[논문]친환경 도로절단기의 현장 절단성능 분석에 관한 연구

김경훈; 전영훈; 김균태

doi:10.6106/kjcem.2020.21.4.012

친환경 도로절단기의 현장 절단성능 분석에 관한 연구
A Study on the Field Cutting Performance Analysis of Eco-friendly Road Cutter 원문보기

한국건설관리학회논문집 = Korean journal of construction engineering and management, v.21 no.4, 2020년, pp.12 - 20

김경훈 (한국건설기술연구원 건설정책연구소) , 전영훈 (한국건설기술연구원 건설정책연구소) , 김균태 (한국건설기술연구원 건설정책연구소)

초록
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도로 하부에 매설된 지하매설물에 대한 유지보수의 수요는 지속적으로 크게 증가하고 있으며, 과다한 소음 및 분진으로 인한 환경 문제 및 도심지 주민들의 민원으로 인해 친환경·저소음 도로 절단기에 대한 수요가 점차 증대되고 있다. 이에 따라 현재 사용되고 있는 저소음 절단기와 현재 개발되고 있는 친환경·저소음 절단기에 대한 절단 성능을 분석하고 개선사항을 검토해보자고 한다. 이를 위해 현장시공 사례를 바탕으로 절단기 작업절차에 따른 문제점과 개선 사항들을 도출하였다. 현장시공 사례 분석 결과, 절단 작업에 대한 생산성은 친환경·저소음 절단기(36.0초/m)가 저소음 절단기(37.6초/m)에 비해 다소 생산성이 향상되었으나 일부 구간에 결함이 발생되어 이에 대한 개선이 요구되었다.

Abstract ▼ AI-Helper

The demand for maintenance of underground facilities buried beneath the road continues to increase significantly, due to environmental problems caused by excessive noise and dust and complaints from urban residents, the demand for eco-friendly and low-noise road cutters is increasing. Therefore, we analyzed the cutting performance of low noise cutter and eco-friendly cutter and reviewed the improvement. Based on the field construction cases, problems and improvements were obtained according to the cutting machine working procedure. The productivity for cutting operations of eco-friendly cutters (36.0 seconds/m) was somewhat improved compared to the low noise cutters (37.6 seconds/m). However defects occurred in some sections and improvement was required.

주제어

표/그림 (24)

그림 Fig. 1. A Road Cutter with Dry Type (Park, 2014)
그림 Fig. 2. Concept of Water Recovery System (Kim, 2019)
그림 Fig. 3. Conventional Dry Road Cutter (Ex. Daekwang Co.)
그림 Fig. 4. Conventional Low Noise Road Cutter
그림 Fig. 5. Marking about Cutting Road
그림 Fig. 6. Unloading Low Noise Road Cutter
그림 Fig. 7. Cutting blade assembly
그림 Fig. 8. Measure distance on cutting road
그림 Fig. 9. Road cutting with low noise road cutter
그림 Fig. 10. Water cleaning vehicle
그림 Fig. 11. Water cleaning on site
그림 Fig. 12. Loading low noise road cutter
그림 Fig. 13. Eco-friendly road cutter
그림 Fig. 14. Road cutting with eco-friendly road cutter
그림 Fig. 15. Water spray inspection of eco-friendly road cutter
그림 Fig. 16. Rotation of eco-friendly road cutter
그림 Fig. 17. Loading eco-friendly road cutter
그림 Fig. 18. Comparison of the amount of cutting slugs generated by the two cutters
그림 Fig. 19. Noise measurement scene caused by developed cutter
그림 Fig. 20. Overall productivity analysis of low noise cutter
그림 Fig. 21. Overall productivity analysis of eco-friendly cutter
그림 Fig. 22. Box Flot of Existing Equipment
그림 Fig. 23. Box Flot of Development Equipment
표 Table 1. Productivity Comparison Statistical Analysis

