KR101903003B1 - 중장기 및 단기건전화 계획 수립을 위한 지하 구조물 성능평가 예측 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 중장기 및 단기 건전화 계획 수립을 위한 지하 구조물 성능평가 예측 시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 지하 구조물의 성능 및 노후화를 예측하여 상기 지하 구조물의 유지관리계획을 수립하는 시스템으로서, 상기 지하 구조물의 성능을 건전도 및 성능 지수로 정량화하여 평가하는 성능 평가부; 상기 성능 평가부에서 정량적으로 평가한 상기 지하 구조물의 성능 지수로부터 시간에 따른 상기 지하 구조물의 노후화를 예측하는 노후화 예측식을 추정하고, 상기 성능 평가부의 성능 평가 시점 이전에 이루어진 상기 지하 구조물의 성능 평가에 의한 성능 지수와 보수보강으로 인한 상기 지하 구조물의 성능 향상치를 반영하여 상기 노후화 예측식을 업데이트하는 노후화 예측식 추정부; 상기 노후화 예측식으로부터 예측된 상기 지하 구조물의 성능 지수가 목표 수명까지 미리 설정된 유지관리수준 이상으로 유지되도록 상기 지하 구조물의 목표 성능 향상치를 결정하고, 상기 지하 구조물의 보수보강 시기 및 보수보강 항목을 포함하는 유지관리 계획을 수립하는 유지관리 계획 수립부를 포함하되, 상기 노후화 예측식은, 상기 지하 구조물이 완공된 직후의 성능 지수인 초기 성능 지수와 상기 지하 구조물의 노후화 속도를 반영하는 성능저감계수를 파라미터로 포함하는 것을 그 구성상의 특징으로 한다.
본 발명에서 제안하고 있는 중장기 및 단기건전화 계획 수립을 위한 지하 구조물 성능평가 예측 시스템에 따르면, 지하 구조물의 성능을 성능 지수로 정량적으로 평가하고, 노후화 예측 모델을 추정하여 시간에 따른 지하 구조물의 노후화를 정확히 예측함으로써, 지하 구조물이 목표 수명까지 일정한 성능 지수 이상으로 유지되도록 지하 구조물의 보수보강 시기 및 보수보강 항목을 포함하는 유지 관리 계획을 수립할 수 있다.
또한, 본 발명에서 제안하고 있는 중장기 및 단기건전화 계획 수립을 위한 지하 구조물 성능평가 예측 시스템에 따르면, 지하 구조물의 유지 관리에 소요되는 필요 예산을 객관적이고 합리적으로 계획할 수 있도록 중장기 및 단기 기간에 해당하는 노후화 예측 및 유지관리 계획을 바탕으로 지하 구조물의 유지관리에 소요되는 비용과 지하 구조물의 가치를 추정할 수 있다.
본 발명에서 제안하고 있는 중장기 및 단기건전화 계획 수립을 위한 지하 구조물 성능평가 예측 시스템에 따르면, 지하 구조물의 성능을 성능 지수로 정량적으로 평가하고, 노후화 예측 모델을 추정하여 시간에 따른 지하 구조물의 노후화를 정확히 예측함으로써, 지하 구조물이 목표 수명까지 일정한 성능 지수 이상으로 유지되도록 지하 구조물의 보수보강 시기 및 보수보강 항목을 포함하는 유지 관리 계획을 수립할 수 있다.
또한, 본 발명에서 제안하고 있는 중장기 및 단기건전화 계획 수립을 위한 지하 구조물 성능평가 예측 시스템에 따르면, 지하 구조물의 유지 관리에 소요되는 필요 예산을 객관적이고 합리적으로 계획할 수 있도록 중장기 및 단기 기간에 해당하는 노후화 예측 및 유지관리 계획을 바탕으로 지하 구조물의 유지관리에 소요되는 비용과 지하 구조물의 가치를 추정할 수 있다.
Description
본 발명은 지하 구조물 성능평가 예측 시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 중장기 및 단기건전화 계획 수립을 위해 지하 구조물의 성능을 예측하는 시스템에 관한 것이다.
국내에서는 「시설물의 안전관리에 관한 특별법」이 1995년에 제정되어 지금까지 1, 2종 법정시설물을 안전하게 유지, 관리하는데 중요한 버팀목이 되어 왔다. 이 특별법에 따른 유지관리는 평가 등급에 따라 보수, 보강하여 시설물을 안정적으로 사용하는데 목적을 두고 있다.
그러나 고도의 산업화로 인해 플랜트 및 구조물에 대한 건설이 급증하고, 그 규모 또한 대형화되었다. 이에 따라 노후화가 지속되고 있는 기존 구조물에 대한 효율적 유지 관리가 중요한 이슈로 부각되고 있다. 특히, 산업화 초기에 건설된 산업 인프라는 이미 오랫동안 사용되어 노후화가 진행된 상태이므로, 향후 사용 연수의 증가에 따라 노후화의 가속이 예상되고 있다.
이와 같이, 각종 구조물의 노후화에 대비하여 효율적인 유지 관리를 하기 위해서는 노후화에 따라 감소하는 구조물의 성능을 바탕으로 적절한 시기에 보수보강이 이루어져야 한다. 적절한 보수보강 시기를 놓쳐 노후화된 구조물의 경우, 그에 따른 보수보강 비용이 기하급수적으로 증가하기 때문이다. 따라서 시간에 따라 저하되는 구조물의 성능을 예측하는 것은 구조물의 유지 관리에 매우 중요하다.
즉, 구조물의 성능 개선, 장수명화를 고려한 구조물의 성능 예측과 자산 가치 평가, 비용 산정 등을 수행하기 위해서는 구조물의 성능 평가 방법 및 정보 수집에 대한 개선이 필요하다. 특히, 대형 지하 구조물의 효율적 관리를 위해서는 대형 지하 구조물의 특성에 맞는 최적의 유지 관리 계획과 생애 주기의 자산관리 개념을 적용하는 것이 필요하다. 이를 위해 지하 구조물의 성능을 예측하고, 성능을 개선하며, 이에 따른 예산 책정 및 배분을 지원하는 자산관리 시스템이 요구되고 있다.
해당 기술분야와 관련된 선행기술로서, 대한민국 공개특허 제10-2017-0017659호 ‘성능기반 구조물 노후화 예측 시스템’ 등이 제안된 바 있다.
본 발명은 기존에 제안된 방법들의 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 지하 구조물의 성능을 성능 지수로 정량적으로 평가하고, 노후화 예측 모델을 추정하여 시간에 따른 지하 구조물의 노후화를 정확히 예측함으로써, 지하 구조물이 목표 수명까지 일정한 성능 지수 이상으로 유지되도록 지하 구조물의 보수보강 시기 및 보수보강 항목을 포함하는 유지 관리 계획을 수립할 수 있는, 중장기 및 단기건전화 계획 수립을 위한 지하 구조물 성능평가 예측 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 지하 구조물의 유지 관리에 소요되는 필요 예산을 객관적이고 합리적으로 계획할 수 있도록 중장기 및 단기 기간에 해당하는 노후화 예측 및 유지관리 계획을 바탕으로 지하 구조물의 유지관리에 소요되는 비용과 지하 구조물의 가치를 추정할 수 있는, 중장기 및 단기건전화 계획 수립을 위한 지하 구조물 성능평가 예측 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른 중장기 및 단기 건전화 계획 수립을 위한 지하 구조물 성능평가 예측 시스템은,
지하 구조물의 성능 및 노후화를 예측하여 상기 지하 구조물의 유지관리계획을 수립하는 시스템으로서,
상기 지하 구조물의 성능을 건전도 및 성능 지수로 정량화하여 평가하는 성능 평가부;
상기 성능 평가부에서 정량적으로 평가한 상기 지하 구조물의 성능 지수로부터 시간에 따른 상기 지하 구조물의 노후화를 예측하는 노후화 예측식을 추정하고, 상기 성능 평가부의 성능 평가 시점 이전에 이루어진 상기 지하 구조물의 성능 평가에 의한 성능 지수와 보수보강으로 인한 상기 지하 구조물의 성능 향상치를 반영하여 상기 노후화 예측식을 업데이트하는 노후화 예측식 추정부;
상기 노후화 예측식으로부터 예측된 상기 지하 구조물의 성능 지수가 목표 수명까지 미리 설정된 유지관리수준 이상으로 유지되도록 상기 지하 구조물의 목표 성능 향상치를 결정하고, 상기 지하 구조물의 보수보강 시기 및 보수보강 항목을 포함하는 유지관리 계획을 수립하는 유지관리 계획 수립부를 포함하되,
상기 노후화 예측식은,
상기 지하 구조물이 완공된 직후의 성능 지수인 초기 성능 지수와 상기 지하 구조물의 노후화 속도를 반영하는 성능저감계수를 파라미터로 포함하는 것을 그 구성상의 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 노후화 예측식 추정부는,
상기 성능 평가부의 성능 평가 시점 이전에 이루어진 상기 지하 구조물의 성능 평가에 의한 성능 지수와 보수보강으로 인한 상기 지하 구조물의 성능 향상치를 누적한 데이터를 회귀분석하여 상기 노후화 예측식의 초기 성능 지수와 성능저감계수를 업데이트할 수 있다.
바람직하게는,
상기 유지관리 계획 수립부에서 수립한 유지관리 계획에 따른 상기 지하 구조물의 자산 가치를 분석하는 자산가치 분석부를 포함할 수 있다.
더욱 바람직하게는, 상기 자산가치 분석부는,
초기 공사비, 유지관리 비용 및 대체 원가를 이용하여 상기 지하 구조물의 생애주기비용을 분석하고, 대체 원가, 건전도 및 실질할인율을 이용하여 상기 지하 구조물의 자산가치 변동을 분석할 수 있다.
