[논문]ICT 기반 교량 생애주기 관리시스템 개발

박경훈; 선종완

doi:10.5762/kais.2016.17.10.13

ICT 기반 교량 생애주기 관리시스템 개발
Development of Bridge Life-Cycle Management System based on Information and Communication Technology 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.17 no.10, 2016년, pp.13 - 20

박경훈 (한국건설기술연구원 구조융합연구소) , 선종완 (한국건설기술연구원 구조융합연구소)

초록
AI-Helper

교량은 지속적인 규모의 증가와 노후화의 확대로 인해 전산화된 관리 체계가 요구되었다. 국내외 교량관리시스템(Bridge Management System; BMS) 개발 동향 및 기능의 비교, 고찰을 통해 생애주기 관리가 가능한 ICT (Information and Communication Technology) 기반 교량 관리 체계를 제안하였다. BMS는 인터넷과 모바일이 결합된 운영 체계에 GIS 기능과 객체 기반 정보 관리 체계를 바탕으로 개발되었다. BMS는 교량의 생애주기 동안 발생되는 모든 정보의 객체 기반 정보화를 수행하여, 생애주기 성능 변화와 소요 예산의 추정을 바탕으로 중장기 관리 전략과 단기 관리 계획의 수립을 지원한다. 실제 공용중인 교량 약 6천 개소에 대한 생애주기 관리 전략 수립을 통해 의사 결정 지원을 위한 유용한 지식 정보를 도출하였다. 전국의 모든 도로교량에 적용 가능하도록 개발된 BMS는 정확한 이력 관리를 통한 성능 유지, 합리적인 예산 관리를 통한 비용 절감, 현장 정보 수집의 편의성 및 신뢰성 증진을 위해 실제적, 실용적으로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

Abstract ▼ AI-Helper

The computerized management system for bridges is required due to the increased service life and number of bridges. This paper provides information and communication technology (ICT) - based bridge management system (BMS) to enable life cycle management through a comparative study with the development trend and function of domestic and foreign BMSs. BMS developed as an operation system combined an internet and mobile program, and was based on GIS technology and an object-based information management system. BMS supports the establishment of long-term strategies and short-term plans based on predicting the life-cycle performance profile and the necessary budget by object-based informatization for the whole life-cycle information of bridges. Useful knowledge information for supporting decision making was derived from the life-cycle management strategies establishment for approximately 6,000 existing bridges. BMS was developed to be applicable to all nationwide road bridges. In addition, it can be used practically to maintain the performance based on accurate maintenance result management, reducing cost by reasonable budget management, and enhancing the convenience and reliability of field data collection.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

교량의 생애주기 상태 및 비용에 기초하여 최적화된 보수 및 예산 관리, 예방적관리 기능을 갖춘 새로운 교량 관리체계를 제안하였다. 교량을 구성하는 대표부재에 기초하여 수집된 정보를 활용해 성능과 비용 산정을 위한 모델을 개발하여 적용하였다.
하지만 대부분 개념적이며 일부 특정 교량에 국한되어 방법론을 제안하는데 그치고 있다. 본 연구에서는 일반적인 모든 교량형식을 대상으로 유지관리 정보의 관리와 장단기 관리전략의 분석을 위한 GIS, 웹(web) 및 모바일 등 첨단 ICT의 접목으로 효율성과 합리성이 전제되고 실적용성이 확보될 수 있는 BMS를 개발하고자 하였다.

