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과제기본정보

지능화 기술기반의 위험도로 선형개량 모델 생성 및 기하 검증 핵심기술 개발2년차

사업개요
사업개요에 대한 사업명, 분류코드(기술분류), 과제명, 주관연구기관, 총괄연구 책임자(성명, 소속, 전화번호), 총 연구기간, 당해연도 연구기간 정보제공
사업명 국토교통기술촉진연구사업 과제번호 22CTAP-C164336-02
국가과학표준분류 1순위 원자력 | None | None 적용분야 건설업
2순위 원자력 | None | None 실용화대상여부 비실용화
3순위 원자력 | None | None 과제유형 응용
과제명 지능화 기술기반의 위험도로 선형개량 모델 생성 및 기하 검증 핵심기술 개발
주관연구기관 한국건설기술연구원
총괄연구 책임자 성명 문현석
소속 한국건설기술연구원 직위 박사
전화번호 031-910-0114 FAX -
총 연구기간 2021-04-01 ~ 2022-12-31
당해연도 연구기간 2022-01-01 ~ 2022-12-31

(단위:원)

년도별 정부출연금, 기업부담금, 계 정보제공
년도 정부출연금 기업부담금 계
현금 현물 소계
2차년도 210,000,000 11,739,000 78,561,000 90,300,000 300,300,000
과제기본정보의 연구개발개요, 최종목표, 연구내용 및 범위 정보제공
연구개발개요 본 연구의 목표는 도로의 디지털 데이터를 활용해 교통사고 발생 위험도로의 기하조건을 평가하고 지능화 기술을 활용하여 도로의 안전성을 확보하는 대안설계 모델을 제시한 뒤 디지털 도로 환경에서 대안들을 검증함으로써 교통사고를 최소화할 수 있도록 최적대안을 제공하는 BIM기반 위험도로 설계 검증 핵심 기술을 개발하는 것임
* PEM(PtD Engineering Model) 정의 : 도로시설의 주행안전성을 확보하고 안전사고를 최소화하여 도로의 서비스 수준을 높일 수 있도록 하는 PtD(Prevention thru. Design) 평가 기반의 최적화된 예방적 BIM 설계 기법
최종목표 본 연구의 목표는 도로의 디지털 데이터를 활용해 교통사고 발생 위험도로의 기하조건을 평가하고 지능화 기술을 활용하여 도로의 안전성을 확보하는 대안설계 모델을 제시한 뒤 디지털 도로 환경에서 대안들을 검증함으로써 교통사고를 최소화할 수 있도록 최적대안을 제공하는 BIM기반 위험도로 설계 검증 핵심 기술을 개발하는 것임
① 기술1: 도로 디지털 데이터를 활용한 변수기반 BIM 모델 작성 기술 개발 : 도로 디지털 데이터을 활용하여 변수기반의 자동화된 도로 BIM 모델링을 통해 구간별 도로의 사고 안전성에 영향을 미치는 선형 및 기하구조 변수의 추출 기술 개발하며, 기존 2D 설계대비 변수기반 BIM 설계 생산성 30% 이상 개선을 목표로 함
② 기술2: 도로의 최적 기하변수 도출을 위한 PtD 분석 모델 개발 : 도로 사고 통계 수집을 통해 해당 도로의 구간별 사고형태 분석과 도로 안전사고를 최소화하는 도로 PtD 서비스 수준 평가 지수를 개발하고 도로의 교통사고 영향 기하변수의 조합 최적화 기술 개발하며, 최적화 시뮬레이션의 신뢰성 85%이상 확보를 목표로 함
③ 기술3: 도로기하 조합의 BIM기반 설계기준 자동 검증 기술 개발 : 최적화 기하변수 조합 결과를 통해 각 대안에 대해 변수기반 BIM 도로 모델 생성을 자동화하며, 정의된 설계기준 규칙(Rule)에 따라 구간별로 자동화된 기하검증 기술 개발하며, Rule에 의한 설계기준 검증 정확도 80%이상 확보를 목표로 함
연구내용 및 범위 - Phase 1인 Generation에서는 다음 단계인 Phase 2 및 Phase 3에서 분석 및 자동화된 방법으로 설계·평가가 진행될 수 있도록 기존 위험도로 대상지의 사고요인 데이터 및 도로설계 정보를 축적하고 분석이 가능하도록 구조화 하는 것을 목표로 함
- 기존 위험도로 대상지의 사고요인 중 도로의 기하학적인 요인(횡단, 선형)과 지형에 따라 발생할 수 있는 요인들을 중심으로 하여 분석 대상지를 선택하고 이를 대상으로 사고요인과 기하학적인 요인, 지형 등과의 상관관계를 분석하여 향후 변수 기반 도로 BIM 모델 구축을 위한 기본 정보를 도출하여 Revit, MIDAS CIM 등 다양한 플랫폼에서 도로 BIM모델 구축을 위한 기반을 마련함
- 다음으로 변수 기반 도로 BIM 모델 구축을 통해 도로 사고위험구간의 기하 변수를 추출하고 향후 Phase 3에서 자동화된 방법으로 도로 모델링을 위한 기초 자료를 생성함. 이를 통하여 개선이 필요한 위험도로 분석을 통해 사고요인과 도출된 변수에 기반으로 한 Parametric Modeling이 가능한 BIM 성과물을 도출함
- 1차년도에는 도로 디지털데이터를 활용한 변수기반 BIM 모델 자동 생성 기술 개발하고, 2차년도에는 도로 BIM 모델기반 위험도로구간의 기하변수를 도출함

