| 연구개발개요 |
○ 방음터널은 낙후된 설계 및 생산 방식에 의존하고 있으며, 공급율 포화 및 수익성 악화가 우려됨. 개별 영역의 연구 및 기술 경쟁력은 갖춘 반면, 이를 통합하여 관리하며 미래지향적 부가 서비스에 대한 대안이 부재한 실정임. 교통량이 많은 도로와 인구밀집지역 사이에 위치하는 방음터널의 입지조건은 4차 산업혁명 시대의 핵심 서비스인 플랫폼(Platform)으로서의 입지 조건을 갖추고 있으며, 유무형의 플랫폼 서비스를 제공할 수 있음. 1) 고부가가치 제품 플랫폼: 기존의 방음판이 설치되는 방음터널의 프레임은 태양광 패널, 미세먼지 필터, 식생모듈 등을 설치할 수 있는 모듈을 제공함으로써 타 산업과의 연계를 통한 산업 생태계 활성화와 도시미관 개선에 기여할 수 있음. 2) 빅데이터 플랫폼: 방음터널에 내장된 센서는 는 모니터링을 통한 방음터널의 스마트 유지관리를 가능하게 함. 빅데이터 분석을 통한 설계 최적화 기술로 활용됨.○ 본 연구는 방음터널 디지털 체인 및 디지털 트윈 구현을 통한 차세대 플랫폼형 도로시설물 모델 구축하고자 함. 차세대 방음터널 플랫폼은 설계에서부터 디지털 트윈에 의한 유지관리에 이르는 모든 과정에서 일관되고 효율적인 데이터 관리가 가능함. 제너러티브/파라메트릭 디자인, 시뮬레이션, 최적화, 디지털 패브리케이션은 디지털 체인의 핵심기술임.○ 1차년도에는 차세대 방음터널 플랫폼의 디지털 체인 시스템 전반 구성○ 2차년도에는 파라메트릭 디자인 시스템을 성능 중심으로 고도화하고 디지털 트윈 시스템과 연동
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| 연구내용 및 범위 |
○ 교통소음과 방음터널경제 발전에 따른 인구의 도시 집중화는 교통 인프라 확충을 수반함. 대부분의 주요 교통수단이 인구밀집지역을 통과함에 따라 교통 소음 문제가 사회적인 이슈로 대두되고 있음. ‘터널형 방음시설(이하 방음터널)’은 ‘교통소음의 저감을 목적으로 흡음 또는 차단효과를 얻을 수 있도록 설치하는 방음시설 중 형상이 터널과 동일하거나 유사한 구조를 갖는 방음시설’○ 방음터널의 공급률 포화 및 수익성 악화환경부의 2017년 소음진동관리시책 시도별 추진실적에 따르면, 2017년까지 전국에는 총 5521개소(1700km)의 방음벽(방음터널 포함)이 설치되어 있으며, 총 1조 8000억 원에 달하는 예산이 소요됨. 2019년 현재 기준, 전국의 신도시 아파트 단지에는 여전히 도로 소음 분쟁으로 인한 방음터널 설치 요구가 잇따르고 있음(광교 웰빙타운(A6블록), 평택 동부 고속화도로 사업 등). 하지만 방음터널은 장기적인 관점으로 볼 때, ‘고속도로와 고층 아파트가 인접한 경우’라는 한정된 수요를 대상으로 하고, 연계 산업에 대한 파급력이 미약하여 산업화 측면의 한계를 가짐. 연 매출 2,000억 규모의 방음터널 전문 기업 D사의 2018년 분석에 따르면 향후 5년 이후에는 국내 방음터널 시장은 공급 포화 상태가 될 것이라 예측됨. ○ 플랫폼으로서의 방음터널방음터널의 구조 시스템과 입지조건은 4차 산업혁명 시대의 고부가가치 제품과 빅데이터 플랫폼으로서의 역할 가능. 구조체 사이에 방음패널이 설치되는 방음터널의 구조 시스템을 부가적인 기능을 가진 패널로 대체 가능.