[논문]시지각적 요소를 갖춘 건축물 위험징후 측정 모니터링 시스템 설치 가이드라인 개발연구

김희재; 김근영; 신정재

doi:10.15683/kosdi.2020.06.30.374

시지각적 요소를 갖춘 건축물 위험징후 측정 모니터링 시스템 설치 가이드라인 개발연구
Developing the Installation Guideline of Building Monitoring Systems for Hazardous Symptom Measurements with Visual Perception 원문보기

한국재난정보학회논문집 = Journal of the Society of Disaster Information, v.16 no.2 = no.48, 2020년, pp.374 - 382

김희재 (Smart City Research Center, Kangnam University) , 김근영 (Department of Real Estate and Construction, Kangnam University) , 신정재 (Department of Graduate School of Arts & Design)

초록
AI-Helper

연구목적: 최근 노후한 안전관리 미비 시설물의 구조적 결함으로 인한 건축물 및 시설물 붕괴사고 등이 발생하고 있다. 본 연구는 전시 공간 건축물의 위험징후를 분석하고 계측기술을 개발하기 위해 시지각적 요소를 갖춘 건축물 센서 모니터링을 위한 최적의 센서 위치를 결정하는 상시 모니터링 시스템 설치가이드라인을 개발하는 것을 목적으로 한다. 연구방법: 위험징후 계측 기기의 구성요소, 설치위치, 기기의 경보 기준, 관리 방안 등을 제시한다. 연구결과: 센서의 위치를 결정하고, 통일된 시지각을 갖춤으로서 분석을 위한 신호처리 기술을 확보하고, Test-bed 운영 통해서 센서 모니터링 기반의 최적 '위험징후 감지장치'를 구성하는 방안을 제시하였다. 결론: 본 연구의 결과는 전시 공간 건축물 붕괴로 발생할 수 있는 재난으로부터 대비하고, 안전관리 역량을 강화에 기여할 수 있다.

Abstract ▼ AI-Helper

Purpose: Recently, structural defects in old safety management facilities have led to the collapse of buildings and facilities. The purpose of this study is to develop guidelines for the installation of regular monitoring systems that determine the optimal sensor location for monitoring exhibition space building sensors equipped with visual elements in order to analyze the risk signs of exhibition space buildings and develop measurement technology. Method: The components, installation locations, alarm criteria, and management measures of the instrument are presented. Result: A measure was proposed to determine the location of sensors, secure signal processing technology for analysis by having unified visual perception, and configure optimal 'risk sign detection' based on sensor monitoring through test-bed operation. Conclusion: The results of this study can be prepared against the disasters that may arise from the collapse of exhibition buildings, and contribute to strengthening safety management capabilities.

주제어

표/그림 (4)

그림 Fig.1. Direction of technological development of sensors
그림 Fig. 2. Current status of smart sensor development and utilization
그림 Fig. 3. Smart sensor performance tester and application status
그림 Fig. 4. Internal and external configuration of the variation detector of the exhibition space structure

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

따라서 본 연구는 시지각적 요소를 갖춘 건축물 센서 모니터링을 위하여 시야각이 넓은 최적의 센서위치를 결정하고, 신호 신뢰성을 확보할 수 있는 방안을 도출하는 것을 목적으로 한다. 이를 위하여 본 연구에서는 센서의 위치를 결정하고, 분석을 위한 신호처리 기술을 확보하고, Test-bed 운영 통해서 시지각적 요소를 갖춘 센서 모니터링 기반의 최적 시지각적 요소를 갖춘 건축물변이 감지장치를 설치할 수 있는 가이드라인을 제시한다.
정기적 시설교체는 최소 3년을 기준으로 한다. 또한 감지장치 계측자료의 활용도 제고와 정보공유를 위해 . 감지장치 계측자료의 전문 분석, 가공 및 공유, 이벤트데이터의 관리, 그 밖의 시각적 활용 및 정보공유를 위한 기술 개발 및 지원 등을 할 수 있다.
본 연구는 전시 공간 안전을 위한 시설물 센서 모니터링을 위하여 최적의 센서위치를 결정하고, 신호 신뢰성을 확보할 수있는 방안을 도출하는 것을 목적으로 하였다. 이를 위하여 본 연구에서는 센서의 위치를 결정하고, 분석을 위한 신호처리 기술을 확보하고, Test-bed 운영 통해서 시지각적 요소를 갖춘 센서 모니터링 기반의 최적 전시지각적 요소를 갖춘 건축물 변이 감지장치를 설치할 수 있는 가이드라인을 제시하였다.

