R&D최종보고서
| 과제고유번호 | 200806건설핵심D02 | |||||
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| 연구사업명 | 건설기술연구사업 | |||||
| 연구과제명 | 텔레매틱스를 활용한 지능형 성토다짐관리시스템 개발 | |||||
| 총 연구기간 | 2006-12-20 ~ 2009-12-16 | |||||
| 연구책임자 | 김주형 | |||||
| 당해년도 참여 연구원수 |
3명 | 총 연구기간 참여 연구원수 |
160명 | |||
| 당해년도 연구비 |
정부 : 482,800,000 원 기업 : 222,500,000 원 계 : 705,300,000 원 |
총연구비 | 정부 : 818,800,000 원 기업 : 455,000,000 원 계 : 1,273,800,000 원 |
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| 연구기관명 | 한국건설기술연구원 | |||||
| 등록 발간번호 | - | |||||
| ISBN | ||||||
| 주요 내용 |
ㅇ 토목공사에서 성토 작업은 흙을 쌓아 넓은 부지를 조성하거나 도로 등을 건설하는데 반드시 필요한 주요공정이다. 성토의 목적은 각 공사의 목적이나 종류에 따라 다른데, 넓은 부지를 조성하는 경우 주위 지역과 고저차를 일치시켜 부지 사용상에 편의를 제공하기 위해 성토를 수행하며, 도로의 경우에는 하부에 전달되는 하중을 분산시키거나 연약지반을 미리 압밀시키기 위해 성토를 수행한다. 성토공정에서는 성토 흙 확보를 위한 절토 및 토취 공정, 토취장에서 성토 위치까지의 흙 운반 및 포설 공정 그리고 성토체가 일정한 강도를 가지고 과도한 침하가 발생하지 않도록 하기 위해 성토재료를 일정한 사용 기준 이상의 값을 갖도록 다짐하는 것이 핵심 공정이라 할 수 있다. 이와 같은 일련의 핵심 공정들은 전체 공사비, 공사시간 등에 막대한 영향을 미치나, 대부분 체계적인 관리시스템의 부재로 작업자 자신의 인위적인 판단에 의해 작업이 진행되는 것이 대부분이다. 따라서 현재까지도 인력에 의해 개별적으로 관리되어 왔던 성토관리시스템을 전체적인 공정에 첨단 기술을 접목시켜 체계적으로 관리하는 종합 시스템으로의 전환이 필요하다. 특히, 국내 성토 다짐공정관리는 평판 재하시험 (KS F 2310)이나 현장에서 모래 치환법에 의한 흙의 밀도 시험방법 (KS F 2311), 흙의 다짐 시험방법 (KS F 2312) 등을 이용한 일점시험 (spot test)으로 전체의 성토다짐을 관리하고 있어 현재의 시험관리 방법으로는 전체 성토 부지의 다짐도를 판단할 수 없다. ㅇ 이와 같은 문제점들을 해결하기 위해 최근 유럽, 미국 그리고 일본을 중심으로 연속다짐관리 (Continuous Compaction Control, CCC)에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이는 다짐공정과 다짐 평가를 분리하여 진행하던 공정을 다짐진행과 동시에 다짐평가를 연속적으로 수행할 수 있는 획기적이며 혁신적인 다짐 관리방법이다. 기존 다짐 설계시에는 일정한 로울러 통과 횟수, 로울러의 속도 및 진동수가 제안되었다 하더라도 실제 현장에서 흙의 함수비 차이나 다양한 흙의 종류 등의 원인으로 일정한 다짐도를 얻을 수 없는 경우가 많다. 즉, 설계시에 제안된 로울러의 통과횟수 및 일정한 로울러 계수 등만을 의존해서는 공사지역의 어떤 부분은 과다짐 되고 일부분은 과소 다짐이 되는 부분이 있기 때문이다. 