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[KICTERVIEW] 교량 안전 AI가 지킨다! AI를 활용한 노후 교량구조물 스마트 유지관리 플랫폼

우리나라의 주요 교량들은 산업화가 집중적으로 이루어졌던 1970년대와 80년대에 대거 건설되었습니다. 이에 따라 현재 준공 후 30년이 넘은 노후 교량의 비중은 전체의 약 30%를 차지하며, 20년 이상 된 교량까지 합하면 그 비율은 45%에 달합니다. 특히 겨울철 제설제 사용이 잦은 한국의 기후 특성상 교량 바닥판의 노후화는 다른 국가들에 비해 더욱 빠르게 진행되는 경향이 있습니다. 따라서 대형 사고를 미연에 방지하고 시민의 안전을 지키기 위한 체계적인 시스템 마련이 매우 시급한 상황입니다. 한국건설기술연구원 연구팀은 이러한 문제를 해결하고자 노후 교량 스마트 유지관리 플랫폼인 '비맵스(BMAPS)'를 개발했습니다. 이 플랫폼은 방대한 데이터를 기반으로 교량의 상태를 과학적으로 진단합니다. 연구진은 전국의 교량 유지관리 이력을 디지털 데이터로 변환하여 데이터베이스를 구축하는 한편, 전국 해안가에 비래염분 측정 장치를 설치해 환경 데이터를 축적했습니다. 또한 주요 교량에 IoT 센서를 부착하여 실제 구조물의 움직임을 실시간으로 파악함으로써 정밀한 분석을 위한 기초 토대를 완성했습니다. 수집된 방대한 자료는 인공지능 기술을 통해 교량의 수명을 예측하는 '열화 곡선'으로 재탄생합니다. 본래 정교한 예측 모델을 구축하려면 수십 년에 걸친 장기적인 데이터가 필수적이지만, 연구팀은 AI 기법을 도입해 부족한 데이터를 보완하고 미래의 노후화 진행 과정을 시뮬레이션하는 방식을 취했습니다. 이를 통해 지역별 기후나 동결융해 등 서로 다른 환경적 요인을 인공지능이 학습하게 함으로써, 데이터가 충분하지 않은 지역의 교량이라도 그 상태와 수명을 신뢰도 높게 추정할 수 있게 되었습니다. 비맵스 플랫폼은 복잡한 분석 결과를 사용자가 이해하기 쉬운 리포트 형식으로 제공하는 것이 특징입니다. 가장 혁신적인 점은 교량의 상태를 '노후도 나이'라는 정량적인 숫자로 표현하여 직관적인 이해를 돕는다는 것입니다. 관리자는 시스템을 통해 부재별 손상 정도와 향후 30년 동안의 노후도 추이 그래프를 즉시 확인할 수 있습니다. 이러한 객관적인 데이터는 주관적인 판단에서 벗어나 유지보수의 우선순위를 결정하고 관련 예산을 효율적으로 배정하는 데 있어 결정적인 근거가 되어 줍니다. 이러한 기술적 우수성과 실용성을 인정받아 비맵스는 국가연구개발 우수성과 100선에 선정되는 영예를 안았습니다. 건설 기술과 IT 기술이 결합된 이 혁신적인 시스템은 현재 웹사이트를 통해 누구나 쉽게 접근하여 분석 결과를 확인할 수 있도록 운영되고 있습니다. 교량을 시작으로 도로와 터널 등 다양한 국가 인프라 유지관리 분야에 이 기술이 확산된다면, 우리 사회의 안전망은 더욱 견고해질 것입니다. 연구팀의 성과는 안전한 국토를 만드는 기술적 자산으로서 앞으로도 큰 역할을 할 것으로 기대됩니다.

한국건설기술연구원KICTERVIEW(킥터뷰)

융합
공학·기술

[NEXT Level] 부수지 않고 진단한다! 콘크리트 구조물 비파괴 진단 기술

철근 콘크리트 구조물의 안전을 확인하기 위해 건물을 직접 뜯어내지 않고도 내부를 들여다볼 수 있는 비파괴 검사 기술이 주목받고 있습니다. 이는 마치 병원에서 환자의 몸을 파괴하지 않고 MRI나 CT로 내부 장기를 살피는 것과 유사한 원리입니다. 구조물 내부에 철근이 설계대로 배치되었는지, 혹은 노후화로 인해 망가진 부분은 없는지를 확인하여 붕괴 사고를 미연에 방지하는 것이 이 기술의 핵심적인 목적이라고 할 수 있습니다. 기존에 가장 널리 쓰이던 기술은 땅속의 포트홀이나 전조 증상을 확인하기 위한 지표 투과 레이더(GPR)입니다. 하지만 이 기술은 본래 지표면 아래를 탐사하기 위해 개발되었기에, 복잡한 철근 콘크리트 내부를 정밀하게 파악하기에는 여러 제약 조건이 따랐습니다. 구조물 내부를 투과하면서도 사용자가 원하는 특정 부위를 자세하게 시각화하는 데 한계가 있었기 때문에, 이를 보완할 수 있는 새로운 안테나와 신호 처리 기술의 개발이 필요했습니다. 새롭게 도입된 기술 중 하나인 합성 개구 레이더(SAR)는 블랙홀 관측에도 사용된 고도의 정밀 기술입니다. 이는 작고 약한 안테나 여러 개를 이용해 거대하고 강력한 안테나와 같은 효과를 내는 방식입니다. 연구진은 콘크리트 내부 침투력을 높이기 위해 나비넥타이 형태의 보우타이 안테나를 변형하며 주파수 특성을 최적화했습니다. 이를 통해 콘크리트라는 복잡한 매질 속에서도 전파가 효과적으로 침투하여 내부 정보를 정확히 수집할 수 있게 되었습니다. 기술의 성능을 검증하기 위해 실제 벽체와 유사한 실험체를 제작하여 정밀 스캔을 진행합니다. 병원에서 CT 촬영을 하듯 안테나가 표면을 따라 이동하며 주파수를 쏘면, 내부에 존재하는 철근이나 공극 같은 반사체들이 물결무늬 신호를 만들어냅니다. 이렇게 수집된 반사 신호들을 합성하면 하나의 포커싱된 이미지가 구현되는데, 반사율이 높은 철근은 붉은색의 강한 신호로 나타나며 그 위치와 간격을 명확하게 식별할 수 있도록 도와줍니다. 이 기술은 콘크리트 타설 과정에서 발생할 수 있는 내부 기포나 공극을 찾아내는 데 탁월한 효과를 발휘합니다. 특히 철근 뒤에 숨어 있는 미세한 결함까지 탐지할 수 있어 건물의 안전성을 획기적으로 높일 수 있습니다. 기술을 활용해 구조물의 상태를 정확히 진단하면 건물의 수명을 10년에서 30년 이상 연장할 수 있으며, 이는 국민들이 거주하는 아파트와 같은 주거 시설의 안전을 확보하고 사회적 비용을 절감하는 데 크게 기여할 것입니다.