더욱 바람직하게는,
상기 유지관리 계획 수립부에서 수립한 유지관리 계획과 상기 자산가치 분석부에서 분석한 상기 지하 구조물의 자산 가치에 따라 미리 설정된 중장기 기간의 예산 계획을 수립하고, 상기 중장기 기간을 분할한 미리 설정된 단기 기간 동안 상기 예산 계획에 따른 예산 평준화 계획을 수립하는 중장기 및 단기 건전화 계획 수립부를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 성능 평가부는,
상기 지하 구조물의 안정성, 내구성 및 사용성을 포함하는 각각의 평가 항목의 평가 요소의 정량적인 평가 점수와, 상기 각각의 평가 요소에 대한 가중치를 이용하여, 상기 지하 구조물의 성능을 건전도 및 성능 지수로 평가하되,
상기 지하 구조물의 안전성은,
균열, 누수, 파손 및 손상, 변형, 철근노출, 층분리 및 박락, 박리, 재료분리, 배수상태 및 지반 상태를 포함하는 군에서 선택된 하나 이상의 평가 요소를 정량적으로 평가한 평가 점수와, 상기 평가 요소에 대한 가중치를 이용하여 평가하고,
상기 지하 구조물의 내구성은,
강도, 탄산화깊이, 염화물 침투량, 염해 환경 및 동해 환경을 포함하는 군에서 선택된 하나 이상의 평가 요소를 정량적으로 평가한 평가 점수와, 상기 평가 요소에 대한 가중치를 이용하여 평가하며,
상기 지하 구조물의 사용성은,
상기 지하 구조물이 플랜트인 경우, 설비 영향, 구조물 관리 환경, 전기시설, 관리인력 기술수준, 구조물 접근 용이성, 및 유지관리 장비 보유 수준을 포함하는 군에서 선택된 하나 이상의 평가 요소를 정량적으로 평가한 평가 점수와, 상기 평가 요소에 대한 가중치를 이용하여 평가하고,
상기 지하 구조물이 철도인 경우, 방재시설, 소음 및 진동, 배수의 용이성, 기계/전기설비, 터널 내 조도, 비상대피 시간 및 일 통행횟수를 포함하는 군에서 선택된 하나 이상의 평가 요소를 정량적으로 평가한 평가 점수와, 상기 평가 요소에 대한 가중치를 이용하여 평가하며,
상기 지하 구조물이 도로인 경우, 방재시설, 터널 내 휘도, 노면 평탄성, 기계/전기설비, 비상대피 시간, 배수의 용이성 및 평균 속도를 포함하는 군에서 선택된 하나 이상의 평가 요소를 정량적으로 평가한 평가 점수와, 상기 평가 요소에 대한 가중치를 이용하여 평가할 수 있다.
바람직하게는, 상기 유지관리 계획 수립부는,
상기 지하 구조물의 평가 요소별로 우선순위를 결정하여 보수보강 항목을 도출하는 보수보강 항목 도출 모듈; 및
상기 보수보강 항목 도출 모듈로부터 도출된 보수보강 항목에 대해 보수보강이 이루어져야 하는 시기를 도출하는 보수보강 시기 도출 모듈을 포함할 수 있다.
더욱 바람직하게는, 상기 보수보강 항목 도출 모듈은,
구간별 위험도와 구조물 중요도의 평가점수를 이용하여 우선도를 산정하고, 상기 우선도를 내림차순으로 정렬하여 네트워크 레벨의 우선순위를 결정하며, 상기 우선순위에 따라 상기 지하 구조물의 평가 요소별로 손상 요소 점수, 성능 지수, 비용 및 단위보수보강비를 분석하여 보수보강 항목을 도출할 수 있다.
본 발명에서 제안하고 있는 중장기 및 단기건전화 계획 수립을 위한 지하 구조물 성능평가 예측 시스템에 따르면, 지하 구조물의 성능을 성능 지수로 정량적으로 평가하고, 노후화 예측 모델을 추정하여 시간에 따른 지하 구조물의 노후화를 정확히 예측함으로써, 지하 구조물이 목표 수명까지 일정한 성능 지수 이상으로 유지되도록 지하 구조물의 보수보강 시기 및 보수보강 항목을 포함하는 유지 관리 계획을 수립할 수 있다.
또한, 본 발명에서 제안하고 있는 중장기 및 단기건전화 계획 수립을 위한 지하 구조물 성능평가 예측 시스템에 따르면, 지하 구조물의 유지 관리에 소요되는 필요 예산을 객관적이고 합리적으로 계획할 수 있도록 중장기 및 단기 기간에 해당하는 노후화 예측 및 유지관리 계획을 바탕으로 지하 구조물의 유지관리에 소요되는 비용과 지하 구조물의 가치를 추정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 중장기 및 단기 건전화 계획 수립을 위한 지하 구조물 성능평가 예측 시스템의 전체적인 프레임워크를 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 중장기 및 단기 건전화 계획 수립을 위한 지하 구조물 성능평가 예측 시스템의 가이드라인을 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 중장기 및 단기 건전화 계획 수립을 위한 지하 구조물 성능평가 예측 시스템의 구성을 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 중장기 및 단기 건전화 계획 수립을 위한 지하 구조물 성능평가 예측 시스템에서 성능 평가 항목의 평가 요소 및 가중치를 예시한 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 중장기 및 단기 건전화 계획 수립을 위한 지하 구조물 성능평가 예측 시스템에서 성능 평가 항목의 평가 요소의 평가 기준을 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 중장기 및 단기 건전화 계획 수립을 위한 지하 구조물 성능평가 예측 시스템에서 노후화 예측식에 따른 노후화 곡선을 도시한 그래프.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 중장기 및 단기 건전화 계획 수립을 위한 지하 구조물 성능평가 예측 시스템에서 노후화 예측식을 추정하는 모습을 도시한 도면.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 중장기 및 단기 건전화 계획 수립을 위한 지하 구조물 성능평가 예측 시스템의 유지관리 계획부에서 유지관리 계획을 수립하는 모습을 도시한 도면.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 중장기 및 단기 건전화 계획 수립을 위한 지하 구조물 성능평가 예측 시스템에서 보수보강 공법 및 재료를 선정하는 의사결정 시스템의 구조를 도시한 도면.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 중장기 및 단기 건전화 계획 수립을 위한 지하 구조물 성능평가 예측 시스템의 보수보강 항목 도출 모듈에서 프로젝트 레벨의 보수보강 우선순위를 결정하는 표를 예시한 도면.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 중장기 및 단기 건전화 계획 수립을 위한 지하 구조물 성능평가 예측 시스템의 보수보강 항목 도출 모듈에서 네트워크 레벨의 구간별 위험도 및 구간별 중요도를 분석하는 표를 도시한 도면.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 중장기 및 단기 건전화 계획 수립을 위한 지하 구조물 성능평가 예측 시스템의 보수보강 항목 도출 모듈에서 네트워크 레벨의 구간별 위험도 및 구간별 중요도를 분석하는 표를 도시한 도면.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 중장기 및 단기 건전화 계획 수립을 위한 지하 구조물 성능평가 예측 시스템의 보수보강 항목 도출 모듈에서 구간별 위험도와 구조물 중요도의 평가점수를 합산하여 평가 등급을 부여하는 표를 도시한 도면.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 중장기 및 단기 건전화 계획 수립을 위한 지하 구조물 성능평가 예측 시스템의 보수보강 항목 도출 모듈에서 구간별 위험도와 구조물 중요도의 평가 등급을 이용하여 네트워크 레벨의 우선도를 산정하는 표를 도시한 도면.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 중장기 및 단기 건전화 계획 수립을 위한 지하 구조물 성능평가 예측 시스템의 보수보강 항목 도출 모듈에서 우선순위에 따라 보수보강 항목을 도출하는 그래프를 도시한 도면.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 중장기 및 단기 건전화 계획 수립을 위한 지하 구조물 성능평가 예측 시스템의 자산가치 분석부에서 자산가치를 분석하는 순서를 도시한 도면.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 중장기 및 단기 건전화 계획 수립을 위한 지하 구조물 성능평가 예측 시스템의 자산가치 분석부에서 자산가치를 분석한 그래프를 도시한 도면.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 중장기 및 단기 건전화 계획 수립을 위한 지하 구조물 성능평가 예측 시스템의 자산가치 분석부에서 생애주기비용을 분석한 그래프를 도시한 도면.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 중장기 및 단기 건전화 계획 수립을 위한 지하 구조물 성능평가 예측 시스템의 중장기 및 단기 건전화 계획 수립부에서 예산 계획을 수립하는 모습을 도시한 도면.
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 중장기 및 단기 건전화 계획 수립을 위한 지하 구조물 성능평가 예측 시스템의 중장기 및 단기 건전화 계획 수립부에서 예산 평준화 계획을 수립하는 모습을 도시한 도면.
도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 중장기 및 단기 건전화 계획 수립을 위한 지하 구조물 성능평가 예측 시스템이 적용되는 도로터널과 도로터널의 점검 현황을 도시한 도면.
도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 중장기 및 단기 건전화 계획 수립을 위한 지하 구조물 성능평가 예측 시스템의 성능 평가부에서 평가한 도로터널의 건전도 및 성능 지수 그래프.
도 23은 본 발명의 일 실시예에 따른 중장기 및 단기 건전화 계획 수립을 위한 지하 구조물 성능평가 예측 시스템의 유지관리 계획 수립부에서 손상 요소 점수, 성능 지수, 비용 및 단위보수보강비를 분석한 그래프.
도 24는 본 발명의 일 실시예에 따른 중장기 및 단기 건전화 계획 수립을 위한 지하 구조물 성능평가 예측 시스템의 노후화 예측식 추정부에서 추정한 노후화 예측식에 따른 노후화 곡선을 도시한 도면.
도 25는 본 발명의 일 실시예에 따른 중장기 및 단기 건전화 계획 수립을 위한 지하 구조물 성능평가 예측 시스템의 유지관리 계획 수립부의 유지관리 계획에 따른 노후화 곡선을 도시한 도면.