제안 방법

개발기준은 의미있는 진동레벨의 상시 측정이 가능하고, Noise floor가 15μg/√Hz이내이며 3축 성분 모두 측정 가능한 센서(3D sensor)로, 고성능 연산장치가 내장된 단일제품의 감지장치로 제작되며 국내에 저가로 공급할 수 있는 비용-효과적인 설치와 관리가 용이한 무선 데이터 전송의 계측기로 제작된다.
보 부재 선정시 고려사항은 평면도에서 보의 유형이 Girder 또는 Beam 인지 확인해야 하며, 보의 재료와 구조형식(RC구조, S구조, PC 구조 등)이 고려되어야 한다. 또한 각 층 평면도를 검토하여: 건물유형별 적재하중이 심하게 작용하는 위치를 고려하고, 보의 크기(단면적), 외부 환경 : 비정상적(예상치 못한 하중 또는 설계에 반영되지 않은 하중 등)인 하중 발생 가능 성을 고려한다.
유선기반 데이터 계측 방식은 경제성, 케이블 작업의 어려움으로 사용이 제한되고, 이의 문제점은 유선기술 전송 선로의 복잡성, 고비용, 잡음처리(S/N비), 다량의 센서 개수에 의한 복잡성 증가되었다. 또한 기존 유선 방식의 대안으로 무선 스마트 센서를 개발하였다.
먼저 계측기 모니터링 관리방안으로 감지장치 설치 후, 일주일 (최소 4주 이상) 단위로 계측값(그래프) 특성을 파악하고 평균값을 도출하며, 계절(분기)별로 모니터링 한 평균값을 산정하여 분석한다. 유지관리는 관리주체인 문화시설 관리장(관장)이 설치된 후 감지장치가 항상 정상가동 되도록 관리대장을 작성하여 관리해야 한다.
개발된 스마트 센서의 성능을 먼저 검증하기 위해 실내 실험(lab test)을 실시하는 것이 일반적이다. 실내 실험을 통해 얻은결과를 토대로 개발된 스마트 센서의 주요성능을 평가하고 여러 단계의 피드백을 통해 실제 구조물에 적용하게 된다. Fig.
1과 같이 다양한 종류의 센서(Sensor)를 이용한 구조물의 안전도를 평가하는 기술이 개발되기 시작했다. 유선기반 데이터 계측 방식에서 무선 스마트 센서를 이용한 계측 방식으로 전환되었다. 유선기반 데이터 계측 방식은 경제성, 케이블 작업의 어려움으로 사용이 제한되고, 이의 문제점은 유선기술 전송 선로의 복잡성, 고비용, 잡음처리(S/N비), 다량의 센서 개수에 의한 복잡성 증가되었다.
따라서 본 연구는 시지각적 요소를 갖춘 건축물 센서 모니터링을 위하여 시야각이 넓은 최적의 센서위치를 결정하고, 신호 신뢰성을 확보할 수 있는 방안을 도출하는 것을 목적으로 한다. 이를 위하여 본 연구에서는 센서의 위치를 결정하고, 분석을 위한 신호처리 기술을 확보하고, Test-bed 운영 통해서 시지각적 요소를 갖춘 센서 모니터링 기반의 최적 시지각적 요소를 갖춘 건축물변이 감지장치를 설치할 수 있는 가이드라인을 제시한다.
본 연구는 전시 공간 안전을 위한 시설물 센서 모니터링을 위하여 최적의 센서위치를 결정하고, 신호 신뢰성을 확보할 수있는 방안을 도출하는 것을 목적으로 하였다. 이를 위하여 본 연구에서는 센서의 위치를 결정하고, 분석을 위한 신호처리 기술을 확보하고, Test-bed 운영 통해서 시지각적 요소를 갖춘 센서 모니터링 기반의 최적 전시지각적 요소를 갖춘 건축물 변이 감지장치를 설치할 수 있는 가이드라인을 제시하였다.

