첨단기술을 활용한 수자원 인프라의 객관적이고 효율적인 유지·보수·관리를 통해 기후변화와 시설 노후화에 따른 리스크를 선제적으로 대응해 나가며 국내 물 관련 인프라의 안전을 책임지고 있는 K-water연구원 물인프라안전연구소.
K-water 물인프라안전연구소는 국내 유일의 수자원시설에 대한 조사부터 진단, 평가, 보수·보강 대책에 이르기까지 전주기에 걸친 시설물 유지관리가 가능한 연구소로, 특히, 댐 내진성능평가에 대해서는 국내 최고 수준을 자랑하고 있다.
로보틱스·첨단 융합센서기술 적용 수자원시설 조사 등
시설물 내·외부 상태 실시간 모니터링 기술력 ‘독보적’
물 인프라 자산관리 등 시설 장수명화 기술 개발 집중
최근 연구소에서는 국내 최초로 로보틱스 및 첨단 융합 센서 기술을 적용한 수자원시설 조사에 나서는 한편, 디지털트윈 기반의 수자원 인프라 유지관리를 위해 시설물의 내·외부 상태를 실시간으로 모니터링 하는 등 독보적인 기술력을 선보이고 있다.
특히, AI 기반의 계측데이터 예측 기능을 비롯해 디지털 트윈 기반의 3D 안전성 분석·평가, 물리탐사를 통한 댐 건전성 평가 시스템 구축 등 초격차 기술은 국제적으로도 경쟁력을 인정받고 있다.
이처럼 특화된 기술력을 기반으로 현재 첨단기술인 무인항공기(UAV), 무인수상정(USV), 무인잠수정(ROV) 등을 활용한 조사·진단 기술 개발을 비롯해 내진 및 시설물 안전·성능평가 기술 개발에 집중하고 있다.
스마트 댐 안전관리 체계, 댐 위험도 평가 및 자산관리 기술, 지하수저류댐 유지관리 기술 등 국가 물 인프라 안전성 확보를 위한 기술 개발에도 노력을 기울이고 있다.
특히, 기존 안전관리 패러다임을 변화시킨 스마트 댐 안전관리를 위한 요소기술 개발 연구가 주목받고 있다.
현재 기후변동에 따른 예상치 못한 홍수와 한반도 지진 발생 증가와 댐 노후화 등으로 인해 점점 어려워지고 있는 안전관리 문제 해결을 위해 4차 산업혁명 기술을 접목, 선제적이고, 과학적인 댐 안전관리 체계를 구축해 나가고 있다.
이 같은 스마트 댐 안전관리에서 가장 중요한 기술은 첨단장비를 활용한 안전점검, 실시간 스마트 모니터링, 디지털트윈 기반의 지능형 유지관리 분야 등이다.
‘첨단장비를 활용한 안전점검’ 부문에서는 시설물 상태평가와 안전점검을 위해 기존 인력에 의존해왔던 방식에서 벗어나 첨단 장비인 드론(육상, 수중)을 도입, 댐의 손상 여부를 촬영하고, 영상 자동 분석을 위해 AI를 적용하고 있다.
드론(육상)을 이용한 조사는 사진측량 기술을 활용한 댐 시설물의 3D 현실 모델링을 통해 댐의 외관상태 점검은 물론 댐의 3차원 위치정보에 기반 한 변형 분석도 가능하다.
무인화 수중 상태 점검 및 손상 모니터링을 수행하는 수상·수중드론은 인력 잠수로 인한 인명사고와 점검 범위 제한 등의 문제 해결에 도움을 주고 있다.
연구소는 이 같은 요소 기술개발 성과를 디지털 DB로 관리할 수 있도록 라벨링을 통해 표준화를 진행하고 있으며, 손상정보의 경우 AI 분석기술을 접목, 자동손상 검출이 되도록 알고리즘을 개발, 적용하고 있다.
