KR102537787B1 - 하수도 관망 및 관로 설계 방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 하수도 관망 및 관로 설계 방법 및 장치를 공개한다. 본 발명은 정부에서 제공하는 GIS 데이터 베이스를 이용하여 설계자로 하여금 간편하게 하수 관망 및 관로를 설계할 수 있도록 하고, 하수 관망 설계 대상 영역에 해석 그리드를 설정하고, 해석 그리드별로 지진 이력, 토양의 액상화 정도, 관로의 노후도 등을 이용하여 하수 관망 및 관로의 취약점을 효율적으로 진단하고, 진단된 취약점의 하수 관망 및 관로 위험도에 따라서 사전에 설정된 설계 보강 방안을 적용함으로써 설계자로 하여금 간편하게 설계 보강을 수행할 수 있도록 한다.
Description
본 발명은 하수도 관망 및 관로 설계 방법 및 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 하수도 관망 및 관로의 취약점을 분석하고 이를 보강하여 하수도 관망 및 관로를 설계할 수 있는 하수도 관망 및 관로 설계 방법 및 장치에 관한 것이다.
국내의 하수도 관망 및 관로 설계 방식은 컴퓨터 소프트웨어를 이용하여 설계 대상 지역에 관로 및 관망 데이터를 일일이 사용자가 입력하여 관망 데이터를 구성하므로 많은 시간이 소요되는 문제점이 있었다.
이러한 문제를 해결하고자 도입된 하수도 관망 및 관로 설계 프로그램은 국가에서 마련한 GIS DB를 활용하는 것이 가능하지만, 해당 설계 프로그램은 설계도면 작성이 지원되지 않거나, 종래의 설계 방식 못지 않게 수작업이 필요한 부분이 많아 인력과 비용이 많이 소요되고 있다.
또한, 하수도 관망 및 관로는 국민의 생활과 도시의 기능 유지에 필수불가결한 기본 시설로서, 재난 발생 후 피해복구가 빠르게 진행되지 않을 경우 사회, 경제 시스템의 기능이 장기간 마비될 수 있고, 육안 확인이 어려운 누수로 인한 문제가 장기적으로 지속될 수 있으나, 국내에서는 관망 및 관로 설계시'기능수행'수준과 '붕괴방지'수준에 대해서만 고려하고, 시설물 중요도에 따라 내진등급을 산정하고 있을 뿐, 재난의 발생 가능성이 높은 지점을 확인하고, 이에 대해서 대비하는 설계가 이루어지지 않는 문제점이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 정부에서 제공하는 GIS 데이터 베이스를 이용하여 설계자로 하여금 간편하게 하수 관망 및 관로를 설계할 수 있도록 할 뿐만 아니라, 하수 관망 및 관로 설계시 재난 발생 취약점을 시설물의 중요도, 시설물의 취약부위, 및 세그먼트의 적절성 등을 체계적으로 평가하며, 취약 지점을 등급별로 선정하고, 보강 설계가 가능하도록 하여, 하수 관망의 임의의 위치에서 사고가 발생하더라도 하수 누수 구역을 최소화하고 빠른 복구가 가능하도록 하는 하수도 관망 및 관로 설계 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 하수도 관망 및 관로 설계 방법은, 프로세서 및 메모리를 포함하는 하수도 관망 및 관로 설계 장치에서 수행되는 하수도 관망 및 관로 설계 방법으로서, (a) 상기 하수도 관망 및 관로 설계 장치가 하수 관망 및 관로 해석을 위한 기초 설계 데이터를 입력받아 상기 메모리에 저장함으로써 기초 데이터 베이스를 구축하는 단계; (b) 상기 하수도 관망 및 관로 설계 장치가 상기 기초 데이터 베이스에 저장된 기초 설계 데이터들을 이용하여 관로 매설이 가능한 노선 계획을 수립하고, 관로별로 계획 우수량과 계획 오수량을 산정하고, 상기 산정된 계획 우수량 및 계획 오수량에 따라서, 관로내에 침전물이 퇴적하지 않고 적정한 유속이 확보될 수 있도록 하수 관로의 단면 및 경사를 계획한 후, 하수 관망 및 관로의 수리해석을 실시하고, 수리 해석 결과에 대한 적정성을 검토하여, 수리해석 결과에 따라서 설계 데이터를 수정하는 단계; (c) 상기 하수도 관망 및 관로 설계 장치가 상기 (b) 단계의 수리 해석 및 설계 결과에 대해서 재난 및 재해 발생에 따른 취약점을 분석하여 확인하는 단계; 및 (d) 상기 하수도 관망 및 관로 설계 장치가 상기 (c) 단계에서 확인된 취약점의 설계를 보강하는 설계 보강 계획을 입력받아 설계 데이터를 변경하고, 변경된 설계 데이터에 따른 평가 결과를 출력하는 단계를 포함하고, 상기 (b) 단계에서, 상기 수리 해석 결과에 대한 적정성 검토는 하수 관로에서의 유속이 사전에 등록된 최소 및 최대 조건을 만족하는지, 및 통수능력이 확보되는지 여부에 따라서 수행된다.
또한, 상기 (c) 단계에서, 상기 하수도 관망 및 관로 설계 장치는 하수 관망 및 관로를 설계할 전체 영역에 대해서 복수의 단위 그리드를 각각 포함하는 복수의 해석 그리드를 생성하고, 해석 그리드별로 내부에 포함되는 단위 그리드들의 취약점 진단의 기초 정보를 계량화하여 해석 그리드별로 하수 관망 및 관로 위험도를 계산하여 취약점을 분석할 수 있다.
또한, 상기 (c) 단계에서, 상기 하수도 관망 및 관로 설계 장치는 해석 그리드별로 내부의 단위 그리드들의 취약점 진단 기초 정보를 계량화하여 해석 그리드 개별 취약성을 계산하고, 해석 그리드 개별 취약성을 이용하여 해석 그리드 개별 파손 및 누수 확률을 계산하며, 해석 그리드 내에 포함되는 기능 유지 대상 시설물들에 대한 가중치를 상기 해석 그리드 개별 파손 및 누수 확률에 반영하여 해석 그리드의 하수 관망 및 관로 위험도를 계산할 수 있다.
또한, 상기 제 (c) 단계는, (c1) 상기 하수도 관망 및 관로 설계 장치가 하수 관망 및 관로를 설계할 전체 영역에 대해서 복수의 단위 그리드를 각각 포함하는 복수의 해석 그리드를 생성하는 단계; (c2) 상기 하수도 관망 및 관로 설계 장치가 해석 그리드별로 내부에 포함되는 단위 그리드들의 취약점 진단의 기초 정보를 계량화하여 합산한 후 평균값을 계산하는 단계; (c3) 상기 평균값을 변수로하여 해석 그리드 개별 취약성을 계산하고, 상기 해석 그리드 개별 취약성을 이용하여, 해석 그리드 내의 관로의 파손 및 누수 확률을 나타내는 해석 그리드 개별 파손 및 누수 확률을 계산하는 단계; (c4) 각 해석 그리드별로, 해석 그리드 내부에 포함되는 기능유지 우선 시설물과 기능유지 취약부 각각에 대한 중요도를 평가하고, 중요도에 따른 가중치를 각각 부여하여 합산하는 단계; 및 (c5) 해석 그리드별로, 해석 그리드 개별 파손 및 누수 확률과 합산 가중치를 승산하여 해석 그리드의 하수 관망 및 관로 위험도를 계산하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 (c3) 단계에서, 상기 하수도 관망 및 관로 설계 장치는 아래의 수학식에 따라서 해석 그리드 개별 취약성을 계산하되, 
, a 및 b 는 관로 시설물 특징에 따른 상수이고, IM은 상기 (c2) 단계에서 계산된 평균값을 변수로 하는, 취약점 분석의 대상 항목에 따라서 정해지는 함수일 수 있다.