AI 본문요약
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문제 정의

(2014)의 연구에서는 물탱크에 저장된 물을 절단부위에 뿌리며 절단하는 습식 도로 절단기는 분진발생을 줄일 수 있으나, 물에 흡수된 분진 찌꺼기가 하수구로 흘러 들어 심각한 토양오염을 유발한다는 문제점들을 제기하였 다. 그리고 분진이 외부로 유출되는 것을 최소화하기 위해서 집진밀폐장치를 장착한 건식 도로절단기를 개발하는 연구를 진행하였다. 이 연구에서는 건식 도로절단기의 성능을 평가하였는데, 1분 동안 도로를 절단한 후 절단된 거리와 집진된 콘크리트 분진의 무게와 깊이를 측정하였으며, 1분당 절단거리는 14인치와 16인치 건식날 모두 평균 1.
그러나 이 연구에서는 민원 발생요인을 엔진소음에만 초점을 맞추고 있으며, 절단날이 도로포장재를 절단할 때 나오는 소음과, 절단하면서 나오는 분진 및 슬러지, 오염수 등으로 인한 민원에 대해서는 고려하지 못하고 있다. 또한 현장의 여건을 고려한 절단기의 절단 성능에 대한 연구라기보다는 효과적인 작업을 위한 LPG엔진의 rpm 구간을 도출하기 위한 연구라고 볼 수 있다.
이에 따라 현재 국내에서 환경문제와 민원을 해결하기 위한 친환경ㆍ저소음 도로절단기가 개발되어 상용화단계에 있다. 본 연구에서는 개발된 친환경ㆍ저소음 도로절단기의 절단성능을 분석하고 개선사항에 대해 검토해보고자 한다. 이를 위해 기존에 국내에서 사용되고 있었던 저소음 절단기와 최근 개발된 친환경ㆍ저소음 절단기가 시공된 사례를 비교 분석하여 작업 순서, 단계별 작업 활동, 작업진행에 따른 문제점 등을 도출하고, 절단기의 세부적인 절단성능을 분석 하고자 한다.
(2019)의 연구에서는 습식방식의 친환경 도로 포장 절단기 개발을 목표로 설정하고, 국내실정에 맞는 수냉-슬러지 회수 통합시스템 개념을 도출하였다. 이 연구는 소음, 분진, 슬러지 등으로 인한 환경문제를 해결하고자 시도하였다는 점에서 의의가 있다. 그러나 개념 도출단계에 머물고 있으며, 실물모형 제작을 통해 보완될 예정임을 밝히고 있다[Fig.
이 연구는 현재 주로 사용되는 습식 도로절단기의 민원및 환경문제를 해결하고자 건식 도로 절단기의 집진밀폐장 치를 개발하고 이 장비의 성능을 평가하였다는 점에서 의의가 있다. 그러나 습식 도로절단시의 슬러지 및 오염수 발생 으로 인한 문제에만 초점을 맞춰, 건식 도로절단기의 절단소 음으로 인한 문제는 고려하지 못하고 있다.
이를 위해 기존에 국내에서 사용되고 있었던 저소음 절단기와 최근 개발된 친환경ㆍ저소음 절단기가 시공된 사례를 비교 분석하여 작업 순서, 단계별 작업 활동, 작업진행에 따른 문제점 등을 도출하고, 절단기의 세부적인 절단성능을 분석 하고자 한다. 이를 통해 국내 도로포장 유지관리 환경에 최적화된 장비를 개발하기 위한 발판을 마련하고자 한다.
국내 도심지 지하매설물 유지관리공사에서 환경 및 민원 등의 문제로 친환경ㆍ저소음 절단기에 대한 수요가 점차적 으로 증대되고 있다. 이에 따라 본 연구에서는 현재 도심지 도로 절단 현장에서 실제 사용되고 있는 저소음 절단기와 친환경ㆍ저소음 절단기에 대한 현장 시공사례를 바탕으로 절단 성능을 검토하였다.

