[논문]센서를 이용한 실시간 시설물 안전관리 개선에 대한 사례연구

최수원; 윤유상; 임수상; 박용복; 서상욱

doi:10.6106/kjcem.2020.21.5.038

센서를 이용한 실시간 시설물 안전관리 개선에 대한 사례연구
A Case Study on the Improvement of Real-Time Facility Safety Management Using Sensor 원문보기

한국건설관리학회논문집 = Korean journal of construction engineering and management, v.21 no.5, 2020년, pp.38 - 45

최수원 (가천대학교 건축공학과) , 윤유상 ((주)피엠피지엠) , 임수상 (시설안전교육원) , 박용복 (시설안전교육원) , 서상욱 (가천대학교 건축공학과)

초록
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현재 국내 시설물 안전관리는 현장 중심의 안전점검으로 실시되고 있으나, 시설물에 따라 현장접근의 어려움이 있으며, 지나치게 인력에 의존하고 있어 인명사고 발생 및 점검비용과 시간이 많이 들고 있다. 이에 시설물 상시 안전성 확보를 위하여 센서기반의 안전관리의 필요성들이 제기되고 있으며, 센서 안전관리에 대한 다양한 연구들이 이루어지고 있으나, 실용성 검증에 대한 연구는 아직 미흡한 실정이다. 따라서, 본 연구에서는 국내외 연구들에 대한 분석을 통해 개선점을 제시하였고, H시 센서 안전관리 프로세스를 분석하여 센서부착 위치 및 임계치 설정에 대한 추가 프로세스를 도출하였으며, 센서 데이터 계측 값을 통하여 센서 안전관리의 실용성 검증을 실시하였다. 향후 본 연구에서 제시한 추가 프로세스에 대한 명확한 기준 및 지속적인 실용성 검증을 실시한다면, 센서기반의 효율적인 시설물 안전관리를 실시할 수 있을 것으로 기대된다.

Abstract ▼ AI-Helper

Presently, safety management of facilities is conducted as a site-oriented safety inspection, but depending on the facilities, there are difficulties in access to the site, and the cost and time of inspection are inefficient due to excessive reliance on human resources. Therefore, the necessity of sensor-based safety management is being raised to ensure the safety of the facility at all times, and various studies on sensor safety management are being conducted, but the research on verification of practicality is still insufficient. Therefore, the improvement points were presented through analysis of domestic and international studies, and additional processes for setting sensor attachment location and threshold were derived by analyzing the H city sensor safety management process, and practicality of sensor safety management was verified through sensor data measurement values. It is expected that efficient, sensor-based facility safety management will be possible if clear criteria and ongoing practicality verification for the additional processes presented in this study should be carried out in the future.

주제어

표/그림 (14)

그림 Fig. 1. Safety Management Flow Chart
표 Table 1. Safety Inspection and Precision Safety Diagnosis
표 Table 2. Research Status and Review
표 Table 3. Survey Facilities and Sensor Amount
표 Table 4. Sensor Type and Characteristic
그림 Fig. 2. Class Statistics by Facility Type
표 Table 5. Analysis of Sensor Safety Inspection Process through H-Case
표 Table 6. Set Standard Value by Sensor Type
그림 Fig. 3. A Facility Sensor Location
그림 Fig. 4. Crack Sensor and One-Axis Acceleration Sensor Measurement Value
그림 Fig. 5. D Facility Sensor LocationMeasurement Value
표 Table 7. A Facility Threshold Steps and Standard Value by Sensor
그림 Fig. 6. Total Inclinometer Sensor and Two-Axis Inclinometer Sensor Y-Axis(3) Measurement Value
표 Table 8. D Facility Threshold Steps and Standard Value by Sensor