또한, 상기 (c3) 단계에서, 상기 하수도 관망 및 관로 설계 장치는 아래의 수학식에 따라서 해석 그리드 내 관로의 파손 및 누수 확률을 계산하고, 
상기 수학식에서 P는 해석 그리드내 n개의 관로의 파손 및 누수 확률을 나타내고, L은 분절관로의 길이를 나타내며, RR 상기 해석 그리드 개별 취약성을 각각 나타낼 수 있다.
또한, 상기한 (c) 단계는, (c6) 상기 하수도 관망 및 관로 설계 장치는 상기 (c5) 단계에서 계산된 각 해석 그리드의 하수 관망 및 관로 위험도(P(X,Y))를 사전에 설정된 위험도 임계치와 비교하여, 해석 그리드의 하수 관망 및 관로 위험도가 임계치보다 큰 해석 그리드가 존재하면 취약점에 대한 설계가 적절하게 수행되지 않은 것으로 판단하여 상기 (d) 단계를 수행하는 단계를 더 포함할 수 이다.
또한, 상기 (d) 단계는, (d1) 상기 하수도 관망 및 관로 설계 장치가 상기 하수 관망 및 관로 위험도에 따라서, 각 해석 그리드의 취약점 등급을 결정하고, 재난 대비 취약점 해소를 만족하는 취약점 등급의 최소기준 이상을 확보할 수 있도록 설계 보강 계획을 수립하는 단계; (d2) 취약점에 대한 설계 보강 계획 수립이 완료되면, 상기 하수도 관망 및 관로 설계 장치는 설계자의 입력 조작에 따라서 설계인자별 평가를 수행하고, 설계 계획에 대한 평가를 수행하는 단계; 및 (d3) 상기 하수도 관망 및 관로 설계 장치가 설계자로부터 확정된 최종 설계안을 입력받는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 하수도 관망 및 관로 설계 방법은, (e) 하수도 관망 및 관로 설계안이 확정되면, 상기 하수도 관망 및 관로 설계 장치는 하수 관망 및 관로 수리해석 결과 보고서, 관로 종·횡단면도 및 수량산출을 위한 조서를 전산파일로 출력하는 단계를 더 포함하고, 상기 수량산출을 위한 조서는 관로조서, 맨홀조서, 토적표, 가시설 제원을 포함하고, Microsoft Excel File로 저장이 가능한 형태로 출력될 수 있다.
한편, 상술한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 컴퓨터 프로그램은, 비일시적 저장매체에 저장되고, 프로세서를 포함하는 컴퓨터에서 실행되어, 상기한 하수도 관망 및 관로 설계 방법을 수행한다.
한편, 상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 하수도 관망 및 관로 설계 장치는, 프로세서 및 소정의 명령어들을 저장하는 메모리를 포함하는 하수도 관망 및 관로 설계 장치로서, 상기 메모리에 저장된 명령어들을 실행한 상기 프로세서는, (a) 하수 관망 및 관로 해석을 위한 기초 설계 데이터를 입력받아 상기 메모리에 저장함으로써 기초 데이터 베이스를 구축하는 단계; (b) 상기 하수도 관망 및 관로 설계 장치가 상기 기초 데이터 베이스에 저장된 기초 설계 데이터들을 이용하여 관로 매설이 가능한 노선 계획을 수립하고, 관로별로 계획 우수량과 계획 오수량을 산정하고, 상기 산정된 계획 우수량 및 계획 오수량에 따라서, 관로내에 침전물이 퇴적하지 않고 적정한 유속이 확보될 수 있도록 하수 관로의 단면 및 경사를 계획한 후, 하수 관망 및 관로의 수리해석을 실시하고, 수리 해석 결과에 대한 적정성을 검토하여, 수리해석 결과에 따라서 설계 데이터를 수정하는 단계; (c) 상기 (b) 단계의 수리 해석 및 설계 결과에 대해서 재난 및 재해 발생에 따른 취약점을 분석하여 확인하는 단계; 및 (d) 상기 (c) 단계에서 확인된 취약점의 설계를 보강하는 설계 보강 계획을 입력받아 설계 데이터를 변경하고, 변경된 설계 데이터에 따른 평가 결과를 출력하는 단계를 수행하여 하수도 관망 및 관로 설계를 수행함으로써 하수도 관망 및 관로 설계 방법을 수행하고, 상기 (b) 단계에서, 상기 수리 해석 결과에 대한 적정성 검토는 하수 관로에서의 유속이 사전에 등록된 최소 및 최대 조건을 만족하는지, 및 통수능력이 확보되는지 여부에 따라서 수행될 수 있다.
또한, 상기 (c) 단계에서, 상기 프로세서는 하수 관망 및 관로를 설계할 전체 영역에 대해서 복수의 단위 그리드를 각각 포함하는 복수의 해석 그리드를 생성하고, 해석 그리드별로 내부에 포함되는 단위 그리드들의 취약점 진단의 기초 정보를 계량화하여 해석 그리드별로 하수 관망 및 관로 위험도를 계산하여 취약점을 분석할 수 있다.
또한, 상기 (c) 단계에서, 상기 프로세서는 해석 그리드별로 내부의 단위 그리드들의 취약점 진단 기초 정보를 계량화하여 해석 그리드 개별 취약성을 계산하고, 해석 그리드 개별 취약성을 이용하여 해석 그리드 개별 파손 및 누수 확률을 계산하며, 해석 그리드 내에 포함되는 기능 유지 대상 시설물들에 대한 가중치를 상기 해석 그리드 개별 파손 및 누수 확률에 반영하여 해석 그리드의 하수 관망 및 관로 위험도를 계산할 수 있다.
또한, 상기 제 (c) 단계는, (c1) 상기 프로세서가 하수 관망 및 관로를 설계할 전체 영역에 대해서 복수의 단위 그리드를 각각 포함하는 복수의 해석 그리드를 생성하는 단계; (c2) 상기 프로세서가 해석 그리드별로 내부에 포함되는 단위 그리드들의 취약점 진단의 기초 정보를 계량화하여 합산한 후 평균값을 계산하는 단계; (c3) 상기 평균값을 변수로하여 해석 그리드 개별 취약성을 계산하고, 상기 해석 그리드 개별 취약성을 이용하여, 해석 그리드 내의 관로의 파손 및 누수 확률을 나타내는 해석 그리드 개별 파손 및 누수 확률을 계산하는 단계; (c4) 각 해석 그리드별로, 해석 그리드 내부에 포함되는 기능유지 우선 시설물과 기능유지 취약부 각각에 대한 중요도를 평가하고, 중요도에 따른 가중치를 각각 부여하여 합산하는 단계; 및 (c5) 해석 그리드별로, 해석 그리드 개별 파손 및 누수 확률과 합산 가중치를 승산하여 해석 그리드의 하수 관망 및 관로 위험도를 계산할 수 있다.
