효율적인 도시공간 활용을 위해 지하공간 개발이 증가하고 있는 가운데 지하흙막이 계측관리기술을 고도화하는 한편, 관련 제도 개선을 통해 계측 품질 향상과 공사장 안전 피해를 최소화시킬 수 있는 방안이 마련돼 눈길을 끌고 있다.
무선센서 네트워크 기반 모니터링·유지관리시스템으로 구성
자동계측 대비 많은 지점 계측데이터 효율적 모니터링 가능
공사장 안전 확보 위한 계측관리 제도 개선안도 마련 제시
국토교통부가 협소하고 산지와 임야가 70% 이상을 차지하고 있는 국내 여건상 도시의 과밀집화에 따른 용지 부족, 교통 혼잡, 주택문제 등을 효율적으로 해결하기 위해 지하공간 개발이 활발히 이뤄지고 있다.
하지만, 최근 토목 기술 발전과 관련 공사의 대형화로 인해 공사 중 예측 불가능한 안전사고의 위험요인이 더욱 증가하고 있어 도심지 건설 공사 현장의 위험요소를 사전에 예측, 시설물의 변화를 측정할 수 있는 실시간 계측기술의 필요성이 대두되고 있다.
현재 계측관리는 대부분 건설 시공사에 포함, 발주가 이뤄지며, 시공사 관리로 계측업무가 진행되고 있다. 터파기 기간에는 통상 주 3회 이상, 2단 터파기 이후에는 주 1~2회 등 현장의 여건에 맞게 수행하고 있다.
현재 굴착공사 시 계측관리는 수동계측과 자동계측으로 구분된다. 수동계측은 점검원이 계측기기만을 갖고 직접 현장에서 점검하는 방식으로, 인건비가 크게 소요되며, 실시간 계측이 불가능한 단점이 있다.
자동 계측은 계측기기에 데이터로거와 통신장비, 전력공급 장비를 연결, 무인 원격 계측을 수행하는 방식이다. 하지만, 수동계측 대비 상대적으로 가격이 높아 일부 대규모 공사에만 적용되고 있는 실정이다.
즉, 시공사 측의 비용 절감, 계측관리 분석 결과 보고 지연, 위험 요소에 대한 적절한 대응 미흡 등의 문제들로 인해 아직까지 흙막이 붕괴사고가 적지 않게 일어나고 있다.
이에 이 연구에서는 서울시를 대상으로 흙막이 굴착공사장 안전 확보를 위해 실시간 계측관리를 수행할 수 있는 스마트계측 관리기술의 도입 방안을 마련하고, 이를 뒷받침할 수 있는 제도 개선 방안을 제시했다.
연구내용
이 연구에서는 기존 계측방법의 기술적 한계를 보완한 스마트계측 관리기술의 도입 방안을 제시하고 있다.
지하흙막이 공사장과 인접시설물, 시민의 안전을 위해 공사현장의 정보를 실시간으로 계측· 관리할 수 있는 자동화 계측기술의 개선이 시급한 것으로 알려지고 있다.
특히, 현재 이뤄지고 있는 수동계측의 문제점을 비롯한 현안들을 보완하거나 현재 기술 수준을 개선할 수 있는 스마트계측 관리기술의 도입도 필요한 시점이다.
국토부 건설공사 안전관리 종합 정보망에 따르면, 지난 2020년 건설공사 중 발생한 사고는 총 6,399건으로 가시설 사고는 40.3%인 2,577건을 차지하고 있으며, 그 중 흙막이 가시설 사고는 41.2%에 달한다.
따라서 지하흙막이 공사 중 구조물과 주변 건축물의 안전성을 확보하고, 흙막이 벽체의 변형 등을 사전에 예방하기 위해 계측기기를 설치·관리하는 계측관리의 중요성이 증대되고 있다.
따라서 이 연구에서는 현재 시행되고 있는 흙막이 계측관리 방법의 한계를 보완하고, 흙막이 붕괴로 인한 재해와 안전사고 예방을 위해 실시간 계측관리가 가능한 스마트계측 관리기술의 구성요소와 역할, 권장 사양 등의 도입 방안을 제시하고 있다.
스마트계측 관리기술은 무선센서 네트워크 기반의 모니터링시스템과 유지관리시스템으로 구성된다.
계측기기를 통해 흙막이 가시설의 안정성과 배면 지반, 인접 구조물의 거동 등을 측정하고, 획득된 계측정보는 센서노드를 거쳐 게이트웨이로 전달된다.
게이트웨이는 획득된 계측정보를 관리서버로 전송하고, 센서노드의 전력 레벨과 상태를 제어·관리 할 수 있고, 측정주기를 자동으로 제어할 수 있다.
또한, 접근 네트워크는 무선 통신으로 흙막이 공사장의 네트워크망을 구성, 데이터 보안성과 안정성 확보가 가능하다.
특히, 스마트계측 관리기술은 저전력, 고효율, 보급형 IoT 센싱망으로 구성돼 자동계측 대비 많은 지점의 계측데이터를 효율적으로 모니터링 할 수 있다.
이 같은 기술적 도입 방안과 함께 이 연구에서는 공사장 안전 확보를 위한 계측관리 제도의 개선안도 마련, 제시하고 있다.
이 연구에서는 지하흙막이 계측관리기술 고도화와 함께 계측 품질 향상과 공사장 안전 피해 최소화를 위해 ‘서울특별시 지하안전관리에 관한 조례’(이하 서울시 조례)와 서울시의 지하흙막이 공사 계측관리 기준 개선안을 제시했다.
이번 개선안에서는 현재 ‘서울시 조례’에 마련돼 있지 않은 새로운 스마트계측 관리기술 도입을 위한 관련 규정안을 제시하고 있다.