현재 국내의 연속다짐관리에 관한 연구는 시작단계에 있으며, 오스트리아, 스웨덴 그리고 독일 등의 선진국에서는 일부 시방기준 까지 제안되어 있으나, 토질 특성, 다짐 방법 및 다짐 평가 방법에 따라 그 결과가 달라질 수 있기 때문에 이에 대한 연구는 앞으로도 꾸준히 진행되어야 할 것으로 판단된다. ㅇ 또한 연속다짐관리 기법을 실제 현장에서 효율적으로 적용하기 위해서는 좀 더 진보된 기술이 접목되어야 하는데, 최근 일본과 미국을 위시한 선진국에서는 IT를 접목한 건설 IT들이 속속 선보이고 있다. 특히 최근에는 통신 (Telecommunication)과 정보과학 (Informatics)의 합성어인 텔레매틱스 (Telematics) 의 개념을 도입하여 움직이는 차량 안에서 인터넷을 통한 모든 데이타 송수신이 가능한 기술들이 속속 선보이고 있다. 현재 텔레매틱스 기술은 일반 승용차를 대상으로 개발되고 있으나, 넓은 공사 지역을 관할해야 하는 유비쿼터스 (Ubiquitous) 토목환경을 고려한다면 텔레매틱스 기술은 반드시 토목 분야에 접목시켜야 할 기술이다. ㅇ 선진국을 중심으로 현재 토목분야에 가장 많이 접목을 시도하고 있는 것은 GPS (Global Positioning System)를 이용한 건설 IT이다. GPS는 건설기계의 위치를 추적함으로써 다수의 건설기계의 움직임과 경로 등을 한자리에서 파악할 수 있어 공정관리에 매우 효과적인 도구로 사용할 수 있다. 따라서 이 기술들을 연속다짐관리 기법과 융합하여 시스템화 한다면, 기존 토목기술과 첨단 기술과의 융합으로 인해 결과물의 중요성은 한층 더 커지며 가까운 미래에 실질적으로 사용되는 실용 미래 건설기술로 각광 받게 될 것이다. 실제 일본의 경우에는 간사이국제공항 등의 대규모 건설지역에서 2차부지 조성공사의 완벽 시공을 위해 텔레매틱스를 토목공사에 접목하여 사용하고 있다. 이들은 1차 부지 조성시에 경험했던 토공사의 어려움을 첨단 IT와 토목공사에서 얻은 경험을 융합시켜 종합적인 토공사 관리시스템을 탄생시켜 대규모 토공사를 진행시키고 있다. ㅇ 텔레매틱스를 이용한 건설 IT는 그 적용 가능 범위가 넓어 또 다른 성토 시공부분에 응용이 가능하다. 따라서 궁극적으로는 선진국에서 먼저 연구가 시작된 선진 성토관리시스템을 국내에 효과적으로 적용하기 위한 연구의 시작이 필요하며, 이와 더불어 첨단 IT를 성토관리시스템과 융합하여 매우 강력하고도 효율적인 지능형 성토관리시스템 개발이 필요할 것 [최종목표] ㅇ 본 연구에서는 경쟁력이 있는 국내 IT와 토목기술의 융합을 통해 국내에서는 아직 초기 단계에 머물고 있는 미래형 건설기술의 기반 마련을 목표로 한다. ㅇ 텔레매틱스를 이용한 지능형 성토다짐/운송시스템 개발 연구의 최종목표는 성토체 다짐 공정에 건설 IT를 적용하여 토목현장에 첨단 건설 IT를 접목하고 개발된 건설 IT를 응용하여 성토재료의 운송관리 네트워크 시스템을 개발하는 것이다. ㅇ 특히 성토다짐의 경우에는 일부가 아닌 전체 성토체에 대한 연속 다짐관리를 통해 기존 성토관리에 대한 불확실성을 불식시키고 성토시공 품질의 확실성 보장을 목표로 하며, 궁극적으로는 본 연구의 시스템 완성 후 국내 실정에 적합하게 사용할 수 있는 시방기준을 확보한다. [연구내용 및 범위] 본 연구는 총 2년 10개월 동안 3개의 세부과제로 수행한다. ㅇ 제 1 세부과제 - 제 1 세부과제 연구의 최종 목표는 국내 실정에 맞는 연속다짐관리기법 (CCC) 도출이다. 실제로 여러가지 재료로 구성되어 있는 성토체의 다짐도를 직간접적으로 시험할 수 있는 방법이라면 어떠한 시험방법도 연속다짐관리기법에 사용할 수 있다. 본 연구에서는 최근 해외에서 각광받고 있는 Geogauge, 동적콘관입시험기(DCP), Light Falling Weight Deflectometer(LFWD) 등과 더불어 가속도계 (Accelometer) 등을 이용하여 다양한 실내, 현장 조건에서의 시험을 수행하고 각 시험기의 특징과 도출 결과를 분석한다. 