또한, 상기 (c3) 단계에서, 상기 프로세서는 아래의 수학식에 따라서 해석 그리드 개별 취약성을 계산하되, 
, a 및 b 는 관로 시설물 특징에 따른 상수이고, IM은 상기 (c2) 단계에서 계산된 평균값을 변수로 하는, 취약점 분석의 대상 항목에 따라서 정해지는 함수일 수 있다.
또한, 상기 (c3) 단계에서, 상기 프로세서는 아래의 수학식에 따라서 해석 그리드 내 관로의 파손 및 누수 확률을 계산하고, 
상기 수학식에서 P는 해석 그리드내 n개의 관로의 파손 및 누수 확률을 나타내고, L은 분절관로의 길이를 나타내며, RR 상기 해석 그리드 개별 취약성을 각각 나타낼 수 있다.
또한, 상기 프로세서는 상기 (c) 단계에서, (c6) 상기 프로세서가 상기 (c5) 단계에서 계산된 각 해석 그리드의 하수 관망 및 관로 위험도(P(X,Y))를 사전에 설정된 위험도 임계치와 비교하여, 해석 그리드의 하수 관망 및 관로 위험도가 임계치보다 큰 해석 그리드가 존재하면 취약점에 대한 설계가 적절하게 수행되지 않은 것으로 판단하여 상기 (d) 단계를 수행하는 단계를 더 수행할 수 있다.
또한, 상기 (d) 단계는, (d1) 상기 프로세서가 상기 하수 관망 및 관로 위험도에 따라서, 각 해석 그리드의 취약점 등급을 결정하고, 재난 대비 취약점 해소를 만족하는 취약점 등급의 최소기준 이상을 확보할 수 있도록 설계 보강 계획을 수립하는 단계; (d2) 취약점에 대한 설계 보강 계확 수립이 완료되면, 상기 프로세서는 설계자의 입력 조작에 따라서 설계인자별 평가를 수행하고, 설계 계획에 대한 평가를 수행하는 단계; 및 (d3) 상기 프로세서가 설계자로부터 확정된 최종 설계안을 입력받는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 프로세서는, (e) 하수도 관망 및 관로 설계안이 확정되면, 상기 프로세서가 하수 관망 및 관로 수리해석 결과 보고서, 관로 종·횡단면도 및 수량산출을 위한 조서를 전산파일로 출력하는 단계를 더 수행하고, 상기 수량산출을 위한 조서는 관로조서, 맨홀조서, 토적표, 가시설 제원을 포함하고, Microsoft Excel File로 저장이 가능한 형태로 출력될 수 있다.
본 발명은 정부에서 제공하는 GIS 데이터 베이스를 이용하여 설계자로 하여금 간편하게 하수 관망 및 관로를 설계할 수 있도록 하고, 하수 관망 및 관로 설계 대상 영역에 해석 그리드를 설정하고, 해석 그리드별로 지진 이력, 토양의 액상화 정도, 관로의 노후도 등을 이용하여 하수 관망 및 관로의 취약점을 효율적으로 진단하고, 진단된 취약점의 하수 관망 및 관로 위험도에 따라서 사전에 설정된 설계 보강 방안을 적용함으로써 설계자로 하여금 간편하게 설계 보강을 수행할 수 있도록 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 하수도 관망 및 관로 설계 장치의 구성을 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 하수도 관망 및 관로 설계 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 3은 기초 데이터 베이스 구축 단계의 세부 단계를 설명하는 흐름도이다.
도 4a 내지 도 4e는 기초 데이터 베이스 구축 과정을 설명하는 도면이다.
도 5는 기초 수리해석 및 설계 단계의 세부 단계를 설명하는 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 취약점 분석 단계의 세부 구성을 설명하는 흐름도이다.
도 7a 내지 도 7c는 취약점 분석 단계의 세부 단계를 설명하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 설계 보강 단계의 세부 과정을 설명하는 흐름도이다.
도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 설계 보강 과정을 설명하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 하수도 관망 및 관로 설계 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 3은 기초 데이터 베이스 구축 단계의 세부 단계를 설명하는 흐름도이다.
도 4a 내지 도 4e는 기초 데이터 베이스 구축 과정을 설명하는 도면이다.
도 5는 기초 수리해석 및 설계 단계의 세부 단계를 설명하는 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 취약점 분석 단계의 세부 구성을 설명하는 흐름도이다.
도 7a 내지 도 7c는 취약점 분석 단계의 세부 단계를 설명하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 설계 보강 단계의 세부 과정을 설명하는 흐름도이다.
도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 설계 보강 과정을 설명하는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 하수도 관망 및 관로 설계 장치의 구성을 도시하는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 하수도 관망 및 관로 설계 장치는 프로세서(11) 및 메모리(13)를 포함한다. 프로세서(11)는 마우스(21) 및 키보드(23)와 같은 입력 장치(20)와 연결되어 사용자로부터 설계와 관련된 입력 정보를 입력받으며, 외부의 GIS 데이터베이스 서버(40)로부터 통신 모듈을 통해서 GIS 정보를 수신하여 이용할 수 있다. 또한, 프로세서(11)는 모니터(31)와 같은 출력 장치(30)와 연결되어 하수도 관망 및 관로의 설계 정보를 사용자에게 표시한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 메모리(13)는 명령어들을 저장하고, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 프로세서(11)는 메모리(13)에 저장된 명령어들을 실행함으로써, 도 2를 참조하여 후술하는 하수도 관망 및 관로 설계 방법의 각 단계를 수행한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 하수도 관망 및 관로 설계 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 하수도 관망 및 관로 설계 방법은, 기초 데이터 베이스 구축 단계(S210), 수리 해석 및 설계 단계(S220), 취약점 분석 단계(S230), 설계 보강 단계(S240), 및 설계 데이터 출력 단계(S250)를 포함한다.
먼저, 기초 데이터 베이스 구축 단계(S210)는 하수 관망 및 관로 해석을 위한 기초 설계 데이터를 입력하여 메모리(13)에 저장함으로써 기초 데이터 베이스를 구축하는 단계로서, 해당 단계에서 프로세서(11)는 외부의 GIS 데이터 베이스 서버(40)로부터 수신된 정보를 이용하거나, 입력 장치(20)를 통해서 설계자로부터 데이터를 직접 입력받아 하수 관망 및 관로의 초기 속성 정보를 포함하는 설계 데이터를 입력한다. 여기서, 초기 속성 정보 중 하수 관망 및 관로의 속성은 격점, 관로, 시설물(맨홀, 펌프, 밸브 등), 하수량 등을 포함할 수 있다.
