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과제기본정보

네트워크 기반 라이프라인 지진 재해 기능저하 예측 모델2년차

사업개요
사업개요에 대한 사업명, 분류코드(기술분류), 과제명, 주관연구기관, 총괄연구 책임자(성명, 소속, 전화번호), 총 연구기간, 당해연도 연구기간 정보제공
사업명 국토교통기술촉진연구사업 과제번호 18CTAP-C129748-02
국가과학표준분류 1순위 건설 교통 | 시설물 안전 유지관리 기술 | 시설물점검 진단기술 적용분야 건설업
2순위 건설 교통 | 국토공간개발기술 | 국토지능화 공간정보 실용화대상여부 비실용화
3순위 건설 교통 | 시설물 안전 유지관리 기술 | 자연재해 저감기술 과제유형 기초
과제명 네트워크 기반 라이프라인 지진 재해 기능저하 예측 모델
주관연구기관 서울대학교산학협력단
총괄연구 책임자 성명 박문서
소속 서울대학교산학협력단 직위 교수
기관 대표번호 02-880-9083 FAX 02-887-2662
총 연구기간 2017-04-01 ~ 2018-12-31
당해연도 연구기간 2018-01-01 ~ 2018-12-31

(단위:원)

년도별 정부출연금, 기업부담금, 계 정보제공
년도 정부출연금 기업부담금 계
현금 현물 소계
2차년도 184,000,000 0 0 0 184,000,000
과제기본정보의 연구개발개요, 최종목표, 연구내용 및 범위 정보제공
연구개발개요 - 최근 건물 붕괴 등 재해로 인한 대규모 인명 피해가 많이 발생한 우리나라의 경우 안전서비스시장 성장세가 두드러지며 안전에 대한 국민의 관심이 높은 편임.
- 그러나 아직까지는 기술 기반이 취약하여 전력, 가스, 수도 등 라이프라인시스템의 피해 진단 연구는 주로 시설물 내진설계기준을 재정립하거나 재해발생가능성이 높은 시설에 한해 추가 내진보강 기술을 적용하는 사후 복구의 형식으로 수행되고 있음.
- 또한 지진 발생을 실시간으로 모니터링하는 등 개별 시설의 재해 위험을 산정하는 기술은 확보하고 있는 반면, 지역 단위의 총괄적인 피해를 진단하고 공공서비스 저하를 예측하여 재난 대응 의사결정을 지원하는 시스템은 초기 단계임.
- 따라서 GIS기반 네트워크 지도 구축, 재해 취약도 곡선 개발 등 국내 라이프라인 지진 재해 평가를 위한 기초연구를 통해 지역단위 파급효과를 예측하는 신뢰성 있는 피해 진단 기술이 필요함.
최종목표 - 본 연구는 자연 재해에 대한 국민 불안을 잠재우고 공공서비스의 공급 지속성을 확보하기 위한, “네트워크 기반 라이프라인 지진 재해 기능저하 예측 모델” 개발 연구로, 국내 주요 라이프라인시스템의 위치 정보와 그 상호작용을 노드와 링크로 표현하는 네트워크 지도를 구축하며 시뮬레이션 기술을 기반으로 지진 후 라이프라인 시스템 기능 저하를 예측하는 모델을 개발하는 것을 최종 목표로 함.

