KR102186746B1 - 계측장치 시스템을 이용한 구조물 시공 및 유지관리 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 계측장치 시스템을 이용한 구조물 시공 및 유지관리 방법에 관한 것으로서, (a) 구조물의 시공에 사용되는 구조부재에 광섬유센서를 부착한 상태에 전기를 일시 공급하여 광섬유 파장을 확인한 후에 전기의 공급을 제한하는 단계; (b) 상기 광섬유센서를 부착한 구조부재를 사용하여 설치도면에 맞게 구조물을 시공한 다음 광섬유센서에 전기를 다시 공급하여 광섬유 파장을 재차 확인함으로써 구조물의 시공에 따른 변형율을 확인한 후에 전기의 공급을 제한하는 단계; (c) 상기 광섬유센서가 부착된 구조부재로 시공된 구조물에 구조부재들을 추가로 시공하는 중간에 전기를 다시 공급하여 광섬유센서의 파장에 따른 구조부재의 변형율을 확인함으로써 고정하중에 의한 변형율의 증가를 확인한 후에 전기의 공급을 제한하는 단계; (d) 상기 광섬유센서를 부착한 구조부재를 사용하여 구조물을 완공한 이후, 광섬유센서에 전기를 계속 공급하여 구조물에 대한 변형상태를 연속적으로 계측하면서 유지관리하는 단계; (e) 상기 구조물을 완공한 후 유지관리시에 구조물의 계측된 변형율을 그래프화하되, 광섬유센서를 부착한 상태의 초기 계측 데이터에서부터 연속적으로 확인되는 계측 데이터를 연결시켜 그래프화함으로써 구조물에서 발생하는 고정하중과 활하중에 의한 실제 변형율을 시각적으로 보여주는 단계; (f) 상기 광섬유센서의 파장을 이용하여 구조물 측 변형율을 확인한 후에 상기 계측된 변형율에 기반한 수치해석 또는 구조해석으로 구조물에 발생된 응력을 확인하는 단계; (g) 상기 구조물 측 변형율을 통해 확인한 응력에 대해 구조물의 허용응력과 비교하고 이를 그래프로 나타내 시각화하며, 구조물의 실제 상태를 나타내는 안전성 등급을 산정하는 단계; (h) 상기 구조물 측 변형율을 통해 확인한 구조물의 실제 상태에 기반하여 나타낸 그래프와 산정된 안전성 등급을 유무선 네트워크를 통해 관리자가 소유한 관리자단말로 전송하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 구조물의 시공단계에서부터 완공 후 유지관리단계까지 장기간에 걸쳐 안전성을 고정밀도로 감시 및 모니터링할 수 있고 시공단계에서부터 구조물의 품질을 실시간으로 관리하는데 활용할 수 있으며, 구조물의 시공단계에서부터 완공 후 유지관리단계까지 일관성 있으면서도 계속적인 계측에 의한 구조물의 상태를 확인 및 인지할 수 있으며, 관리자뿐만 아니라 사용자나 작업자까지도 함께 구조물 관련 정보를 공유할 수 있는 장점을 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면, 구조물의 시공단계에서부터 완공 후 유지관리단계까지 장기간에 걸쳐 안전성을 고정밀도로 감시 및 모니터링할 수 있고 시공단계에서부터 구조물의 품질을 실시간으로 관리하는데 활용할 수 있으며, 구조물의 시공단계에서부터 완공 후 유지관리단계까지 일관성 있으면서도 계속적인 계측에 의한 구조물의 상태를 확인 및 인지할 수 있으며, 관리자뿐만 아니라 사용자나 작업자까지도 함께 구조물 관련 정보를 공유할 수 있는 장점을 제공할 수 있다.
Description
본 발명은 계측장치 시스템을 이용한 구조물 시공 및 유지관리 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 구조물의 시공단계에서부터 완공 후 유지관리단계까지 장기간에 걸쳐 안전성을 고정밀도로 감시 및 모니터링이 가능하게 할 뿐만 아니라 시공단계에서의 실시간 품질관리에도 활용할 수 있도록 하며, 시공단계에서부터 완공 후 유지관리단계까지 일관성 있으면서도 계속적인 계측이 가능하게 함으로써 구조물 측 시공중에 발생한 고정하중에 의한 변형율과 완공 후 발생한 활하중에 의한 변형율을 실제로 구할 수 있도록 하고 이를 통해 구조물의 안전성 등급을 제시할 수 있도록 하며, 구조물 관리자 및 사용자가 구조물의 상태를 실시간으로 확인할 수 있도록 한 계측장치 시스템을 이용한 구조물 시공 및 유지관리 방법에 관한 것이다.
일반적으로 건물이나 교량 또는 댐 등을 비롯한 아주 다양한 형태의 건설된 구조물은 장기 사용에 따른 노후화, 비나 바람 등의 환경에 의해 변형이 발생되고, 때로는 구조물의 안전에 심각한 영향을 주게 된다.