이 규정은 스마트계측을 원칙으로 하고 있다. 단, 일정한 경우 수동계측의 예외를 인정하고 있다.
또한, 각각의 예외 인정 범위에 대한 구체적인 설명을 제시하는 한편, 흙막이 계측관리를 신설하고 해당 용어의 정의를 추가해 전문가 자문 과정을 거쳐 서울시 조례 개정안을 도출했다.
이와 함께 소규모 굴착 현장으로 분류돼 굴토심의 또는 지하안전영향평가 대상에서 제외되는 지하흙막이 공사현장의 계측관리 대책방안도 제시하고 있다.
지중경사계, 지하수위계, 간극수압계, 응력계 등 기존의 가시설 계측계획을 준수토록 하고, 굴착 영향 범위에 건축물이 있는 경우, 배면지반에 침하계와 건물경사계, 균열측정계를 추가 계측항목으로 설정, 지하흙막이 가시설과 인접시설물의 안정성을 확보할 수 있도록 하고 있다.
특히, 지중경사계 미계측으로 인한 계측공백이 생기지 않도록 지중경사계는 최우선 설치하고, 운영할 수 없는 경우에는 벽체경사를 측정할 수 있도록 대책방안을 수립했다.
이외에도 사고사례 조사를 통해 확인된 계측기 설치간격(위치), 계측 빈도에 대한 제도 개선 방안도 제시하고 있다.
인 / 터 / 뷰
상시적 안전관리 등 향후 인공지능 활용 이상징후 예측까지
공공 영역서 시범 적용 후 단계적 검증 통해 현장에 활용돼야
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| 김정환 연구위원 |
서울기술연구원 김정환 연구위원은 “최근 대심도 지하공간 굴착과 도심지 근접시공 등이 증가하면서 점차 대규모 지반굴착 공사가 늘어나고 있다”며, “따라서 도심지 공사현장의 위험요소를 실시간으로 모니터링하고 사전에 예측할 수 있는 기술의 중요성이 대두되고 있다”고 밝혔다.
이어 “따라서 이 연구는 지하 굴착공사 시 흙막이 구조물과 시민의 안전 확보를 위해 스마트계측 관리기술 도입 방안을 마련하고, 관련 제도의 개선 방안을 제시하는 데 목표를 두고 진행됐다”고 소개했다.
현재 서울시에서는 지하공간 개발에 따른 시민의 안전 확보를 위해 ‘서울시 조례’를 제정하고, 서울시 지하시설물 통합 안전관리대책을 수립하는 등 다양한 노력을 기울이고 있다.
하지만, 지하공간 개발 시 공사장 흙막이가 붕괴되는 사고는 여전히 발생하고 있어 스마트계측 관리기술 도입이 시급히 요청되고 있다.
김 박사는 “현재 지하흙막이 공사는 계측관리를 통해 시공 중 안전성과 인접 시설물의 안정성을 확보토록 권장하고 있다”며, “하지만, 굴착 깊이 10m 미만의 소규모 또는 굴토심의 제외 대상 흙막이 구조물은 계측관리가 유명무실해 크고 작은 사고가 빈번하게 발생하고 있다”고 말했다.
이어 “국내에서 이뤄지고 있는 수동계측의 경우 대부분 주 1~2회 측정이 이뤄지고 있으며, 측정 후 계측보고서를 작성해 시공사에 보고하기까지 약 7~10일 정도가 소요되고 있다”며, “이 같은 계측 공백은 현장의 위험징후를 실시간으로 인지하지 못하는 것은 물론 계측결과 공유가 늦어지면서 안전 문제가 발생할 확률이 높아진다”고 강조했다.
현재 실시간 계측관리를 할 수 있는 자동화 계측기술이 적용되고 있지만, 가격이 높아 중·소규모의 민간 공사장에서의 실효성은 매우 떨어지고 있는 것으로 알려지고 있다.
또한, 소규모 공사장의 경우 계측관리가 부실하지만, 계측관리를 강화할 수 있는 제도 개선에 대한 준비는 아직 미흡한 상황인 것으로 알려지고 있다.
이 같은 문제점 해결을 위해 이 연구에서는 자동 계측 대비 저렴하고, 많은 지점의 데이터를 효과적으로 모니터링 할 수 있는 스마트계측 관리기술의 도입 방안을 제시하고 있다.
김 박사는 “상시적인 안전관리가 가능한 스마트계측 관리기술은 향후 인공지능을 활용해 이상징후와 거동을 예측할 수 있다”며, “이를 통해 설계 오차 등에 대한 시공 측면에서의 의사결정 지원과 붕괴 사고를 예방할 수 있다”고 말했다.
이어 “또한, 이 연구에서는 스마트계측 관리기술의 굴착 현장 도입을 위한 제도적 근거 마련을 위한 초안도 제시했다”며, “제도 도입을 위한 기술적 사양과 스마트계측 관리를 위한 요소기술 등 구체적인 내용이 포함돼 있다”고 소개했다.
현재 지하흙막이 공사장의 스마트계측 관리기술은 아직 개발단계로, 기술 표준화와 스마트계측 기준 수립 등 표준화를 위한 다양한 연구가 이뤄져야 하는 것으로 알려지고 있다.
김 박사는 “현장 적용성 확보를 위해서는 시간을 두고 공공 영역에서 시범적용 후 단계적인 검증을 통한 점진적인 추진이 필요할 것으로 판단된다”며, “또한, 중앙정부의 계측관리에 관한 법령과 서울시의 관련 조례 등 제도적 근거 마련을 위한 노력도 동반돼야 한다”고 덧붙였다.