대상 데이터

시설 내 취약부재의 판단근거는 변위와 변형률이 크게 작용 되는 부재중에서 기둥 부재는 주로 기둥하부와 기둥상부에 설치하고, 보 부재는 경간이 가장 큰 부분의 중앙부에 설치한다.모든 기둥 부재와 보 부재에 구조물 변이 감지장치를 모두 설치할 수 없으므로 가장 위험성이 크게 작용하는 기둥과 보 부재를 선정 한다. 특히 전시물이 구조물에 매달려 있는 경우 이를 우선한다.

성능/효과

위험징후 감지를 위한 계측값들은 가속도(3D), 변형(strain:1D), 주위 기후환경 (온, 습도 등), 변위(displacement), 하중, 경사도 등이 있다. 결론적으로 구조거동 계측 센서의 요구사항은 Fig. 1과 같이 소형, 저가 및 네트워크화 되고, 센서규격은 기존의 센서에 비해 소형화를 달성하고, 리튬이온배터리를 사용하여 장시간 작동이 가능해야 한다. 또한 최소한 기지국 (base station)에서 100m정도의 무선 송신이 가능해야 하며, 물리적 값으로의 변환을 위한 최적화된 알고리즘(소프트웨어) 의 장착이다(National Disaster Management Research Institute, 2016).
계측기는 온습도 챔버를 이용한 계측기 검증에서 ·30~60℃까지 범위를 테스트 하였으며, 테스트 결과에서 가속도센서, 기울기센서, 데이터 통신이 이상없이 작동하는 것을 확인하였다.
유선기반 데이터 계측 방식에서 무선 스마트 센서를 이용한 계측 방식으로 전환되었다. 유선기반 데이터 계측 방식은 경제성, 케이블 작업의 어려움으로 사용이 제한되고, 이의 문제점은 유선기술 전송 선로의 복잡성, 고비용, 잡음처리(S/N비), 다량의 센서 개수에 의한 복잡성 증가되었다. 또한 기존 유선 방식의 대안으로 무선 스마트 센서를 개발하였다.