또한, 구조물은 시공단계에서 완공에 이르기까지 형태가 계속적으로 변화되므로 그에 따른 하중에 변화가 발생되고, 구조물의 변형에 영향을 미치게 된다.
이러한 구조물의 변형에 대비함은 물론 구조물 측 안전성 평가를 위해 계측장비를 활용하는 기술이 사용되고 있고, 현재 건설분야의 계측에는 게이지 등의 전기식 센서를 이용하는 방식이 보편적으로 활용되고 있다.
하지만, 종래 전기식 센서를 이용하는 방식은 절연 불량이나 과전류 등 여러 가지 다양한 요인에 의해 비교적 단기간에 계측장치가 사용 불능이 되는 경우가 많고 이러한 경우 계측장치를 교체하여야 하므로 추가적인 교체비용이 발생하는 등 경제적이지 못한 문제점이 있었으며, 장기간의 운용이 불가능한 문제점이 있었다.
부연하여, 현재 구조물의 계측에 사용되고 있는 종래의 전기식 센서는 상시적으로 전기가 공급되어야 센서가 설치된 구조물 측에 발생하는 변형율에 대해 계속적인 계측이 가능한 형태로서, 계측 도중에 전기 공급이 제한되면 센서에서 측정되는 값이 초기화되어 구조물의 변형율을 다시 측정해야 하는 문제점이 있고, 시공단계에서부터 완공 후 유지관리단계까지 일관성 있게 계속적인 계측을 수행하는 것이 곤란한 문제점이 있었다.
현재 계측장치인 전기식 센서를 사용함에 있어서는 대부분이 구조물을 완공한 후에 구조물 상에 설치한 다음, 전기를 상시 공급하여 시공 후 구조물에 발생하는 활하중에 의한 변형율 계측하고 있으며, 시공단계시 구조물 측에 발생하는 고정하중에 의한 변형율은 단순 구조해석을 통해서만 간접적으로 확인하는 실정에 있어 구조물의 실제 상태에 대해 계측을 통해서 확인하는 것이 불가능한 상황에 있다.
또한, 종래 구조물에 설치되어 사용되고 있는 전기식 센서는 고정하중에 의한 변형율을 계측할 수가 없기 때문에 활하중에 의한 변형율을 계측하여 활용하고 있는데, 단지 활하중에 의한 변형율이 많이 발생하는지 또는 적게 발생하는지를 단순 비교하는 수준에 머물러 있다.
이와 달리, 구조물의 시공단계에서부터 전기식 센서를 개별 구조부재 상에 설치하여 사용하는 경우도 있는데, 구조물이 시공되는 현장은 다양하고 많은 구조부재와 건설장비는 물론 작업 인력이 작업을 하는 곳이고, 이렇게 시공중인 구조물은 공사가 진행되면서 형태가 계속적으로 변화하게 되므로 전기식 센서로 전기를 계속적으로 공급하는데 상당히 곤란한 상황에 도달하게 되며, 설령 전기식 센서로 전기를 공급한다고 하더라도 오류 등을 비롯하여 전기가 잠시만 제한되는 경우 전기식 센서가 초기화되기 때문에 계속적인 계측이 불가능하고 이전 계측기록과는 무관하게 새롭게 진행하는 문제점이 있었다.
즉, 종래 사용되고 있는 전기식 센서로는 계측을 통한 구조물의 시공 및 유지관리에 크게 도움이 되지 못하는 실정에 있다.
한편, 이와 같은 본 발명의 기술분야와 관련된 종래 선행기술문헌을 살펴보았을 때, 국내 등록특허공보 제10-1926982호에서는 "구조물의 내부에 배치되고, 입력된 빛의 일부가 측방향 발광되는 광섬유부재; 미리 설정된 물질에 노출되면 색 변화가 유발되고 상기 광섬유부재로부터 측방향 발광된 빛의 적어도 일부가 흡수 또는 투과되도록 배치되는 색변화부재; 및 상기 색변화부재를 투과한 빛에 관한 정보를 감지하는 광센서부를 포함하는 구조물 내부 모니터링 장치 및 이러한 장치를 이용한 모니터링 방법"을 제안 및 개시하고 있다.
또한, 국내 등록특허공보 제10-1889977호 및 제10-1901389호 등지에서는 "광섬유센서를 이용한 변위검출장치"에 대한 구성을 제안 및 개시하고 있다.