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구는 센서 이용시 시설물의 안전점검 및 정밀안전진단 업무개선을 위하여 H시에서 실제 적용한 시설물 안전 점검 및 진단 사례에서 나타난 필요 기준들을 도출하고 개선 방향을 제시하고자 한다.
본 연구에서 제시하는 센서를 활용한 안전 점검 및 정밀 안전진단 업무 개선을 위하여 2019년 진행한 H시 현장 센서 설치 사례를 통해 센서기반 안전관리 업무의 필요성과 실용성을 검증하였다.
본 연구에서는 센서 활용시 시설물의 안전 점검 및 정밀 안전진단 업무개선을 위하여 현재 안전점검제도 및 시설물 안전관리시 센서적용에 대한 국내외 관련 연구들에 대해 정리 및 센서기반의 안전관리 업무에 대한 한계점을 분석하였다[Table 2].
본 연구에서는 센서기반 안전점검시 실용성의 검증을 위하여 H시에서 활용한 센서기반 안전점검 사례를 통하여 센서기반 안전점검 프로세스를 분석하여 명확한 기준이 필요한 미기준 프로세스를 도출하고, 현장 적용시에 실용성에 대한 검증을 진행하였다. 이상의 연구에 따른 결론은 다음과 같다.
이에 본 연구에서는 실제 사례연구를 통해 기존 연구에서 제시한 센서 기반의 시설물 안전관리의 개선방향을 검토하고 실제 적용과정에서 파악된 개선방향을 도출하고자 한다.
이에, 실제 H시 사례를 통해 센서기반 시설물 안전점검 프로세스를 분석하고, 센서기반 시설물의 안전 점검 시 필요한 기준들을 도출하며, 현장점검 데이터와 센서 점검 데이터를 비교하여, 센서기반 안전점검에 대한 실용성을 검증하고 필요한 기준들을 제시하고자 한다.

제안 방법

A는 현장조사에서 1축가속도 1개, 변형률센서 X, Y 2개소, 균열센서 2개소, 경사계센서 X, Y 1개소 총 9개의 센서를 부착하여 안전점검을 실시하였다.
H시 사례에서 센서의 부착위치의 경우 사전점검시 도면에 대한 파악 및 현장조사시의 육안점검을 통하여 구조적으로 취약하거나 균열 및 변위가 많이 발생한 주변으로 센서를 부착하였으며, 경사계, 균열계, 가속도계 각각의 임계치 기준값은 국토교통부 안전점검 및 정밀안전진단 세부지침을 통해 임계치 값을 설정하였다[Table 6].
셋째, 센서기반 시설물 안전관리 프로세스 중 명확한 기준 이 제시되지 않은 미기준 프로세스를 도출한다. 넷째, 데이터 계측 값 분석을 통하여 실용성 검증을 실시하고, 앞서 제시한 개선방향과 비교하여 앞으로의 개선사항을 제시한다.
둘째, 실제 H시 적용 사례연구를 통해 현재 안전검검 프로세스와 비교하여, 센서기반 시설물 안전관리 프로세스를 제시한다.
불필요한 인력의 투입 문제 및 상시에 안전상태 파악을 통한 센서기반 안전관리 프로세스 제시를 위하여, H시에서 진행한 센서기반 안전점검 사례를 분석하였고, 이를 통해 새로 제시된 업무 프로세스 및 아직 기준이 정해지지 않은 미기준 사항을 도출하였다[Table 5].
센서는 가속도센서, 경사계, 균열센서, 와이어 변위계, 변형률계를 사용하였으며, 가속도계는 물리적 변화에 따른 외부 진동을 측정하였고, 균열센서를 통해 시설물의 균열 정도를 파악하며, 변형을 관측하기 위해 경사계, 와이어 변위계, 변형률계를 사용하여 측정하였다.
센서별 임계치 기준에 따라 센서 계측 결과치를 관심, 주의, 경계, 심각 4단계로 나누고, 2곳 이상의 계측기에서 경계, 심각의 경우 경고 알림을 통해 담당자에게 보고하여 위험관리를 진행하였다.
센서의 설치장소는 현장실사를 통해 균열 및 변형 등 시설물의 안정 상태가 취약한 곳에 설치하였으며, 무선센서 및 광센서를 통해 시설물의 계측을 진행하였다.
첫째, 센서기반 시설물 안전관리에 대한 문헌고찰을 실시하여, 기존 문헌에서 제시한 개선방향에 대해 분석한다.
현재 주주기적인 인력투입과 현장점검 중심의 시설물 안전관리 방식에서 센서 기반의 안전점검을 통한 실시간 안전 점검의 실용가능성을 H시 사례를 통해 확인하였다. 또한 센서에서 계측된 값을 통해 균열 및 변위의 원인에 대한 파악이 가능하여 향후 시설물 안전관리에 요구되는 현장업무를 대폭 감소할 수 있음을 확인하였다.