후속연구

더 나아가 본 연구의 기대효과로 시지각적 요소를 갖춘 전시공간 시설물 센서 모니터링에 대한 설치 가이드라인을 구축함 으로써 노후한 안전관리 미비 다중밀집시설물 및 건축물의 구조적 결함에 의한 붕괴·파손, 대설로 인한 건축물 지붕 붕괴, 급경사지 붕괴 등 노후시설물에서 발생할 수 있는 다양한 재난유형으로부터 실시간적으로 위험징후를 파악하여, 안전관리 역량을 강화할 수 있다.
본 연구의 활용성으로 첫째, 본 연구의 결과는 시지각적 요소를 갖춘 건축물의 위험징후를 분석하고, 계측기술을 개발하는데 활용하여 다중밀집시설인 문화시설에서 인명피해를 최소화하며, 소중한 전시물품을 보호 할 수 있다. 둘째, 본 연구에서 수행한 부재의 위험거동 분석결과를 활용하여 시지각적 요소를 갖춘 건축물 변이 감지장치 개발하고, 이러한 변이 감지장 치를 지역사회 전시공간시설에 보급할 수 있다.
본 연구의 활용성으로 첫째, 본 연구의 결과는 시지각적 요소를 갖춘 건축물의 위험징후를 분석하고, 계측기술을 개발하는데 활용하여 다중밀집시설인 문화시설에서 인명피해를 최소화하며, 소중한 전시물품을 보호 할 수 있다. 둘째, 본 연구에서 수행한 부재의 위험거동 분석결과를 활용하여 시지각적 요소를 갖춘 건축물 변이 감지장치 개발하고, 이러한 변이 감지장 치를 지역사회 전시공간시설에 보급할 수 있다.
본 가이드라인은 계측 기기의 구성요소, 설치위치, 기기의 경보 기준, 관리 방안 등을 제시한 가이드라인을 포함한다. 본가이드라인을 바탕으로 시야확보를 통한 시지각 및 시설의 붕괴로 발생할 수 있는 재난으로부터 대비하고, 전시시설과 관련된 안전관리 역량을 강화에 기여할 수 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	스마트 센서의 기능은 무엇인가?	기존 센서들은 대부분 데이터 취득 이외의 다른 기능이 없는 반면, 스마트 센서는 소프트웨어를 자체적으로 내장하여 측정된 응답을 자체적으로 처리 후 유효한 데이터만을 전송하는 기능을 가지고 있다. 기존의 센서는 유선기반 데이터 계측 및 전력전송 방식을 사용하는데 반해, 스마트 센서는 점차 무선 센서화 및 전력 자가생성(Energy harvesting) 등의 기술이 적용된다.
	시지각적 모니터링이란?	시지각적 모니터링의 사전적 의미는 감시 또는 관찰이며 더 구체적으로 어떤 사물이 어떠한 시간에 어떠한 상태인지를 점검하는 것으로 정의되어 있으며, 건축 및 토목분야에서의 모니터링이란 경우에 따라서 구조물의 진단과 유사한 의미로 사용 되고 경우가 많다. ISO 2394：General principles on reliability for structures 및 ISO 13822：Bases for design of structuresAssessment of existing structures 규정에 의하면 모니터링이란 ‘구조물의 상태(Condition) 및 동작(Action)에 대한 순간적, 연속적, 그리고 장기적으로 측정 혹은 관찰하는 것’이라고 정의되어 있듯이 모니터링에서 가장 중요한 것은 실시간 (real-time)에 대한 건축물의 상태를 장기적으로 측정하는 것을 의미한다.
	센서 모니터링을 위한 최적의 센서 위치를 결정하는 상시 모니터링 시스템 설치가이드라인의 활용방안은?	본 연구의 활용성으로 첫째, 본 연구의 결과는 시지각적 요소를 갖춘 건축물의 위험징후를 분석하고, 계측기술을 개발하는데 활용하여 다중밀집시설인 문화시설에서 인명피해를 최소화하며, 소중한 전시물품을 보호 할 수 있다. 둘째, 본 연구에서 수행한 부재의 위험거동 분석결과를 활용하여 시지각적 요소를 갖춘 건축물 변이 감지장치 개발하고, 이러한 변이 감지장 치를 지역사회 전시공간시설에 보급할 수 있다. 더 나아가 본 연구의 기대효과로 시지각적 요소를 갖춘 전시공간 시설물 센서 모니터링에 대한 설치 가이드라인을 구축함 으로써 노후한 안전관리 미비 다중밀집시설물 및 건축물의 구조적 결함에 의한 붕괴·파손, 대설로 인한 건축물 지붕 붕괴, 급경사지 붕괴 등 노후시설물에서 발생할 수 있는 다양한 재난유형으로부터 실시간적으로 위험징후를 파악하여, 안전관리 역량을 강화할 수 있다.

참고문헌 (6)

Korea Institute for Structural Maintenance and Inspection (2016). Sustainable Repair and Reinforcement Technique for Concrete Structures, Kimoondang, Seoul.
Lee, J.-H., Choi, J.-H. (2010). "A comprehensive fire safety guideline in exhibition area." Journal of the Architectural Institute of Korea Planning & Design, Vol. 26, No. 1, pp. 399-407.
National Disaster Management Research Institute (2016). Actual Measurement Analysis for Hazardous Movements of Facilities Based on Sensor Monitoring, National Disaster Management Research Institute, NDMI-PR-2016-07-03-02, Ulsan, Korea.
Rice, J.A., Spencer Jr, B.F. (2008). "Structural health monitoring sensor development for the Imote2 platform." Proceedings of In The 15th International Symposium on: Smart Structures and Materials & Nondestructive Evaluation and Health Monitoring, International Society for Optics and Photonics, Urbana, IL USA, pp. 1-12.
Straser, E.G., Kiremidjian, A.S. (1998), A Modular, Wireless Damage Monitoring System for Structures. Stanford, CA, USA.
Swartz, R.A., Jung, D., Lynch, J.P., Wang, Y., Shi, D., Flynn, M.P. (2005). "Design of a wireless sensor for scalable distributed in-network computation in a structural health monitoring system." Proceedings of 5th international workshop on structural health monitoring, Stanford, CA, USA, pp. 1570-1577.

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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