‘실시간 스마트 모니터링’ 부문에서는 AI 기반으로 결측률을 줄이고 정확도는 높일 수 있는 실시간 스마트 모니터링 기술과 함께 댐의 내부 건전성을 평가하기 위한 내부상태 감지 방법인 실시간 전기비저항 모니터링 시스템을 선보이고 있다.
이처럼 실시간 모니터링을 통해 획득한 데이터는 댐의 안전성 평가를 위한 기본 데이터로 활용할 수 있고, 재해발생 시 위급상황을 알릴 수 있는 시스템으로 확대할 경우 홍수, 지진 시에도 댐 하류 지역 주민의 안전을 보장할 수 있는 댐 안전 감시 체계 구축에 기여할 것으로 기대를 모으고 있다.
주요 연구
현재 연구소는 ‘디지털 안전관리 및 지능형 평가기술 고도화’와 ‘생애주기를 고려한 물 인프라 자산관리 및 노후화 대응 장수명화 기술 개발’ 등 크게 2개 분야의 연구에 집중하고 있다.
‘디지털 안전관리 및 지능형 평가기술 고도화’ 분야 중 ‘디지털트윈 기반 물 인프라 안전관리 요소기술 개발 및 로보틱스 기반 스마트 무인화 점검기술 개발’ 부문에서는 3D 디지털 모델링을 비롯한 드론 모니터링 기술과 AI 분석기술 등 물인프라 안전성 평가와 유지관리를 위한 디지털트윈 요소기술 개발 연구를 진행하고 있다.
또한, 드론과 ROV, USV, 초분광, 라이다 등 융·복합 계측센서 기반 스마트 무인화 점검체계 구축과 디지털정보 시각화를 통한 수자원시설 유지관리 의사결정 지원을 위한 연구도 병행하고 있다.
‘AI 기반 댐 안전 계측데이터 스마트 분석기술 개발 및 복합 물리탐사 기반 댐 내부 상태평가 기술 개발’ 부문에서는 계측데이터 품질 향상과 이상 패턴 감지·예측을 위한 실시간 계측데이터의 AI 지능화 분석 연구를 수행하고 있다.
필댐의 복합 물리탐사 가이드라인과 내부 건전도 평가 기준 마련, 전기비저항 모니터링 시스템 운영관리 및 조사·분석·평가 기준 제시를 위한 연구도 한창이다.
‘생애주기를 고려한 물 인프라 자산관리 및 노후화 대응 장수명화 기술 개발’ 분야에서는 ‘디지털 트윈 활용 수자원시설 통합 자산관리 및 노후화 평가 기술 개발’ 부문에서 국내 최초 생애주기를 고려한 수자원시설 통합 자산관리 체계 구축 및 시스템 개발 연구와 데이터 기반의 물 인프라 노후화 평가 모델 개발 및 최소 성능지표 제시, 수자원시설 장수명화 로드맵 실현을 위한 기술적 방안 등을 마련해 나가고 있다.
‘극한재난 대응 물 인프라 방재성능 고도화 기술 개발 연구’ 부문에서는 재난 시 리스크 최소화를 위한 물 인프라 광역적 지진재해위험도 평가 시스템 개발과 재난대응역량 강화 기술 개발 연구에 집중하고 있다.
‘고강도·고내구성 수자원시설 보수·보강 기술 개발 및 친환경·저탄소 건설재료 실용화’ 부문에서는 수리학적, 수중 환경 특성 등을 고려한 수자원시설 맞춤형 요구 성능 수립 및 재료개발과 함께 노후 댐과 제방 등 보수·보강공사 시공성 향상 기술들을 개발하고 있다.
이산화탄소 흡수 순환골재와 저탄소 건설재료를 활용한 현장 적용성 실증 및 공정 최적화에 의한 탄소감축 가능성 평가기술 제시를 위한 연구도 수행하고 있다.
‘지하수저류댐 설계, 시공 및 유지관리 기술개발’ 부문에서는 지하수 저류댐에 대한 효과 검증과 지하수 자원의 안정적 확보와 수질관리 기술 선도를 목표로 국내 지하수 저류댐(샌드댐) 설계 및 시공 기술의 표준화와 현장 적용 연구가 이뤄지고 있다.
