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과제기본정보

고성능 낙석？토석 대책시설 국산화를 위한 5,000kJ급 포켓식 낙석방지울타리 및 유지관리 시스템 개발2년차

사업개요
사업개요에 대한 사업명, 분류코드(기술분류), 과제명, 주관연구기관, 총괄연구 책임자(성명, 소속, 전화번호), 총 연구기간, 당해연도 연구기간 정보제공
사업명 국토교통기술촉진연구사업 과제번호 20CTAP-C152052-02
국가과학표준분류 1순위 건설 교통 | 시설물 안전 유지관리 기술 | 자연재해 저감기술 적용분야 건설업
2순위 정보 통신 | 재난정보관리 | 예경보 발령 전달체계 실용화대상여부 실용화
3순위 None | None | None 과제유형 개발
과제명 고성능 낙석？토석 대책시설 국산화를 위한 5,000kJ급 포켓식 낙석방지울타리 및 유지관리 시스템 개발
주관연구기관 (주)대한지오이엔씨
총괄연구 책임자 성명 최민형
소속 (주)대한지오이엔씨 직위 -
기관 대표번호 031-713-5227 FAX 031-713-6225
총 연구기간 2019-04-19 ~ 2020-12-31
당해연도 연구기간 2020-01-01 ~ 2020-12-31

(단위:원)

년도별 정부출연금, 기업부담금, 계 정보제공
년도 정부출연금 기업부담금 계
현금 현물 소계
2차년도 424,000,000 15,000,000 129,860,000 144,860,000 568,860,000
과제기본정보의 연구개발개요, 최종목표, 연구내용 및 범위 정보제공
연구개발개요 ■ 연구 배경 및 필요성
？ 낙석ㆍ토석 대책시설이란 낙석 및 토석류 발생을 예방하고 피해를 저감시키기 위하여 설치하는 시설물로 낙석방지망, 낙석방지울타리, 낙석방지옹벽, 피암터널, 토석류 대책시설로 분류됨(낙석ㆍ토석 대책시설 설계기준, 국토교통부(2016))
？ 이러한 낙석ㆍ토석 대책시설은 설계 및 시공, 경제성으로 인해 전체 위험비탈면 대책공법 중 70% 이상을 차지하고 있으며, 낙석방지울타리는 낙석방지시설의 20%를 차지하고 있음(한기장, 2016).
？ 국내에서는 관련 기준으로 건설공사 비탈면 설계기준 및 표준시방서(국토교통부, 2016), 도로안전시설 설치 및 관리지(국토교통부, 2009)에서 방호성능 48~61kJ에 상응하는 낙석방지울타리와 1,500형 및 1,000형 낙석방지망에 대한 설계 방법을 명기하고 있음. 그러나 위와 같은 기준은 미국 200kJ, 일본 100kJ 이상의 방호성능을 요구하는 낙석방지울타리에 비하여 기준치가 낮은 상황으로 이에 대한 개선이 요구되고 있음(한국시설안전공단, 2013).
？ 특히 국내에서 발생한 17개소의 낙석피해사례를 바탕으로 낙석에너지를 검토한 결과 26~1372kJ 범위에서 평균 307kJ로 분석되었으며, 이를 바탕으로 국내에 적합한 낙석방지울타리를 50~1500kJ의 9등급으로 분류하는 것을 제안하기도 하였음(김기동, 2015). 따라서 흡수 가능한 에너지에 비해 낙석에너지가 커서 다음과 같은 낙석방지울타리 파괴 사례가 빈번히 발생하고 있음.
？ 유럽의 경우 관련기준 최고사양인 4500kJ급 낙석방지울타리뿐만 아니라 10,000kJ급 낙석방지울타리에 대한 실물 실증시험을 통해 개발을 완료하였으며, 일본에서는 3,000kJ급 낙석방지울타리 실물시험을 유럽에서 수행한 사례도 보고되고 있음.
？ 그러나 국내에서는 48~61kJ급 이상의 낙석을 방호할 수 있는 낙석방지울타리에 대한 설계기준 및 기술에 대한 연구가 부족한 실정이며, 최대 100kJ급 낙석방지울타리 시험 및 검증, 제품개발 사례만이 보고되고 있음.