본 발명은 상기의 종래 문제점들을 개선 및 이를 감안하여 안출된 것으로서, 구조물의 시공단계에서부터 완공 후 유지관리단계까지 장기간에 걸쳐 안전성을 고정밀도로 감시 및 모니터링이 가능하게 할 뿐만 아니라 시공단계에서의 실시간 품질관리에도 활용할 수 있도록 하며, 시공단계에서부터 완공 후 유지관리단계까지 일관성 있으면서도 계속적인 계측이 가능하게 함으로써 구조물 측 시공중에 발생한 고정하중에 의한 변형율과 완공 후 발생한 활하중에 의한 변형율을 실제로 구할 수 있도록 하고 이를 통해 구조물의 안전성 등급을 제시할 수 있도록 하며, 구조물 관리자가 구조물의 계측치를 실시간으로 확인할 수 있도록 할 뿐만 아니라 사용자 및 작업자도 구조물의 상태를 함께 인지할 수 있도록 한 계측장치 시스템을 이용한 구조물 시공 및 유지관리 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 구조물의 시공에서부터 완공 후 유지관리에 이르기까지 구조물 관련하여 관리자뿐만 아니라 사용자나 작업자까지도 함께 정보를 공유할 수 있도록 한 안전성을 강화할 수 있도록 한 계측장치 시스템을 이용한 구조물 시공 및 유지관리 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 계측장치 시스템을 이용한 구조물 시공 및 유지관리 방법은, (a) 구조물의 시공에 사용되는 구조부재에 광섬유센서를 부착한 상태에 전기를 일시 공급하여 광섬유 파장을 확인한 후에 전기의 공급을 제한하는 단계; (b) 상기 광섬유센서를 부착한 구조부재를 사용하여 설치도면에 맞게 구조물을 시공한 다음 광섬유센서에 전기를 다시 공급하여 광섬유 파장을 재차 확인함으로써 구조물의 시공에 따른 변형율을 확인한 후에 전기의 공급을 제한하는 단계; (c) 상기 광섬유센서가 부착된 구조부재로 시공된 구조물에 구조부재들을 추가로 시공하는 중간에 전기를 다시 공급하여 광섬유센서의 파장에 따른 구조부재의 변형율을 확인함으로써 고정하중에 의한 변형율의 증가를 확인한 후에 전기의 공급을 제한하는 단계; (d) 상기 광섬유센서를 부착한 구조부재를 사용하여 구조물을 완공한 이후, 광섬유센서에 전기를 계속 공급하여 구조물에 대한 변형상태를 연속적으로 계측하면서 유지관리하는 단계; (e) 상기 구조물을 완공한 후 유지관리시에 구조물의 계측된 변형율을 그래프화하되, 광섬유센서를 부착한 상태의 초기 계측 데이터에서부터 연속적으로 확인되는 계측 데이터를 연결시켜 그래프화함으로써 구조물에서 발생하는 고정하중과 활하중에 의한 실제 변형율을 시각적으로 처리하는 단계; (f) 상기 광섬유센서의 파장을 이용하여 구조물 측 변형율을 확인한 후에 상기 계측된 변형율에 기반한 수치해석 또는 구조해석으로 구조물에 발생된 응력을 확인하는 단계; (g) 상기 구조물 측 변형율을 통해 확인한 응력에 대해 구조물의 허용응력과 비교하고 이를 그래프로 나타내 시각화하며, 구조물의 실제 상태를 나타내는 안전성 등급을 산정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에서는, (h) 상기 구조물 측 변형율을 통해 확인한 구조물의 실제 상태에 기반하여 나타낸 그래프와 산정된 안전성 등급을 유무선 네트워크를 통해 관리자가 소유한 관리자단말로 전송하는 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에서는, 상기 구조부재에 부착되는 광섬유센서에 대해 네트워크와 연결하여 계측 데이터를 실시간으로 전송 가능하게 구성하고, 상기 네트워크는 표시장치와 연결하여 구조물 시공시 작업자나 구조물 완공 후 사용자가 표시장치를 통해 구조물의 상태를 실시간으로 확인할 수 있도록 처리할 수 있다.
또한, 본 발명에서는, 상기 표시장치에 있어 소리, 빛, 진동, 바람 중에서 어느 한가지로 표출되는 알람부를 포함하는 구성으로 하여 구조물 시공시 작업자나 구조물 완공 후 사용자가 구조물의 상태를 실시간으로 확인할 수 있도록 처리할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 상기 알람부에 있어 광섬유센서로부터 네트워크를 통해 실시간으로 전송되는 구조물 측 계측 정도에 따라 소리, 빛, 진동, 바람 중에서 어느 한가지로 표출되는 세기의 정도를 다르게 출력하도록 처리할 수 있다.
또한, 본 발명에서는, 상기 광섬유센서에 대해 게르마늄(Ge)이 첨가된 광섬유 코어 부분을 강한 자외선에 노출시켜 굴절률이 증가하는 현상을 이용하여 제작된 광섬유격자 소자인 FBG(Fiber Bragg Grating) 센서를 적용할 수 있다.
본 발명에 따르면, 구조물의 시공단계에서부터 완공 후 유지관리단계까지 장기간에 걸쳐 안전성을 고정밀도로 감시 및 모니터링이 가능하게 할 뿐만 아니라 시공단계에서의 실시간 품질관리에도 활용할 수 있으며, 구조물의 시공단계에서부터 완공 후 유지관리단계까지 일관성 있으면서도 계속적인 계측을 수행할 수 있고 구조물 측 시공중에 발생한 고정하중에 의한 변형율과 완공 후 발생한 활하중에 의한 변형율을 실제로 정밀하게 구할 수 있으며, 이를 통해 구조물의 안전성 등급을 제시할 수 있는 유용한 효과를 달성할 수 있다.