수리 해석 및 설계 단계(S220)는 상기한 기초 데이터 베이스 구축 단계(S210)를 통해 모델링한 하수 관망 및 관로의 설계 데이터에 대해서 수리해석을 실시하고, 수리 해석 결과에 대한 적정성을 검토하여 설계의 오류를 수정하는 단계로서, 해당 단계에서 프로세서(11)는 메모리(13)에 저장된 수리 해석 프로그램 또는 외부 장치로부터 수신한 수리 해석 프로그램을 실행하여 기초 데이터 베이스로서 저장된 설계 데이터들이 설계 기준에 적합한지 여부를 확인하는 단계이다. 수리 해석 및 설계 단계에서 이용되는 설계방법에는 조건에 따라서 다양한 수리해석 및 설계방법이 사용될 수 있는데, 본 발명의 바람직한 실시예에서는 하수도 설계기준(2019, 환경부) 우·오수 배제계획 설계기준에 따라 계획하고 수리 해석을 실시한다.
상기 수리 해석 결과에 대한 적정성 검토는 하수 관로에서의 유속이 사전에 등록된 최소, 최대 조건을 만족하는지 및 통수능력이 확보되는지 여부에 따라서 수행된다. 예를 들어, 관로의 통수능력이나 유속이 수리적 제한 조건을 만족하지 않는 경우, 프로세서(11)는 이러한 사실을 화면을 통해서 설계자에게 출력하고, 이를 확인한 설계자는 상기 제 S210 단계에서 입력된 설계 데이터를 수정하여 수리해석 후 재검토하게 된다. 만약, 수리 해석 결과 사전에 정의된 수리적 제한 조건이 모두 만족할 경우, 프로세서(11)는 후술하는 취약점 분석 단계(S230)를 실시할 수 있다.
취약점 분석 단계(S230)는 상기한 수리 해석 및 설계 단계(S220)에서 설계된 수리 관망 및 관로들의 재난 및 재해 발생에 따른 취약 지점(취약점)을 계산조건에 따라 분석하여 확인하는 단계이다. 이러한 취약점 분석 단계에 대해서는 도 6 내지 도 7c 를 참조하여 자세하게 후술한다.
설계 보강 단계(S240)는 취약점 분석 단계(S230)에서 수행된 취약점 분석 결과에 따라서 재난 및 재해에 취약한 지점(취약점)에 대하여, 취약점 등급에 의한 설계자의 설계인자별 설계 보강 계획(회피, 대안, 시설보완, 존치)을 입력받아 설계 데이터를 변경하고, 변경된 설계 데이터에 따른 평가결과(취약점 해소 여부, 시공성, 경제성 등)를 출력함으로써 설계를 보강하도록 한다.
설계 데이터 출력 단계(S250)는 설계자가 결정한 최종 설계 결과(최종 설계안)를 출력하는 단계로서, 하수 관망 및 관로 수리해석 결과 보고서, 관로 종·횡단면도 및 수량산출을 위한 조서 등을 전산파일로 출력한다. 수량산출조서는 관로조서, 맨홀조서, 토적표, 가시설 제원 등이 포함되며 해당 조서는 Microsoft Excel File로 저장이 가능하여 설계자가 공사물량을 산정하는 시간을 단축시켜 준다. 또한, 수리해석 결과 파일을 하수관망도(*.dwg, 전산화일)로도 작성이 가능하다.
이하, 도 3 내지 도 9를 참조하여, 도 2에 도시된 각 단계에 대해서 보다 상세하게 설명한다.
먼저, 도 3은 기초 데이터 베이스 구축 단계의 세부 단계를 설명하는 흐름도이고, 도 4a 내지 도 4e는 기초 데이터 베이스 구축 과정을 설명하는 도면이다.
도 3 내지 도 4e를 참조하면, 프로세서(11)는 하수 관망 및 관로의 레이아웃을 모델링한다(S211). 프로세서(11)는 최원격 지점의 관로에서 하수처리시설까지 하수를 이송하는 오수 관망(관로) 또는 유역의 우수를 하천까지 배제하기 위한 우수 관망(관로)에 대해 각 관로의 수리해석을 위한 관로의 레이아웃을 모델링한다(도 4a 참조). 모델링된 관로의 레이아웃에는 맨홀 정보 및 관로 정보가 기본적으로 포함된다. 맨홀 정보에는 해당 맨홀의 위치 좌표 및 지반고가 포함되고, 관로 정보에는 각 관로의 직경, 관로의 길이, 및 해당 관로의 유입 관저고와 유출 관저고가 포함된다.
제 S211 단계에서, 프로세서(11)는 입력 장치(20)를 통해서 설계자로부터 관로의 레이아웃 설계를 위한 정보를 직접 입력 받을 수 있을 뿐만 아니라, 정부 기관에서 제공하는 GIS 데이터 베이스 서버(40)로부터 수신한 관로 및 관망 정보를 이용하여 레이아웃을 모델링할 수도 있다.
아울러, 설계자가 전산용 지형도를 보유한 경우, 도 4b에 도시된 바와 같이, 관망도에 지형도를 맵핑하여 지형 정보와 도시 계획 정보 등을 관망도와 함께 표시할 수 있다.
그 후, 프로세서(11)는 입력 장치(20)를 통해서 설계자로부터 펌프시설(양정[H], 유량[Q]) 및 하수처리시설과 같은 하수 관망 및 관로의 시설물 정보를 입력받아 설계 정보에 포함시킨다(S213)(도 4c 참조).
또한, 프로세서(11)는 각 관로별 우·오수량을 입력받아 설계 정보에 포함시킨다(S214)(도 4d 참조). 이 때, 프로세서(11)는 각 관로별 우(오)수량을 입력 장치(20)를 통해서 설계자로부터 직접 입력받을 수도 있고, 인구밀도 DB 자료를 기반으로 자동 입력받을 수도 있다. 즉, 각 지역의 오수량이 사전에 조사된 경우에는, 해당 오수량을 각 관로별로 설계에 포함시키고, 사전에 조사된 오수량이 존재하지 않는 경우에는, 1인당 평균 오수량과 각 지역의 인구밀도에 따라서 오수량을 추정하여 각 관로별 설계에 포함시킬 수도 있다.
다음으로, 프로세서(11)는 지하지장물(상수 관로, 가스관, 전기선, 통신관로 등)에 관한 정보를 하수 관망 및 관로 정보로서 입력받고, 하수 관로와의 간섭 여부를 확인한다(S215)(도 4e 참조). 이 때, 프로세서(11)는 지하지장물 정보는 설계자로부터 직접 입력받을 수 있을 뿐만 아니라, 지장물 GIS DB 자료를 이용하여 지하 지장물을 하수 관망 및 관로에 맵핑하고 하수 관로와의 간섭 여부를 자동으로 확인할 수도 있다.
마지막으로, 프로세서(11)는 상기한 S220 단계의 수리 해석을 수행하기 전에, 설계 데이터의 오류를 검사한다(S216). 이는 수리 해석을 수행하기 전에, 모델링한 하수 관망 및 관로의 오류를 점검하는 단계로서, 오류에는 입력 DATA 오류, 관로가 연결되지 않은 경우, 관로가 중복된 경우 등이 있으며, 오류 내역을 출력 화면을 통해서 설계자에게 출력함으로써, 설계자로 하여금 명백한 오류를 신속하게 수정할 수 있도록 한다.