도 26은 본 발명의 일 실시예에 따른 중장기 및 단기 건전화 계획 수립을 위한 지하 구조물 성능평가 예측 시스템의 자산가치 분석부에서 도로터널의 생애주기비용과 자산가치를 분석한 그래프.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 중장기 및 단기 건전화 계획 수립을 위한 지하 구조물 성능평가 예측 시스템의 가이드라인을 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 중장기 및 단기 건전화 계획 수립을 위한 지하 구조물 성능평가 예측 시스템의 구성을 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 중장기 및 단기 건전화 계획 수립을 위한 지하 구조물 성능평가 예측 시스템에서 성능 평가 항목의 평가 요소 및 가중치를 예시한 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 중장기 및 단기 건전화 계획 수립을 위한 지하 구조물 성능평가 예측 시스템에서 성능 평가 항목의 평가 요소의 평가 기준을 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 중장기 및 단기 건전화 계획 수립을 위한 지하 구조물 성능평가 예측 시스템에서 노후화 예측식에 따른 노후화 곡선을 도시한 그래프.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 중장기 및 단기 건전화 계획 수립을 위한 지하 구조물 성능평가 예측 시스템에서 노후화 예측식을 추정하는 모습을 도시한 도면.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 중장기 및 단기 건전화 계획 수립을 위한 지하 구조물 성능평가 예측 시스템의 유지관리 계획부에서 유지관리 계획을 수립하는 모습을 도시한 도면.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 중장기 및 단기 건전화 계획 수립을 위한 지하 구조물 성능평가 예측 시스템에서 보수보강 공법 및 재료를 선정하는 의사결정 시스템의 구조를 도시한 도면.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 중장기 및 단기 건전화 계획 수립을 위한 지하 구조물 성능평가 예측 시스템의 보수보강 항목 도출 모듈에서 프로젝트 레벨의 보수보강 우선순위를 결정하는 표를 예시한 도면.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 중장기 및 단기 건전화 계획 수립을 위한 지하 구조물 성능평가 예측 시스템의 보수보강 항목 도출 모듈에서 네트워크 레벨의 구간별 위험도 및 구간별 중요도를 분석하는 표를 도시한 도면.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 중장기 및 단기 건전화 계획 수립을 위한 지하 구조물 성능평가 예측 시스템의 보수보강 항목 도출 모듈에서 네트워크 레벨의 구간별 위험도 및 구간별 중요도를 분석하는 표를 도시한 도면.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 중장기 및 단기 건전화 계획 수립을 위한 지하 구조물 성능평가 예측 시스템의 보수보강 항목 도출 모듈에서 구간별 위험도와 구조물 중요도의 평가점수를 합산하여 평가 등급을 부여하는 표를 도시한 도면.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 중장기 및 단기 건전화 계획 수립을 위한 지하 구조물 성능평가 예측 시스템의 보수보강 항목 도출 모듈에서 구간별 위험도와 구조물 중요도의 평가 등급을 이용하여 네트워크 레벨의 우선도를 산정하는 표를 도시한 도면.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 중장기 및 단기 건전화 계획 수립을 위한 지하 구조물 성능평가 예측 시스템의 보수보강 항목 도출 모듈에서 우선순위에 따라 보수보강 항목을 도출하는 그래프를 도시한 도면.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 중장기 및 단기 건전화 계획 수립을 위한 지하 구조물 성능평가 예측 시스템의 자산가치 분석부에서 자산가치를 분석하는 순서를 도시한 도면.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 중장기 및 단기 건전화 계획 수립을 위한 지하 구조물 성능평가 예측 시스템의 자산가치 분석부에서 자산가치를 분석한 그래프를 도시한 도면.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 중장기 및 단기 건전화 계획 수립을 위한 지하 구조물 성능평가 예측 시스템의 자산가치 분석부에서 생애주기비용을 분석한 그래프를 도시한 도면.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 중장기 및 단기 건전화 계획 수립을 위한 지하 구조물 성능평가 예측 시스템의 중장기 및 단기 건전화 계획 수립부에서 예산 계획을 수립하는 모습을 도시한 도면.
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 중장기 및 단기 건전화 계획 수립을 위한 지하 구조물 성능평가 예측 시스템의 중장기 및 단기 건전화 계획 수립부에서 예산 평준화 계획을 수립하는 모습을 도시한 도면.
도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 중장기 및 단기 건전화 계획 수립을 위한 지하 구조물 성능평가 예측 시스템이 적용되는 도로터널과 도로터널의 점검 현황을 도시한 도면.
도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 중장기 및 단기 건전화 계획 수립을 위한 지하 구조물 성능평가 예측 시스템의 성능 평가부에서 평가한 도로터널의 건전도 및 성능 지수 그래프.
도 23은 본 발명의 일 실시예에 따른 중장기 및 단기 건전화 계획 수립을 위한 지하 구조물 성능평가 예측 시스템의 유지관리 계획 수립부에서 손상 요소 점수, 성능 지수, 비용 및 단위보수보강비를 분석한 그래프.
도 24는 본 발명의 일 실시예에 따른 중장기 및 단기 건전화 계획 수립을 위한 지하 구조물 성능평가 예측 시스템의 노후화 예측식 추정부에서 추정한 노후화 예측식에 따른 노후화 곡선을 도시한 도면.
도 25는 본 발명의 일 실시예에 따른 중장기 및 단기 건전화 계획 수립을 위한 지하 구조물 성능평가 예측 시스템의 유지관리 계획 수립부의 유지관리 계획에 따른 노후화 곡선을 도시한 도면.
도 26은 본 발명의 일 실시예에 따른 중장기 및 단기 건전화 계획 수립을 위한 지하 구조물 성능평가 예측 시스템의 자산가치 분석부에서 도로터널의 생애주기비용과 자산가치를 분석한 그래프.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일 또는 유사한 부호를 사용한다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 ‘연결’되어 있다고 할 때, 이는 ‘직접적으로 연결’되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 ‘간접적으로 연결’되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 ‘포함’한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 중장기 및 단기 건전화 계획 수립을 위한 지하 구조물 성능평가 예측 시스템의 전체적인 프레임워크를 도시한 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 중장기 및 단기 건전화 계획 수립을 위한 지하 구조물 성능평가 예측 시스템은, 지하 구조물의 성능을 예측하고, 성능을 개선하며, 이에 따른 예산책정 및 배분을 지원할 수 있다. 여기서, 프로젝트 레벨은 지하 구조물 전체에 대한 레벨을 의미하며, 네트워크 레벨은 지하 구조물을 포함하는 지하 구조물군에 대한 레벨을 의미한다. 프로젝트 레벨에서는, DB(Database) 구축을 통해 지하 구조물에 대한 상태 및 성능을 평가하는 역학적 알고리즘과, 유지관리 계획 및 이에 따른 자산가치와 비용을 분석하는 회계학적 알고리즘이 유기적으로 구현되어 지하 구조물의 효율적 관리가 이루어질 수 있다. 그리고 네트워크 레벨에서는 각각의 프로젝트에 따른 지하 구조물을 포함하는 지하 구조물군에 대한 전체적인 통합 관리가 이루어질 수 있다. 즉, 중장기 및 단기 건전화 계획 수립을 위한 지하 구조물 성능평가 예측 시스템은, 현재 자산 상태와 각각의 지하 구조물의 성능을 파악하고, 장래예측을 통하여 지하 구조물군에 대한 유지관리, 보수보강 계획, 자산가치 평가 및 예산분배 등을 실시할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 중장기 및 단기 건전화 계획 수립을 위한 지하 구조물 성능평가 예측 시스템의 전체적인 플로우 차트를 도시한 도면이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 중장기 및 단기 건전화 계획 수립을 위한 지하 구조물 성능평가 예측 시스템은, 기존의 상태평가 결과에 따른 단기적인 대책이나 계획 수립이 아니라, 지하 구조물의 종합적인 성능을 평가하고, 유지관리 목표에 따라 지하 구조물의 자산가치를 고려하여 중장기 및 단기 기간에 해당하는 계획을 수립할 수 있다. 이때, 중장기 및 단기 건전화 계획 수립을 위한 지하 구조물 성능평가 예측 시스템은, 시간에 따라 성능평가 결과가 자동으로 업데이트되어 성능 평가 정확도를 높일 수 있고, 성능평가 결과가 지하 구조물의 자산가치에도 반영되어 중장기 및 단기 계획에 피드백됨으로써 순환적인 매니지먼트가 구현될 수 있다.
도 2의 (a)를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 중장기 및 단기 건전화 계획 수립을 위한 지하 구조물 성능평가 예측 시스템은, DB를 구축할 수 있다. DB 구축은, 자산관리를 위한 통합형 DB로서, 지하 구조물의 전생애에 대한 정보를 수집함으로써 지하 구조물 제원 및 이력데이터, 알고리즘 데이터, 요구성능 데이터 및 보수보강 수행 데이터의 순환적인 정보체계가 구축될 수 있다. 중장기 및 단기 건전화 계획 수립을 위한 지하 구조물 성능평가 예측 시스템은, 지하 구조물에 대한 기초 정보뿐만 아니라 설계, 시공, 유지관리 이력, 구조물 조사자료, 손상원인자료, 보수보강 공법 및 단가 등을 수집하여 DB로 구축하고, 역학적 알고리즘 및 회계학적 알고리즘에 의한 지하 구조물의 평가 시 기초 데이터로 활용하여, 최종적으로 유지관리 계획을 수립하고 예산 계획을 수립할 수 있다.
DB의 데이터를 반영하여, 중장기 계획에서는, 지하 구조물의 노후화를 예측하고, 노후화 예측에 따라 유지관리 목표가 설정될 수 있으며, 유지관리 목표에 따른 비용이 추정되어 예산 계획이 수립될 수 있다. 그리고 단기 계획에서는, 중장기 계획의 예산 계획에 따라 예산(사업비) 평준화 계획이 수립될 수 있으며, 긴급 대책이 필요한 구조물에 대한 보수보강 평가가 이루어질 수 있다. 그리고 중장기 및 단기 계획에 따라 사업이 실행되면, 유지관리를 위한 보수보강 항목 및 시기가 도출되어 지하 구조물에 대한 보수보강이 이루어질 수 있다. 그리고 이러한 보수보강 정보는 다시 DB에 구축되어 중장기 및 단기 계획에 반영될 수 있다.