본 발명에 따르면, 구조물 측 관리자가 구조물의 계측치를 실시간으로 확인할 수 있도록 할 뿐만 아니라 사용자 및 작업자도 구조물의 상태를 함께 인지할 수 있으며, 구조물 측 이상징후 등이 발생시 빠르게 대피할 수 있어 인명피해를 사전에 예방할 수 있는 유용한 효과를 달성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 계측장치 시스템을 이용한 구조물 시공 및 유지관리 방법을 나타낸 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 계측장치 시스템을 이용한 구조물 시공 및 유지관리 방법을 위한 개략적 시스템을 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 계측장치 시스템을 이용한 구조물 시공 및 유지관리 방법을 위한 개략적 시스템을 나타낸 구성도이다.
본 발명에 대해 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같으며, 이와 같은 상세한 설명 및 도면을 통해서 본 발명의 목적과 구성 및 그에 따른 특징들을 보다 잘 이해할 수 있게 될 것이다.
도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 계측장치 시스템을 이용한 구조물 시공 및 유지관리 방법에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 실시예에 따른 계측장치 시스템을 이용한 구조물 시공 및 유지관리 방법은 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 구조부재에 광섬유센서 부착 및 광섬유 파장 확인단계(S10), 광섬유센서가 부착된 구조부재를 이용하여 구조물 시공 및 광섬유 파장 확인에 의한 변형율 확인단계(S20), 구조물 시공 중간에 광섬유 파장 확인에 의한 변형율 증가여부 확인단계(S30), 구조물 완공 후 광섬유 파장에 의한 변형상태 연속 계측 및 유지관리단계(S40), 구조물 계측에 의한 변형율을 그래프로 도식하는 단계(S50), 광섬유 파장에 의한 계측 데이터를 수치해석 또는 구조해석하는 단계(S60), 구조물에 대한 안전성 등급 산정단계(S70), 구조물 측 안전성 등급 전송단계(S80), 및 구조물의 상태 표시단계(S90)를 포함하는 구성으로 이루어진다.
본 발명에서는 상술한 단계를 수행하기 위한 시스템이 필요한데, 구조물 시공용 구조부재에 부착하여 계측장치로 사용하기 위한 광섬유센서를 포함하는 구조물 계측시스템(10)과, 계측데이터 점검/진단 통합시스템(20), 관리자 인터페이스 시스템(30), 사용자 인터페이스 시스템(40)을 포함한다.
이때, 상기 각 시스템들은 네트워크를 통해 연결 접속된다.
여기에서, 상기 네트워크는 이동통신사에서 제공하는 3G(3세대 이동통신), 4G 또는 5G 이상의 이동통신과 더불어 와이브로(Wibro)나 와이파이(WiFi) 등일 수 있다.
상기 구조물 계측시스템(10)은 일관성 있게 계속적인 계측이 가능하도록 광섬유센서(11)를 적용함이 바람직하며, 광섬유센서에서 발생되는 광섬유 파장을 이용한 계측을 통해 구조물 측 이상유무를 확인할 수 있도록 하며, 구조물의 시공 및 유지관리에 활용할 수 있도록 한다.
이때, 상기 광섬유센서(11)는 게르마늄(Ge)이 첨가된 광섬유 코어 부분을 강한 자외선에 노출시켜 굴절률이 증가하는 현상을 이용하여 제작된 광섬유격자 소자인 FBG(Fiber Bragg Grating) 센서를 사용하며, 이를 통해 구조물의 안전성을 모니터링할 수 있고, 구조물을 위한 구조부재에 부착하여 그 구조물에서 발생하는 여러 물리적인 변형을 감지할 수 있도록 한다.
여기에서, 상기 FBG 센서를 통해 계측한 물리적 변화량을 자동계측시스템으로 측정하여 수치나 그래프 등으로 변환 및 분석함으로써 구조물의 안전성을 평가하고 효율적인 유지관리를 수행할 수 있다.
더욱이 FBG 센서는 물리량 등의 측정 목적이나 응용 분야에 적용할 수 있는 것으로서, 광섬유를 따라 진행하는 빛이 광섬유 내에서 감쇄, 흡수, 분산, 파장 변화, 굴절률 변화, 위상 변화, 반사, 산란, 간섭, 회절, 비선형 효과 등에 의한 광신호(파장)의 변화를 이용하며, 이의 분석을 통해 외부 환경 조건에 따라 변화하는 다양한 물리량을 정밀하게 측정할 수 있다.
상기 FBG센서는 변위계센서, 경사계센서, 변형률계센서 및 가속도계센서를 포함한다.
