1. 서론 (p.2 요약)

본 사업은 교량 또는 다리의 서비스 재개에 필요한 사항의 인지 시간 절감을 위해 다리 보강 절차를 가속화하기 위한 진보적 레이져 측정 시스템을 개발하고자 함.

단일 레이져 시스템은 보강 절차에 포함된 교량 구조물 각 부문을 세밀히 측정

측정결과는 자동적으로 작업자에게 보내질 수 있도록 필요한 보강 부문의 CAD 설계 도면 생산에 활용

동 시스템은 다른 상업적 활용 장비에서는 찾을 수 없는 측면을 레이저 측정 시스템을 이용

이러한 장점으로 인해 동 시스템은 전통적인 방식보다 훨씬 정밀한 자료 제공 가능

또한 완전히 새로운 정보 형태의 수집이 가능하게 함.

 

2. 본론

교량 보강 레이저 시스템(Bridge Retrofit Laser System: Bridge RLS)은 차량에서 다리 측면을 나타내며 설치가 빠르고 교량에 대한 측정치 형성에 활용되는 시스템으로 정의됨.

특별한 측정 목표를 필요로 하지 않으며 구조를 직접적인 접근을 필요로 하지 않음.

동 시스템은 전통적인 방식과 비교해 먼 거리에서도 매우 정확한 측량이 가능한 시스템으로 설계됨.

측정 정확도는 현장에서 인증되며 일반적인 교량 여건 하에서 신뢰할만한 현지 측정이 가능하도록 그 절차를 개발

Bridge RLS는 정확한 차원과 다리의 세부적 공간 위치를 측량(예를 들면 수원 또는 볼트의 측량에 기초해 이음새 구멍의 위치 등을 포함한 공간 정보)

물리적 레이져 측량에 기초해 CAD 설계 도면이 자동 생산

생산된 도면은 공사 기업 또는 제작자로 하여금 보강 부문을 빠르게 생산하는데 활용

 

그림 1은 전체적인 Bridge RLS 시스템을 개념적으로 보여주고 있음.

 

그림 1. 철강 교량보의 레이저 측정 시스템 개념

자료출처: TRF, 2013, Bridge Retrofit Laser System, p. 2

 

그림 2는 Birdge RLS의 주 시스템 요소를 구분해 보여주고 있음.

 

그림 2. 주요 시스템 요소 구성

 

 

 

자료출처: TRF, 2013, Bridge Retrofit Laser System, p. 8

 

다리 레이저 보강 시스템은 공학적 설계 사항들을 주요 투입요소로 하고 보강 작업 시 변화에 대한 설계자와의 의사교환과 논의에 의해 정의된 측정사항 결정

전반적인 시스템은 현장에서 측정이 필요한 모든 요소들을 포함하여 구성

동 시스템은 직접 격자보(grider) 상에 특정 측정 목표를 정하고 계량하지 않는 반면, 필요시 요구사항에 대한 계량 목표를 포함하고 장비를 적절한 위치에 설치 가능

또한 시스템은 측정 절차, 시스템 운영, 그리고 사후 공정 과정 등이 정의된 소프트웨어 요소들을 포함

시스템 산출물은 규정화된 보고서 및 CAD 설계도 형식의 공학적 자료를 출력

 

측정 시스템 설명

그림 3은 다리 보강 레이져 시스템의 측정 장비 특성을 요약하고 있음.

핵심 도구들은 직접적 표면 측정도구, 고도 측정 도구, 그리고 원거리 측정 장비 등을 포함.

 

그림 3. Bridge RLS 레이져 측정 시스템 하드웨어 장비 요약

 

 

 

자료출처: TRF, 2013, Bridge Retrofit Laser System, p. 9

 

Bridge RLS는 특정한 목표 없이 표본 표면에 대한 직접적 측정이 가능하다는 장점을 지님.

이러한 방식은 고전적 방식에서 다리 또는 교량에의 우선적 접근성의 필요성 없이 측정 가능

도한 매우 높은 정확도를 제공

또한 동 시스템을 이용한 측정은 완전한 3차원 정보 형태로 측정 자료의 정확성을 담보

예를 들면 98feet 거리에서 시스템은 약 0.018인치(0.3mm)에서의 완전 3차원 정확도 측정값을 제공

최대 설치 측정 영역은 해당 장비 위치에서 약 164feet(50m)이며, 이는 장비 주변약 100m(328feet) 반경을 커버

 

소프트웨어 도구

그림 4는 콘크리트 슬랩(slab) 교량에 대한 3차원 CAM 모형도를 보여주고 있음.

