[논문]항만시설 유지관리 의사결정 지원 시스템 개발 연구

나용현; 박미연; 최두영

doi:10.15683/kosdi.2022.6.30.290

항만시설 유지관리 의사결정 지원 시스템 개발 연구
A Study of Port Facility Maintenance and Decision-making Support System Development 원문보기

한국재난정보학회논문집 = Journal of the Society of Disaster Information, v.18 no.2 = no.56, 2022년, pp.290 - 305

나용현 (SH Tech & Policy Institute Co.) , 박미연 (SH Tech & Policy Institute Co.) , 최두영 (SH Tech & Policy Institute Co.)

초록
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연구목적: 현재 항만시설 정보화 기술은 계획과 설계단계에 편중되어 있어 생애주기 차원의 정보를 기반으로 한 항만시설 유지관리 체계에 관한 연구와 기술 개발의 필요성이 강조되고 있다. 연구방법: 항만시설의 유지관리 이력 데이터 및 시설 운영정보를 기반으로 항만시설의 생애 주기적 관점에서 노후화 패턴 분석과 성능저하 예측 모델, 리스크 분석을 통해 항만시설에 대한 유지관리 의사결정이 가능하도록 시스템 구성하고 정보를 표출하는 방법을 제안하였다. 연구결과: SOC성능평가와 본 연구에서 개발한 종합성능평가를 동시에 표출하는 기능을 개발하여 중장기적인 보수보강 및 시설 확충 등의 적용과 비교판단을 할 수 있도록 개발하였다. 결론:본 연구에서 개발한 항만 통합성능 시스템은 항만시설물에 대한 이력 정보 및 운영정보를 통해 적정한 보수, 보강 등 조치를 선제적으로 추진하게 함으로서 항만시설관리의 리스크 최소화를 유도하고 지원할 것으로 기대된다.

Abstract ▼ AI-Helper

Purpose: Currently, port facility informatization technology is focused on the planning and design phases, so the necessity of research and technology development on the port facility maintenance system based on life cycle-level information is emphasized. Method: Based on the maintenance history data of port facilities and facility operation information, from the perspective of the life cycle of port facilities, the system is configured to enable maintenance decisions for port facilities through analysis of aging patterns, performance degradation prediction models, and risk analysis and proposed a method of expressing information. Result: A function was developed to simultaneously display the SOC performance evaluation and the comprehensive performance evaluation developed in this study, so that mid-to long-term maintenance and reinforcement and facility expansion can be applied and comparatively judged. Conclusion: The integrated port performance system developed in this study induces and supports the risk minimization of port facility management by proactively promoting appropriate repair and reinforcement measures through historical and operational information on port facilities.

주제어

표/그림 (22)

그림 Fig. 1. Web-based maintenance decision system ERD
그림 Fig. 2. Web-based maintenance decision system front page
그림 Fig. 3. Web-based maintenance decision system – maintenance history DB page
그림 Fig. 4. Function-specific mechanisms
그림 Fig. 5. Comprehensive Performance assessment process
그림 Fig. 6. Performance model process
그림 Fig. 7. Web-based maintenance decision system – comprehensive performance assessment
그림 Fig. 8. Web-based maintenance decision system – compensation and reinforcement cost calculation
그림 Fig. 9. SOC performance assessment expression function development page
그림 Fig. 10. Web-based maintenance decision system – life cycle history
그림 Fig. 11. Web-based maintenance decision system – life cycle cost
표 Table 1. PoF value based on port facility status grade
표 Table 2. Port facility destruction importance (CoF) rating standard
표 Table 3. CoF value based on each port facility
표 Table 4. CoF value based on port facility size
그림 Fig. 12. Port facility risk assessment conceptual diagram
그림 Fig. 13. Web-based maintenance decision system – risk assessment
표 Table 5. CoF value based on port facility extension
표 Table 6. CoF value based on each water depth of port facilities
그림 Fig. 14. Web-based Maintenance decision system – big data analysis
그림 Fig. 15. Web-based maintenance decision system – analysis and decision page (Comprehensive summary)
그림 Fig. 16. Web-based maintenance decision system – BIM viewer