대상 데이터

H시 센서 데이터는 2019년 9월부터 측정하여 현재까지 시설물들의 계측 값을 측정하였으며, 다음 [Fig. 2]는 시설물 종류별 등급 발생 현황을 나타낸 그래프이다.
건축물과 상수도 및 교량에 해당되는 12개의 시설물에 설치하였으며, 다음 [Table 4]는 각각의 센서에 대한 설명을 나타내고 있다.
현재까지 총38,339건의 이벤트가 발생하였으며, 시설물 현황별로 건축물은 38,148건이 발생하였으며, 교량은 187건, 상수도는 4건이 발생하였다. 건축물에서 가장 많은 이벤트가 발생하였으며, 담당자에게 경고알림이 가는 경계 및 심각 등급의 이벤트가 다른 시설물에 비하여 많이 발생하였으 며, 2020년 5월, 6월에 집중적으로 이벤트가 나타남을 확인 했으며, 이에 총 12개의 시설물 중 이벤트의 빈도수가 높은 건축물인 A와 D의 데이터를 이벤트가 집중적으로 발생한 2020년 5월 데이터를 기반으로 분석하였다.

성능/효과

경고알람이 발생하는 경우는 센서의 변위 및 균열 등으로 발생하거나, 기계의 오작동일 경우 주로 발생하게 된다. A와 D에 대한 경고알람 발생시 출동결과 시설물의 변위와 균열에 대한 센서 알람은 발생하지 않았으며, 기계의 오작동으로만 경고알람이 발생하였다. 기계의 오작동으로 경고알람이 발생한 원인은 기계 내부의 고장이 발생하거나 센서가 부착 된 주변 주민들이 건드리거나, 기상상황 등 외부적인 요인들에 인하여 발생하였다.
[Fig. 4]와 같이 센서 계측 값은 균열센서1의 경우 0.05~- 0.05를 넘어가는 데이터 값이 많이 발생하여 경계 및 심각 단계 수준이 많이 발생하였으며, 균열센서2는 0.1의 값을 넘는 데이터 값이 30, 31 주변에 많이 발생하여 관심 수준에 단계에 계측 값이 발견되었다. 가속도계의 경우는 13~14일, 30~31일 사이에 경계 및 심각 단계 수준의 데이터 값이 계측되었다.
넷째, 기존 연구에서 제시된 개선방향 분석 결과 현재의 현장점검 중심의 안전점검 방법에서 센서를 통한 상시 안전 점검의 개선 가능성을 확인하였으며, 센서의 성능점검과 실용성 검증에 대하여 H시 사례를 통하여 검증에 대한 부분은 만족하였으나, 명확한 센서 부착위치 기준 및 임계치 기준은 지속적인 연구가 필요하다는 결과를 제시하였다.
둘째, 실제 H시 적용 사례연구를 통해 센서기반 안전점검 프로세스를 분석한 결과, 사전조사와 현장조사시의 구조물의 현장에서 실행하는 현장점검 부분과 재료시험 등의 부분이 축소되고, 센서 부착위치 및 임계치 설정에 대한 프로세스가 추가되었다.
현재 주주기적인 인력투입과 현장점검 중심의 시설물 안전관리 방식에서 센서 기반의 안전점검을 통한 실시간 안전 점검의 실용가능성을 H시 사례를 통해 확인하였다. 또한 센서에서 계측된 값을 통해 균열 및 변위의 원인에 대한 파악이 가능하여 향후 시설물 안전관리에 요구되는 현장업무를 대폭 감소할 수 있음을 확인하였다.
분석결과 우선 센서부착 전에는 사전조사와 현장조사의 과업이 많은 부분 차지하지만 센서부착 후 안전점검을 할 경우 사전조사와 현장조사시의 과업이 줄어드는 것을 확인 하였으며, 기존의 업무 프로세스에서 현장조사시 균열 및 변위가 발생하거나, 발생 가능성이 높은 곳을 조사하여 센서의 부착위치를 파악하고, 시설물의 평가를 위하여 임계치 값을 선정하여 시설물의 안전성을 평가하는 센서설치 업무 프로세스가 추가됨에 따라, 센서 부착위치 파악 및 임계치 설정 2가지의 미기준 사항이 도출되었다.
셋째, 센서 점검에 대한 데이터 분석을 통하여 센서의 수치변화는 발생하였으나, 출동 결과 기계의 오작동으로 인한 경우가 전부였다.
셋째, 센서기반 시설물 안전관리 프로세스 중 명확한 기준 이 제시되지 않은 미기준 프로세스를 도출한다. 넷째, 데이터 계측 값 분석을 통하여 실용성 검증을 실시하고, 앞서 제시한 개선방향과 비교하여 앞으로의 개선사항을 제시한다.
점검결과 모든 이벤트들이 5월에 집중적으로 발생하였으 며, 5월에 발생한 5,446건의 이벤트 중 균열센서에서 5,429건이 발생하였고, 1축가속도계에서 17건의 이벤트가 발생하 였으며, 2개의 균열계에서 관심 및 주의단계가 29건, 경계단계가 2,327건, 심각단계가 3,070건이 발생했고, 가속도계에서는 관심 및 주의가 13건 경계 2건, 심각 2건이 발생하였다. 다음 [Table 7] [Fig.
첫째, 센서기반 시설물 안전관리에 대한 문헌고찰을 분석한 결과 센서의 기능, 센서를 활용한 안전점검의 필요성에 대한 연구는 진행되고 있지만, 실제 사례를 통한 실용성에 검증이 필요하다고 분석되었다.