？ 최근 시설물 유지관리에 대한 관심과 재해예방사업 수행을 위한 시설물 전수 조사 및 상세조사를 수행함에 따라 중대형 낙석이 발생할 수 있는 암반비탈면 및 자연비탈면이 다수 확인되고 있음. 그러나 중대형 낙석을 방호할 수 있는 국내 기술의 대책공법 부족으로 인하여 고사양 낙석방지울타리에 관한 해외 기술이 적용되고 있으며, 이로 인하여 표준 사양이상의 낙석방지울타리는 고성능의 외산시장과 100kJ 미만의 저사양의 국산시장으로 이원화되어 있는 상황임.
■ 연구개발 기술의 개요
？ 위와 같은 연구 배경 및 필요성에 따라 다음과 같이 연구개발이 필요한 내용을 도출하였음.
- 해외 선진국 기술에 준하는 5,000kJ급 포켓식 낙석방지울타리 기술 국산화
- 낙석방지울타리의 유지관리와 낙석 경보를 발령 할 수 있는 유지관리 및 경보 시스템 개발
？ 위와 같이 도출된 연구개발 내용을 바탕으로 본 연구에서는 ‘고성능 낙석ㆍ토석 대책시설 국산화를 위한 5,000kJ급 포켓식 낙석방지울타리 및 유지관리 시스템’을 개발하고자 하며, 이를 위해 연구 컨소시엄을 구성하여 본 연구를 제안하게 되었음.
최종목표 ■ 최종목표
？ 고성능 낙석ㆍ토석 대책시설 국산화를 위한 5,000kJ급 포켓식 낙석방지울타리 및 유지관리 시스템 개발
■ 세부목표
？ 5,000kJ급 포켓식 낙석방지울타리 기술 국산화
- 고성능 낙석방지울타리 요소자재 개발
- 5,000kJ급 포켓식 낙석방지울타리 개발
？ 고성능 낙석방지울타리 성능평가 방법 연구
- 고성능 낙석방지울타리 성능평가 방법 연구
- 500kJ급 포켓식 낙석방지울타리 성능평가 및 5,000kJ급 포켓식 낙석방지울타리 시뮬레이션 검증
？ 낙석ㆍ토석 대책시설 유지관리 및 경보 시스템 개발
- 낙석ㆍ토석 대책시설 유지관리 및 경보 키트 개발
- 낙석ㆍ토석 대책시설 유지관리 및 경보 시스템 개발
연구내용 및 범위 ■ 5,000kJ급 포켓식 낙석방지울타리 기술 국산화
？ 고성능 낙석방지울타리 요소자재 개발
- 기존 낙석방지울타리에 활용하고 있는 선재보다 고강도인 고강도 강연선, 강선, 와이어로프 등을 활용하는 방안 연구
- 고강도 선재를 활용하여 기존 강선 링형네트 대비 경량화, 고사양화 실현방안 연구
- 링형네트에 전달된 충격에너지를 변형과 마찰에 의해 감쇄시키는 주요부재인 감쇄장치는 쉽게 교환이 가능한 구조로 개발하여 유지관리 성능을 향상시키도록 구상
- 연구기관에서 보유한 네일링 관련 기술을 활용 지지부를 개발하고, 탈착식 연결을 통해 유지관리가 용이하도록 구성
？ 5,000kJ급 포켓식 낙석방지울타리 개발
■ 고성능 낙석방지울타리 성능평가 방법 연구
？ 고성능 낙석방지울타리 성능평가 방법 연구
- 해외 선진국 사례 연구를 통한 각 부재별 성능평가 방법 연구
- 해외 선진국 사례 연구를 통한 고성능 낙석방지울타리 성능평가 방법 연구
？ 500kJ급 포켓식 낙석방지울타리 성능평가 및 5,000kJ급 포켓식 낙석방지울타리 시뮬레이션 검증
- 500kJ급 포켓식 낙석방지울타리 실물시험장 개선 및 실물실험에 의한 성능평가
- 500kJ급 포켓식 낙석방지울타리 성능실험 결과를 활용한 5,000kJ급 포켓식 낙석방지울타리 시뮬레이션(수치해석) 검증
■ 낙석ㆍ토석 대책시설 유지관리 및 경보 시스템 개발
？ 낙석ㆍ토석 대책시설 유지관리 및 경보 키트 개발
- 로드셀 변위계 등의 계측기가 있으며, 사면용 진동 및 각도 센서를 개발하여 추가적인 구성
？ 낙석ㆍ토석 대책시설 유지관리 및 경보 시스템 개발
- 저전력으로 장거리 송신이 가능한 LoRa통신 방식과 LTE망을 병용하여, 한 개의 장비로 한 개소의 센서부에 대한 데이터를 수집/전송이 가능 할 수 있도록 구성
- 통신 및 데이터 수집을 위한 D/B서버와 데이터 분석 서버로 구성되며, 서버에 수집/분석된 데이터를 바탕으로 예경보 시스템 및 모바일 웹 서비스로 구성
■ 국내 낙석방지울타리 기술과의 차별성
？ 국내 낙석방지울타리 기술과의 차별성
- 국내에서는 48~61kJ급 이상의 낙석을 방호할 수 있는 낙석방지울타리에 대한 설계기준 및 기술에 대한 연구가 부족한 실정이며, 국내에서 개발된 최대성능의 낙석방지울타리의 방호성능은 200kJ급임. 이로 인하여 표준 사양이상의 낙석방지울타리는 고성능의 외산시장과 200kJ 미만의 저사양의 국산시장으로 이원화되어 있는 상황임.