AI 본문요약
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문제 정의

(3) 종합성능관리 분야는 국토부에서 발단된 SOC 성능평가 세부 지침을 통해 안전진단을 수행하여 법 규정에 따라 안성(70%), 내구성(20%), 사용성(10%)에 대한 가중치를 적용하여 종합성능평가등급과 지수를 산출하도록 규정하였다. 따라서 본 시스템에서는 법규정상의 안전성과 내구성, 사용성 점수와 그리고 본 연구에서 개발한 안전성, 내구성, 운영유지관리 지표를 동시에 표출함으로써 중장기적인 보수보강 및 시설 확충 등의 적용과 판단을 할 수 있도록 개발하였다.
항만시설물의 통합성능 평가 모듈을 담은 유지관리 의사결정 지원시스템은 실무환경에 적합한 성능평가 알고리즘을 적용하여 평가하는 기술로써 본 연구에서는 기본적으로 항만시설물 성능평가 시 안전성, 장수명화, 운영유지관리항목을 평가 산정할 수 있도록 개발하였다. 또한, 개별적 평가뿐만 아니라 각 항목의 가중치를 부여하여 항만시설물별 종합성능특성을 고려할 수 있도록 하였다.

제안 방법

웹서버의 역할은 개발자가 만든 웹페이지를 사용자가 웹브라우저를 통해 볼 수 있게끔 코드를 생성해 주는 것으로 Fig. 1과 같이 웹 기반 유지관리시스템의 ERD(Entity Relationship Diagram)를 설계하여 개발하였다. Fig.
1과 같이 유지관리 의사결정 하위에 분석&의사결정 기능과 유지관리 이력 DB 기능을 구성하였고, 분석&의사결정 기능에는 종합성능평가 기능, 리스크 분석, LCC 및 LCP 기능을 설계 반영하였다
따라서 본 연구에서는 항만시설물별 운영 및 유지관리 단계에서의 기존 항만시설물의 안전진단 및 보수보강 결과 자료 등을 활용하여 실무적 조사·분석, 즉, 리스크 평가에 기반한 투자우선순위 제안이 가능한, 전 생애주기 정보 기반 항만시설물 통합성능평가 모듈을 개발하였다. 개발된 시스템은 항만시설물의 형식별 특성을 데이터베이스로 정리하여 구축하였고, 기 조사 반영된 데이터로부터 빅데이터 분석 프로세스를 장착하여 시간변화에 따른 상태와 성능 패턴 변화를 제공하고자 하였다. 이를 통해 사용자가 부재 단위(element level) 및 시설 단위(project level)에서의 유지관리 시기 및 항목을 선정하기 위한 의사결정 및 판단을 할 수 있도록 구축 개발하였다.
Port_FIPeIS는 유지관리 의사결정에 필요한 다양한 정보를 제공할 수 있도록 개발하였다. 국가가 법으로 규정하고 있는 시특법(시설물 안전 및 유지관리 특별법)기준에 따라 주기적으로 수행되는 정밀진단 결과를 토대로 항만시설의 노후화 수준과 추이를 분석할 수 있는 상태등급 전이 모델을 탑재하였다. 즉, 항만시설에 대한 Project Level에서의 상태등급 전이 모델 분석을 통해 시설물 특성(구조물의 상태, 해역의 특성, 취급 화종, 노후도 수준 등)을 반영한 보수·보강 수준별 적정보수비용과 보수주기 평가가 가능하다.
누적된 항만시설물의 유지관리 이력 정보를 활용하여 Project Level에서 경과 연수에 따른 종합상태등급의 변화, 점검 주기별 점검진단 비용의 변화, 연도별 부수 보강 비용 변화를 시각화로 표출하는 것으로 개별 시설물에 투입되는 생애 주기적 비용관리와 그 수준을 파악할 수 있도록 하였다. Fig.
따라서 본 연구에서는 항만시설물별 운영 및 유지관리 단계에서의 기존 항만시설물의 안전진단 및 보수보강 결과 자료 등을 활용하여 실무적 조사·분석, 즉, 리스크 평가에 기반한 투자우선순위 제안이 가능한, 전 생애주기 정보 기반 항만시설물 통합성능평가 모듈을 개발하였다
본 연구에서 개발한 항만시설물 통합성능평가 시스템(Port_FIPeIS: Port Facilities Integrated Performance Evaluation Information System)은 웹(web) 기반에서 작동하도록 시스템 아키텍처(system architecture)를 구성하였다. 특히, 항만 BIM과의 호환성을 고려하여 데이터베이스를 설계하였다.
여용력 또는 예비율은 하나의 항만시설이 파손될 경우, 예비 항만시설 활용이 가능한지 여부를 수치화하는 것으로 사업 연속성 확보에 문제가 발생하지 않도록 하는 역할을 표현한다. 본 연구에서는 항만시설의 규모, 연장, 물동량 등을 고려 하여 대체할 여분의 항만시설 여부를 판단하여 예비율 지수를 반영하여 리스크 평가를 수행하였다.
14와 같이 해역별 특성, 구조물 형식별, 물동량 규모에 따라 제한적이나마 구조물의 열화 추세를 예측할 수 있는 빅데이터 기반 성능저하 예측 모델 개발·구축하였다. 수집된 전국 항만시설물의 정밀안전진단 결과 데이터를 바탕으로 한 노후화 패턴 예측 모델 제안하고 검토함으로써 시설물의 성능저하 확률을 사용 연수 경과에 따른 변화추이를 분석하여 이를 바탕으로 보수보강 의사결정을 지원하는 기술로써 활용될 수 있도록 개발하였다.
개발된 시스템은 항만시설물의 형식별 특성을 데이터베이스로 정리하여 구축하였고, 기 조사 반영된 데이터로부터 빅데이터 분석 프로세스를 장착하여 시간변화에 따른 상태와 성능 패턴 변화를 제공하고자 하였다. 이를 통해 사용자가 부재 단위(element level) 및 시설 단위(project level)에서의 유지관리 시기 및 항목을 선정하기 위한 의사결정 및 판단을 할 수 있도록 구축 개발하였다.
9와 같이 국토부 항만 SOC 평가 기준을 반영하기 위해 유지관리 의사결정을 위한 검토 기능을 고도화하였다. 즉, SOC 성능평가 연산 기능을 구현하여 사용자가 항목별 성능평가 결과를 확인하고 비교할 수 있는 기능을 개발을 추진하였다.
즉, 유지관리 의사결정 하위에 분석&의사결정 기능과 유지관리 이력 DB 기능을 구성하였고, 분석&의사결정 기능에는 종합성능평가 기능, 리스크 분석, LCC 및 LCP 기능을 설계 반영하였다
특히, 초기건설비용과 진단 비용 등을 파악 가능한 수준까지 조사·반영하여 언제 얼마의 비용으로 건설되거나 진단 활동이 있었는지 확인할 수 있도록 하여 각 항만 시설별 생애주기동안 투입되는 비용 현황과 유지관리 활동이 모두 집계가 가능하도록 하는 LCP(Life Cycle Profile)기능을 구축하였으며 LCC분석 등과 연계 분석이 가능하도록 하였다.