- 이에 따라 본 연구의 핵심 성과물은 1)국내 주요 라이프라인시스템 네트워크 지도, 2) 연쇄피해 효과를 고려한 라이프라인시스템 지진 취약도 곡선, 3)네트워크 기반 라이프라인시스템 지진재해 기능저하 예측 모델의 세 가지로 도출됨.
연구내용 및 범위 - 라이프라인시스템의 재해를 판단하는 방법에는 재난 발생 이후에 직접 현장을 방문하여 손상을 관찰하는 방법과 시뮬레이션 기술을 기반으로 재난을 모사하여 예측하는 방법이 있으며, 시간과 비용의 문제로 인해 주로 후자의 모델링 기법이 다수 활용됨.
- 그러나 라이프라인시스템의 경우 개별 구성요소의 위치, 기능, 연결성 등의 특징에 따라 손상의 발생 양상이 전혀 다르기 때문에 대표적인 특성 모델로써 일반화 시키는 어렵고, 처음부터 분석 대상 지역(Area of Interest, AOI)을 선정하고 관련 데이터를 충분히 확보한 후에 시뮬레이션 분석을 수행해야 함.
- 이에 본 연구는 현재 국내에서 지진 발생이 가장 잦은 경상북도 일부 지역에 위치한 전력시설과 상수도 시설을 대상으로 공간적(예: 위도, 경도), 물리적(예: 구조, 재료), 기능적(예: 제공 서비스, Input, Output)특성 DB를 구축할 것임.
- 이 때 네트워크를 구성하는 거점시설(Node)은 전력의 경우 발전소, 변전소, 상수도의 경우 취수, 정수처리, 배수, 급수시설이며, 연결경로(Link)는 배전선로 및 배수관임.
- 그 후 해당 DB를 ArcGIS와 같이 지도 작성 기능을 제공하는 프로그램과 연동하여 국내 주요 라이프라인시스템 네트워크 지도(핵심성과 1)를 개발하고자 함.

- 추가적으로 본 연구진은 지진 이력 DB확보를 위해서 과거 국내에서 발생한 지진 자료뿐만 아니라 일본, 미국 등 해외의 지진 통계자료를 종합적으로 검토하고자 하며, 대표적으로 FEMA에서 개발한 손실예측함수를 사용함.
- FEMA의 손실예측 함수는 미국에서 과거에 발생한 30개 이상의 지진 재해를 기반으로 작성되어 신뢰도가 높고, 시설물 목적, 구조, 재료 등 매우 다양한 요인을 고려하여 PGA에 따른 서비스제공가능도를 상세하게 제공하고 있음.
- 또한 터키, 중국, 일본 등 다수의 지역에서 발생한 지진 재해 사례 연구를 통해 그 활용 가치를 인정받았기에 본 연구도 FEMA의 손실예측 함수를 국내 라이프라인시스템에 맞게 보정하고, 조건부확률 기반의 연쇄피해수형도를 추가하여 확장 활용하고자 하며, 이를 통해 국내 라이프라인 시스템 지진취약도 곡선(핵심성과 2)의 개발이 예상됨.

- 라이프라인 네트워크 내 구성 요소 손상에 따른 전체 시스템 기능저하를 추정하기 위해서 본 연구는 Haimes가 제안한 사회기반시설 투입-산출 모형을 활용함.
- 본 모형은 앞서 기술한 핵심성과 2의 지진취약도 곡선을 통해 도출된 개별 시설물의 지진 규모별 초기 피해 행렬과, 시설물 연결정보 행렬(위치, 기능, 복원)을 바탕으로 지진 재해를 조건부 확률로써 예측함.
- 최종적으로 기능저하 평가 모듈을 핵심성과 1의 라이프라인시스템 네트워크 지도와 연동하고 시각화 하면 네트워크 기반 라이프라인시스템 지진재해 기능저하 예측 모델 (핵심성과 3)이 개발됨.
건설기술연구개발사업 주요내용
건설기술연구개발사업 주요내용의 구분, 연구개발목표, 연구개발 내용 및 방법 정보제공
구분 연구개발목표 연구개발 내용 및 방법
2차년도 연구 1차년도에서는 국가공간정보포털 등에서 제공하는 GIS 데이터를 토대로 국내 주요 라이프라인시스템의 네트워크 지도를 구축하며, HAZUS 등 해외의 지진 취약도 곡선을 국내 라이프라인시스템 특성과 연쇄피해 효과를 고려하여 보정함.
 [A] 국내 주요 라이프라인시스템 네트워크 지도 구축
- 연구 분석대상지역(AOI) 설정
- 라이프라인시스템 분류 및 분석범위 설정
- 라이프라인시스템의 공간적 특성(예: 위도, 경도), 물리적 특성(예: 구조, 재료), 기능적 특성(예: 제공 서비스, Input, Output) DB 구축
- 라이프라인시스템 네트워크 지도 구축