도 2의 (b)를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 중장기 및 단기 건전화 계획 수립을 위한 지하 구조물 성능평가 예측 시스템은, 기본 성능 평가 및 상세 성능 평가를 포함한 성능 평가를 통해 보수보강 항목, 시기 및 비용을 도출할 수 있으며, 보수보강 비용을 고려한 예산 결정과 지하 구조물의 자산가치에 따른 가치평가에 의해 최종적으로 유지관리 계획이 수립될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 중장기 및 단기 건전화 계획 수립을 위한 지하 구조물 성능평가 예측 시스템의 특징으로는, ① 손상에 대한 적정 보수보강 공법을 적용할 수 있는 변상의 형태 및 원인분석을 제시하고, ② 지하 구조물의 특성에 맞는 사용성 평가가 이루어지도록 평가항목 및 요소가 도로, 철도(지하철) 및 플랜트에 따라 달라지며, ③ 지하 구조물의 평가를 평가요소의 세부 항목까지 확대하여 적용함으로써 세부적인 보수보강 물량, 우선순위 평가에 효율적으로 적용되고, ④ 노후화 예측에 대한 결정론적 모델과 확률론적 모델을 통해 누적된 성능평가 데이터에 따라 노후화 예측식이 업데이트되어 노후화 모델의 정확도가 향상되며, ⑤ 합리적인 의사결정을 위한 네트워크 레벨의 보수보강 우선순위 선정을 위하여 구조물의 중요도과 구간 위험도를 고려한 우선도가 결정되고, ⑥ 예측과 실제 적용 사항에 대한 분석을 통해 보수보강 효과 및 비용 분석이 가능하여 보수보강 예측의 정확도가 더욱 향상되며, ⑦ 지하 구조물의 대체원가를 적용하기 위하여 유사 구조물에 대한 공사비 산정방법을 제시하고, ⑧ 효율적 비용 분석이 가능하도록 건전도 1점을 향상시키기 위한 보수보강 비용을 의미하는 단위보수보강비용이 적용된다. 이하에서는, 중장기 및 단기 건전화 계획 수립을 위한 지하 구조물 성능평가 예측 시스템의 구체적인 구성 및 구성에 따른 특징에 대하여 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 중장기 및 단기 건전화 계획 수립을 위한 지하 구조물 성능평가 예측 시스템의 구성을 도시한 도면이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 중장기 및 단기 건전화 계획 수립을 위한 지하 구조물 성능평가 예측 시스템(100)은, 지하 구조물의 성능 및 노후화를 예측하여 상기 지하 구조물의 유지관리계획을 수립하는 시스템으로서, 성능 평가부(110), 노후화 예측식 추정부(120), 및 유지관리 계획 수립부(130)를 포함할 수 있으며, 자산가치 분석부(140) 및 중장기 및 단기 건전화 계획 수립부(150)를 더 포함할 수 있다. 이하에서는, 중장기 및 단기 건전화 계획 수립을 위한 지하 구조물 성능평가 예측 시스템(100)의 각각의 구성에 대해 상세히 설명하기로 한다.
성능 평가부(110)는, 지하 구조물의 성능을 건전도 및 성능 지수로 정량화하여 평가할 수 있다. 여기서, 성능 지수는 지하 구조물의 평가 항목(안전성, 내구성, 사용성)에 따른 성능을 나타내는 지수이다. 또한, 건전도는 평가 항목(안전성, 내구성, 사용성)에 따른 가중치를 고려하여 구간별로 지하 구조물의 종합적인 성능을 나타내는 지수이다. 보다 구체적으로, 성능 평가부(110)는, 기본 성능 평가로서, 구간별로 경과수명, 잔존수명, 설계·시공·유지관리상태, 공용환경 및 외관조사에 해당하는 검토 항목에 따라 점수를 부여할 수 있다. 이때, 기본 성능 평가의 판정 결과는 요구성능 만족, 관찰 필요, 상세성능평가 필요, 긴급대책 필요로 구간별로 판정 시나리오가 작성될 수 있으며, 평가 요소에 따라 보수보강 공법을 적용할 수 있는 변상의 형태 및 원인분석이 이루어질 수 있다. 또한, 성능 평가부(110)는, 상세 성능 평가로서, 지하 구조물의 구간별로 점검된 자료를 바탕으로 미리 정해진 평가 요소 및 가중치에 따라 점수를 부여할 수 있다. 즉, 성능 평가부(110)는, 외관 조사, 서류 조사 각종 실험 및 측정 결과를 분석하여 지하 구조물의 현재의 보유 성능에 대한 정량적 수치를 산정할 수 있다. 한편, 같은 구간에서 동일한 평가 요소의 점수가 2가지 이상 존재하는 경우, 성능 평가부(110)는, 해당 평가 요소에 대한 여러 점수 중 최소값을 반영하여 구간에 대한 성능 지수를 산정할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 중장기 및 단기 건전화 계획 수립을 위한 지하 구조물 성능평가 예측 시스템에서 성능 평가 항목의 평가 요소 및 가중치를 예시한 도면이다. 도 4를 참조하면, 성능 평가부(110)는, 지하 구조물의 안정성, 내구성 및 사용성을 포함하는 각각의 평가 항목의 평가 요소의 정량적인 평가 점수와, 각각의 평가 요소에 대한 가중치를 이용하여, 지하 구조물의 성능을 건전도와 성능 지수로 평가할 수 있다. 도 2에 도시된 예시에서, 평가 요소에 대한 가중치는 AHP(Analytic Hierarchy Process) 분석을 수행하여 결정되었으며, 사용성 평가 요소에 대한 가중치는 건설기술연구원에서 제시한 ‘터널 시설물 성능평가 매뉴얼’을 참고하여 결정되었다. 그러나 이러한 가중치는 전술한 참고 기준에 한정되지 않으며, 실시예에 따라 다양하게 설정될 수 있다. 성능 평가부(110)의 성능 평가 시 적용되는 평가 요소는 안전성, 내구성 및 사용성에 따라 구분될 수 있다. 다만, 사용성에 대한 평가 요소는 구조물의 종류에 따라 다르게 적용될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 중장기 및 단기 건전화 계획 수립을 위한 지하 구조물 성능평가 예측 시스템에서 성능 평가 항목의 평가 요소의 평가 기준을 도시한 도면이다. 성능 평가부(110)는, 균열, 누수, 파손 및 손상, 변형, 철근노출, 층분리 및 박락, 박리, 재료분리, 배수상태 및 지반 상태를 포함하는 군에서 선택된 하나 이상의 평가 요소를 정량적으로 평가한 평가 점수와, 평가 요소에 대한 가중치를 이용하여 지하 구조물의 안정성을 평가할 수 있다. 실시예에 따라서는, 성능 평가부(110)는, 도 5에 도시된 평가 기준에 따라 각각의 평가 요소에 대한 평가 등급별로 부여되는 정량적인 평가 점수를 도 4에 도시된 가중치와 곱한 후, 각각의 값을 합하여 지하 구조물의 안정성에 대한 정량적인 점수를 계산할 수 있다. 그러나 평가 기준은 도 5에 도시된 평가 기준에 한정되지 않으며, 정량적인 점수를 부여할 수 있다면 그 구체적인 평가 기준에 한정되지 않는다.
성능 평가부(110)는, 안정성에 대한 점수를 도출하는 방법과 동일하게, 강도, 탄산화깊이, 염화물 침투량, 염해 환경 및 동해 환경을 포함하는 군에서 선택된 하나 이상의 평가 요소를 정량적으로 평가한 평가 점수와, 평가 요소에 대한 가중치를 이용하여 지하 구조물의 내구성을 평가할 수 있다.
성능 평가부(110)는, 안정성에 대한 점수를 도출하는 방법과 동일하게, 지하 구조물의 사용성을 평가할 수 있다. 다만, 사용성에 대한 평가 요소는 지하 구조물의 종류에 따라 다르게 적용될 수 있다. 보다 구체적으로, 성능 평가부(110)는, 지하 구조물이 플랜트인 경우, 설비 영향, 구조물 관리 환경, 전기시설, 관리인력 기술수준, 구조물 접근 용이성, 및 유지관리 장비 보유 수준을 포함하는 군에서 선택된 하나 이상의 평가 요소를 정량적으로 평가한 평가 점수와, 평가 요소에 대한 가중치를 이용하여 지하 구조물의 사용성을 평가할 수 있다. 성능 평가부(110)는, 지하 구조물이 철도인 경우, 방재시설, 소음 및 진동, 배수의 용이성, 기계/전기설비, 터널 내 조도, 비상대피 시간 및 일 통행횟수를 포함하는 군에서 선택된 하나 이상의 평가 요소를 정량적으로 평가한 평가 점수와, 평가 요소에 대한 가중치를 이용하여 지하 구조물의 사용성을 평가할 수 있다. 성능 평가부(110)는, 지하 구조물이 도로인 경우, 방재시설, 터널 내 휘도, 노면 평탄성, 기계/전기설비, 비상대피 시간, 배수의 용이성 및 평균 속도를 포함하는 군에서 선택된 하나 이상의 평가 요소를 정량적으로 평가한 평가 점수와, 평가 요소에 대한 가중치를 이용하여 지하 구조물의 사용성을 평가할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 중장기 및 단기 건전화 계획 수립을 위한 지하 구조물 성능평가 예측 시스템에서 노후화 예측식에 따른 노후화 곡선을 도시한 그래프이다. 노후화 예측식 추정부(120)는, 성능 평가부(110)에서 정량적으로 평가한 지하 구조물의 성능 지수로부터 시간에 따른 지하 구조물의 노후화를 예측하는 노후화 예측식을 추정할 수 있다. 여기서, 노후화 예측식은, 도 6에 도시된 바와 같이, 지하 구조물이 완공된 직후의 성능 지수인 초기 성능 지수(PI(0))와 지하 구조물의 노후화 속도를 반영하는 성능저감계수(α)를 파라미터로 포함할 수 있다. 즉, 노후화 예측식은, 시간에 따라 노후화 속도가 증가하는 경향이 있는 콘크리트 열화 현상을 반영할 수 있도록 이차함수 형태의 모델로 표현될 수 있다. 한편, 도 6을 참조하면, 지하 구조물에 보수보강이 이루어지는 경우, 보수보강으로 인해 향상되는 지하 구조물의 성능 지수는 성능 향상치(ΔPI)로 표현될 수 있다.
