구성과를 바탕으로 지자체에서 의사결정에 활용할 수 있는 하수관거 정비 판단 및 우선순위 의사결정도구를 개발하였고 SCARD- Program(Sewer Condition Assessment and Rehabilitation Decision-making Program)으로 명명하였다. 본 논문은 SCARD-Program의 개발성과를 소개하고자 한다.
AQUA-Selekt는 CCTV 표본조사를 통하여 처리구역 하수관망의 상태를 예측할 수 있도록 설계된 프로그램이다. 표본샘플의 상태평가를 먼저 수행하고, 이를 통하여 조사되지 않은 하수관의 상태를 예측한다. 통상 10~20%정도의 표본조사를 수행하고, CCTV 조사 데이터 선정 전략은 관련기준 DIN EN 752-5에 따른다.
하수관거 상태평가 DB 표준화의 주요 내용은 기존의 환경부(2011)의 “하수관거 CCTV 조사· 판독 표준화 및 개·보수 정비 판단기준 설정연구”에서 제시한 하수관거 코드 및 결함점수를 국내실정에 맞게 개선하였다.
하수관거의 심각도 점수는 당초 구조적 결함평균점수와 수리적 결함평균점수를 합하여 산출하도록 제안하였다. 그러나 구조적 평균점수로만 계산할 경우는 조사연장이 긴 경우보다 조사 연장이 짧은 경우에서 평균점수 값이 과대평가되는 경향이 있었다.
4는 전국 6개 지자체 하수관망 유지관리 담당자들에게 AHP분석을 실시한 결과이다. 하지만 환경적 중요도 가중치는 각 지자체 상황마다 달라질 수 있기 때문에 본 프로그램 개발시 각 지자체별 상황이 고려될 수 있도록 지자체 담당자에게 설문을 통해 AHP 분석결과를 대입하도록 가중치 값에 대한 사용자 입력란을 구성하였다.

이론/모형

하수관거의 결함점수 평가법은 도로함몰 또는 기능상실에 도달하는 상태에 대한 상대적인 건전도(리스크 가중치)를 나타내기 위한 점수평가방법으로서 영국 WRc에서 도입한 이래로 유럽국가, 미국, 호주, 뉴질랜드 등에서 보편적으로 사용하는 방법이다(WRc, 1983; NZWWA, 2006; WSAA, 2008). 결함코드 및 결함점수 선정은 환경부 매뉴얼(2011년)의 기본 골격을 토대로 하였다. 결함점수 평가법은 매우 유용한 방법이지만 국가별로 결함점수 체계가 차이가 있으며 정량적으로 정확히 산출할 수 있는 것이 아니다.
표본샘플의 상태평가를 먼저 수행하고, 이를 통하여 조사되지 않은 하수관의 상태를 예측한다. 통상 10~20%정도의 표본조사를 수행하고, CCTV 조사 데이터 선정 전략은 관련기준 DIN EN 752-5에 따른다. AQUA-Selekt는 중점관리대상지역을 판단할 수 있도록 하며, 전체 처리구역의 하수관거 정비계획을 수립하도록 지원한다.

성능/효과

2) SCARD-Program의 하수관거별 정비 판단 의사결정로직은 구조적 평균점수 및 최고점수, 수리적 평균점수 및 최고점수를 자동 계산하여 각각의 등급별로 정비 판단을 지원한다. 또한 각 관거별로 부분보수 소요갯수 및 준설량을 산출하도록 지원한다.
3) SCARD-Program의 하수관거별 정비우선순위 의사결정로직은 구조적 수리적 결함점수를 반영한 하수관거 심각도 점수와 지자체 공무원의 AHP 설문분석으로 도출된 환경적 중요도의 곱으로 산출되는데, 이러한 분석결과는 지자체의 특성을 반영한 실질적인 하수관거 정비우선순위가 도출될 수 있다.
4) SCARD-Program의 분구별/관거별 예산배분 의사결정로직은 지자체 사용자가 연간 할당예산에 따른 관할구역의 효율적인 정비계획을 수립할 수 있도록 지원한다.
5는 하수관거 CCTV 조사 DB의 결함코드에 따른 심각도 점수산출 사례를 나타낸다. 개선 전의 심각도 점수는 A-line 6.9점, B-line 7.6점, C-line 13.1점으로서 B-line이 관거 연장이 짧기 때문에 과평가되어 A-line보다 더 높게 산출되었지만, 개선 후 구조적 결함최고점수와 구조적 평균점수를 종합적으로 반영하여 산출한 결과 A- line 23.6점, B-line 18.8점, C-line 35.4점으로 보정되어 적절히 최적화 되었다.

후속연구

5) 본 SCARD-Program은 향후 부분보수/전체보수선정 의사결정로직을 추가로 삽입할 계획이며, 이러한 Excel기반의 프로토타입 프로그램은 향후 국내 지자체 GIS기반의 자산관리시스템에 기능을 탑재하여 지자체 관리자가 실질적인 업무에 효율적으로 활용할 수 있도록 연구개발 하고자 한다.
그러나 CARE-S는 방대한 성과물을 도출하였지만 상업화는 되지 못하고 프로토타입 프로그램으로 연구가 종료되었다. 따라서 본 CARE-S의 연구성과 방법론을 이용하여 각 국가들의 요구에 맞게 추가적인 개발이 필요하다.
SCARD-Program은 하수관거별 구조적 상태 및 수리적 성능 판단로직, 하수관거별 정비 우선순위 판단로직, 하수관거 정비 예산배분 의사결정로직으로 세가지 시트로 구분되며, 계산을 위한 보조시트로 GIS 속성테이블, 단위 보수비용 시트 등으로 구성되어 있다. 본 프로그램은 지자체 GIS의 하수관거 SHP파일의 속성 테이블을 불러들여서 분석 기초자료로 활용할 수 있다. 또한 준설, 부분보수, 전체보수, 굴착교체에 대한 각각의 관경별 단위비용을 정의하여, 각 하수관거별 산출된 유지관리 소요량(준설량, 부분보수 갯수, 전체보수 연장 등)에 따라서 정비 소요비용을 자동 산출할 수 있게 하였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	SCARD-Program에서 산출할 수 있는 것은 무엇인가?	2) SCARD-Program의 하수관거별 정비 판단 의사결정로직은 구조적 평균점수 및 최고점수, 수리적 평균점수 및 최고점수를 자동 계산하여 각각의 등급별로 정비 판단을 지원한다. 또한 각 관거별로 부분보수 소요갯수 및 준설량을 산출하도록 지원한다.
	SCARD-Program은 무엇인가?	1) SCARD-Program은 하수관거 상태평가 표준화 데이터 베이스를 바탕으로 하수관거별 정비판단 의사결정, 하수관거별 정비우선순위 의사결정, 분구별/관거별 예산배분 의사결정을 지원하는 프로그램이다.
	자산관리는 무엇인가?	et al, 2011). 사회기반시설에서 “자산관리는 인프라 자산을 수용할 수 있는 리스크 범위 내에서 관리하고, 요구하는 수준으로 고객에게 지속적인 서비스를 제공하면서, 소유 및 운영의 총비용을 최소화하기 위해 최적화한 통합프로세스” 라고 정의하고 있다(AMSA, 2001). 예방적 유지관리를 시행할 수 있는 공학적 기반은 자산관리 대상시설에 대한 유의미한 모든 데이터베이스를 취합하고 분석함으로써 가능하다.

참고문헌 (14)

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