통행량이 많은 도로와 인구밀집지역 사이에 위치하는 입지조건과 분포는 센서를 통한 빅데이터 수집에 활용 가능1) 고부가가치 제품 플랫폼(Value-added Product Platform) 방음터널은 태양광 발전, 미세먼지 저감, 식생 등의 미래지향적 부가기능을 구현할 수 있는 고부가가치 제품 플랫폼으로 발전될 수 있음. 인필-스켈레톤 방식의 시스템은 다양한 기능을 수행하는 부가기능 유닛을 수용할 수 있으며, 타 산업을 활성화 시킬 수 있음.2) 빅데이터 플랫폼(Big Data Platform)방음터널은 디지털트윈 기술을 적용하여 도로시설물과 도시 모니터링 역할이 가능한 빅데이터 플랫폼으로 발전 가능. 모니터링을 통해 시설물의 스마트 유지관리가 가능하며, 빅데이터 분석의 결과는 추후 설계 최적화와 운용과정에 활용 가능○ 차세대 방음터널 플랫폼의 개발 방향다기능, 가변기능을 가지는 차세대 방음터널 플랫폼은 표준화, 모듈화, 시스템화가 뒷받침되어야 함. 단순히 방음터널에 태양광 발전, 사물인터넷 등의 기술이 추가되는 것이 아니라 설계 단계에서부터 유지관리 단계의 디지털 트윈 운영을 고려할 수 있어야 함. 디지털 트윈은 물리 세계의 방음터널에서 수집한 정보를 바탕으로 다음 역할을 수행함.1) 시설물 모니터링: 방음터널의 구조2) 선제적 시설물 유지보수 예측3) 버추얼 테스트 베드4) 통합 모니터링 데이터를 학습하여 추후 설계 최적화5) 빅데이터 플랫폼으로 스마트시티 통합센서 노드 역할○ 방음터널 설계 자동화 소프트웨어 및 디지털 트윈 운영을 위한 시스템 구축본 연구는 4차 산업혁명의 제조혁신을 이끌고 있는 핵심 기술을 적극적으로 도입함으로써 설계 자동화 및 디지털 트윈 운영을 위한 소프트웨어 및 시스템을 개발하는 것을 목표로 함. 금속 공작물 제조업에 머물러 있던 방음터널을 첨단 엔지니어링의 산물로 고도화하기 위해서는 다음 기술들을 고려해야 함.(1) 파라메트릭 디자인: 도로를 따라 생성되는 방음터널의 구조 시스템과 설계 제한 요소는 파라미터간의 관계식으로 정리될 수 있으며, 이러한 알고리즘을 통해 변화하는 설계 요구 조건에 유연하게 대응할 수 있음. (2) 성능 시뮬레이션과 최적화: 성능 시뮬레이션과 최적화는 기존의 설계 방식으로 해결할 수 없었던상충되는 성능 조건을 해결할 수 있는 방법론을 제공함.(2) 디지털 패브리케이션: 방음터널의 비정형성은 정밀한 설계와 시공은 있어 변수로 작용하지만 디지털 패브리케이션을 통한 다품종 소량 생산은 이러한 문제를 해결함. (3) 가상현실: 부재 간섭은 물론 성능 시뮬레이션의 결과를 가상현실을 통해 현실감 있게 체험함으로써 설계자 및 이해 당사자는 의사결정의 효율을 높일 수 있음. (4) 디지털 트윈: 방음터널의 디지털 모델이 물리적 세계에 존재하는 방음터널과 네트워크로 통합되어 서로 피드백을 주고 받을 수 있음을 의미함. 센서로 수집된 교통 및 환경 상황에 대한 데이터는 디지털 모델에 동기화되고 최적화 설계에 반영될 수 있음.차세대 방음터널 플랫폼은 위 기술들에 활용되는 일련의 데이터가 디지털 체인 상에서 유통될 수 있을 때 비로소 작동하며, [그림6]은 위 기술들을 통합한 본 연구의 예상 결과물을 보여줌.
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