제안 방법

개발된 친환경ㆍ저소음 절단기(이하 1차 프로토타입이라 함)의 현장조사는 2019년 5월 15일, 7월 1일 2회에 걸쳐 진행하였다. 조사대상은 서울시 광진구 OO인근 골목에서 노후화된 상수도관을 교체하기 위한 도로절단 작업이다[Fig.
왜냐하면 통상적으로 LPG엔진이 가솔린엔진보다 소음과 매연문제를 덜 유발하기 때문이다. 그리고 LPG 엔진을 장착한 도로절단기가 동작중에 시동꺼짐 등의 문제를 일으키지 않도록 하기 위하여, 절단날 회전수(RPM), 토크, 이송속도 등의 연관관계를 정량적으로 분석하였다. 분석 결과, LPG엔진을 장착한 절단기에 18인치 절단날을 장착한 경우, 절단날 회전수 1,000~1,100rpm을 사용하여 절단하는 것이 효과적이라는 결론을 도출하였다.
따라서 절단거리가 짧은 구간은 분석대상에서 제거하였다. 다시 말하면, 불안정한 외부요인을 제외하고 10m 이상의 안정적인 절단 작업이 수행된 구간에 대해서만 작업생산성을 분석하였다.
사례 5에서는 총 4군데의 작업현장을 이동하며 작업을 진행하였으며, 각 현장에서는 직선으로만 62m, 68m, 71m, 83m 길이의 절단 작업을 수행하였다. 모든 현장에서, 진행 방향으로 길게 작업을 진행하고, 작업이 완료되면 역방향으로 길게 작업을 진행하였다. 차량의 이동이 잦은 지역이 아니어서 외부적 요인에 따른 대기시간이 많이 소요되지 않았 다.
본 연구에서는 두 장비에 대한 절단작업의 작업생산성 (초/m)을 분석하였다. 그 결과, 저소음 절단기는 데이터의 이상치를 제외하고 m당 27.
본 연구에서는 저소음 절단기와 1차 프로토타입의 사례조 사를 통해 수집된 데이터를 바탕으로, 절단작업에 대한 생산 성을 비교분석하였다. 조사 사례 중, 절단 깊이 20cm로 동일한 절단날을 사용한 사례만을 대상으로 분석하여, 두 장비의 조건을 최대한 통일하였다.
사례 5에서는 총 4군데의 작업현장을 이동하며 작업을 진행하였으며, 각 현장에서는 직선으로만 62m, 68m, 71m, 83m 길이의 절단 작업을 수행하였다. 모든 현장에서, 진행 방향으로 길게 작업을 진행하고, 작업이 완료되면 역방향으로 길게 작업을 진행하였다.
그리고 분진이 외부로 유출되는 것을 최소화하기 위해서 집진밀폐장치를 장착한 건식 도로절단기를 개발하는 연구를 진행하였다. 이 연구에서는 건식 도로절단기의 성능을 평가하였는데, 1분 동안 도로를 절단한 후 절단된 거리와 집진된 콘크리트 분진의 무게와 깊이를 측정하였으며, 1분당 절단거리는 14인치와 16인치 건식날 모두 평균 1.4m로 나타 났다[Fig. 1].
본 연구에서는 개발된 친환경ㆍ저소음 도로절단기의 절단성능을 분석하고 개선사항에 대해 검토해보고자 한다. 이를 위해 기존에 국내에서 사용되고 있었던 저소음 절단기와 최근 개발된 친환경ㆍ저소음 절단기가 시공된 사례를 비교 분석하여 작업 순서, 단계별 작업 활동, 작업진행에 따른 문제점 등을 도출하고, 절단기의 세부적인 절단성능을 분석 하고자 한다. 이를 통해 국내 도로포장 유지관리 환경에 최적화된 장비를 개발하기 위한 발판을 마련하고자 한다.
저소음 절단기 사례 1에서는 왼쪽 맨홀 위치에서 오른쪽 으로 18.2m 작업을 진행하다가, 무단주차 차량으로 인해 장비를 계속 가동하지 못하고 장비의 방향을 전환하고(1분가량 소요), 오른쪽에서 왼쪽으로 7.2m 작업을 진행하였다. 그리고 작업을 진행하던 중 그레이팅 배수구 쪽으로 방향을 돌려 1.
저소음 절단기의 현장조사는 2019년 10월 14일, 10월 15 일, 11월 6일 3번에 걸쳐 진행하였다. 조사대상은, 서울시 양천구 OO인근 골목에서 노후화된 상수도관 교체를 위한 도로절단 작업이다[Fig.
본 연구에서는 저소음 절단기와 1차 프로토타입의 사례조 사를 통해 수집된 데이터를 바탕으로, 절단작업에 대한 생산 성을 비교분석하였다. 조사 사례 중, 절단 깊이 20cm로 동일한 절단날을 사용한 사례만을 대상으로 분석하여, 두 장비의 조건을 최대한 통일하였다. 그리고 10m 미만의 짧은 절단거 리의 경우 작업자의 장비이동 능력에 따라 작업속도가 결정 되며, 불안정한 장비 가동으로 인한 변이가 많이 나타났다.