상기 계측데이터 점검/진단 통합시스템(20)은 구조부재에 부착한 계측시스템(10), 즉 광섬유센서(11)에서 감지한 계측 데이터를 네트워크를 통해 수신하여 구조물의 이상 징후에 대한 상태 및 안전성을 진단하는 안전성 진단 알고리즘을 포함하는 통합관제서버(21)가 구비되고, 상기 통합관제서버(21)에서 안전성 진단 알고리즘의 수행으로 도출된 데이터를 저장 및 입출력하는 데이터베이스(22)가 구비된다.
상기 관리자 인터페이스 시스템(30)은 계측데이터 점검/진단 통합시스템(20)에서 도출된 구조물의 점검 및 진단정보를 네트워크를 통해 관리자용 관제서버(31)에서 수신하고 구조물의 손상정보를 관리자단말(32)로 전송하도록 구비된다.
이때, 상기 관리자용 관제서버(31)는 손상정보 판단 알고리즘 등을 포함한다.
여기에서, 상기 관리자단말(32)은 관리자용 PC나 태블릿 또는 스마트폰 등을 포함하며, 양방향 점검 및 관리를 위한 하이브리드 모바일 앱/웹 등이 탑재된다.
상기 사용자 인터페이스 시스템(40)은 구조물 시공용 구조부재에 부착되는 광섬유센서(11)로부터 네트워크에 연결되어 전송되는 계측 데이터를 실시간으로 수신하도록 구조물을 사용하는 사용자 측에 표시장치(41)가 구비된다.
이때, 상기 표시장치(41)는 구조물 시공시 작업에 참여하는 작업자가 구비하는 구성일 수도 있으며, 구조물의 시공상태 또는 완공상태에 따라 작업자 또는 사용자로 구별할 수 있다.
여기에서, 상기 표시장치(41)는 상기 계측데이터 점검/진단 통합시스템(20)에서 구조물의 이상 징후에 대한 상태 점검 및 안전성을 진단한 계측 데이터를 네트워크를 통해 실시간으로 수신하도록 구비된다.
상기 광섬유센서(11)와 표시장치(41), 상기 계측데이터 점검/진단 통합시스템(20)과 표시장치(41)는 네트워크를 통해 연결 접속되어 계측 데이터를 송수신하도록 구비된다.
부연하면, 구조물 시공시에는 작업자가 표시장치(41)를 통해 구조물의 상태를 실시간으로 확인할 수 있도록 처리할 수 있고, 또는 구조물을 완공한 후에는 사용자가 표시장치(41)를 통해 구조물의 상태를 실시간으로 확인할 수 있도록 처리할 수 있다.
더불어, 상기 표시장치(41)는 상기 관리자 인터페이스 시스템(30)과도 네트워크를 통해 접속되어 데이터를 수신 및 표시할 수 있도록 구비할 수도 있다.
상기 표시장치(41)는 소리, 빛, 진동, 바람 중에서 어느 한가지로 표출되는 알람부(42)를 포함하는 구성으로 하여 구조물 시공시 작업자나 구조물 완공 후 사용자가 구조물의 상태를 실시간으로 확인할 수 있도록 구비된다.
이때, 상기 알람부(42)에서는 광섬유센서(11)로부터 네트워크를 통해 실시간으로 전송되는 구조물 측 계측 정도에 따라 소리, 빛, 진동, 바람 중에서 어느 한가지로 표출되는 세기의 정도를 다르게 출력하도록 구비할 수 있다.
상기 표시장치(41)는 사용자나 작업자가 소유하는 스마트폰일 수 있으며, 수신되는 계측 데이터에 따라 연동하여 표시할 수 있도록 하이브리드 모바일 앱/웹 등이 탑재된다.
상기 표시장치(41)는 LED 디스플레이장치나 LCD 디스플레이장치일 수도 있다.
이와 같이, 본 발명에 사용되는 시스템을 상술하게 설명하였고, 이러한 시스템을 이용하여 구조물을 시공 및 유지관리하는 방법에 대해 이하에서 더욱 상세하게 설명하기로 한다.
상기 구조부재에 광섬유센서 부착 및 광섬유 파장 확인단계(S10)는 구조물의 시공에 사용되는 구조부재에 광섬유센서를 부착한 상태에 광섬유센서에 전기를 일시 공급하여 광섬유 파장을 확인한 후에 광섬유센서로 공급되던 전기의 공급을 제한한다.
이때, 상기 광섬유센서에서 전기 공급에 의해 발생되는 광섬유 파장은 네트워크를 통해 계측데이터 점검/진단 통합시스템 및 사용자 인터페이스 시스템으로 전송되며, 이러한 광섬유의 파장에 대한 확인 주체는 계측데이터 점검/진단 통합시스템이 된다.
상기 광섬유센서가 부착된 구조부재를 이용하여 구조물 시공 및 광섬유 파장 확인에 의한 변형율 확인단계(S20)는 상기 광섬유센서를 부착한 구조부재를 사용하여 설치도면에 맞게 위치별로 설치함으로써 구조물을 시공한 다음 광섬유센서 각각에 전기를 다시 공급하여 광섬유 파장을 재차 확인함으로써 구조물의 시공에 따른 변형율을 확인한 후에 광섬유센서 각각으로 공급되던 전기의 공급을 제한한다.