도 5는 기초 수리해석 및 설계 단계의 세부 단계를 설명하는 흐름도이다.
도 5를 더 참조하여, 본 발명의 제 S220 단계를 보다 구체적으로 설명하면, 먼저, 설계자는 기초조사 및 현장여건을 파악한 뒤, 기초 데이터 베이스 구축 단계(S210)에서 저장된 기초 데이터들을 이용하여 관로 매설이 가능한 노선계획을 수립한다(S221).
그 후, 관로별로 계획 우수량과 계획 오수량이 산정된다(S222). 먼저, 관로별 최대 계획 우수량 산정은 아래의 수학식1의 합리식을 적용하여 산정한다.
상기 수학식에서 C는 총괄 유출계수 이고, I는 유달시간(t)내의 평균강우강도(mm/hr), A는 배수면적(ha)이다. 배수면적은 지형도를 기초로 하여, 지형에 따라 관로별 배수면적이 산출된다.
관로별 최대계획 오수량은 생활오수량, 공장폐수량 및 지하수량으로 구분해서 산정한다. 생활오수량은 계획 1일 최대오수량에 계획인구를 곱하여 계산되고, 여기에 공장폐수량 및 지하수량, 기타 오수량을 더하여 관로별 최대계획 오수량이 산정된다.
그 다음으로, 상기 산정된 계획 우·오수량에 따라서, 관로내에 침전물이 퇴적하지 않고 적정한 유속이 확보될 수 있도록 관로의 단면 및 경사가 계획된다(S223).
적정한 유속의 산정은 자연 유하 관로의 경우 Manning 식인 아래의 수학식 2를 적용하고, 펌프가압 후 이송하는 압송관로의 경우 Hazen-Williams식인 아래의 수학식 3을 적용한다.
상기 수학식에서 V는 평균유속(m/s), R은 경심(m), I는 동수경사이다.
상기 수학식에서 V는 평균유속(m/s), C는 유속계수, I는 동수경사이다.
상기한 바와 같이, 관로별 적정 관경 및 구배가 계획된 후, 하수 관망 및 관로의 수리 해석을 수행하여, 수리 해석 결과 및 설계 사항들이 설계기준에 적합한지 여부가 검토된다(S224).
상기 수리 해석 결과에 대한 적합성 검토는, 우수 관로의 평균유속이 0.8~3.0m/s가 되는지, 오수 관로의 평균유속이 0.6~3.0m/s가 되는지, 및 통수능력이 확보되는지 여부에 따라서 수행된다.
한편, 관로의 통수능력이나 유속이 수리적 제한 조건을 만족하지 않는 경우, 프로세서(11)는 이러한 사실을 화면을 통해서 설계자에게 출력하고, 이를 확인한 설계자로부터 상기 제 S223 단계에서 입력된 설계 데이터에 대한 수정 데이터를 입력받아 수리해석 후 재검토하게 된다. 만약, 수리 해석 결과 사전에 정의된 수리적 제한 조건이 모두 만족할 경우, 프로세서(11)는 후술하는 취약점 분석 단계(S230)를 실시할 수 있다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 취약점 분석 단계의 세부 구성을 설명하는 흐름도이고, 도 7a 내지 도 7c는 취약점 분석 단계의 세부 단계를 설명하는 도면이다.
도 6 내지 도 7c를 참조하여, 본 발명의 취약점 분석 단계(S230)를 설명하면, 먼저, 프로세서(11)는 제 S210 단계에서 입력된 설계 기초 데이터들 및 제 S220 단계(수리 해석 단계)에서 수행된 수리 해석 결과와 함께, 취약점 분석에 이용될 추가 정보를 입력받아 취약점 분석에 필요한 정보들을 선별한다(S231).
제 S231 단계에서 선별되는 정보 및 추가정보는 아래의 표 1과 같다. 취약점 분석 단계에서 수행되는 취약점 분석은, 필요에 따라서 표 1에 기재된 정보들 중 일부 또는 전부를 이용하여 취약점 분석을 수행하게 된다.
그 후, 프로세서(11)는 취약점 분석을 수행할 전체 영역에 대해서 취약점 분석 단위인 해석 그리드를 생성한다(S232). 이 단계에서, 프로세서(11)는 국가 GIS 최소 단위 정보를 입력받고, 본 발명의 하수 관망 및 관로 설계 사업부지 전체에 대해서, 단위 그리드 격자 크기를 설정하고, 복수의 단위 그리드 격자를 포함하는 해석 그리드를 생성한다. 이 때, 해석 그리드의 최소 단위 설정은 관로 설계 최소 절점 길이를 기준으로, 이보다 크게 설정한다.
도 7a를 참조하면, 하수 관망 및 관로 설계 사업부지는 주황색 선으로 표시되고, 설계 사업부지 내에 포함되는 단위 그리드는 녹색으로 표시되며, 사업부지에 포함되지 않는 단위 그리드는 회색으로 표시되고, 해당 설계 사업 부지에는 파란색으로 표시된 관망이 배치되어 있다.
아울러, 사업부지에 대해서 m행*n열 크기의 해석 그리드들이 생성되며, 각각의 해석 그리드는 그 내부에 복수의 단위 그리드를 포함한다. 도 7a에 도시된 예에서, 사업부지에는 4행*5열=20개의 해석 그리드가 생성되었고, 각 해석 그리드는 10개*10개=100개의 단위 그리드를 포함한다.
해석 그리드가 생성된 후, 프로세서(11)는 각 해석 그리드별로 취약점 진단의 판단 기준이 되는 진단 기초 정보를 계량화하여 합산한 후, 평균값을 계산한다(S233). 제 S233 단계에서, 프로세서(11)는 하수 관망 및 관로에 피해를 초래할 수 있는 다양한 인자들(예컨대, 재난, 자연재해, 및 지질 상태 등)을 진단 기초 정보로서 계량화하고, 해석 그리드에 포함되는 복수의 단위 그리드마다 해당 진단 기초 정보들을 계량화한 값들을 합산하고, 해석 그리드에 포함된 단위 그리드들의 총 개수로 나누어 평균값을 구한다. 이러한 진단 기초 정보들은 표 1에 기재된 설계 기초 정보 또는 추가 정보에 포함된 것이다.
아래의 표 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 취약점 진단에 이용되는 인자들의 일 예를 나타낸다.
예를들면, 프로세서(11)는 도 7a 에 도시된 해석 그리드(2,2)에 대해서, 해석 그리드(2,2) 내부의 단위 그리드 100개의 강우 강도 정보를 계량화한 값을 모두 합산한 후, 단위 그리드들의 총 개수 100으로 나누어서, 강우 강도에 대한 해석 그리드(2,2)의 평균값을 계산할 수 있다.
