건설연, 지반 붕괴 징후 감지 스마트센서 개발

 

지반 및 구조물 붕괴 징후 감지

 

스마트 센서와 시스템 개발

현장·신속·정확한 보급형 기술로 국민 안전에 기여

 

   한국건설기술연구원(원장 김병석, 이하 건설연)은 지반과 구조물의 붕괴 징후를 감지하는 스마트 감지 센서(이하 반딧불 센서) 및 원격으로 실시간 모니터링이 가능한 시스템을 개발했다고 밝혔다. 개발된 기술은 건설연 연구소 1호 기업인 ㈜재난안전기술과 국내 벤처기업인 ㈜엠테이크와 함께 공동으로 개발했다.

 

제주 용암동굴 내부 설치 모습

 

반딧불 센서 개발은 지반 이동에 따른 사면 붕괴, 건축물 붕괴를 직관적으로 감지하여 즉각적으로 대응할 수 있는 방안을 찾고자 하는 아이디어에서 시작되었다. 꽁무니에서 빛을 내는 반딧불처럼, 지반의 이동을 LED 경보로 나타낼 수 있는 센서를 개발한 것이다. 지반 움직임을 감지할 수 있는 기존의 계측 시스템은 가격이 비싸고 복잡한 전문가용이라는 단점 때문에 활용도가 높지 않았다.

 

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이에 건설연 지반연구본부 백용 박사 연구팀은 고효율 보급형 센서와 시스템을 개발하여 다양한 위험 지역을 대상으로 촘촘하게 지반 움직임을 상시 모니터링 할 수 있도록 하였다.

 

개발된 반딧불 센서는 붕괴가 우려되는 다양한 위험 구역에 1m~2m 간격으로 손쉽게 부착할 수 있다. 또한, 산림청의 사면 붕괴 지중경사계 일변위 기준인 0.05˚보다 더 정밀한 0.03˚ 변이도 실시간으로 감지할 수 있다. 만약 붕괴 징후가 감지되면, 즉각적으로 LED 점등을 통해 경보 알람이 발생한다. 이때의 LED 경보는 주간 시간대에 100m 거리에서도 육안으로 확인할 수 있는 고효율의 광전송 렌즈 기술로, 현장 관리자와 작업자들이 쉽게 알아볼 수 있다. 현장 경보 알람과 동시에 상황실에서도 원격으로 실시간 현장상황을 파악할 수 있어, 관계 기관에 위험 상황을 공유하는 등의 추가 조치를 취할 수 있다.

 

또한, 설치가 간편하기 때문에 기존 계측 센서의 설치비 및 운영비와 비교하면, 50% 이상의 비용을 절감할 수 있다. 유지관리 측면에서도 장점이 있는데, 초저소비전력 설계로 센서의 건전지 교체 없이 1년 동안 운영할 수 있다는 점이다. 더불어 영하 30℃와 영상 80℃의 환경에서도 센서가 정상적으로 작동할 수 있도록 하여, 특히 계절 변화가 뚜렷한 지역에서 활용도가 높을 것으로 기대된다.

 

반딧불 센서에는 오작동 방지를 위해 설치 장소에 따라 위험을 분석하고 판단하는 알고리즘 기술이 탑재되어 있다. 따라서 건설 및 토목 공사 현장을 비롯하여 노후 건물, 문화재 성곽 구조물, 급경사지, 산사태 우려 지역, 터널 공사, 광산 및 지하 구조물, 교각, 댐, 사방 등 다양한 장소에서 활용될 수 있다.

 

현재 반딧불 센서는 제주도 용암 동굴, 인천시 정수장과 하수처리장, 일반국도변 절토사면과 산지 비탈면, GTX-A 노선 중 KINTEX 역사 구간, 대전시 및 전남 담양군 아파트 건설 현장, LG 화학공장 등에 시범 설치되어 운영 중이다. 또한, 2023년 신분당선 지하철의 연장 공사 설계에도 반영되었다. 추후 건축물 해체 공사를 비롯한 국가 주요 시설물 건설 공사에 적용되는 사례가 늘어날 것으로 기대된다.

 

 

개발된 지반․구조물 붕괴 징후 감지 센서(반딧불 센서) 및 시스템

 

 

김병석 원장은 “현재 계측 기술은 분석과 해석에 따른 대응에 많은 시간이 소요돼 현장의 붕괴 상황에 신속하게 대응하는 데 한계가 있다”며, “이 같은 시간을 최소화할 수 있는 반딧불 센서 기술은 붕괴사고 예방과 대응에 크게 기여할 수 있을 것”이라고 밝혔다.

 

본 성과는 과학기술정보통신부의 지원으로 건설연 주요사업(지역협력사업)인 「도로안전운영을 위한 제주형 지반함몰 대응체계 개발(’20 ~ ’22)」 과제를 통해 도출되었다.

건설연 지반연구본부

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