이때, 노후화 예측식은 결정론적 예측 모델로서 이차함수가 적용되거나, 확률론적 예측 모델로서 마르코프 체인 모델이 적용될 수 있다. 확률론적 전이행렬을 이용하는 마르코프 체인 모델의 열화 곡선은 초기열화가 빠른 것으로 나타나며 서서히 열화 속도가 줄어드는 형상으로 지하 구조물의 공학적 특성을 고려한 노후화 특성을 정확하게 반영할 수 없다. 지하 구조물의 노후화 특성을 반영하기 위하여 시간의 흐름을 단계별로 구분하고 단계별 전이행렬을 변화시켜 결정론적 모델에 적용한 노후화 예측 곡선과 비교하여 근사한 값이 되는 전이행렬을 시산하여 산출할 수 있다. 그 결과 전이행렬은 시간 변화량(Δt)에 따라 시간이 지날수록 같은 성능을 유지할 확률이 지속적으로 낮아지는 경향을 가질 수 있다.
노후화 예측식 추정부(120)는, 중장기 및 단기 건전화 계획 수립을 위한 지하구조물 성능평가 예측 시스템 도입 초기에는 지하 구조물에 대한 최초 1~2번의 성능 지수를 이용하여 노후화 예측식을 추정할 수 있다. 그러나 성능 평가에 따른 성능 지수(PI) 데이터가 누적됨에 따라 노후화 예측의 정확도 향상을 위해 노후화 예측식의 업데이트가 필요하다. 여기서, 노후화 예측식의 업데이트는 누적된 데이터를 이용하여 노후화 예측식에 포함된 파라미터를 재추정하는 것을 의미한다. 노후화 예측식 추정부(120)는, 성능 평가부(110)의 성능 평가 시점 이전에 이루어진 지하 구조물의 성능 평가에 의한 성능 지수와 보수보강으로 인한 지하 구조물의 성능 향상치를 반영하여 노후화 예측식을 업데이트할 수 있다. 따라서 노후화 예측식 추정부(120)는, 성능 평가부(110)에 의한 성능 지수(PI)와 보수보강으로 인한 성능 향상치(ΔPI)가 누적됨에 따라 노후화 예측식을 더욱 정확하게 추정할 수 있다.
노후화 예측식은, 초기 성능 지수(PI(0)), 성능 향상치(ΔPI) 및 성능저감계수(α)에 따라 변화하는 곡선으로, 성능 평가부(110)에서 평가한 성능 지수 데이터를 통해 추정되며, 성능 지수(PI)가 누적됨에 따라 예측식이 업데이트되어 그 정확도가 향상될 수 있다. 도 6을 참조하면, 노후화 예측식은, y 절편에 해당하는 초기 성능 지수(PI(0))와 보수보강에 의한 성능 향상치(ΔPI)에 의해 성능 지수(PI)가 변화하는 곡선으로 표현될 수 있다. 따라서 노후화 예측식의 곡선을 따라 지하 구조물의 유지관리수준에 도달하는 t 시점에서 예측 수명이 산정될 수 있다. 여기서, 유지관리수준은 지하 구조물이 유지되기 위한 최소 성능 지수일 수 있다. 노후화 예측식은, 시간 t에 대한 함수로, 초기 성능 지수(PI(0)), 보수보강으로 인한 성능 향상치(ΔPI) 및 성능저감계수(α)를 파라미터로 하는 다음의 수학식 1로 표현될 수 있다.
여기서, PI는 성능 지수, PI(0)는 초기 성능 지수, 
는 성능 향상치, α는 성능저감계수이다. 초기 성능 지수(PI(0))는 지하 구조물이 완공된 직후의 성능 지수이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 중장기 및 단기 건전화 계획 수립을 위한 지하 구조물 성능평가 예측 시스템에서 노후화 예측식을 추정하는 모습을 도시한 도면이다. 노후화 예측식 추정부(120)는, 성능 평가부(110)의 성능 평가 시점 이전에 이루어진 지하 구조물의 성능 평가에 의한 성능 지수와 보수보강으로 인한 지하 구조물의 성능 향상치를 누적한 데이터를 회귀분석하여 노후화 예측식의 초기 성능 지수와 성능저감계수를 업데이트할 수 있다. 즉, 노후화 예측식의 y 절편에 해당하는 초기 성능 지수(PI(0))는 성능 평가부(110)에 의해 평가된 성능 지수가 누적됨에 따라 성능저감계수(α)와 함께 변경되어 노후화 예측식의 예측 정확도가 향상될 수 있다.
도 7을 참조하면, 노후화 예측식 추정부(120)는, 성능 지수와, 보수보강에 따른 성능 향상치를 고려하여 시간 t에 따른 노후화 예측식을 추정할 수 있다. 이때, 초기 성능 지수(PI(0))를 100점으로 고정하여 적용하면, 초기에 급격한 성능 저하 현상으로 분석되는 오류가 발생할 수 있다. 따라서 지하 구조물의 완공 시 설계, 시공 및 관리 자료를 종합적으로 분석하여 초기 성능 지수(PI(0))에 대한 평가가 필요하다. 실시예에 따라서는, 국토교통부의 ‘건설기술용역 및 건설고사 시공 평가지침’에 따른 평가를 초기 성능 평가(
)로 사용할 수 있다. 도 7의 (a)를 참조하면, 노후화 예측식 추정부(120)는, 성능 평가부(110)에서 평가한 성능 지수 
, 
, 
에 보수보강에 따른 성능 향상치 
를 누적하고, 회귀분석의 최소자승법(Least Square Method)을 적용하여 성능저감계수 α1과 초기 성능 PI(0)1을 추정할 수 있다. 도 7의 (b)를 참조하면, 노후화 예측식 추정부(120)는, t2 시점 이후, 성능 평가부(110)에서 평가한 성능 지수 
와 보수보강에 따른 성능 향상치 
를 누적하여, 새로운 노후화 예측식의 성능저감계수 α2와 초기 성능 PI(0)2를 추정할 수 있다. 따라서 노후화 예측식 추정부(120)는, 성능 평가와 보수보강에 따른 성능 향상치가 누적됨에 따라 노후화 예측식을 지속적으로 업데이트하여, 노후화 예측식이 보다 정확하게 지하 구조물의 노후화를 예측하도록 할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 중장기 및 단기 건전화 계획 수립을 위한 지하 구조물 성능평가 예측 시스템의 유지관리 계획부에서 유지관리 계획을 수립하는 모습을 도시한 도면이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 유지관리 계획 수립부(130)는, 노후화 예측식으로부터 예측된 지하 구조물의 성능 지수가 목표 수명까지 미리 설정된 유지관리기준 이상으로 유지되도록 지하 구조물의 목표 성능 향상치를 결정하고, 지하 구조물의 보수보강 시기 및 보수보강 항목을 포함하는 유지관리 계획을 수립할 수 있다. 이때, 유지관리는 지하 구조물의 전면적인 보수 및 재건축 이전에 부분적 보수가 가능한 범위 내의 관리를 의미한다. 여기서, 유지관리기준은, 유지관리선 AA와 같이, y축과 교차하는 직선 형태로 시간 t에 무관하게 일정 수준으로 유지되는 경우와, 유지관리선 AB와 같이 사선 형태로 시간 t에 따라 성능 지수 수준이 변화하는 경우로 표현될 수 있다. 또한, 목표 수명은 지하 구조물이 유지관리기준 이상의 성능 지수를 유지하는 시간으로, 성능 지수를 유지관리기준 이상으로 유지할 수 있는 부분적 보수가 가능한 범위 내의 기간을 의미한다. 이러한 목표 수명은, 실시예에 따라서는 설계 수명, 지하 구조물의 노후화 예측을 고려하여 지하 구조물의 관리 주체와 협의하여 설정될 수 있으나, 후술하는 자산가치 분석부(140)의 분석 결과에 의해서도 설정될 수 있다.
유지관리 계획 수립부(130)는, 유지관리수준에 대한 유지관리선을 설정하고, 지하 구조물의 성능 지수가 유지관리선 이상으로 유지되도록 성능 지수를 목표 성능 향상치까지 향상시킬 수 있는 유지관리 계획을 수립할 수 있다. 여기서, 목표 성능 향상치는, 보수보강을 통해 올려야 할 성능 지수(PI)의 총합을 의미한다. 목표 성능 향상치는, 목표 수명 및 유지관리기준이 설정되면, 노후화 예측식에서 추정된 성능저감계수(α)에 따라 계산될 수 있다. 그리고 유지관리 계획 수립부(130)는, 성능 지수를 목표 성능 향상치까지 향상시키도록 보수보강 항목, 보수보강 시기 및 개별적인 성능 향상치를 결정할 수 있다. 즉, 지하 구조물은 유지관리 계획 수립부(130)가 수립한 유지관리 계획에 의해 잔존 수명 동안 보수보강으로 목표 성능 향상치까지 성능 지수(PI)를 향상시킴으로써, 지하 구조물의 성능 지수가 목표 수명까지 유지관리기준 이상으로 유지될 수 있다.
한편, 유지관리계획 수립부는, 보수보강 항목 도출 모듈(132) 및 보수보강 시기 도출 모듈(134)을 포함할 수 있다. 보수보강 항목 도출 모듈(132)은, 지하 구조물의 평가 요소별로 우선순위를 설정하여 보수보강 항목을 도출할 수 있다. 또한, 보수보강 시기 도출 모듈(134)은, 보수보강항목 도출 모듈로부터 도출된 보수보강 항목에 대해 보수보강이 이루어져야 하는 시기를 도출할 수 있다.