이때에도, 상기 광섬유센서 각각에서 전기 공급에 의해 발생되는 광섬유 파장은 네트워크를 통해 계측데이터 점검/진단 통합시스템 및 사용자 인터페이스 시스템으로 전송된다.
여기에서는 각 광섬유센서를 통해 구조부재가 사용된 위치별로 계측데이터를 각각 전송하게 되며, 이에 따라 구조물의 시공에 따른 위치별 변형여부를 실시간으로 확인할 수 있으며, 이러한 변형율의 확인 주체는 계측데이터 점검/진단 통합시스템이 된다.
상기 구조물 시공 중간에 광섬유 파장 확인에 의한 변형율 증가여부 확인단계(S30)는 상기 광섬유센서가 부착된 각각의 구조부재로 시공된 구조물에 구조부재들을 추가로 시공하는 중간에 광섬유센서 각각으로 전기를 다시 공급하여 광섬유센서의 파장에 따른 구조부재의 위치별 변형율을 확인함으로써 고정하중에 의한 변형율의 증가여부를 확인한 후에 광섬유센서 각각으로 공급되던 전기의 공급을 제한한다.
이때에도, 상기 광섬유센서 각각에서 전기 공급에 의해 발생되는 광섬유 파장은 네트워크를 통해 계측데이터 점검/진단 통합시스템 및 사용자 인터페이스 시스템으로 전송되고, 구조부재가 사용된 위치별로 계측데이터를 각각 전송하게 되며, 이에 따라 구조물의 시공에 따른 위치별 변형여부를 실시간으로 확인할 수 있으며, 이러한 변형율의 확인 주체는 계측데이터 점검/진단 통합시스템이 된다.
여기에서는 구조부재를 이용한 구조물 시공시 시공율이 증대되는 시점마다 그 중간에 광섬유센서 각각으로부터 감지되는 계측데이터를 체크하여 구조부재의 변형율을 확인함으로써 고정하중에 의한 변형율이 시공율이 높아짐에 따라 증가되는지 여부를 확인한다.
상기 구조물 완공 후 광섬유 파장에 의한 변형상태 연속 계측 및 유지관리단계(S40)는 상기 광섬유센서를 부착한 구조부재의 다수를 사용하여 구조물을 완공한 이후, 구조부재에 부착된 광섬유센서 각각에 전기를 계속 공급하여 구조물에 대한 변형상태를 연속적으로 계측하면서 유지관리한다.
이때에도, 상기 광섬유센서에서 전기 공급에 의해 발생되는 광섬유 파장은 네트워크를 통해 계측데이터 점검/진단 통합시스템 및 사용자 인터페이스 시스템으로 전송되고, 구조부재가 사용된 위치별로 계측데이터를 각각 전송하게 되며, 이에 따라 구조물의 시공 및 완공 후에도 위치별 변형여부를 실시간으로 확인 및 유지관리할 수 있으며, 이러한 변형상태의 확인 주체는 계측데이터 점검/진단 통합시스템이 된다.
상기 구조물 계측에 의한 변형율을 그래프로 도식하는 단계(S50)는 상기 구조물을 완공한 후 유지관리시에 구조물의 계측된 변형율을 그래프화하되, 광섬유센서를 부착한 상태의 초기 계측 데이터에서부터 연속적으로 확인되는 계측 데이터를 연결시켜 그래프화함으로써 구조물에서 발생하는 고정하중과 활하중에 의한 실제 변형율을 시각적으로 처리한다.
이와 같은 상기 단계(S50)는 계측데이터 점검/진단 통합시스템에서 처리한다.
이때, 상기 계측데이터 점검/진단 통합시스템에서는 안전성 진단 알고리즘을 포함하는 통합관제서버(21)에서 안전성 진단 알고리즘의 수행으로 데이터를 도출하고, 구조부재에 부착하여 광섬유 파장을 확인하고 시공을 진행 및 완공 이후에도 연속적으로 계측되는 데이터 및 변형율에 대해 순차적으로 연결되는 형태로 하여 한눈에 알아볼 수 있게 그래프로 처리하고, 데이터베이스에 저장한다.
상기 광섬유 파장에 의한 계측 데이터를 수치해석 또는 구조해석하는 단계(S60)는 상기 광섬유센서의 파장을 이용하여 구조물 측 변형율을 확인한 후에 상기 계측된 변형율에 기반한 수치해석 또는 구조해석으로 구조물에 발생된 응력을 확인한다.
이때, 상기 계측데이터 점검/진단 통합시스템에서는 안전성 진단 알고리즘을 포함하는 통합관제서버(21)에서 안전성 진단 알고리즘의 수행으로 계측 데이터에 대해 수치해석 또는 구조해석에 의한 분석을 통해 구조물에 발생된 응력을 도출해낸다.
상기 구조물에 대한 안전성 등급 산정단계(S70)는 상기 구조물 측 변형율을 통해 확인한 응력에 대해 구조물의 허용응력과 비교하고 이를 그래프로 나타내 시각화하며, 구조물의 실제 상태를 나타내는 안전성 등급을 산정한다.