후속연구

시설물 안전관리를 위한 센서의 성능개선과 관련된 연구에서 대부분 제시한 실용성 문제는 본 논문에서 제시한 사례 외에 다수의 지자체에서 현재 적용을 논의 중인 것으로 확인되어 개선될 수 있을 것으로 판단된다. 단, 센서의 외부적인 요인들에 인한 고장을 최대한으로 줄이기 위하여 센서의 부착위치와 명확한 임계치 기준 설정을 위한 지속적인 연구가 필요하다.
본 연구에서는 센서를 활용한 안전점검시 실용성 검증을 실시하여 현재의 현장중심의 안전점검에서 센서기반의 상시 안전점검에 가능성을 제시하였으나, 아직 센서를 이용한 안전점검시 기준이 정해지지 않은 부분들에 대하여 제도적인 기준 수립이 필요하며, 기계의 오작동을 최소화 할 수 있는 센서의 부착위치와 균열 및 변위의 심각성을 명확하게 확인할 수 있는 임계치 기준에 대하여 지속적인 연구가 진행된다면, 주기적으로 불필요하게 인력을 투입해야 하는 현재의 안전점검 방법에 대하여 상시점검을 통한 필요시에 인력투입을 통하여, 효율적인 안전점검이 가능할 것으로 판단된다.
시설물 안전관리를 위한 센서의 성능개선과 관련된 연구에서 대부분 제시한 실용성 문제는 본 논문에서 제시한 사례 외에 다수의 지자체에서 현재 적용을 논의 중인 것으로 확인되어 개선될 수 있을 것으로 판단된다. 단, 센서의 외부적인 요인들에 인한 고장을 최대한으로 줄이기 위하여 센서의 부착위치와 명확한 임계치 기준 설정을 위한 지속적인 연구가 필요하다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	현재 국내 시설물 안전관리의 한계는?	현재 국내 시설물 안전관리는 현장 중심의 안전점검으로 실시되고 있으나, 시설물에 따라 현장접근의 어려움이 있으며, 지나치게 인력에 의존하고 있어 인명사고 발생 및 점검비용과 시간이 많이 들고 있다. 이에 시설물 상시 안전성 확보를 위하여 센서기반의 안전관리의 필요성들이 제기되고 있으며, 센서 안전관리에 대한 다양한 연구들이 이루어지고 있으나, 실용성 검증에 대한 연구는 아직 미흡한 실정이다.
	분석에 사용된 건물의 안전점검 결과는 어떠한가?	점검결과 모든 이벤트들이 5월에 집중적으로 발생하였으 며, 5월에 발생한 5,446건의 이벤트 중 균열센서에서 5,429건이 발생하였고, 1축가속도계에서 17건의 이벤트가 발생하 였으며, 2개의 균열계에서 관심 및 주의단계가 29건, 경계단계가 2,327건, 심각단계가 3,070건이 발생했고, 가속도계에서는 관심 및 주의가 13건 경계 2건, 심각 2건이 발생하였다. 다음 [Table 7] [Fig.
	안전점검이란?	안전점검은 경험과 기술을 갖춘 전문가가 육안이나 점검 기구 등으로 검사하여 시설물에 내재되어 있는 위험요인을 조사하는 행위를 말하며, 점검목적 및 점검수준을 고려하여 정기안점점검, 정밀안전점검 및 긴급안전점검으로 구분하며, 정밀안전진단은 시설물의 물리적·기능적 결함을 발견하고 그에 대한 적절한 조치를 위해 구조적 안전성과 결함의 원인 등을 조사·측정·평가하여 보수·보강 등의 방법을 제시하는 행위를 말한다. 안전점검 시기는 초기 시설물에 따라 안전등급을 매긴 후 실시하며, 내용은 다음 [Table 1]과 같다.

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원문보기 상세보기
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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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