제안 방법

교량 생애주기 동안 발생되는 모든 정보를 객체기반 속성정보로 저장하여 정보 관리와 분석이 용이하도록 하였다. 유지관리조치 전·후 및 생애주기 동안의 정량적 성능변화 추정, 적정예산 산정 등 지금까지 불가능했던 부재, 개별교량(프로젝트), 네트워크 수준의 대표적인 분석 결과를 제시하여 시스템의 적용성을 검증하였다.
교량의 생애주기 상태 및 비용에 기초하여 최적화된 보수 및 예산 관리, 예방적관리 기능을 갖춘 새로운 교량 관리체계를 제안하였다. 교량을 구성하는 대표부재에 기초하여 수집된 정보를 활용해 성능과 비용 산정을 위한 모델을 개발하여 적용하였다. 또한 객체(부재)기반 입력, 가공된 정보들을 활용하여 부재수준에 기초한 분석을 수행하고 교량수준 및 네트워크수준으로 연계, 조합하는 과정 등에 관한 분석 절차 및 방법을 제시하였다.
또한 부재와 연계해 대표적인 손상유형 총 818가지를 정의하였으며, 각 손상 유형에 대한 대표 보수보강공법은 총 1,750가지를 고려하였다. 교량의 구성부재에 기초하여 정의된 손상 및 보수보강공법, 생애주기 동안 부재별 상태열화 예측 모델, 상태열화에 따른 보수보강비용 추정 모델, 조치 후 상태향상 예측 모델을 Fig. 7과 같이 연계함으로써 교량의 성능과 비용을 고려한 의사결정 결과도출이 가능하도록 하였다.
국내외 교량관리시스템(BMS) 개발 동향 및 기능의 비교, 고찰을 통해 국내 교량에 적합한 생애주기관리가 가능한 ICT 기반 BMS를 개발하였다. 본 연구를 통해 도출된 결론은 다음과 같다.
그 결과 선택된 최적전략의 부재별 생애주기 성능 및 비용 예측 결과는 교량(프로젝트) 수준, 다시 네트워크수준으로 순차적으로 취합하는 방식으로 교량 네트워크의 목표관리수준에 따른 장기 전략을 수립하였다. 그 후 예산 및 성능 제약에 따라 연차별 조치대상을 조정하며 생애주기비용의 증가가 최소가 되는 전략을 선정하는 방식으로 중기 전략을 수립하였다. 앞서 설명한 정보 분석 절차와 방법을 도식화하면 Fig 10 및 Table 6과 같다.
BMS를 이용한 유지관리 전략을 수립하기 위한 모든 분석은 부재별 분석 결과의 조합으로 구성된다. 기존 점검결과로부터 부재별 초기 상태를 추정하고, 목표성능관리수준에 따라 생성된 다양한 관리 시나리오(scenario)에 따라 부재별로 구성된 상태 열화 및 향상 모델, 부재 및 상태별로 정의된 보수보강비용 모델을 이용해 미래의 상태 및 비용을 예측한다. 다수의 관리시나리오 중 생애주기비용 측면에서 최적의 시나리오를 선정하는 방식으로 최적화를 수행한다.
기존 점검결과로부터 부재별 초기 상태를 추정하고, 목표성능관리수준에 따라 생성된 다양한 관리 시나리오(scenario)에 따라 부재별로 구성된 상태 열화 및 향상 모델, 부재 및 상태별로 정의된 보수보강비용 모델을 이용해 미래의 상태 및 비용을 예측한다. 다수의 관리시나리오 중 생애주기비용 측면에서 최적의 시나리오를 선정하는 방식으로 최적화를 수행한다. 그 결과 선택된 최적전략의 부재별 생애주기 성능 및 비용 예측 결과는 교량(프로젝트) 수준, 다시 네트워크수준으로 순차적으로 취합하는 방식으로 교량 네트워크의 목표관리수준에 따른 장기 전략을 수립하였다.
기본적인 현황정보의 입력기능과 관련시스템과의 연계를 통해 수집되는 정보(교통량, 주소 등) 등이 데이터베이스에 객체화되어 저장된다. 또한 C/S 프로그램과 DB를 통해 수집된 정보의 검증, 비용 및 성능모델 개발, 전략 수립 등을 수행하며, GIS 연산을 통해 교통량 구간에 포함된 교량 정의, 교량위치에 따른 법정동 연계 등의 정보갱신을 수행한다.
교량을 구성하는 대표부재에 기초하여 수집된 정보를 활용해 성능과 비용 산정을 위한 모델을 개발하여 적용하였다. 또한 객체(부재)기반 입력, 가공된 정보들을 활용하여 부재수준에 기초한 분석을 수행하고 교량수준 및 네트워크수준으로 연계, 조합하는 과정 등에 관한 분석 절차 및 방법을 제시하였다.
데이터베이스 관리 프로그램은 Oracle을, 서비스를 위한 WEB/WAS는 WebtoB/JEUS를 사용하였다. 또한 보고서 작성을 지원하기 위하여 Report Designer를 사용하였으며, 웹서비스를 통해 스마트폰 현장조사 프로그램과 연계된다. GIS는 오픈 API를 도입하였는데, 그 중 Web 시스템은 다음, 네이버 API를, Mobile은 구글 API 이용하였다.
BMS에서는 부재기반 정보관리를 위하여 교량을 구성하고 있는 부재를 Table 4와 같이 총 10개의 대표부재와 세부대표부재 81개로 객체화하여 정의하였다. 또한 부재와 연계해 대표적인 손상유형 총 818가지를 정의하였으며, 각 손상 유형에 대한 대표 보수보강공법은 총 1,750가지를 고려하였다. 교량의 구성부재에 기초하여 정의된 손상 및 보수보강공법, 생애주기 동안 부재별 상태열화 예측 모델, 상태열화에 따른 보수보강비용 추정 모델, 조치 후 상태향상 예측 모델을 Fig.
유지관리조치 전·후 및 생애주기 동안의 정량적 성능변화 추정, 적정예산 산정 등 지금까지 불가능했던 부재, 개별교량(프로젝트), 네트워크 수준의 대표적인 분석 결과를 제시하여 시스템의 적용성을 검증하였다.
제안된 방법론을 적용하여 인터넷과 모바일이 결합된 운영체계에 GIS 기능과 객체기반 정보관리 체계를 도입하여 BMS의 개발을 수행하였다. 지금까지 개념적으로 제안되던 방법 및 기능들을 ICT를 활용하여 구현함으로서 시스템의 활용성, 정보관리의 효율성, 신뢰성을 증진시켰다.
제안된 절차와 방법에 따라 약 6천여 개 교량의 생애주기를 고려한 유지관리 전략분석을 통해 도출된 다양한 결과 중 전형적인 몇 가지 사례를 제시하였다. Fig.