보수보강 항목 도출 모듈(132)은, 지하 구조물의 변상, 손상 및 결함 등의 형태와 원인에 따른 적절한 보수보강 필요성 판단과 공법 및 재료의 선정, 우선순위, 보수보강 범위와 항목을 결정하여 보수보강의 적절성 여부를 판단할 수 있다. 즉, 보수보강 항목 도출 모듈(132)은, 지하 구조물의 성능 지수와 성능 지수의 변화를 종합하여 손상 변화의 원인을 추정할 수 있다. 또한, 보수보강 항목 도출 모듈(132)은, 의사결정 시스템에 따라 대표적인 보수보강 공법과 이에 사용되는 재료를 검토하고, 제한 사항을 반영하여 지하 구조물의 성능 지수를 향상시키기 위한 보수보강 항목과 이에 따른 적정 공법 및 재료를 도출할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 중장기 및 단기 건전화 계획 수립을 위한 지하 구조물 성능평가 예측 시스템에서 보수보강 공법 및 재료를 선정하는 의사결정 시스템의 구조를 도시한 도면이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 보수보강 항목 도출 모듈(132)은, 지하 구조물의 손상 형태에 따라 손상원인, 보수보강공법 및 보수보강재료를 선택하여 도출할 수 있다. 도 9에 도시된 의사결정 구조는 한국시설안전공단에서 연구한 ‘시설물의 보수보강 방법 및 수준결정에 관한 연구’를 참조하여 생성되었으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 보수보강 항목 도출 모듈(132)은, 손상 요소 점수에 따라 개별적인 손상에 대한 보수보강의 우선순위를 결정할 수 있다. 만약, 손상 요소 점수가 동일한 경우, 손상 요소별 가중치에 따라 우선순위를 결정할 수 있다. 손상 요소별 가중치가 동일한 경우라면, 보수보강 항목 도출 모듈(132)은, 프로젝트 레벨에서는 구간별 위험도 등급, 네트워크 레벨에서는 우선도에 따라 보수보강의 우선순위를 결정할 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 중장기 및 단기 건전화 계획 수립을 위한 지하 구조물 성능평가 예측 시스템의 보수보강 항목 도출 모듈(132)에서 프로젝트 레벨의 보수보강 우선순위를 결정하는 표를 예시한 도면이다. 프로젝트 레벨의 보수보강 우선순위는, 손상 요소 점수, 가중치, 위험도의 순서로 보수보강의 우선순위가 설정될 수 있다. 즉, 도 10을 참조하면, 손상 요소 점수가 25로 가장 낮은 구간 1의 박리가 가장 높은 우선순위를 가진다. 그리고 다른 구간 2의 균열과 구간 1의 박리는 손상 요소 점수가 50으로 동일하므로, 가중치가 0.15로 더 높은 구간 2의 균열이 그 다음 우선순위를 가진다.
도 11 및 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 중장기 및 단기 건전화 계획 수립을 위한 지하 구조물 성능평가 예측 시스템의 보수보강 항목 도출 모듈(132)에서 네트워크 레벨의 구간별 위험도 및 구간별 중요도를 분석하는 표를 도시한 도면이다. 도 11을 참조하면, 구간별 위험도는 지하 구조물의 특성을 고려한 정량적 평가로서, 지반상태(A), 콘크리트 형식(B) 및 강도(C) 항목으로 평가될 수 있다. 도 12를 참조하면, 구조물 중요도는 비교 대상 구조물간의 상대적인 중요성을 나타내는 정량적 평가로서, 수명(가), 사용량(나) 및 지하 구조물 자산가치(다) 항목으로 통해 평가될 수 있다. 여기서, 수명은 목표 수명 대비 남아있는 잔존 수명, 사용량은 지하 구조물의 종류에 따른 사용량, 지하 구조물 자산가치는 회계학적 분석을 통한 지하 구조물의 자산가치로, 후술하는 자산가치 분석부(140)에 의해 분석될 수 있다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 중장기 및 단기 건전화 계획 수립을 위한 지하 구조물 성능평가 예측 시스템의 보수보강 항목 도출 모듈(132)에서 구간별 위험도와 구조물 중요도의 평가점수를 합산하여 평가 등급을 부여하는 표를 도시한 도면이다. 구간별 위험도는 지반상태(A), 콘크리트 형식(B) 및 강도(C)의 평가점수를 합산한 값에 의해 등급이 결정될 수 있으며, 구조물 중요도는 수명(가), 사용량(나) 및 구조물 자산가치(다)의 평가점수를 합산한 값에 의해 등급이 결정될 수 있다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 중장기 및 단기 건전화 계획 수립을 위한 지하 구조물 성능평가 예측 시스템의 보수보강 항목 도출 모듈(132)에서 구간별 위험도와 구조물 중요도의 평가 등급을 이용하여 네트워크 레벨의 우선도를 산정하는 표를 도시한 도면이다. 보수보강 항목 도출 모듈(132)은, 구간별 위험도와 구조물 중요도의 평가점수를 이용하여 우선도를 산정하고, 우선도를 내림차순으로 정렬하여 네트워크 레벨의 우선순위를 결정할 수 있다. 네트워크 레벨의 우선순위는 다음의 수학식 2의 우선도에 의해 결정될 수 있다.
즉, 보수보강 항목 도출 모듈(132)은, 구간별 위험도와 구조물 중요도를 곱하여 우선도를 산정하고, 우선도가 큰 값에서부터 내림차순으로 정렬하여 우선순위를 결정할 수 있다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 중장기 및 단기 건전화 계획 수립을 위한 지하 구조물 성능평가 예측 시스템의 보수보강 항목 도출 모듈(132)에서 우선순위에 따라 보수보강 항목을 도출하는 그래프를 도시한 도면이다. 보수보강 항목 도출 모듈(132)은, 우선순위에 따라 지하 구조물의 평가 요소별로 손상 요소 점수, 성능 지수, 비용 및 단위보수보강비를 분석하여 보수보강 항목을 도출할 수 있다. 여기서, 단위보수보강비는, 보수보강효율로서 다음의 수학식 3에 의해 정의될 수 있다.
만약 과거의 보수보강 이력이 존재하지 않는 경우, 보수보강 항목 도출 모듈(132)은, 유사한 구조물에 대한 단위보수보강 비용을 적용하여 단위보수보강비를 분석할 수 있다.
유지관리 계획에서 손상 요소 점수와 성능 지수를 만족하기 위해 비용이 기준을 초과하게 되면, 추가 비용에 대한 성능 지수 기준이 재조정될 필요가 있으며, 반대로 비용이 남을 경우 효율 분석을 통해 비용 절감을 실시할 수 있다. 따라서 보수보강 항목 도출 모듈(132)은, 손상 요소 점수, 성능 지수, 비용 및 단위보수보강비를 분석하여 지하 구조물의 보수보강 항목을 합리적으로 도출할 수 있다. 도 15를 참조하면, 내림차순으로 정렬된 보수보강 우선순위에 대해서 손상 요소 점수, 성능 지수, 비용 및 단위보수보강비가 분석되어 있다. 이때, 각각의 손상 요소 점수, 성능 지수, 비용 및 단위보수보강비를 기준으로 하여 도출하는 보수보강 항목은 서로 상이할 수 있다. 보수보강 항목 도출 모듈(132)은, 각각의 기준을 모두 고려하여 보수보강 항목을 도출할 수 있으며, 실시예에 따라서는, 가장 낮은 단위보수보강비에 해당하는 우선순위까지를 보수보강 항목으로 도출할 수 있다.
한편, 보수보강 시기 도출 모듈(134)은, 노후화 예측식을 통해 지하 구조물의 성능 지수가 유지관리기준 이하로 떨어지는 시점 이전에, 보수보강 항목에 대한 보수보강 공법과 보수보강 소요시간을 고려하여 보수보강 시기를 도출할 수 있다. 따라서 보수보강 시기 도출 모듈(134)에 의해 도출된 시기에 지하 구조물에 대한 보수보강이 이루어져 성능 지수를 올림으로써, 지하 구조물의 성능 지수가 유지관리 기준 이상으로 유지될 수 있다.
자산가치 분석부(140)는, 유지관리 계획 수립부(130)에서 수립한 유지관리 계획에 따른 지하 구조물의 자산 가치를 분석할 수 있다. 보다 구체적으로, 자산가치 분석부(140)는, 초기 공사비, 유지관리 비용 및 대체 원가를 이용하여 지하 구조물의 생애주기비용을 분석하고, 대체 원가, 건전도 및 실질할인율을 이용하여 지하 구조물의 자산가치 변동을 분석할 수 있다. 즉, 자산가치 분석부(140)는, 지하 구조물의 건전도(HI)를 시뮬레이션하여 지하 구조물의 유지관리 계획에 따른 지하 구조물의 자산가치를 추정할 수 있다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 중장기 및 단기 건전화 계획 수립을 위한 지하 구조물 성능평가 예측 시스템의 자산가치 분석부(140)에서 자산가치를 분석하는 순서를 도시한 도면이다. 자산가치 분석부(140)는, 후술할 중장기 및 단기 건전화 계획 수립부(150)에서 예산 계획을 수립하기 위해 취득원가 또는 대체원가를 고려한 비용과, 지하 구조물의 감가상각과 보수보강으로 인한 지하 구조물 가치 향상을 고려한 자산가치를 분석할 필요가 있다. 원가는 초기원가(CC)와 대체원가(RC)로 구분되며, 대체원가(RC)는 같은 성능의 구조물을 산출 시점에서 건설하는 비용이다. 자산가치 분석부(140)는, 초기원가(CC) 이후 현재까지 각각의 시점별 대체원가(RC)는 실제 계산된 대체원가(RC)를 적용하고, 미래의 대체원가(RC) 예측 시에는 실질할인율을 적용하여 분석할 수 있다. 여기서, 실질할인율은 시간의 흐름에 따른 비용의 가치 변화를 나타내는 비율로, 물가변동율을 반영한다. 또한, 대체원가 산정 시에는 국토교통부의 ‘교통시설 평가투자지침’을 참조하여 산정할 수 있다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 중장기 및 단기 건전화 계획 수립을 위한 지하 구조물 성능평가 예측 시스템의 자산가치 분석부(140)에서 자산가치를 분석한 그래프를 도시한 도면이다. 자산가치 분석부(140)는, 자산가치 산정을 위해 가치와 비용으로 구분하여, 가치 향상을 위한 비용, 즉 보수보강비용을 지불하고 발생되는 가치를 평가할 수 있다. 향상되는 가치에는 지하 구조물의 성능 향상치로 인한 가치와, 구조물의 수명 연장으로 얻어지는 기회비용의 가치를 포함할 수 있다. 이는 유지관리 계획을 적용한 지하 구조물의 건전도(HI) 예측과 같은 가치를 의미한다. 즉, 건전도(HI)를 이용하여 시간에 따른 대체원가와 건전도(HI)의 변화를 적용하면, 도 17의 (c)에 도시된 바와 같은 구조물 가치 그래프가 도출될 수 있다. 이때, 대체원가(RC)와 구조물 가치(SC)는 아래의 수학식 4 및 수학식 5로 정의된다.