- Phase 2인 Analysis는 Phase 1에서 제시한 변수에 기초해 위험도로의 평면, 종단 및 횡단 선형을 개량하고 노선대안을 압축하는 단계로써 다양한 기준(예, 안전성, 비용성 등)에 의거해 기존 변수조합(위험도로)에서 개량된 변수조합(대안설계)을 제시하는 방안을 개발하는 데 그 목적이 있음.
- 본 연구는 기존 위험도로에서 발생한 다양한 교통사고 사례를 수집하고 이를 선형별로 유형화해 주행 일관성을 평가하는 경험적 기준을 정립하고 이에 근거해 대상 도로의 위험 구간을 도출하고 구간별로 새로운 변수 조합을 선형 일관성에 부합되게 제시하고자 함.
- 1차년도에는 교통사고 사례수집 및 DB를 구축하며 교통사고 유발요인의 선형별 유형화 및 주행 일관성 평가기준 정립하고; 1, 2차년도에는 1단계에서 모델링하는 위험도로 BIM을 변수를 이용해 평가하고 새로운 변수조합을 제시하는 알고리즘을 개발한 뒤; 2차년도에는 대안설계별 PtD 점수와 사업비용을 추정하고 단일 기준으로 통합하는 방법론을 개발함.

- 본 Phase3(Automation) 단계는 2단계에서 시뮬레이션을 통해 도출된 대안별 최적 설계기하 변수에 의해 자동 생성된 대안 BIM 모델에 대해 측점 구간별 PtD지수를 시각화하고 대안별 도로 BIM모델의 구간별 기하변수 값이 설계기준 조건을 만족하는지의 유효성 검증을 위해 상용 S/W에 탑재 가능한 3rd Party개념의 BIM기반 기하검증 S/W를 개발하는 것이 목적임.
- 최적 대안별 BIM 모델은 1단계(Generation)에서 구성된 변수입력 인터페이스를 통해 2단계의 최적 변수조합을 입력함으로써 자동적으로 모델링 됨. 이는 1단계의 기하변수 정의 및 변수간 연계에 따라 모델이 생성되도록 인터페이스 역할을 하는 변수연계 그래프에 따라 생성됨. 이들 BIM모델은 각각 대안별 변수에 따라 저장되고, 2단계에서 분석한 구간별 PtD지수를 색상 Scheme을 모델에 Mash-up하여 표현함
- 1, 2차년도에서는 2단계에서 도출된 최적 변수조합을 모델링한 뒤 각 대안의 측점구간별 PtD 지수를 시각화하기 위한 방법론과 도로 설계기준을 참고하여 Rule Set에 의한 기하검증 알고리즘을 개발하고 Rule기반 BIM모델 기하검증 S/W 시스템 설계함. 2차년도에서는 입력된 대안별 도로 BIM모델의 기하검증을 자동화할 수 있는 상용 BIM S/W기반의 대안설계 기하검증 도구를 개발함
건설기술연구개발사업 주요내용
건설기술연구개발사업 주요내용의 구분, 연구개발목표, 연구개발 내용 및 방법 정보제공
구분 연구개발목표 연구개발 내용 및 방법
2차년도 도로 디지털 데이터를 활용한 변수기반 BIM모델 작성 기술 개발 ■ 도로 디지털 설계정보 수집 및 변수 분석
■ 변수기반 BIM 모델 작성 기술 개발
■ 도로의 최적 기하변수 도출을 위한 PtD 분석 모델 개발
■ 위험도로 구조개선 사업 사례 DB 구축 및 분석
■ 교통사고 유발요인 DB 구축
■ 교통사고 유발요인 분석
연구성과 기술적 기대성과 - (축적된 설계 자료 활용) 도로의 위험요소 분석 및 개선된 설계안 도출시 기존의 축적된 설계 자료를 활용할 수 있어, 기존 도로의 기하구조 문제, 안전시설 설치불량, 기타 외부요인 등으로 인하여 발생할 수 있는 위험 요소에 대한 체계적인 분석을 가능하게 할 수 있으며, 향후 도로 설계시 이를 반영하여 우리나라 도로 특성에 맞는 설계 기술 축적이 가능할 것임
- (지역 및 상황에 맞는 도로 BIM 설계 기술 활성화) 과업 수행을 통해 축적된 3차원 설계 데이터가 충분이 쌓여 데이터베이스화 될 경우, BIM 기술을 이용한 도로 설계가 단순히 설계 기준에 맞는 설계(안)을 도출하기 보다, 도로가 시공될 지역의 특성, 통행량, 상황에 맞는 안전하고 효율적인 설계가 가능할 것임
