[논문]레이저 센서 기반 흙막이 구조체 변위 계측 시스템의 개념 디자인 및 변위 인식 성능 검증

김준상; 이길용; 김영석

doi:10.6106/kjcem.2022.23.1.064

초록
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흙막이 공사는 지하굴착을 수행하는 건설공사에서 필수적으로 적용되는 공사 기법으로, 공사 규모와 관계없이 흙막이의 계측관리는 필수적이다. 그러나 굴착깊이 10m 미만에 해당되는 소규모 건축현장(총 공사비 20억 내외)의 경우에는 1) 시공업체의 영세성, 2) 현장관리자의 역량 부족, 3) 계측기기 설치·해체 및 변위분석의 복잡성 등의 문제점으로 인해 흙막이의 계측 관리가 제대로 수행되고 있지 않는 실정이다. 상기 문제점을 해결하는 선행연구 분석 결과, 대부분의 선행연구에서는 값비싼 3D 스캐너를 활용하거나 다수의 계측기기를 설치해야 되는 문제점이 있어 소규모 건설현장에 이를 적용하는 것은 어려운 것으로 분석되었다. 따라서 본 연구의 목적은 하나의 계측기기를 활용하여 흙막이 구조체의 변위를 파악할 수 있는 레이저 센서 기반 흙막이 구조체 변위 계측 시스템의 개념 디자인을 제안하고 개념 디자인에 적용된 요소기술의 변위 인식 성능을 검증하는 것이다. 요소기술은 2D 레이저 스캐너가 선정되었으며, 선정된 2D 레이저 스캐너를 활용하여 개념디자인이 제안되었다. 2D 레이저 스캐너의 변위 인식 검증 결과, 15mm의 변위는 충분히 파악 가능한 것으로 분석되었다. 추후, 제안된 개념디자인이 개발되고 현장에 적용될 경우 소규모 건설현장의 안전사고 저감에 기여할 것으로 분석된다.

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The retaining wall structure is essential for construction work that performs underground excavation. Displacement management of the retaining wall structure is important regardless of the size of the construction. However, in the case of small-scale construction sites with an excavation depth of le...

The retaining wall structure is essential for construction work that performs underground excavation. Displacement management of the retaining wall structure is important regardless of the size of the construction. However, in the case of small-scale construction sites with an excavation depth of less than 10m, displacement management of retaining wall structure not properly performed due to problems such as 1) companies' smallness, 2) lack of capacity of construction managers, 3) complexity of installation, dismantling and displacement of measuring instruments. As a result of analyzing previous research, it was analyzed that it is difficult to apply this to a small - scale construction site because most of the previous research has problems in using an expensive 3D scanner or installing many measuring instruments. This study aims to propose a conceptual design of a displacement measurement system for retaining wall structure based on laser sensor and to verify the displacement recognition performance of core technology applied to the conceptual design. A conceptual design was proposed using a 2D laser scanner. As a result of verifying the displacement recognition of the 2D laser scanner, a displacement of 15mm was analyzed to be sufficiently understandable. In the future, if the proposed conceptual design is developed and applied to the small-scale construction site, it is thought that it will contribute to the reduction of safety accidents at small-scale construction sites.

주제어

표/그림 (16)

그림 Fig. 1. The current status of retaining wall structure methods at domestic construction sites by excavation depth(Lee, 2018).
표 Table 1. Criteria for classifying small buildings
표 Table 1. Comparative analysis of ToF and optical triangle method
표 Table 2. Results of analysis of previous research related to displacement measurement of retaining wall structure using laser sensor
표 Table 3. Analysis result of core technology of laser sensor based on ToF
그림 Fig. 2. Conceptual design of the retaining wall structure displacement measurement system
그림 Fig. 3. Conceptual design of a Displacement measuring device based on 2D laser scanner
그림 Fig. 4. Measurement work process of the conceptual design of the retaining wall structure displacement measurement system
그림 Fig. 5. Build a test bed to validate displacement recognition performance
그림 Fig. 6. Outdoor experimental method for verification of displacement recognition performance of 2D laser scanner
그림 Fig. 7. Illustration of point cloud data collection of initial and displacement walls
그림 Fig. 8. Graph of changes in standard deviation and range (min and max) by number of measurements
그림 Fig. 9. M3C2 algorithm analysis procedure (Lague et al., 2013)
표 Table 4. Descriptive statistics analysis results of distance data (Unit : mm)
표 Table 5. Descriptive statistics analysis results of average distance data for each measurement count (Unit : mm)
그림 Fig. 10. M3C2 algorithm analysis results

참고문헌 (11)

Kim, J.S., Kim, C.W., and Kim, Y.S. (2021). "Development of a Pilot Type for Measuring and Monitoring the Displacement of Retaining Structure Based on a Rotary Laser Distance Sensor." Journal of the Architectural Institute of Korea, Architectural Institute of Korea, 37(1), pp. 219-227.

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Kim, J.Y., Park U.Y., Kim, G.H., and Kim J.K. (2004). "A Study on the Selection Model of Retaining Wall Methods Using Case-Based Reasoning." Korean journal of Construction Engineering and Management, KICT, 5(21), pp. 43-44.
MEL (2020). Standard safety work guideline of excavating work.
Ministry of Land, Infrastructure and Transport (2021). Korean Building Code-Structural.
Lague, D., Brodu, N., and Leroux, J. (2013). "Accurate 3D comparison of complex topography with terrestrial laser scanner: Application to the Rangitikei canyon (N-Z)." ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing, ISPRS, 82, pp. 10-26.

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Lee, J.H., Jin, H.S., Jeoung, J.H., and Baek, Y., (2018) "A Basic Study on the Determination of Retaining Wall by Excavation Case Study." Fall Geosynthetics Conference, Korean Geosynthetics Society, 10, pp. 43-44.
Seo, H.J., Zhao, Y., and Wang, J. (2019). "Monitoring of retaining structures on an open excavation site with 3D laser scanning." International Conference on Smart Infrastructure and Construction, ICSIC 2019, U.K, pp. 665-672.
Seoul (2018). Seoul Evaluation Manual for Earthwork Committee.
Seoul (2021). Building Codes of Seoul.
Um, D.Y., and Kim, J.H., (2009). "The Reflected Property Analysis of 3D Laser Scanning System as Object Surface Materials." Photogrammetry and Cartography, Korean Society of Surveying, 27(3), pp. 347-356.
Zhao, Y., Seo, H., and Chen, C. (2021). "Displacement mapping of point clouds: application of retaining structures composed of sheet piles." Journal of Civil Structural Health Monitoring, JCSHM, 11(4), pp. 915-930.

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