마찬가지로, 프로세서(11)는 도 7a 에 도시된 해석 그리드(1,1)에 대해서, 해석 그리드(1,1) 내부의 단위 그리드의 강우 강도 정보를 계량화한 값을 모두 합산한 후, 단위 그리드들의 개수로 나누어서, 강우 강도에 대한 해석 그리드(1,1)의 평균값을 계산할 수 있다. 다만, 이 때, 해석 그리드(1,1) 내부의 일부 영역(회색 표시 영역)은 해석 그리드에서 제외되므로, 해석 그리드에 포함되는 영역(녹색 표시 영역)의 강우 강도 정보를 계량화한 값을 모두 합산한 후, 해석 그리드에 포함되는 단위 그리드의 수로 나누어 평균값을 구해야 함을 주의해야 한다.
아울러, 제 S233 단계에서, 프로세서(11)는 어느 한 항목에 대해서만 취약점을 진단할 수도 있지만, 본 발명의 바람직한 실시예에서는, 자연재해 및 환경영향에 따른 하수도 관로 및 관망의 취약점을 종합적으로 분석하기 위해서, 각각의 인자들에 대해서 진단 기초 정보들을 계량화한 값들을 합산하고, 각 인자들이 하수 관로 및 관망에 미치는 영향에 따라서 가중치를 부여하여 전체를 합산할 수 있다. 이를 위해서, 본 발명의 바람직한 실시예는, 표 2에 기재된 강우 강도, 지진 발생 이력, 재난 피해 이력, 지역별 토양 액상화 정보 및 연약 지반 정보 등을 모두 반영하여 해석 그리드의 평균값을 계산한다.
모든 해석 그리드 각각에 대해서 평균값이 계산되면, 프로세서(11)는 각 해석 그리드별로 위험도를 계산한다(S234).
해석 그리드별 위험도 계산을 위해서, 먼저, 해석 그리드 개별 취약성을 계산하고, 해석 그리드 개별 취약성을 이용하여 해석 그리드 개별 파손 및 누수 확률을 계산하며, 개별 파손 및 누수 확률에 따라서 확률값이 높은 해석 그리드 영역을 도면상에 맵핑한다. 해석 그리드 개별 취약성 계산은 설계 목표값과 계량화된 해석 그리드의 정보값을 이용하여 아래의 수학식 4에 따라서 그리드 개별 취약성 RR(Repair Rates)을 계산한다.
상기 수학식 4에서 a 및 b 는 관로 시설물 특징에 따른 상수이고, IM은 취약점 분석의 대상 항목에 따라서 정해지는 함수인 Intensity Indicator이다.
예를 들어, 지진에 따른 하수 관망의 위험도를 계산하는 경우에,IM은 Intensity Indicator(PGV(지진가속도), PGD(액상화), 노후도)로서 정의되고, 해당 해석 그리드 내에 발생했던 지진 강도(지진가속도) 이력, 해당 해석 그리드 내 토양의 액상화 정도, 해당 해석 그리드 내에 설치된 관로의 노후도 등을 변수로서 입력받아, 이에 따른 함수값을 출력한다. 이 때, Intensity Indicator에 입력되는 변수값(지진 강도(지진가속도) 이력, 해당 해석 그리드 내 토양의 액상화 정도, 해당 해석 그리드 내에 설치된 관로의 노후도 등)은 상기한 해석 그리드에 대해서 구해진 평균값이다.
그 후, 프로세서(11)는 그리드 개별 취약성 RR을 이용하여, 각 인자들로 인한 각각의 해석 그리드 내 관로의 파손 및 누수 확률을 아래의 수학식 5에 기재된 함수로 계산한다.
수학식 5에서, P는 n개의 관로의 파손 및 누수 확률을 나타내고, L은 분절관로의 길이를 각각 나타낸다. 만약, 해당 해석 그리드 내에 10개의 관로가 존재하고, P(N=10)=30% 라고 가정하면, 이는 10개 관로의 파손 및 누수 확률이 30%라는 것을 나타낸다.
해석 그리드별로 관로의 파손 및 누수 확률이 계산되면, 프로세서(11)는 파손 및 누수 확률이 높은 영역에 표시함으로써, 설계자로 하여금 파손 및 누수 확률이 높은 해석 그리드의 관망을 직관적으로 확인할 수 있도록 한다(도 7b의 빨간색 관망 참조). 도 7b에 도시된 바와 같이, 프로세서(11)는 파손 및 누수 확률이 사전에 설정된 기준치보다 높은 해석 그리드에 포함된 관망에 대해서 위험도가 높은 관망으로 별도 표시하여 출력할 수 있다.
해석 그리드 내 관망의 파손 및 누수 확률이 계산되면, 프로세서(11)는 각 해석 그리드별로 기능 유지 평가를 실시한다(S235).
이 단계에서, 프로세서(11)는 먼저 해석 그리드 내의 시설물들에 대한 기능유지평가를 실시한다. 해석 그리드 내의 시설물들에 대한 기능 유지 평가는, 해석 그리드 내의 시설물들을 기능유지 우선 시설물, 기능유지 취약부 등으로 구분하여, 각 시설물들에 대해서 중요도에 따른 레벨을 설정한다(도 7c 참조). 기능유지 우선 시설물과 기능유지 취약부에 해당하는 시설물들의 예를 아래의 표 3에 정리하였다.
상기 표 3에서 알 수 있는 바와 같이, 기능유지 우선 시설물은 주로 중요 지역에 관한 것이고, 기능유지 취약부는 주로 관로와 관련된 것이다. 기능유지 우선 시설물은 국가에서 정한 중요 시설물들을 근거로 설정하였고, 기능유지 취약부는 본 발명에 따라서 국내외 지진 및 재난 피해사례를 조사하여 사전에 설정한 것이다.
그 후, 프로세서(11)는 해석 그리드 내에 포함된 각각의 기능 유지 평가 대상인 시설물들에 대해서 가중치(R1, R2, R3....)를 부여하고, 아래의 수학식 6과 같이 각 해석 그리드의 가중치를 합산한다.
그 후, 프로세서(11)는 각 해석 그리드별로 상기 수학식 5에 따라서 계산된 관로 파손 및 누수 확률(P)에 상기 수학식 6에 따라서 계산된 가중치(WG)를 반영하여 아래의 수학식 7에 따라서 각 해석 그리드의 하수 관망 및 관로 위험도(P(X,Y))를 계산한다.
그 후, 프로세서(11)는 상기 수학식 7에 따라서 계산된 각 해석 그리드의 하수 관망 및 관로 위험도(P(X,Y))를 사전에 설정된 위험도 임계치와 비교하여, 모든 해석 그리드 하수 관망 및 관로 위험도(P(X,Y))가 사전에 설정된 위험도 임계치 이하이면 취약점에 대한 설계가 적절하게 수행된 것으로 판단하여 제 S250 단계로 진행하고, 해석 그리드의 위험도가 임계치보다 큰 해석 그리드가 존재하면 취약점에 대한 설계가 적절하게 수행되지 않은 것으로 판단하여 제 S240 단계(설계 보강 단계)로 진행한다(S236).
본 발명의 바람직한 실시예에서, 프로세서(11)는 위험도(P(X,Y))가 임계값보다 큰 해석 그리드로 취약점으로 확인하였으나, 위험도(P(X,Y))의 크기에 따라서 취약점 등급을 할당하도록 구성될 수도 있다.