성능/효과

관리 대상 교량의 현황정보와 점검 진단정보, 위치정보와 교통량정보, 현장조사 프로그램과의 연계정보 등이 포함된 기본적인 정보관리기능이 있으며, 기본정보를 바탕으로 다양한 현황통계 정보를 제공한다. 개발된 생애주기 비용과 성능 모델을 바탕으로 다양한 비용 산출이 가능하며, 교량 상태의 열화, 보수보강으로 인한 상태향상 등의 추정이 가능하다. 또한 비용과 성능의 제약에 따른 다양한 성능관리수준과 소요예산의 추정이 가능하여, 관리주체의 장단기 유지관리 전략 및 계획 수립을 지원한다.
다수의 관리시나리오 중 생애주기비용 측면에서 최적의 시나리오를 선정하는 방식으로 최적화를 수행한다. 그 결과 선택된 최적전략의 부재별 생애주기 성능 및 비용 예측 결과는 교량(프로젝트) 수준, 다시 네트워크수준으로 순차적으로 취합하는 방식으로 교량 네트워크의 목표관리수준에 따른 장기 전략을 수립하였다. 그 후 예산 및 성능 제약에 따라 연차별 조치대상을 조정하며 생애주기비용의 증가가 최소가 되는 전략을 선정하는 방식으로 중기 전략을 수립하였다.
제안된 방법론을 적용하여 인터넷과 모바일이 결합된 운영체계에 GIS 기능과 객체기반 정보관리 체계를 도입하여 BMS의 개발을 수행하였다. 지금까지 개념적으로 제안되던 방법 및 기능들을 ICT를 활용하여 구현함으로서 시스템의 활용성, 정보관리의 효율성, 신뢰성을 증진시켰다.