？ 국내 적용 해외 고성능 낙석방지울타리 기술과의 차별성
- 링형네트부의 차별성
‥국내에 적용된 해외 고강도 낙석방지울타리용 링형 네트의 경우 1,770MPa 규격의 강선을 사용하여 제작됨.
‥본 연구에서는 고성능 낙석방지울타리용 링형네트 개발을 위해 자재시험 및 셈플 제작 후 시험을 통해 최적 소재 선정하여 개발하고자 함.
- 지지부의 차별성
‥국외 고성능 낙석방지울타리의 지지부는 락볼트, 네일, 와이어로프 등을 활용하여 제작되고 있음. 주관연구기관인 (주)대한지오이엔씨의 특허 제10-0785258호 및 특허 제10-0908085호 등을 활용하여 지지부를 개발할 계획임.
‥한편, 표층의 심도가 깊거나 전석층으로 이루어진 경우 지지부 해드부에 공동이 형성 될 수 있으므로 지지부 해드부까지 지지력 확보를 위해 해드부에 대한 연구 개발 및 제품화를 수행할 계획임.
？ 국내 고성능 낙석방지울타리와의 경제적 차별성
- 개발기술의 요소자재는 국내 철강제조ㆍ가공 인프라를 활용하여 해외 기술대비 30~50% 수준으로 제작 가능 가능할 것으로 분석되며, 전체 시스템은 해외 기술대비 60% 수준으로 예측됨.
？ 유지관리ㆍ보수성
- 낙석방지울타리 관련 최상의 기준인 ‘건설공사 비탈면 설계기준(2016, 국토해양부)’과 관련시방서에는 낙석방지울타리의 유지관리에 대한 내용이 명기되어 있지 않으며, ‘도로안전시설 설치 및 관리 지침(2008, 국토해양부)에 점검의 종류만 서술되어 있고 점검표와 같은 점검 기준이나 방법이 서술되어 있지 않음. 본 연구 과제에서는 해외 선진국 사례 분석을 통한 고성능 낙석방지울타리에 대한 점검기준을 마련할 계획임.
- 고성능 낙석방지울타리 시스템 특성에 의한 유지관리ㆍ보수성
‥개발기술의 경우 방호성능이 링형네트에 의해 좌우되며, 링형네트는 3m x 5m 또는 2m x 5m 규격의 페널로 제작되기 때문에 링형네트 일부분이 변형되거나 파손되더라도 모듈형으로 교환 교체가 가능함. 또한 모든 부제가 와이어클립이나 샤클로 연결되기 때문에 각 요소별 교환이 가능하여 기존 낙석방지울타리 대비 유지관리ㆍ보수성이 뛰어남.
‥본 연구개발 기술은 유지관리 시스템과 유기적으로 연동되기 때문에 개발기술 제품의 요소별 성능저하 발생시 인지가 가능하므로 유지관리ㆍ보수성이 더욱 향상된 기술임.