여기서, CC는 취득원가(초기 건설비용), SC는 지하 구조물 자산 가치, tp는 현재 시점, RC는 대체원가, i는 실질할인율이다. 따라서 자산가치 분석부(140)는, 수학식 4 및 수학식 5를 통해 지하 구조물의 노후화를 반영한 감가상각을 적용하여 실질적인 자산가치 변동을 파악할 수 있다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 중장기 및 단기 건전화 계획 수립을 위한 지하 구조물 성능평가 예측 시스템의 자산가치 분석부(140)에서 생애주기비용을 분석한 그래프를 도시한 도면이다. 자산가치 분석부(140)는, 유지관리 계획에 따른 예산을 추정하기 위해 생애주기비용(Life Cycle Cost; LCC)을 분석할 수 있다. 생애주기비용(LCC)은 지하 구조물의 생애주기 동안 발생하는 모든 비용으로, 초기 투자 비용(공사비, 설계비, 감리비, 보상비), 유지관리 비용(점검 및 진단비, 관리비, 에너지 비용, 보수비, 교체비, 보강비), 이용자 비용, 사회·경제적 손실 비용, 해체·폐기 비용, 잔존가치 등을 포함할 수 있다. 자산가치 분석부(140)는, 지하 구조물 유지관리에 대한 경제성을 분석하는 것이 목적이므로, 지하 구조물의 생애주기비용(LCC)은 다음의 수학식 6에 의해 계산될 수 있다.
여기서, LLC는 생애주기비용, CC는 초기 공사비, MC는 유지관리 비용, RC는 대체원가이다. 도 18을 참조하면, 시간에 따른 지하 구조물의 생애주기비용(LLC)이 분석될 수 있다. 따라서 자산가치 분석부(140)는, 계산한 지하 구조물 가치와 생애주기비용을 시간에 따라 비교하여, 예산 계획에 따른 지하 구조물의 성능 및 노후화 예측을 통해 가치 및 비용 분석을 할 수 있다. 이에 자산가치 분석부(140)는, 가치 및 비용 분석을 통해 투입되는 유지관리 비용과, 이에 의해 향상되는 지하 구조물의 가치를 비교 분석할 수 있도록 하여, 후술할 중장기 및 단기 건전화 계획 수립부(150)에서 비용이 가치를 초과하지 않는 범위 내에서 효율적인 예산 계획을 수립할 수 있도록 할 수 있다. 또한, 자산가치 분석부(140)는, 유지관리 계획 수립부(130)에서 자산가치와 비용을 고려하여 비용이 가치를 초과하지 않는 범위 내에서 목표 수명을 설정하고 효율적인 유지관리 계획을 수립할 수 있도록 할 수 있다.
중장기 및 단기 건전화 계획 수립부(150)는, 유지관리 계획 수립부(130)에서 수립한 유지관리 계획과 자산가치 분석부(140)에서 분석한 지하 구조물의 자산 가치에 따라 미리 설정된 중장기 기간의 예산 계획을 수립할 수 있다. 여기서, 미리 설정된 중장기 기간은, 예를 들어 50년일 수 있으나, 실시예에 따라서 다양하게 설정될 수 있다. 이에 중장기 및 단기 건전화 계획 수립부(150)는, 유지관리 계획의 필요 예산을 객관적이고 합리적으로 계획하여 관리기관의 중장기 기간의 예산 기획 시 기초 자료를 제공할 수 있다.
또한, 중장기 및 단기 건전화 계획 수립부(150)는, 중장기 기간을 분할한 미리 설정된 단기 기간 동안 예산 계획에 따른 예산 평준화 계획을 수립할 수 있다. 즉, 중장기 및 단기 건전화 계획 수립부(150)는, 예산 계획에 근거하여 계획 시부터 단기 기간을 대상으로, 보수보강 대상 시설물에 대한 예산 평준화 계획(연간 균등 예산)을 수립할 수 있다. 여기서 단기 기간은, 예를 들어 중장기 기간의 1/10에 해당하는 5년일 수 있으나, 실시예에 따라서는 중장기 기간에 따라 다양하게 설정될 수 있다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 중장기 및 단기 건전화 계획 수립을 위한 지하 구조물 성능평가 예측 시스템의 중장기 및 단기 건전화 계획 수립부(150)에서 예산 계획을 수립하는 모습을 도시한 도면이다. 도 19를 참조하면, 중장기 및 단기 건전화 계획 수립부(150)는, 준공년도, 목표 수명, 유지관리기준이 다른 3개의 지하 구조물의 시설물(네트워크 레벨)에 대해서 중장기 기간의 예산 계획을 수립할 수 있다. 즉, 중장기 기간의 예산은 단위보수보강비에 목표 건전도 향상치를 곱한 중장기 보수보강비에, 지하 구조물의 성능 평가 비용을 합한 값에 해당할 수 있다.
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 중장기 및 단기 건전화 계획 수립을 위한 지하 구조물 성능평가 예측 시스템의 중장기 및 단기 건전화 계획 수립부(150)에서 예산 평준화 계획을 수립하는 모습을 도시한 도면이다. 단기 건전화 계획 수립을 위해서, 중장기 기간의 예산 규모의 1/10을 적용하면, 도 20에 도시된 바와 같다. 이때, 보수보강은 유지관리 계획 수립부(130)의 우선순위에 따라 적용하며, 긴급한 보수보강이 필요한 시설물이 발생하여 예산 평준화 계획의 예산을 초과하는 경우 차년도 예산을 사용할 수 있도록 할 수 있다. 따라서 중장기 및 단기 건전화 계획 수립부(150)는, 중장기 기간에 따른 예산 계획과, 이를 단기 기간으로 평준화한 예산 평준화 계획에 따라 합리적이고 효율적으로 건전화 계획을 수립할 수 있다.
도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 중장기 및 단기 건전화 계획 수립을 위한 지하 구조물 성능평가 예측 시스템이 적용되는 도로터널과 도로터널의 점검 현황을 도시한 도면이다. 도 21의 (a)를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 중장기 및 단기 건전화 계획 수립을 위한 지하 구조물 성능평가 예측 시스템이 적용되는 지하 구조물은 도로터널이다. 해당 도로터널은 준공일로부터 30년이 경과하였으며, 초기공사비는 28.8억, 목표수명은 100년이라고 가정한다. 도 21의 (b)를 참조하면, 도로터널의 구간 1에서 균열, 누수, 파손 및 손상, 층분리 및 박락, 및 박리 등이 존재한다.
도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 중장기 및 단기 건전화 계획 수립을 위한 지하 구조물 성능평가 예측 시스템의 성능 평가부(110)에서 평가한 도로터널의 건전도 및 성능 지수 그래프이다. 성능 평가부(110)에 의해 도로터널에 대한 각각의 평가 항목의 평가 요소별로 정량적인 평가 점수가 부여되면, 도로터널의 성능이 정량적으로 평가되어 건전도 및 성능 지수로 표현된다. 이하에서는, 유지관리기준에 해당하는 점수가 70점이라고 가정한다. 성능 평가부(110)에 의한 건전도(HI)는 76.6점이므로 도로터널은 전체적으로 양호한 편이나, 안전성은 68.9점으로 유지관리기준 미만에 해당한다.
도 23은 본 발명의 일 실시예에 따른 중장기 및 단기 건전화 계획 수립을 위한 지하 구조물 성능평가 예측 시스템의 유지관리 계획 수립부(130)에서 손상 요소 점수, 성능 지수, 비용 및 단위보수보강비를 분석한 그래프이다. 기본 성능 평가의 경우, 대부분이 구간에서 경과 관찰로 나타나 지속적인 관찰이 필요한 것으로 판단된다. 상세 성능 평가의 경우, 만약 손상 기준이 45점, 성능 기준이 70점, 비용 기준이 145,000천원이라고 가정하면, 도 23의 (a)에 도시된 바와 같이, 요소 점수가 손상 기준보다 낮은 우선순위 1번에서 21번까지는 보수보강이 이루어져야하나, 비용 기준으로는 우선순위 30번까지 보수보강이 이루어져야 한다. 그러나 단위보수보강비를 고려하면, 우선순위 28번까지 보수보강을 하는 것이 가장 효율적으로 분석되므로, 보수보강 항목 도출 모듈(132)은 우선순위 28번까지를 보수보강 항목으로 결정하여 도출한다. 도 23의 (b)에 도시된 바와 같이, 보수보강 항목 도출 모듈(132)은, 손상 요소 점수, 성능 지수, 비용 및 단위보수보강비를 분석하여, 단위보수보강비를 기준으로 우선순위 28번까지를 보수보강 항목으로 도출한다. 우선순위 28번까지 보수보강을 실시하면, 건전도(HI)가 19.1점 상승하여 95.7점이 되고 비용은 126,100천원이 소요되어, 예산 비용 145,000천원 대비 18,900천원이 절감된다.