대상 데이터

(2008)은 산업현장에서 사용하는 도로포장 절단기로 인한 주택가 등지에서의 매연 및 소음 등의 민원 문제점을 해결하기 위해서는 환경 친화적인 장비가 필요함을 인지하였다. 그리고 이에 대한 대안으로, 기존의 가솔린엔진 대신에 산업용으로 개조된 2000cc급 LPG 엔진을 적용하 였다. 왜냐하면 통상적으로 LPG엔진이 가솔린엔진보다 소음과 매연문제를 덜 유발하기 때문이다.
저소음 절단기의 경우 19건의 데이터가 활용되었으며, 1 차 프로토타입의 경우 9건의 데이터가 활용되었다. 절단 길이는, 기존 장비의 경우 최대 41m, 평균 19m로 나타났으며, 1차 프로토타입 개발 장비의 경우 최대42m, 평균 33m로 나타났다.
개발된 친환경ㆍ저소음 절단기(이하 1차 프로토타입이라 함)의 현장조사는 2019년 5월 15일, 7월 1일 2회에 걸쳐 진행하였다. 조사대상은 서울시 광진구 OO인근 골목에서 노후화된 상수도관을 교체하기 위한 도로절단 작업이다[Fig. 13].
저소음 절단기의 현장조사는 2019년 10월 14일, 10월 15 일, 11월 6일 3번에 걸쳐 진행하였다. 조사대상은, 서울시 양천구 OO인근 골목에서 노후화된 상수도관 교체를 위한 도로절단 작업이다[Fig. 4].

데이터처리

그러나 습식 도로절단시의 슬러지 및 오염수 발생 으로 인한 문제에만 초점을 맞춰, 건식 도로절단기의 절단소 음으로 인한 문제는 고려하지 못하고 있다. 그리고 개발된 장비의 성능을 절단능력에 국한하였는데, 1분당 절단거리 평균으로만 평가하였다. 실제로는 작업현장의 여건, 작업특 성, 작업자 능력, 장비의 구동성 등 다양한 요인이 절단성능에 영향을 미치므로, 이를 고려한 장비의 사용성 평가를 수행할 필요가 있다.