이때, 상기 계측데이터 점검/진단 통합시스템에서는 안전성 진단 알고리즘을 포함하는 통합관제서버(21)에서 안전성 진단 알고리즘의 수행으로 상기 구조물 측 변형율을 통해 확인한 응력에 대해 구조물의 허용응력과 비교하고 이를 그래프로 나타내 시각화함은 물론 구조물의 실제 상태를 나타내는 안전성 등급을 구조물의 발생 위치별로 산정한다.
상기 구조물 측 안전성 등급 전송단계(S80)는 상기 구조물 측 변형율을 통해 확인한 구조물의 실제 상태에 기반하여 나타낸 그래프와 산정된 안전성 등급을 유무선 네트워크를 통해 관리자가 소유한 관리자단말로 전송한다.
이때, 상기 관리자 인터페이스 시스템에서는 계측데이터 점검/진단 통합시스템에서 도출시킨 구조물의 점검 및 진단정보를 네트워크를 통해 관리자용 관제서버에서 수신하고, 손상정보 판단 알고리즘을 통해 구조물 측 변형율을 통해 확인한 구조물의 실제 상태 그래프와 산정된 안전성 등급 등을 기반으로 구조물의 손상정보를 도출해낸 후 이러한 정보를 관리자단말(32)로 전송한다.
상기 구조물의 상태 표시단계(S90)는 상기 구조부재에 부착되는 광섬유센서에 대해 네트워크와 연결하여 계측 데이터를 실시간으로 전송 가능하게 구성하고, 상기 네트워크는 표시장치와 연결하여 구조물 시공시 작업자나 구조물 완공 후 사용자가 표시장치를 통해 구조물의 상태를 실시간으로 확인할 수 있도록 처리한다.
이때, 구조물 관련한 작업자나 사용자는 표시장치를 통해 광섬유센서로부터 발생된 계측데이터는 물론 계측데이터 점검/진단 통합시스템으로부터 전송되는 그래프 데이터 및 구조물의 안전성 등급 산정데이터 등을 실시간으로 수신하여 구조물의 상태를 확인할 수 있다.
여기에서, 상기 표시장치에서는 소리, 빛, 진동, 바람 중에서 어느 한가지로 표출되는 알람부를 통해 작업자나 사용자에게 알림 및 경보신호를 제공하게 되며, 구조물 측 계측 정도에 따라 소리, 빛, 진동, 바람 중에서 어느 한가지로 표출되는 세기의 정도를 다르게 출력함으로써 구조물의 이상 징후에 대해 차별된 경보를 제공할 수 있다.
여기에서, 상기 표시장치를 통한 구조물의 상태 표시는 관리자 인터페이스 시스템과도 네트워크를 통해 접속하여 데이터를 수신 가능하게 하며, 이를 통해 도출된 구조물의 손상정보 또한 제공받아 확인할 수 있다.
이에 따라, 상술한 바와 같은 구성으로 이루어지는 본 발명을 통해서는 구조물의 시공단계에서부터 완공 후 유지관리단계까지 장기간에 걸쳐 안전성을 고정밀도로 감시 및 모니터링할 수 있고 시공단계에서부터 구조물의 품질을 실시간으로 관리하는데 활용할 수 있으며, 구조물의 시공단계에서부터 완공 후 유지관리단계까지 일관성 있으면서도 계속적인 계측에 의한 구조물의 상태를 확인 및 인지할 수 있으며, 관리자뿐만 아니라 사용자나 작업자까지도 함께 정보를 공유할 수 있는 장점을 제공할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명을 예시적으로 설명한 것이고, 명세서에 게시된 실시예는 본 발명의 기술사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정과 변형 또는 단계의 치환 등이 가능할 것이다. 그러므로 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의해 해석되고, 그와 균등한 범위 내에 있는 기술적 사항도 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 구조물 계측시스템 11: 광섬유센서
20: 계측데이터 점검/진단 통합시스템 21: 통합관제서버
22: 데이터베이스 30: 관리자 인터페이스 시스템
31: 관리자용 관제서버 32: 관리자단말
40: 사용자 인터페이스 시스템 41: 표시장치
42: 알람부
20: 계측데이터 점검/진단 통합시스템 21: 통합관제서버
22: 데이터베이스 30: 관리자 인터페이스 시스템
31: 관리자용 관제서버 32: 관리자단말
40: 사용자 인터페이스 시스템 41: 표시장치
42: 알람부
Claims (6)