한국건설기술연구원미래를 바꾸는 신기술 NEXT Level

공학·기술

건기왕3 | 감기는 의사에게, 사장교 진단은 건설연에게!

사장교는 주탑에서 비스듬하게 내려온 케이블이 다리의 무게를 지탱하는 구조로, 현대 교량 건축의 정수를 보여주는 시설물입니다. 하지만 이 케이블에 작은 문제라도 생기면 교량 전체의 안전이 흔들리며 자칫 대형 사고로 이어질 수 있어 철저한 관리가 필수적입니다. 문제는 케이블이 두꺼운 보호재로 감싸여 있고 높은 주탑 위치에 있어 사람이 육안으로 상태를 확인하기가 매우 어렵다는 점입니다. 이러한 물리적 한계를 극복하기 위해 최근 건설 기술 분야에서는 케이블의 내부 상태를 정밀하게 진단할 수 있는 혁신적인 비파괴 진단 기술이 주목받고 있습니다. 연구팀이 개발한 비파괴 진단 기술은 마치 의사가 환자의 몸속을 진찰하는 청진기와 같은 역할을 수행합니다. 금속으로 이루어진 케이블 주위에 자기장을 형성하여, 보호재를 뜯어내거나 파손하지 않고도 내부의 부식이나 손상 정도를 정확하게 파악할 수 있는 것이 특징입니다. 이 기술은 자력을 활용해 미세한 변화를 감지함으로써 사장교의 안전을 위협하는 잠재적 요소들을 사전에 찾아냅니다. 기존의 육안 검사가 가진 불확실성을 제거하고 과학적인 수치 데이터를 바탕으로 교량의 건강 상태를 진단한다는 점에서 시설물 유지 관리의 패러다임을 바꾸고 있습니다. 거친 바람이 부는 높은 주탑 위에서 사람이 직접 매달려 케이블을 검사하는 것은 매우 위험하고 효율성이 떨어지는 작업입니다. 이를 해결하기 위해 센서를 장착한 전용 견인 로봇이 투입되어 자동으로 케이블을 타고 올라가며 정밀한 데이터를 수집합니다. 이렇게 수집된 방대한 신호는 인공지능(AI)과 고도화된 신호 처리 시스템을 거쳐 손상 여부를 자동으로 판정하는 단계까지 나아가고 있습니다. 로봇 공학과 인공지능이 결합한 이 스마트 시스템은 진단의 안전성을 획기적으로 높일 뿐만 아니라 인적 오류를 최소화하여 더욱 신뢰할 수 있는 진단 결과를 제공합니다. 이 혁신적인 비파괴 진단 기술은 단순히 사장교에만 머물지 않고 현수교, 관광용 출렁다리, 케이블카, 심지어 엘리베이터 케이블까지 그 적용 범위를 광범위하게 넓혀가고 있습니다. 현재 국내 전문 업체에 기술 이전이 완료되어 본격적인 사업화가 진행 중이며, 일본을 비롯한 해외 시장에서도 높은 관심을 보이며 기술 협력을 타진하고 있습니다. 이는 한국의 건설 안전 기술이 세계적인 수준에 도달했음을 보여주는 고무적인 사례입니다. 우리 생활 주변의 다양한 케이블 기반 시설물에 이 기술이 폭넓게 적용된다면 예기치 못한 대형 안전사고를 획기적으로 예방할 수 있을 것으로 기대됩니다. 미래에는 레이더 합성 기술(SAR)을 응용하여 콘크리트 내부까지 투시하는 더욱 정밀한 진단 기술 개발이 이어질 예정입니다. 시설물은 한 번 건설하는 것으로 끝나는 것이 아니라, 사람처럼 정기적인 건강검진을 통해 꾸준히 관리하고 투자해야 그 설계 수명을 온전히 누릴 수 있습니다. 안전한 사회를 만들기 위해서는 이러한 첨단 기술 개발에 대한 지속적인 투자와 함께 시민들의 관심과 응원이 필요합니다. 보이지 않는 곳에서 첨단 기술로 묵묵히 안전을 지키는 연구 노력이 계속되기에 우리가 매일 건너는 다리와 이용하는 시설물들이 든든하게 유지될 수 있는 것입니다.

한국건설기술연구원건기왕

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