성능/효과

본 연구에서는 두 장비에 대한 절단작업의 작업생산성 (초/m)을 분석하였다. 그 결과, 저소음 절단기는 데이터의 이상치를 제외하고 m당 27.2~46.2초의 작업시간이 소요되는 것으로 나타났으며, 평균 작업생산성은 37.6초/m로 분석 되었다[Table 1][Fig. 22].
조사 사례 중, 절단 깊이 20cm로 동일한 절단날을 사용한 사례만을 대상으로 분석하여, 두 장비의 조건을 최대한 통일하였다. 그리고 10m 미만의 짧은 절단거 리의 경우 작업자의 장비이동 능력에 따라 작업속도가 결정 되며, 불안정한 장비 가동으로 인한 변이가 많이 나타났다. 따라서 절단거리가 짧은 구간은 분석대상에서 제거하였다.
그러나 1차 프로토타입 으로 개발된 친환경·저소음 절단기는 물청소작업이 불필요 하였다. 따라서 전체적으로는 1차 프로토타입은 기존 장비에 비해 생산성이 향상된 결과를 기대할 수 있다. 향후 연구 에서는 국내의 도로포장 유지관리 환경에 최적화된 장비 개발을 위하여, 추가되거나 보완된 모듈들의 경량화, 물 분사 모듈과 흡입모듈의 기계적 결함 개선, 절단모듈의 출력향상, 전체 시스템의 튜닝을 통한 안정화 등이 추진될 필요가 있다.
또한 방음커버 및 추가 모듈의 중량이 무거워서, 장비의 회전과 상·하차시에 어려 움이 따르는 것으로 나타났다.
저소음 절단기의 경우 엔진 과부하 및 과열, 슬러지 오염, 소음 등의 문제점이 있다. 반면에 친환경ㆍ저소음 절단기의 경우 슬러지 오염, 소음 등의 문제점이 많이 개선되는 것으로 나타났다. 다만 석션 모듈 등이 안정되지 않아서 제대로 작동되지 못하는 상황이 발견되기도 하였다.
그리고 LPG 엔진을 장착한 도로절단기가 동작중에 시동꺼짐 등의 문제를 일으키지 않도록 하기 위하여, 절단날 회전수(RPM), 토크, 이송속도 등의 연관관계를 정량적으로 분석하였다. 분석 결과, LPG엔진을 장착한 절단기에 18인치 절단날을 장착한 경우, 절단날 회전수 1,000~1,100rpm을 사용하여 절단하는 것이 효과적이라는 결론을 도출하였다. 그러나 이 연구에서는 민원 발생요인을 엔진소음에만 초점을 맞추고 있으며, 절단날이 도로포장재를 절단할 때 나오는 소음과, 절단하면서 나오는 분진 및 슬러지, 오염수 등으로 인한 민원에 대해서는 고려하지 못하고 있다.
사례 4에서는 1차 프로토타입으로 개발된 장비의 한계로, 일부 불안정한 면을 보였다. 엔진의 시동꺼짐이 10회 가량 발생되어 약 10분의 수리작업시간이 소요되었으며, 절단날 교체를 위해 3분 정도의 시간이 소요되었다.
이에 반해 1차 프로토타입의 경우, 데이터의 이상치를 제외하고 m당 27.1~35.9초의 작업시간이 나타났으며, 평균 작업생산성은 36.0초/m로 분석되어 기존장비에 비해 다소 빠르게 작업되는 것으로 나타났다[Table 1][Fig. 23]. 그러나 1차 프로토타입의 사례 중에는 88.
엔진의 시동꺼짐이 10회 가량 발생되어 약 10분의 수리작업시간이 소요되었으며, 절단날 교체를 위해 3분 정도의 시간이 소요되었다. 잦은 기계 멈춤에 대한 세부원인 분석과, 엔진과 기계장치에 대한 안정 화가 필요한 것으로 나타났다. 전체 81m 도로 절단 작업을 수행하는데 소요된 총시간은 99분이며, 평균 작업생산성은 1.
3m 가량 절단이 수행되었다. 전체 145.7m 도로 절단 작업을 수행하는데, 도로절단기를 하차한 후 청소/정리, 대기, 이동 등을 포함하여 모든 작업을 수행하는데 총 소요시간은 121분이며, 평균 절단 작업생산성은 0.83분/m로 산정되었 다.
그러나 이때에 도로절단기의 작업위치와 방향을 이동하여, 실제 대기시간은 1~2분 가량 짧게 소요 되고, 생산성에 큰 영향을 미치지는 않았다. 전체 165.4m의 도로 절단 작업을 수행하는데 소요된 총시간은 126분이며, 평균 작업생산성은 0.76분/m로 산정되었다[Fig. 20].
이 사례에 서는 살수차 지연, 작업 중 주유, 절단날 교체 등으로 일부 구간에서 작업이 지연되었다. 전체 245.6m 도로 절단 작업을 수행하는데, 소요된 총시간은 244분이었으며, 평균 절단 작업생산성은 0.99분/m로 산정되었다.
예를 들어, 노즐의 물분사량이 적어져서 작업속도가 저하되거나 장비가 중지되는 현상이 발생되었 으며, 석션 모듈에 다량의 슬러지가 막혀 석션 모듈이 제대로 작동되지 못하기도 하였다. 전체 284m의 도로 절단 작업을 수행하는데 소요된 총시간은 208분이며, 평균 작업생산 성은 0.73분/m로 나타났다.
잦은 기계 멈춤에 대한 세부원인 분석과, 엔진과 기계장치에 대한 안정 화가 필요한 것으로 나타났다. 전체 81m 도로 절단 작업을 수행하는데 소요된 총시간은 99분이며, 평균 작업생산성은 1.22분/m로 나타나 대상사례 중 가장 낮은 생산성을 보였다 [Fig. 21].
저소음 절단기의 경우 19건의 데이터가 활용되었으며, 1 차 프로토타입의 경우 9건의 데이터가 활용되었다. 절단 길이는, 기존 장비의 경우 최대 41m, 평균 19m로 나타났으며, 1차 프로토타입 개발 장비의 경우 최대42m, 평균 33m로 나타났다.
현장에서 안정적으로 절단 작업이 진행된 구간에 대한 절단 작업생산성을 분석해본 결과, 동일한 깊이(20cm)일 때, 저소음 절단기는 37.6초/m, 친환경ㆍ저소음 절단기는 36.0 초/m인 것으로 나타났다. 작업생산성 측면에서 보면, 친환 경ㆍ저소음 절단기가 다소 높으나, 큰 차이는 없는 것으로 평가할 수 있다.