[B] 연쇄피해효과를 고려한 지진 취약도 곡선 작성
- 국내외 지진 취약도 평가 관련 문헌조사
- 조건부확률 기반 라이프라인시스템 연쇄피해수형도 (Tree diagram) 작성
- 국내 라이프라인시스템 지진취약도 곡선 작성
연구성과 기술적 기대성과 - 본 연구의 핵심성과 중 하나인 국내 주요 라이프라인시스템 네트워크 지도는 현재 개별 시설물 단위의 GIS를 기반으로 하고 있는 피해 진단 예측 도구와 달리 구성요소 간 연결 경로를 기능적, 위치적, 복원적 개념으로 반영한 라이프라인시스템의 지진 피해 예측 및 재난대응지원을 목적으로 하고 있기 때문에 재난 분야 공통 플랫폼 확보 기반 마련의 일환이라고 할 수 있음.
- 또한 네트워크 지도의 개발과 더불어 본 연구 제안은 단일 시스템이 아닌 서로 다른 라이프라인 시스템의 연쇄 피해를 고려함으로써 현재 분산되어 유지 관리되고 있는 한국 전력공사, 한국 수자원공사 등 다양한 분야의 후속 연구기관과의 유기적인 협력체계를 구성할 수 있는 기술적 기반을 마련함.
사회 경제적 파급효과 - 재난 이후 신속한 피해진단 및 지역단위 대응체계 구축은 관련 의사결정 지연으로 인한 공공서비스 공급 중단과 같은 2차 피해를 막고, 관련 소요 비용을 절감할 수 있도록 함.
- 특히 본 연구제안은 국내 라이프라인시스템의 피해 분석 및 구조 진단 시간을 단축하고, 시설물 복구 공정을 개선하여 재난대응계획 수립 지연을 최소화하기 위한 유용한 정보를 제공할 수 있음.
- 또한 본 연구제안은 현재까지 국내에서 피해 사례가 비교적 적은 지진 피해의 통계이력 관리 및 공공서비스저하 예측방안을 제시함으로써, 구조진단 또는 사후대응 중심의 현행 재해진단도구의 한계를 보완하고, 지역단위의 방재역량강화를 도움.
활용방안 - 본 연구의 최종 성과물은 지진 발생 직후에 그 활용성이 가장 높음. 예를 들어, 기상청 등 유관기관에 지진 정보가 계측되면 지진 규모, 진원지 위치 등을 기반으로 특정 지역 내 라이프라인시스템의 피해 진단 시뮬레이션을 수행하게 됨.
- 이를 통해 전력계통의 경우 전력 수급이 얼마나 저하되는지 예상할 수 있으며, 네트워크 지도를 기반 하기 때문에 임의의 변전소가 심각하게 손상될 것으로 판단된다면 전력 공급을 위한 우회 경로를 제안할 수 있음.
- 또한 피해지역주민들에게 현재 지진으로 인하여 전력공급이 얼마나 지연될 것인지를 고지하고, 지자체별 수급이 필요한 비상전력 규모 정보를 제공함.
- 이와 같은 최종 수요자 중심의 재해 진단 분석은 향후 실제 재난 피해지역으로의 적용 용이성을 높이며 지역 주민 스스로 안전관리 활동에 능동적으로 참여할 수 있도록 함.
핵심어
핵심어의 구분, 핵심어, 핵심어1~핵심어5 정보제공
핵심어 핵심어1 핵심어2 핵심어3 핵심어4 핵심어5
국문 라이프라인 시스템 네트워크 지진 재해 기능 저하 -
영문 Lifeline System Network Seismic-damage Functional Loss -
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