각각의 시험 결과는 기존의 시험방법인 평판재하시험이나 현장밀도시험 결과 등과 비교 분석을 통해 연속다짐관리기법에 적용할 수 있는 최적의 시험방법들을 유추한다. 궁극적으로 선택된 연속다짐관리 방법은 IT 기술과 접목해 실시간으로 현장의 다짐상태를 확인할 수 있는 지능형 성토다짐시스템을 구축한다. ㅇ 제 2 세부과제 - 제 2 세부과제는 연속다짐평가 장비에 설치하는 단말기부터 현장에 운영되는 연속다짐장비 전체를 관리 감시하는 시스템까지 개발하는 것이다. 기지국과 이동국까지의 데이터 통신망으로는 UHF 460Mhz 주파수대역의 12.5Khz대역폭으로 안정된 RS232C 9600bps 통신속도를 구현하며, 연속다짐장비에 장착된 상위 단말기와 관리시스템간의 Access Point를 사용하여 원하는 무선지역을 확장하여 관리서버와의 통신을 구현한다. 무선랜의 데이터는 이동국 즉 연속다짐장비의 단말기에 저장된 데이터를 관리서버에서 언제든지 원하는 데이터를 전송 받을 수 있으며, 무선랜 망은 연속다짐평가 장비의 상태감시 및 운영관리, 현장 원격 관리감시 등을 인터넷을 통해 원격지에서 보안망을 통해 검증된 사용자에 한해 상태감시 및 기기 상태를 모니터링 할 수 있도록 개발할 계획이다. - 연속다짐평가 장비에 사용되는 단말기는 최근 소형화 추세의 단말기 개발에 맞추어 소형화, 소전력 시스템 구현이 가능하도록 임베디드 방식으로 개발할 예정이며, 운영시스템으로는 향후 대용량 데이터저장 요구 및 신속한 응용프로그램 개발 그리고 다목적 단말기 사용, 드라이버 개발과 타 시스템과의 호환으로 Windows 계열 운영시스템으로 개발할 예정이다. -본 시스템이 개발되면 연속다짐평가 장비에 장착된 단말기의 화면을 통하여 연속다짐장비 운영자나 다짐도 평가자가 현장 다짐의 상황을 실시간으로 다짐정도를 확인할 수 있도록 운전자 중심의 모니터링 시스템을 개발할 예정이며, 현장에서의 원활한 작업을 위해 중앙 관리관제 서버와의 현재 진행 정도를 데이터망을 통해 실시간으로 관리감독이 가능하다. - 전체적인 시스템의 동작진행은 DGPS원리를 이용하여 다짐공사를 하는 로울러 장비나 연속다짐장치의 위치를 정확하게 추적하고 센서를 이용하여 진동의 유, 무를 감지하며, 연속다짐관리 결과 및 로울러의 위치 등 각각의 DATA를 무선 양방향 통신을 통하여 인터넷상의 DATA Server에 축적하고, 또한 축적된 DATA를 인터넷상의 DGPS Server를 통하여 DGPS 처리한 후 데이타베이스화 하여 다짐장비의 궤적, 속도, 다짐 층, 진동의 여부, 다짐물량통계 등의 분석을 지능형GPS성토다짐시스템관리 서버를 통하여 인터넷을 경유 감리자, 작업자, 시공자등에게 분석에 대한 결과를 확인할 수 있는 시제품을 제작하는 연구를 계획하고 있다. ㅇ 제 3 세부과제 - 제 3 세부과제는 건설 IT 영역의 확장 가능성을 타진하는 목적을 가지고 있으며, 제 2 세부과제에서 도출된 시스템을 다양한 성토시공 공정 중의 한 분야인 성토재료 운송 분야까지 확대 적용하는 것으로 한다. 실제로 토취장에서의 흙 채취와 현장까지의 흙 운반 등에 대한 모니터링은 특히 공항이나 항만과 같은 대규모 부지 조성 공사 지역과 같이 넓은 지역에서 매우 중요한 성토관리 포인트로, 3 세부과제에서는 성토재 운반에 관한 관리시스템을 구축한다. |
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| 색인어 | 한글 | 텔레매틱스 | 연속다짐관리 | 지피에스 | 성토 | 다짐도 |
| 영문 | Telematics | Continuous Compaction Control(CCC) | Global PositioningSystem (GPS) | Embankment | Degree ofCompaction | |
| 최종보고서 | 0716_텔레매틱스를 활용한 지능형 성토다짐관리시스템 개발.pdf | |||||