성능/효과

본 연구를 수행함으로써 기존의 정밀안전진단 결과에 따른 보수, 보강 의사결정 수준에서 유지관리 이력 데이터를 기반으로 항만시설의 생애 주기적 관점에서 노후화 패턴 분석과 성능저하 예측 모델을 통한 3차원적 자산 투자의사 결정이 가능하게 하였다. 즉, 현재 보이는 상황에 의존한 단순한 의사결정을 보다 과학적이고 효율적인 평가 및 분석과정을 통해 보다 전체적인 관리전략을 반영한 합리적인 유지관리 의사결정이 가능하게 하였다.

후속연구

본 연구에서 개발한 항만 통합성능 시스템은 항만시설물에 대한 지속적인 관찰과 정보화할 수 있는 기술과 이를 빅데이터로써 정보화하여 노후화를 선제적으로 검토하여 적정한 보수, 보강 등 조치를 통하여 리스크를 최소화하는 기술로 활용될 수 있다. 기존의 신설 위주의 시설사업 정책에서 이미 운용 중인 시설물에 대한 평가 등을 통한 합리적 운영 및 유지관리 의사결정이 유지관리비 절감뿐만 아니라 안전 확보하여 안전 서비스로 활용할 수 있다.

참고문헌 (6)

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Na, Y.H. (2021). "A study on condition analysis of revised project level of gravity port facility using big data." Journal of the Korea Society of Disaster Information, Vol. 17, No. 2, pp.254-265.
Port Association (2010). Unit Model Development for LCC Analysis Program at Port Facility Design Stage, p. 40.

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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