- 구조물 시공용 구조부재에 부착하여 계측장치로 사용하기 위한 광섬유센서를 갖는 구조물 계측시스템과, 계측데이터 점검/진단 통합시스템, 관리자 인터페이스 시스템, 사용자 인터페이스 시스템을 포함하되; 상기 광섬유센서는 FBG(Fiber Bragg Grating) 센서이고; 상기 계측데이터 점검/진단 통합시스템은 안전성 진단 알고리즘을 갖는 통합관제서버와 데이터베이스를 포함하고; 상기 관리자 인터페이스 시스템은 손상정보 판단 알고리즘을 갖는 관리자용 관제서버와 관리자단말을 포함하며; 상기 사용자 인터페이스 시스템은 구조물 관련 작업자 및 사용자가 구비하는 표시장치를 포함하는 계측장치 시스템을 이용한 구조물 시공 및 유지관리 방법에 있어서,
(a) 구조물의 시공에 사용되는 구조부재에 광섬유센서를 부착한 상태에 광섬유센서에 전기를 일시 공급하여 계측데이터 점검/진단 통합시스템에서 광섬유 파장을 확인한 후에 광섬유센서로 공급되던 전기의 공급을 제한하는 단계;
(b) 상기 광섬유센서를 부착한 구조부재를 사용하여 설치도면에 맞게 위치별로 설치함으로써 구조물을 시공한 다음 광섬유센서 각각에 전기를 다시 공급하여 계측데이터 점검/진단 통합시스템에서 구조부재가 사용된 위치별로 계측데이터를 받아 광섬유 파장을 재차 확인함으로써 구조부재가 사용된 위치별 계측데이터를 통해 구조물의 시공에 따른 위치별 변형율을 확인한 후에 광섬유센서 각각으로 공급되던 전기의 공급을 제한하는 단계;
(c) 상기 광섬유센서가 부착된 각각의 구조부재로 시공된 구조물에 구조부재들을 추가로 시공하는 중간에 광섬유센서 각각에 전기를 다시 공급하여 계측데이터 점검/진단 통합시스템에서 각 광섬유센서에서 발생되는 파장에 따른 구조부재의 위치별 변형율을 확인함으로써 시공율이 증대되는 시점마다 시공된 구조물 측 고정하중에 의한 변형율의 증가여부를 확인한 후에 광섬유센서 각각으로 공급되던 전기의 공급을 제한하는 단계;
(d) 상기 광섬유센서를 부착한 구조부재의 다수를 사용하여 구조물을 완공한 이후, 다수의 구조부재마다 부착된 광섬유센서 각각에 전기를 계속 공급하여 계측데이터 점검/진단 통합시스템에서 구조물에 대한 위치별 변형상태를 연속적으로 계측하면서 유지관리하는 단계;
(e) 상기 구조물을 완공한 후 유지관리시에 계측데이터 점검/진단 통합시스템에서 구조물의 계측된 변형율을 그래프화하되, 광섬유센서를 부착한 상태의 초기 계측 데이터에서부터 연속적으로 확인되는 계측 데이터를 연결시켜 그래프화함으로써 구조물에서 발생하는 고정하중과 활하중에 의한 실제 변형율을 시각적으로 처리하는 단계;
(f) 상기 광섬유센서에서 발생되는 파장을 이용하여 구조물 측 변형율을 확인한 후에, 계측데이터 점검/진단 통합시스템에서는 안전성 진단 알고리즘을 포함하는 통합관제서버에서 상기 구조물 측 계측된 변형율에 기반한 수치해석 또는 구조해석으로 구조물에 발생된 응력을 도출해내고 확인하는 단계;
(g) 상기 구조물 측 변형율을 통해 확인한 구조물 측 응력에 대해 계측데이터 점검/진단 통합시스템에서는 구조물의 허용응력과 비교하고 이를 그래프로 나타내 시각화하며, 구조물의 실제 상태를 나타내는 안전성 등급을 구조물의 위치별로 산정하는 단계;
(h) 상기 구조물 측 변형율을 통해 확인한 구조물의 실제 상태에 기반하여 나타낸 그래프와 산정된 안전성 등급을 관리자 인터페이스 시스템의 관리자용 관제서버에서 수신하고, 관리자용 관제서버에서 손상정보 판단 알고리즘을 통해 구조물 측 변형율을 통해 확인한 구조물의 실제 상태 그래프와 산정된 안전성 등급을 기반으로 구조물의 손상정보를 도출해낸 후 유무선 네트워크를 통해 관리자가 소유한 관리자단말로 전송하는 단계; 를 포함하며,
상기 구조부재에 부착되는 광섬유센서는 네트워크와 연결하여 계측 데이터를 표시장치로 전송 가능하게 구성함으로써 구조물 시공시 작업자나 구조물 완공 후 사용자가 표시장치를 통해 구조물의 상태를 실시간으로 확인할 수 있도록 처리하며,
상기 표시장치는 소리, 빛, 진동, 바람 중에서 어느 한가지로 표출되는 알람부를 포함하되, 상기 알람부는 광섬유센서로부터 네트워크를 통해 실시간으로 전송되는 구조물 측 계측 정도에 따라 소리, 빛, 진동, 바람 중에서 어느 한가지로 표출되는 세기의 정도를 다르게 출력하도록 처리하는 것을 특징으로 하는 계측장치 시스템을 이용한 구조물 시공 및 유지관리 방법. - 삭제
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