후속연구

개발된 BMS는 지금까지의 교량관리체계의 한계를 극복하고 구체적이며 실제적인 교량 관리 의사결정이 가능하며, 교량 관리주체의 실제 유지관리 업무에 효과적으로 적용될 수 있을 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	시설물의 노후화가 이미 사회문제로 대두되고 있는 선진국에서는 어떤 노력을 하고 있는가?	시설물의 노후화가 이미 사회문제로 대두되고 있는 선진국에서는 눈앞의 단기적인 유지보수뿐만 아니라 국가적인 차원에서의 중장기적인 관리에 대한 필요성을 인식하고 생애주기 동안의 예산과 성능변화를 고려한 자산관리 개념의 접근을 시도하고 있다[1], [2]. 단순한 유지관리 관련 목록(inventory)의 입력에서부터 상세구조정보, 성능 및 비용 정보에 이르기까지 다양한 정보를 데이터베이스화하여 구축하고, 이러한 정보에 기반하여 성능 열화 및 향상 모델, 비용모델 등이 개발되고 있다. 입력정보 및 예측 모델을 활용하여 적정예산, 목표관리수준 등을 고려한 최적 의사결정 대안을 제공하는 수준까지 발전하고 있다. 또한 발전된 ICT 도입을 통해 효율성과 합리성을 증진하고자 하는 노력이 병행되고 있다[3].
	BMS의 기본적은 목적은 무엇인가?	2000년대 들어와 ICT의 발달로 보다 개선된 전산시스템이 개발되었으나, 대부분 정보의 축적과 흐름 관점에 치우쳐 왔다. 따라서 교량 정보의 체계적 관리 및 분석을 통해 전(全) 생애 동안의 유지관리전략, 계획 등 관리주체의 정책 수립과 시행을 지원하고자 하는 BMS의 기본적인 목적에 부합하지 못하고 있었다.
	국내의 전산화된 교량관리시스템이 효과적인 도입과 활용으로 이루어지지 못한 이유는 무엇인가?	지속적인 교량의 규모 증가와 노후화의 확대로 인해 전산화된 관리체계가 요구되었으며, 정보통신기술(Information & Communication Technology; ICT)의 발전과 함께 다양한 기술적 적용과 개선이 이루어져왔다. 국내의 전산화된 교량관리시스템(Bridge Management System; BMS)은 이미 1990년대 중반의 각종 시설물 붕괴사고로 인해 도입되었으나, 컴퓨터의 기능, 활용성 등의 부족으로 효과적인 도입과 활용이 이루어지지 못하였다. 2000년대 들어와 ICT의 발달로 보다 개선된 전산시스템이 개발되었으나, 대부분 정보의 축적과 흐름 관점에 치우쳐 왔다.

참고문헌 (8)

American Association of State Highway and Transportation (AASHTO), Transportation Asset Management Guide; A Focus on Implementation, 2011.
Transportation Research Board (TRB), Asset management for a durable infrastructure, TR News, no. 270, 2010.
Zanyar Mirzaei, Bryan T. Adey, Leo Klatter, and Paul D. Thompson, Overview of existing bridge management system, Bridge Management Committee, IABMAS, 2014.
Jong-Wan Sun and Kyung-Hoon Park, "Bridge Evaluation Method in Network-Level based on Risk and Value of Bridges", Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation, vol. 14, no. 6, pp. 83-90, 2014. DOI: http://dx.doi.org/10.9798/KOSHAM.2014.14.6.83

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Kyung-Hoon Park, Jae-Joon Song, and Yoon-Koog Hwang, "Bridge Management System considering Life-Cycle Cost and Performance of Bridges, The Magazine of the Korean Society of Civil Engineers, vol. 62, no. 6, pp. 10-15, 2014.
Sungwoo Moon, Sangdo Kim, and Mikyoung Park, "Application of a 3D graphic model for bridge maintenance", Korean Journal of Construction Engineering and Management, vol. 12, no. 2, pp. 64-71, 2011. DOI: http://dx.doi.org/10.6106/KJCEM.2011.12.2.64

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Seokho Chi, "Big data analysis of unstructured documents and video images in the construction industry", The Magazine of Korean Society of Civil Engineers, vol. 64, no. 2, pp. 15-19, 2016.
Kyung-Hoon Park and Jong-Wan Sun, "Development of Real-time Bridge Inspection Application connected with Bridge Management System", Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, vol. 16, no. 11, pp. 7893-7901, 2015. DOI: http://dx.doi.org/10.5762/KAIS.2015.16.11.7893

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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