인 / 터 / 뷰
디지털트윈 AI 기술 활용
물 인프라 관리역량 높일 터
K-water연구원 임정열 소장은 “물인프라안전연구소는 국내 유일의 댐 관련 전문 연구소인 동시에 K-water 수자원 인프라의 안전성과 효율적인 물 관리 강화를 위한 연구를 수행하는 핵심 연구소”라고 밝혔다.
현재 연구소에서는 물 관련 재난 대응과 수자원 인프라 노후화 관리를 위한 다양한 핵심연구를 진행하고 있다.
이어 “국내 최초로 환경부와 함께 디지털트윈을 활용한 수자원시설의 자산관리 체계 구축 연구에 착수했으며, ROV와 UAV 등 로보틱스를 이용한 무인점검체계 구축은 물론 스마트 댐 안전관리를 위한 실시간 모니터링, 댐 건전성 평가 등 요소기술 개발 등에 나서며 시설 노후화에 따른 대응력 강화에 집중하고 있다”고 소개했다.
또한, 지하수 자원 확보와 안전한 수질 관리를 목표로 지하수 저류댐 설계·시공 기술 표준화 연구와 운영·유지관리 기술 개발 연구에도 박차를 가하고 있다.
임 소장은 “올해 2월 국가수자원관리위원회에서 심의 의결한 ‘1차 댐관리기본계획’은 10년 단위의 댐 관리 분야에 대한 전략계획으로, 기후위기에 대응하는 한편, 안정적이고 효율적인 댐 운영·관리과 효용가치 증대 등 다양한 계획을 반영하고 있다”고 밝혔다.
특히, 이번 계획에는 ‘국민 모두가 누리는 안전한 댐’이라는 비전 아래 3대 목표로 기후변화에 대응하는 안전한 댐, 지능화 기술 기반 스마트 댐, 인간과 자연이 함께 상생하는 댐 등 구체적인 내용이 담겨 있다.
이어 “이 같은 기본 계획에 비춰볼 때 연구소의 연구성과는 국가적으로 홍수, 가뭄 등의 물 재해에 선제적으로 대응하고, 4차 산업혁명기술 활동 등 과학적 댐 시설관리를 통한 국민이 안심할 수 있는 안전관리 체계 구축이라는 국가 정책에 활용할 수 있을 것”이라고 전망했다.
국내 첫 수자원시설 자산관리 기술개발 만전
연구소는 연구성과를 안전하고 지속가능한 댐 시설관리 시설별 관리 전략과 생애주기를 고려한 자산관리체계 구축 등에 활용하는 한편, 신규로 추진 중인 지하수 저류댐 운영관리 기술 개발 성과 등을 포함해 K-water의 글로벌 사업에도 확대, 적용에도 나설 계획이다.
임 소장은 향후 계획에 대해 “기후위기, 시설 노후화 등 미래변화 대응을 위한 물 인프라의 선제적 유지관리를 위해 다학제 기반의 융·복합 연구 범위를 확대하고, 세계 최고 수준의 진단·평가가 가능한 글로벌 기술 경쟁력 강화에 나설 계획”이라고 밝혔다.
이어 “특히, 물 인프라에 대한 디지털트윈과 AI 기술을 활용한 예측·관리시스템을 고도화해 K-water의 물 인프라 관리 역량 향상에 기여하고, 국내 최초로 추진하는 수자원시설 자산관리 기술개발을 성공적으로 완료해 K-water 기술 발전에 기여할 것”이라고 강조했다.
또한, 기후테크 2.0 시대에 새로운 성장동력 마련을 위해 글로벌 협력을 활성화해 K-water의 기술력을 전 세계에 선보일 수 있도록 대표 브랜드 기술 개발에도 박차를 가할 예정이다.
끝으로 임 소장은 “물 인프라의 지속 가능한 안전성 확보를 위한 연구개발로 국가 경제발전과 국민의 삶의 질을 높이는 핵심적인 연구소로 성장해 나갈 계획”이라고 덧붙였다.