도 24는 본 발명의 일 실시예에 따른 중장기 및 단기 건전화 계획 수립을 위한 지하 구조물 성능평가 예측 시스템의 노후화 예측식 추정부(120)에서 추정한 노후화 예측식에 따른 노후화 곡선을 도시한 도면이다. 도 24에 도시된 바와 같이, 노후화 예측식 추정부(120)는, 도로터널의 30년 동안 성능 평가 이력 및 보수보강 이력으로 초기 성능 지수(PI(0))와 성능저감계수(α)를 추정하고, 업데이트한다.
도 25는 본 발명의 일 실시예에 따른 중장기 및 단기 건전화 계획 수립을 위한 지하 구조물 성능평가 예측 시스템의 유지관리 계획 수립부(130)의 유지관리 계획에 따른 노후화 곡선을 도시한 도면이다. 유지관리수준을 시간에 따라 70점에서 45점으로 선택한 유지관리 계획(시나리오)을 통한 노후화 예측 분석 결과, 도 25에 도시된 바와 같이, 건전도가 유지관리선까지 감소하여 보수보강이 필요한 시점은 32년으로 분석된다. 즉, 도로터널에 대해 유지관리수준 이상을 유지하기 위해서는 2년 후 보수보강이 필요하다. 목표 성능 향상치는 345.6점으로, 연간 성능 향상치는 5.1점/년으로 매년 5.1점의 성능 향상이 이루어져야 하며, 보수보강 주기를 3년으로 적용하면 1회 건전도 향상치는 15.2점으로 분석된다.
도 26은 본 발명의 일 실시예에 따른 중장기 및 단기 건전화 계획 수립을 위한 지하 구조물 성능평가 예측 시스템의 자산가치 분석부(140)에서 도로터널의 생애주기비용과 자산가치를 분석한 그래프이다. 도 26에 도시된 바와 같이, 자산가치 분석부(140)에서 단위보수보강비는 799만원으로 분석되며, 시뮬레이션의 편의상 실질할인율을 0%로 적용하면, 도로터널의 현재 가치는 21.9억원으로, 기존 가치인 28.8억원보다 6.9억원 감소한 것으로 분석된다. 또한, 자산가치 분석부(140)에서 생애주기 동안의 점검비 및 보수보강비는 각각 17.4억 및 29.2억원으로, 생애주기비용은 총 75.4억으로 분석된다.
전술한 바와 같이, 본 발명에서 제안하고 있는 중장기 및 단기건전화 계획 수립을 위한 지하 구조물 성능평가 예측 시스템에 따르면, 지하 구조물의 성능을 성능 지수로 정량적으로 평가하고, 노후화 예측 모델을 추정하여 시간에 따른 지하 구조물의 노후화를 정확히 예측함으로써, 지하 구조물이 목표 수명까지 일정한 성능 지수 이상으로 유지되도록 지하 구조물의 보수보강 시기 및 보수보강 항목을 포함하는 유지 관리 계획을 수립할 수 있다. 또한, 본 발명에서 제안하고 있는 중장기 및 단기건전화 계획 수립을 위한 지하 구조물 성능평가 예측 시스템에 따르면, 지하 구조물의 유지 관리에 소요되는 필요 예산을 객관적이고 합리적으로 계획할 수 있도록 중장기 및 단기 기간에 해당하는 노후화 예측 및 유지관리 계획을 바탕으로 지하 구조물의 유지관리에 소요되는 비용과 지하 구조물의 가치를 추정할 수 있다.
이상 설명한 본 발명은 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양한 변형이나 응용이 가능하며, 본 발명에 따른 기술적 사상의 범위는 아래의 청구범위에 의하여 정해져야 할 것이다.
100: 지하 구조물 성능평가 예측 시스템
110: 성능 평가부
120: 노후화 예측식 추정부
130: 유지관리 계획 수립부
132: 보수보강 항목 도출 모듈
134: 보수보강 시기 도출 모듈
140: 자산가치 분석부
150: 중장기 및 단기 건전화 계획 수립부
110: 성능 평가부
120: 노후화 예측식 추정부
130: 유지관리 계획 수립부
132: 보수보강 항목 도출 모듈
134: 보수보강 시기 도출 모듈
140: 자산가치 분석부
150: 중장기 및 단기 건전화 계획 수립부
Claims (8)
- 지하 구조물의 성능 및 노후화를 예측하여 상기 지하 구조물의 유지관리계획을 수립하는 시스템으로서,
상기 지하 구조물의 성능을 건전도 및 성능 지수로 정량화하여 평가하는 성능 평가부;
상기 성능 평가부에서 정량적으로 평가한 상기 지하 구조물의 성능 지수로부터 시간에 따른 상기 지하 구조물의 노후화를 예측하는 노후화 예측식을 추정하고, 상기 성능 평가부의 성능 평가 시점 이전에 이루어진 상기 지하 구조물의 성능 평가에 의한 성능 지수와 보수보강으로 인한 상기 지하 구조물의 성능 향상치를 반영하여 상기 노후화 예측식을 업데이트하는 노후화 예측식 추정부;
상기 노후화 예측식으로부터 예측된 상기 지하 구조물의 성능 지수가 목표 수명까지 미리 설정된 유지관리수준 이상으로 유지되도록 상기 지하 구조물의 목표 성능 향상치를 결정하고, 상기 지하 구조물의 보수보강 시기 및 보수보강 항목을 포함하는 유지관리 계획을 수립하는 유지관리 계획 수립부;
상기 유지관리 계획 수립부에서 수립한 유지관리 계획에 따른 상기 지하 구조물의 자산 가치를 분석하되, 초기 공사비, 유지관리 비용 및 대체 원가를 이용하여 상기 지하 구조물의 생애주기비용을 분석하고, 대체 원가, 건전도 및 실질할인율을 이용하여 상기 지하 구조물의 자산가치 변동을 분석하는 자산가치 분석부; 및
상기 유지관리 계획 수립부에서 수립한 유지관리 계획과 상기 자산가치 분석부에서 분석한 상기 지하 구조물의 자산 가치에 따라 미리 설정된 중장기 기간의 예산 계획을 수립하고, 상기 중장기 기간을 분할한 미리 설정된 단기 기간 동안 상기 예산 계획에 따른 예산 평준화 계획을 수립하는 중장기 및 단기 건전화 계획 수립부를 포함하되,
상기 노후화 예측식은,
상기 지하 구조물이 완공된 직후의 성능 지수인 초기 성능 지수와 상기 지하 구조물의 노후화 속도를 반영하는 성능저감계수를 파라미터로 포함하며,
상기 노후화 예측식 추정부는,
상기 성능 평가부의 성능 평가 시점 이전에 이루어진 상기 지하 구조물의 성능 평가에 의한 성능 지수와 보수보강으로 인한 상기 지하 구조물의 성능 향상치를 누적한 데이터를 회귀분석하여 상기 노후화 예측식의 초기 성능 지수와 성능저감계수를 업데이트하고,
상기 성능 평가부는,
상기 지하 구조물의 안정성, 내구성 및 사용성을 포함하는 각각의 평가 항목의 평가 요소의 정량적인 평가 점수와, 상기 각각의 평가 요소에 대한 가중치를 이용하여, 상기 지하 구조물의 성능을 건전도 및 성능 지수로 평가하되,
상기 지하 구조물의 안전성은,
균열, 누수, 파손 및 손상, 변형, 철근노출, 층분리 및 박락, 박리, 재료분리, 배수상태 및 지반 상태를 포함하는 군에서 선택된 하나 이상의 평가 요소를 정량적으로 평가한 평가 점수와, 상기 평가 요소에 대한 가중치를 이용하여 평가하고,
상기 지하 구조물의 내구성은,
강도, 탄산화깊이, 염화물 침투량, 염해 환경 및 동해 환경을 포함하는 군에서 선택된 하나 이상의 평가 요소를 정량적으로 평가한 평가 점수와, 상기 평가 요소에 대한 가중치를 이용하여 평가하며,
상기 지하 구조물의 사용성은,
상기 지하 구조물이 플랜트인 경우, 설비 영향, 구조물 관리 환경, 전기시설, 관리인력 기술수준, 구조물 접근 용이성, 및 유지관리 장비 보유 수준을 포함하는 군에서 선택된 하나 이상의 평가 요소를 정량적으로 평가한 평가 점수와, 상기 평가 요소에 대한 가중치를 이용하여 평가하고,
상기 지하 구조물이 철도인 경우,
방재시설, 소음 및 진동, 배수의 용이성, 기계/전기설비, 터널 내 조도, 비상대피 시간 및 일 통행횟수를 포함하는 군에서 선택된 하나 이상의 평가 요소를 정량적으로 평가한 평가 점수와, 상기 평가 요소에 대한 가중치를 이용하여 평가하며,
상기 지하 구조물이 도로인 경우,
방재시설, 터널 내 휘도, 노면 평탄성, 기계/전기설비, 비상대피 시간, 배수의 용이성 및 평균 속도를 포함하는 군에서 선택된 하나 이상의 평가 요소를 정량적으로 평가한 평가 점수와, 상기 평가 요소에 대한 가중치를 이용하여 평가하고,
상기 유지관리 계획 수립부는,
상기 지하 구조물의 평가 요소별로 우선순위를 결정하여 보수보강 항목을 도출하는 보수보강 항목 도출 모듈; 및
상기 보수보강 항목 도출 모듈로부터 도출된 보수보강 항목에 대해 보수보강이 이루어져야 하는 시기를 도출하는 보수보강 시기 도출 모듈을 포함하며,
상기 보수보강 항목 도출 모듈은,
구간별 위험도와 구조물 중요도의 평가점수를 이용하여 우선도를 산정하고, 상기 우선도를 내림차순으로 정렬하여 네트워크 레벨의 우선순위를 결정하며, 상기 우선순위에 따라 상기 지하 구조물의 평가 요소별로 손상 요소 점수, 성능 지수, 비용 및 단위보수보강비를 분석하여 보수보강 항목을 도출하는 것을 특징으로 하는, 중장기 및 단기 건전화 계획 수립을 위한 지하 구조물 성능평가 예측 시스템. - 삭제
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