건설기술연구개발사업 주요내용
건설기술연구개발사업 주요내용의 구분, 연구개발목표, 연구개발 내용 및 방법 정보제공
구분 연구개발목표 연구개발 내용 및 방법
2차년도 ■ 주관연구기관((주)대한지오이엔씨) : 고성능 낙석방지울타리 요소자재 개발
？ 링형 네트 개발, 감쇄장치 개발, 연결부재 검토, 지주 개발, 지지부 개발
？ 500kJ급 포켓식 낙석방지울타리 시스템 개발
■ 공동연구기관(상지대학교 산학협력단) : 고성능 낙석방지울타리 성능평가 방법 연구
？ 고성능 낙석방지울타리 성능평가 방법 연구
？ 500kJ급 낙석방지울타리 실물시험장 건설
■ 공동연구기관((주)지오코리아이엔지) : 낙석ㆍ토석 대책시설 유지관리 및 경보 키트 개발
？ 통신 및 계측이 일체화된 낙석 방지 울타리의 지주 또는 와이어로프에 부착할 수 있는 진동 및 기울기 감지 센서 개발 		■ 주관연구기관((주)대한지오이엔씨) : 고성능 낙석방지울타리 요소자재 개발
？ 고강도 선재를 활용한 링형 네트 개발
？ 감쇄장치 개발
？ 연결부재 검토
？ 지주 개발
？ 지지부 개발
？ 500kJ급 포켓식 낙석방지울타리 시스템 개발
■ 공동연구기관(상지대학교 산학협력단) : 고성능 낙석방지울타리 성능평가 방법 연구
？ 고성능 낙석방지울타리 성능평가 방법 연구
？ 500kJ급 낙석방지울타리 성능평가 시험장 설계 및 건설
■ 공동연구기관((주)지오코리아이엔지) : 낙석ㆍ토석 대책시설 유지관리 및 경보 키트 개발
？ 센서 부분 개발
？ 통신 부분 개발
연구성과 기술적 기대성과 ？ 유럽의 경우 관련기준 최고사양인 4,500kJ급 낙석방지울타리뿐만 아니라 10,000kJ급 낙석방지울타리에 대한 실물 성능평가를 통해 기술개발을 완료하였으나 국내의 성능평가를 거쳐 개발된 제품은 100kJ급으로서 방호성능만으로 단순 비교시 국내 기술수준은 선진국 대비 2%에 불과한 상황임.
？ 본 연구를 통해 5,000kJ급 포켓식 낙석방지울타리가 개발될 경우 해외 관련 기준에서 제시하고 있는 9등급의 낙석방지울타리 중 최고등급에 해당되므로 관련 기술을 선진국 수준으로 향상시킬 수 있을 것으로 기대됨.
？ 특히 국내 200kJ 이상의 고성능 낙석방지울타리의 경우 전적으로 100% 외산제품이 사용되고 있기 때문에 기술독립 및 기술적 파급효과가 매우 클 것으로 기대됨.
？ 또한 낙석방지울타리 관리 시스템은 낙석방지울타리 변위 감시 센서와 4차 산업 기술인 저전력 원거리(LPWA) 통신의 LoRa IoT 방식을 적용 원거리에서 저전력으로 변위 감시 시스템 구축으로서 재난 및 안전관련 대응수준역시 OECD 평균 수준으로 향상시킬 수 있을 것으로 기대됨.
사회 경제적 파급효과 ？ 국내 200kJ 이상의 고성능 낙석방지울타리의 경우 전적으로 100% 외산제품이 사용되고 있기 때문에 본 연구개발을 통해 개발된 고성능 낙석방지울타리는 외화유출을 방지할 수 있음.
？ 특히 세계정상급인 국내 철강재와 관련 인프라를 활용하여 자재 생산비용을 절약 할 수 있기 때문에 해외기술대비 60~70% 수준의 경제적인 고성능 낙석방지울타리를 도입 할 수 있을 것으로 개대됨.
？ 이를 통해 한정된 예산에서 보다 광범위하고 효과적인 방재정책 수립과 인적ㆍ물적 피해 비용을 절감할 수 있을 것으로 기대됨.
？ 한편, 국내 기업이 진출하지 못한 고성능 낙석방지울타리 시장을 개척함으로서 관련 원자재 생산 기업 및 가공업체, 시공 및 관리업체까지 그 파급 효과가 이어질 수 있음.
？ 또한 4차 사업인 IoT를 구조물 감시 센서류와 토목 시공에 접목하여 안전관리 융합 시스템을 구축함으로서 노후 옹벽 및 석축 적용 후 도로 절개지, 토목 공사현장, 터널 공사현장 등에 유지관리 시스템으로 확장이 가능한 기술임.