- (과학적인 사고 감소 효과 분석ㆍ예측) 기존의 도로안전 개선 사업들은 사업을 진행하여 기대되는 교통사고 감소 효과 예측보다, 과거 사고 이력 민으로 사업구간이 선정되고 설계가 이루어졌지만, 본 연구를 통해 개발될 기술을 활용한다면, 기존 설계 및 운영시 발생할 수 있는 문제에 대한 과학적이고 체계적인 분석ㆍ예측이 가능할 것으로 기대됨
사회 경제적 파급효과 - (도로안전 개선사업 효율성 제고) 본 연구 수행을 통해 개발될 기술을 통하여 도로안전 개선사업의 효율성 제고를 위하여 과학적ㆍ체계적인 위험도 평가 및 기존설계 분석 결과를 기반으로 한 구간 선정, 원인 분석 및 대안에 대한 설계 등이 이루어 질 수 있음
- (정책 결정에 기초 자료로 활용) 운영되고 있는 도로에 대한 안전 및 사고 가능성에 대한 정량적이고 객관적인 방법으로 분석을 진행하여 향후 개선되어야 할 도로 선정에 필요한 기초자료로 활용함으로써, 보다 합리적이고 효율적인 투자계획 수립 및 예산 확보가 이루어 질 수 있을 것으로 기대됨
- (사업 이력 및 성과관리를 통한 평가체계 구축) 과거에 발생한 사건의 수 및 종류 뿐만이 아니라 향후에 도로에서 발생 할 가능성이 큰 사고를 선제적으로 분석하여 대응함으로써 교통사고를 보다 효과적으로 감소시킬 수 있을 것으로 예상되며, 이러한 과정으로 진행된 사업에 대한 이력 및 성과 관리를 통해 보다 체계적인 평가체계 구축이 가능할 것임
활용방안 ○ 현장적용 방안(계획)
- (지자체와 협의를 통한 시범적용) 각 지자체에서 위험도로 개선사업 선정 및 설계 시 본 연구에서 개발한 기술을 시범적으로 현장에 적용하여 의사결정을 위한 중요한 보조자료로 활용할 수 있도록 할 계획임. 이를 통해 사업 후보구간의 교통안전상 문제점 도출, 사업 후보구간의 기하구조 및 사건현황 분석, 사업대상구간의 개선전략 수립 시 본 연구에서 개발된 기술을 활용할 수 있도록 할 계획임
- (지방청 BIM 기술 도입과 연계) 4차 산업혁명에 대응하는 스마트 건설기술 개발을 위하여 국토교통부에서는 제6차 건설기술 진흥계획(‘18.~’22.)을 수립하여 BIM 기술을 활성화 하고자 하고 있음. 각 지방청에서 BIM 기술 도입 및 활성화를 위하여 추진 중인 시범사업 등 다양한 계획에 본 연구에서 개발될 기술을 적용하여, 활용 가능성에 대한 검증을 수행할 계획임

○ 실용화 제품화 방안
- (기존 BIM 플랫폼 기반 기술 개발) 기존의 BIM 설계 기술에 적용이 가능하도록 현재 현장에서 활발하게 활용하고 있는 3차원 설계 및 BIM 플랫폼과 호환될 수 있도록 실용화 제품을 개발할 것이며, 이를 통해 기존에 BIM 플랫폼을 활용하고 있는 사용자라면 활용할 수 있도록 기술 개발을 진행할 계획임
- (도로 설계 표준에 맞는 기술 개발) 위험도로를 분석하여 안전한 도로의 설계 시 국도 설계 기준에 맞도록 기술 개발을 진행하여, 본 연구에서 개발된 기술을 활용하여 바로 개선된 형태의 개략설계가 가능하도록 할 것이며, 이를 통하여 개략적인 예산 수립 및 시공계획이 진행될 수 있도록 제품을 개발할 계획임
핵심어
핵심어의 구분, 핵심어, 핵심어1~핵심어5 정보제공
핵심어 핵심어1 핵심어2 핵심어3 핵심어4 핵심어5
국문 도로 디지털데이터 예방적설계 위험도로구조개선 설계기준검증
영문 Road Digital Data Prevention through Design Geometry Improvement of dangerous road Design verification
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