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 설계 보강 단계의 세부 과정을 설명하는 흐름도이고, 도 9는 설계 보강 단계의 일 예를 설명하는 도면이다.
도 8을 참조하면, 설계 보강 단계(S240)에서, 프로세서(11)는 상기 수학식 7에서 계산된 하수 관망 및 관로 위험도(P(X,Y))에 따라서, 아래의 표 4에 기재된 바와 같이, 각 해석 그리드의 취약점 등급을 결정하고, 재난 대비 취약점 해소를 만족하는 취약점 등급의 최소기준(C등급이상일 경우 취약점 해소) 이상을 확보할 수 있도록 설계 보강 계획(회피, 시설보완, 대안)을 수립한다(S241).
도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 설계 보강 과정을 설명하는 도면이다.
도 9를 참조하면, 취약점 해결방안 중 "회피"는 취약점 평가결과 D, E등급 하수관로에 적용하며, 지진 직후 복구에 필요한 관로 혹은 지진 중에서도 그 기능을 상실해서는 안되는 중요한 관로로 기존 관로는 우회하여 배제가 가능한 노선으로 변경하는 방안을 수립하고, 계획 관로는 취약점이 발생하지 않는 노선으로 계획하는 방안이다.
취약점 해결방안 중 "대안"은 취약점 평가결과 D, E등급 하수관로에 적용하며, 유역분할, 차단밸브 설치 등의 계획으로, 사고시 피해범위 및 복구 시간을 최소화하기 위한 방안이다.
"시설보완"은 취약점 평가결과 D, E등급 하수관로에 적용하며, 취약점에 물리적 보강을 실시하는 방안이며, "존치"는 취약점 평가결과 A, B, C등급 하수관로에 적용하며, 지진에 영향이 적은 지역, 기능을 상실 시에도 피해규모가 적고 빠른 복구가 가능한 경우에 적용하고, 재난 대비에 필요한 최소 설계 요건(설계기준 적용 등)으로 계획하는 방안이다.
설계 보강 단계가 완료되면, 프로세서(11)는 설계자의 입력 조작에 따라서 설계안별 평가(취약점 해소 여부, 시공성, 경제성 등)를 수행하고, 아래의 표 5에 기재된 바와 같은 설계 계획(설계안)에 대한 평가를 수행한다(S242). 평가조건(취약점 해소 여부, 시공성, 경제성 등) 및 배점은 설계자가 선택하여 구성할 수 있다.
그 후, 설계자는 최종 설계안을 확정하고, 최종 설계안을 프로세서(11)로 입력하며, 프로세서(11)는 최종 설계안을 확정하여 제 S250 단계로 진행한다.(S243)
지금까지 설명한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 하수도 관망 및 관로 설계 방법은, 컴퓨터에서 실행가능한 명령어로 구현되어 비일시적 저장매체에 저장된 컴퓨터 프로그램으로 구현될 수 있다.
저장매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 저장매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광데이터 저장장치 등이 있다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 저장매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
10 : 하수도 관망 및 관로 설계 장치 11 : 프로세서
12 : 메모리 20 : 입력 장치
21 : 마우스 23 : 키보드
30 : 출력 장치 31 : 모니터
40 : GIS 데이터 베이스 서버
12 : 메모리 20 : 입력 장치
21 : 마우스 23 : 키보드
30 : 출력 장치 31 : 모니터
40 : GIS 데이터 베이스 서버
Claims (19)
- 프로세서 및 메모리를 포함하는 하수도 관망 및 관로 설계 장치에서 수행되는 하수도 관망 및 관로 설계 방법으로서,
(a) 상기 하수도 관망 및 관로 설계 장치가 하수 관망 및 관로 해석을 위한 기초 설계 데이터를 입력받아 상기 메모리에 저장함으로써 기초 데이터 베이스를 구축하는 단계;
(b) 상기 하수도 관망 및 관로 설계 장치가 상기 기초 데이터 베이스에 저장된 기초 설계 데이터들을 이용하여 관로 매설이 가능한 노선 계획을 수립하고, 관로별로 계획 우수량과 계획 오수량을 산정하고, 상기 산정된 계획 우수량 및 계획 오수량에 따라서, 관로내에 침전물이 퇴적하지 않고 적정한 유속이 확보될 수 있도록 하수 관로의 단면 및 경사를 계획한 후, 하수 관망 및 관로의 수리해석을 실시하고, 수리 해석 결과에 대한 적정성을 검토하여, 수리해석 결과에 따라서 설계 데이터를 수정하는 단계;
(c) 상기 하수도 관망 및 관로 설계 장치가 상기 (b) 단계의 수리 해석 및 설계 결과에 대해서 재난 및 재해 발생에 따른 취약점을 분석하여 확인하는 단계; 및
(d) 상기 하수도 관망 및 관로 설계 장치가 상기 (c) 단계에서 확인된 취약점의 설계를 보강하는 설계 보강 계획을 입력받아 설계 데이터를 변경하고, 변경된 설계 데이터에 따른 평가 결과를 출력하는 단계를 포함하고,
상기 (b) 단계에서, 상기 수리 해석 결과에 대한 적정성 검토는 하수 관로에서의 유속이 사전에 등록된 최소 및 최대 조건을 만족하는지, 및 통수능력이 확보되는지 여부에 따라서 수행되고,
상기 (c) 단계는
(c1) 상기 하수도 관망 및 관로 설계 장치가 하수 관망 및 관로를 설계할 전체 영역에 대해서 복수의 단위 그리드를 각각 포함하는 복수의 해석 그리드를 생성하는 단계;
(c2) 상기 하수도 관망 및 관로 설계 장치가 해석 그리드별로 내부에 포함되는 단위 그리드들의 취약점 진단의 기초 정보를 계량화하여 합산한 후 평균값을 계산하는 단계;
(c3) 상기 평균값을 변수로하여 해석 그리드 개별 취약성을 계산하고, 상기 해석 그리드 개별 취약성을 이용하여, 해석 그리드 내의 관로의 파손 및 누수 확률을 나타내는 해석 그리드 개별 파손 및 누수 확률을 계산하는 단계;
(c4) 각 해석 그리드별로, 해석 그리드 내부에 포함되는 기능유지 우선 시설물과 기능유지 취약부 각각에 대한 중요도를 평가하고, 중요도에 따른 가중치를 각각 부여하여 합산하는 단계; 및
(c5) 해석 그리드별로, 해석 그리드 개별 파손 및 누수 확률과 합산 가중치를 승산하여 해석 그리드의 하수 관망 및 관로 위험도를 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 하수도 관망 및 관로 설계 방법. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제 1 항에 있어서, 상기 (c3) 단계에서
상기 하수도 관망 및 관로 설계 장치는 아래의 수학식에 따라서 해석 그리드 개별 취약성을 계산하되,