？ 국내 200kJ 이상의 고성능 낙석방지울타리의 경우 전적으로 100% 외산제품이 사용되고 있기 때문에 본 연구개발을 통해 고성능 낙석방지울타리에 관한 기술 확보를 통해 재난 및 안전관련 대응수준을 선진국 수준으로 향상시킬 수 있을 것으로 기대됨.
？ 또한 낙석방지울타리 관리 시스템은 낙석방지울타리 변위 감시 센서와 4차 산업 기술인 저전력 원거리(LPWA) 통신의 LoRa IoT 방식을 적용 원거리에서 저전력으로 변위 감시 시스템 구축으로서 재난 및 안전관련 대응수준역시 OECD 평균 수준으로 향상시킬 수 있을 것으로 기대됨.
활용방안 ？ ‘고성능 낙석ㆍ토석 대채시설 국산화를 위한 5,000kJ급 포켓식 낙석방지울타리 기술 유지관리 시스템’ 은 걱정 없는 안심사회 구축을 위한 재난 재해 예방 및 관리 기술 중 산사태 등 기상재해 대응 및 복구관련 기술임.
？ 고성능 낙석방지울타리에 관한 국내 기술은 방호성능만으로 단순 비교시 선진국 대비 2%에 불과한 상황으로 본 연구과제를 통해 순수 국산 고성능 낙석방지울타리 기술을 개발함으로서 관련 기술을 선진국 수준으로 향상시킬 수 있을 것으로 기대됨.
？ 특히 해외에서는 개발된 링형네트 기술을 활용하여 낙석방지울타리 외에 토석류 대책시설, 눈사태 방호시설, 낙석방지망, 수중어뢰망 등에 활용하고 있음. 국내에서도 해외기술을 바탕으로 토석류 대책시설, 수중어뢰망 등에 활용하고 있으며, 낙석방지망으로의 확대 적용도 가능할 것으로 기대됨.
？ 재난안전 분야는 타 분야와 비교하여 사업화가 매우 더디며, 그나마 소방 등 일부분야에 한정되어 활성화되어 있는 상황으로서 요소기술과 플래폼의 모듈화 된 기술체계가 요구되고 있음, 특히 재난안전분야의 관리시스템에 활용되는 센서 및 관련 기술의 경우 그 수요가 많지 않아서 관련 기술이 점차 뒤처지고 있으며, 최근 도입된 다수의 국내 재난안전 관련 시스템이 운용에 문제점이 있는 것으로 나타남에 따라 실무적용을 고려한 시스템 안정성확보가 무엇보다 중요함(‘16 중소중견기업 기술전략 로드맵 전략보고서)
？ 따라서 본 연구에서는 제품개발 후 성능시험을 수행하는 것이 아니라 제품개발 과정과 성능평가를 병행할 계획이며, 이를 통해 보다 완성도 높은 제품을 개발하고자 함.
？ 국내 주요 기술수요처로는 낙석방지울타리의 설계 및 시공이 필요한 국토교통부, 한국도로공사, 한국철도공사와 낙석의 위험성이 있는 지구에 대해 재해 예방 대책을 마련해야하는 행정안전부(지자체 포함), 도로공사, 철도시설공단, 등이 주 수요처가 될 것으로 예측됨. 국외 주요 거래처로는 동남아권 및 중앙아시권 국가들로 산사태 및 토석류를 포함한 산지재해가 많이 발생하는 국가들로 재해발생대비 관련기술이 부족한 개발도상국 및 후진국이 될 것으로 판단됨.
？ 특히 LoRa기술을 활용한 낙석방지울타리 유지관리 시스템은 저전력으로 장거리 통신이 가능하므로 유지관리가 용이하고 효율적인 재해 예경보 시스템 구축이 가능하기 때문에 세계 신규시장 선점과 관련 표준 기술 주도가 가능할 것으로 판단되며, 미국 및 일본을 포함한 해외 선진국의 진출도 가능할 것으로 판단됨.
핵심어
핵심어의 구분, 핵심어, 핵심어1~핵심어5 정보제공
핵심어 핵심어1 핵심어2 핵심어3 핵심어4 핵심어5
국문 낙석방지울타리 고성능 낙석방지울타리 링네트 유지관리시스템 낙석
영문 Rockfall Barrier High-Class Rockfall Barrier Ring-Net Management System Rockfall
최종보고서
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