후속연구

따라서 전체적으로는 1차 프로토타입은 기존 장비에 비해 생산성이 향상된 결과를 기대할 수 있다. 향후 연구 에서는 국내의 도로포장 유지관리 환경에 최적화된 장비 개발을 위하여, 추가되거나 보완된 모듈들의 경량화, 물 분사 모듈과 흡입모듈의 기계적 결함 개선, 절단모듈의 출력향상, 전체 시스템의 튜닝을 통한 안정화 등이 추진될 필요가 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	지하매설물 유지관리를 위한 도로굴착, 시공이 증가하는 이유는 무엇인가?	그리고 이때에 많은 시설물을 구축한 우리나라는 최근 오래된 노후 시설물에 대한 유지관리가 주요 이슈로 부각되고 있다. 특히 최근 에는 상하수도, 도시가스, 통신선로 등 지하에 매설된 시설 물의 연한이 경과되면서 지하매설물 유지관리에 대한 수요가 크게 증가하고 있는데, 이로 인하여 지방자치단체의 노후 관거 정비공사에 따른 도로굴착 및 재시공 물량도 증가하고 있다. 일례로, 서울시내 하수관로는 총 1만 682km이며, 30년 이상 지난 노후 하수관로는 5,382km(50.
	친환경·저소음 절단기가 개선한 기존 장비의 문제점은 무엇인가?	작업생산성 측면에서 보면, 친환 경ㆍ저소음 절단기가 다소 높으나, 큰 차이는 없는 것으로 평가할 수 있다. 다만, 기존 장비의 경우에는 도로를 절단한 후에, 분진 등으로 인한 민원발생 가능성을 낮추기 위하여 별도의 물청소 작업이 진행되었다. 그리고 이로 인하여 작업의 연속성을 유지하기 어려웠다. 그러나 1차 프로토타입 으로 개발된 친환경·저소음 절단기는 물청소작업이 불필요 하였다.
	현재 사용 중인 저소음 절단기의 문제는 무엇인가?	저소음 절단기의 경우 엔진 과부하 및 과열, 슬러지 오염, 소음 등의 문제점이 있다. 반면에 친환경ㆍ저소음 절단기의 경우 슬러지 오염, 소음 등의 문제점이 많이 개선되는 것으로 나타났다.

참고문헌 (6)

Lee, T.S. (2018). "Seoul city invests 370 billion to build old sewage pipe this year." Yunhap News, (March. 22, 2018).
Sun, B.K. (2018). "Ministry of environment replaces old sewer pipe." National Land Daily, (Dec. 12, 2018).
Lee, M.G., Cho, K.Z., Lee, K.W., and Lee, M.G. (2008). "Cutting characteristics of road cutter." Proceedings of the 2008 Korean Society for Precision Engineering Conference, Korea, pp. 469-470.
Park, Y.U., Joo, J.W., and Lee, G.B. (2014). "Development of eco-friendly a road cutter." Journal of the Institute of Construction Technology, CBNU, 22(2), pp. 97-103.
Kim, K.T., Jun, Y.H., Kim, K.H., and Ok, C.Y. (2019). "Concept development of eco-friendly pavement cutting machine through overseas technology analysis." Proceedings of the 2019 Korea Institute of Building Construction Conference, 19(1), Korea, pp. 242-243.
Ministry of Environment (2019). ENFORCEMENT REGULATION of Noise and Vibration Control Act.

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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