동 장비의 측정 소프트웨어는 대상 측정 요소의 3차원 모형을 효과적으로 산출

이러한 방식은 측정 계획 수립에 필수적임.

또한 전통적인 2D 설계 도면을 3D로 전환하여 보여줄 수 있음.

 

그림 4. 콘크리트 슬랩 교량에 대한 3차원 CAD 모형

 

자료출처: TRF, 2013, Bridge Retrofit Laser System, p. 10

 

Bridge RLS는 임이의 측정이 가능하지만 또한 요구에 따라 특정 보강 작업을 위한 작업에 사용 가능

그림 5는 다양한 보강 작업 목표에 대한 표적 측정 대상 사례들을 보여주고 있음.

이와 같은 특정 위치의 세부 작업은 장기적 구조물 이동 및 장비 재조정 모니터링 기능으로 사용 가능

 

그림 5. 특수 측정을 위한 다양한 목표 설계

 

자료출처: TRF, 2013, Bridge Retrofit Laser System, p. 11

 

시범 측정 사례

첫 번째 사례는 버지니아 교통부 관장 도로 철골 다리 구조물에 대한 시연임.

워싱턴 D.C 인근 버지니아 주 29번 도로 상의 구조물은 I-66 통행량을 감당하며 12개 철강 그리더(grider) 라인 중 10개가 과도 하중으로 인해 영향을 받고 있음.

따라서 버지니아 주 교통부는 잠재적인 보수 작업 계획을 위한 세부적인 다리 분석을 요청

Bridge RLS를 이용한 교량 보 하부 플랜지(frange)와 웹(web)의 측정 결과는 그림 6과 같음.

측정은 원거리에서 이루어졌으며 구조물에의 직접적인 접근은 없었음.

 

그림 6. 4개 그리더(griders)에 대한 부분 영향 피해 측정

 

 

자료출처: TRF, 2013, Bridge Retrofit Laser System, p. 14

 

부분적으로 측정한 변형 상태에 대한 정보는 그림 7과 같이 나타남.

측정 부분은 영향을 받는 곳인 약 3-3.7m(10-12feet) 구간에 대해 이루어짐.

 

그림 7. 웹(web) 및 하부 보 플랜지 변형 측정

 

 

자료출처: TRF, 2013, Bridge Retrofit Laser System, p. 14

 

3. 결론

 

향후 다리 보강분야에 대한 시스템 배치를 위해 주 교통부와의 협의 지속 계획에 중점

다만 시스템 소프트웨어 분야의 추가적인 발전이 필요.

이러한 부분은 현재의 소프트웨어 도구의 확대 개발 방향이 보다 확대 개선되는 쪽으로 진행될 것임(운영자 간섭의 감소, 최종 사용자에 대한 활용가능 자료 증가)

 

FCI(Fuchs Consulting Inc.)는 현재 미래의 측정 알고리듬 개발과 운영자 교육을 위한 시험체들에 대한 적용중에 있음.

시험체는 분리된 다리의 연결보(gusset plates) 등을 포함하거나 다른 교량 그리드 부문 등을 포함(그림 8 참조)

교육시설은 주 교통부에서 자체적인 이행 노력 지원을 위해 개발 중에 있음.

 

그림 8. 분리, 해체된(decommissioned) 다리로부터의 시험 부분

 

 

자료출처: TRF, 2013, Bridge Retrofit Laser System, p. 22

 

진보된 레이저 기반 측정 시스템이 다리 보강 과정에서의 적용을 위해 개발 및 발전하고 있음.

동 시스템은 통행량, 물, 철도 노선, 그리도 다른 접근성이 난해한 요소들이 존재함에도 불구하고 측정이 가능

전통적인 측정 방식의 대체는 측정 정확도 개선과 교량 보강 작업의 질 향상에 기여

동 시스템의 지속적 시범 적용과 확대는 고속도로 운영자, 또는 다리 건설업자들로 하여금 보다 양질의 정보 제공과 정보수집의 비용 절감으로 인한 이익 실현 제공을 확신

Rridge RLS의 적용이 확대되면 될수록 그 활용도가 커질 것으로 기대됨.