a 및 b 는 관로 시설물 특징에 따른 상수이고, IM은 상기 (c2) 단계에서 계산된 평균값을 변수로 하는, 취약점 분석의 대상 항목에 따라서 정해지는 함수인 것을 특징으로 하는 하수도 관망 및 관로 설계 방법. - 제 5 항에 있어서, 상기 (c3) 단계에서
상기 하수도 관망 및 관로 설계 장치는 아래의 수학식에 따라서 해석 그리드 내 관로의 파손 및 누수 확률을 계산하고,
상기 수학식에서 P는 해석 그리드내 n개의 관로의 파손 및 누수 확률을 나타내고, L은 분절관로의 길이를 나타내며, RR 상기 해석 그리드 개별 취약성을 각각 나타내는 것을 특징으로 하는 하수도 관망 및 관로 설계 방법. - 제 6 항에 있어서,
(c6) 상기 하수도 관망 및 관로 설계 장치는 상기 (c5) 단계에서 계산된 각 해석 그리드의 하수 관망 및 관로 위험도(P(X,Y))를 사전에 설정된 위험도 임계치와 비교하여, 해석 그리드의 하수 관망 및 관로 위험도가 임계치보다 큰 해석 그리드가 존재하면 취약점에 대한 설계가 적절하게 수행되지 않은 것으로 판단하여 상기 (d) 단계를 수행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하수도 관망 및 관로 설계 방법. - 제 1 항에 있어서, 상기 (d) 단계는
(d1) 상기 하수도 관망 및 관로 설계 장치가 상기 하수 관망 및 관로 위험도에 따라서, 각 해석 그리드의 취약점 등급을 결정하고, 재난 대비 취약점 해소를 만족하는 취약점 등급의 최소기준 이상을 확보할 수 있도록 설계 보강 계획을 수립하는 단계;
(d2) 취약점에 대한 설계 보강 계획 수립이 완료되면, 상기 하수도 관망 및 관로 설계 장치는 설계자의 입력 조작에 따라서 설계인자별 평가를 수행하고, 설계 계획에 대한 평가를 수행하는 단계; 및
(d3) 상기 하수도 관망 및 관로 설계 장치가 설계자로부터 확정된 최종 설계안을 입력받는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 하수도 관망 및 관로 설계 방법. - 제 1 항에 있어서,
(e) 하수도 관망 및 관로 설계안이 확정되면, 상기 하수도 관망 및 관로 설계 장치는 하수 관망 및 관로 수리해석 결과 보고서, 관로 종·횡단면도 및 수량산출을 위한 조서를 전산파일로 출력하는 단계를 더 포함하고,
상기 수량산출을 위한 조서는 관로조서, 맨홀조서, 토적표, 가시설 제원을 포함하고, Microsoft Excel File로 저장이 가능한 형태로 출력되는 것을 특징으로 하는 하수도 관망 및 관로 설계 방법.
- 프로세서 및 소정의 명령어들을 저장하는 메모리를 포함하는 하수도 관망 및 관로 설계 장치로서,
상기 메모리에 저장된 명령어들을 실행한 상기 프로세서는
(a) 하수 관망 및 관로 해석을 위한 기초 설계 데이터를 입력받아 상기 메모리에 저장함으로써 기초 데이터 베이스를 구축하는 단계;
(b) 상기 하수도 관망 및 관로 설계 장치가 상기 기초 데이터 베이스에 저장된 기초 설계 데이터들을 이용하여 관로 매설이 가능한 노선 계획을 수립하고, 관로별로 계획 우수량과 계획 오수량을 산정하고, 상기 산정된 계획 우수량 및 계획 오수량에 따라서, 관로내에 침전물이 퇴적하지 않고 적정한 유속이 확보될 수 있도록 하수 관로의 단면 및 경사를 계획한 후, 하수 관망 및 관로의 수리해석을 실시하고, 수리 해석 결과에 대한 적정성을 검토하여, 수리해석 결과에 따라서 설계 데이터를 수정하는 단계;
(c) 상기 (b) 단계의 수리 해석 및 설계 결과에 대해서 재난 및 재해 발생에 따른 취약점을 분석하여 확인하는 단계; 및
(d) 상기 (c) 단계에서 확인된 취약점의 설계를 보강하는 설계 보강 계획을 입력받아 설계 데이터를 변경하고, 변경된 설계 데이터에 따른 평가 결과를 출력하는 단계를 수행하여 하수도 관망 및 관로 설계를 수행함으로써 하수도 관망 및 관로 설계 방법을 수행하고,
상기 (b) 단계에서, 상기 수리 해석 결과에 대한 적정성 검토는 하수 관로에서의 유속이 사전에 등록된 최소 및 최대 조건을 만족하는지, 및 통수능력이 확보되는지 여부에 따라서 수행되고,
상기 (c) 단계는
(c1) 상기 프로세서 가 하수 관망 및 관로를 설계할 전체 영역에 대해서 복수의 단위 그 리드를 각각 포함하는 복수의 해석 그리드를 생성하는 단계;
(c2) 상기 프로세서가 해석 그리드별로 내 부에 포함되는 단위 그리드들의 취약점 진단의 기초 정보를 계량화하 여 합산한 후 평균값을 계산하는 단계;
(c3) 상기 평균값을 변수로하여 해석 그리드 개별 취약성을 계산 하고, 상기 해석 그리드 개별 취약성을 이용하여, 해석 그리드 내의 관로의 파손 및 누수 확률을 나타내는 해석 그리드 개별 파손 및 누 수 확률을 계산하는 단계;
(c4) 각 해석 그리드별로, 해석 그리드 내부에 포함되는 기능유지 우선 시설 물과 기능유지 취약부 각각에 대한 중요도를 평가하고, 중요도에 따른 가중치를 각 각 부여하여 합산하는 단계; 및
(c5) 해석 그리드별로, 해석 그리드 개별 파손 및 누수 확률과 합산 가 중치를 승산하여 해석 그리드의 하수 관망 및 관로 위험도를 계산하 는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 하수도 관망 및 관로 설계 장치. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제 10 항에 있어서, 상기 (c3) 단계에서
상기 프로세서는 아래의 수학식에 따라서 해석 그리드 개별 취약성을 계산하되,
a 및 b 는 관로 시설물 특징에 따른 상수이고, IM은 상기 (c2) 단계에서 계산된 평균값을 변수로 하는, 취약점 분석의 대상 항목에 따라서 정해지는 함수인 것을 특징으로 하는 하수도 관망 및 관로 설계 장치. - 제 14 항에 있어서, 상기 (c3) 단계에서
상기 프로세서는 아래의 수학식에 따라서 해석 그리드 내 관로의 파손 및 누수 확률을 계산하고,
상기 수학식에서 P는 해석 그리드내 n개의 관로의 파손 및 누수 확률을 나타내고, L은 분절관로의 길이를 나타내며, RR 상기 해석 그리드 개별 취약성을 각각 나타내는 것을 특징으로 하는 하수도 관망 및 관로 설계 장치. - 제 15 항에 있어서, 상기 프로세서는
(c6) 상기 프로세서가 상기 (c5) 단계에서 계산된 각 해석 그리드의 하수 관망 및 관로 위험도(P(X,Y))를 사전에 설정된 위험도 임계치와 비교하여, 해석 그리드의 하수 관망 및 관로 위험도가 임계치보다 큰 해석 그리드가 존재하면 취약점에 대한 설계가 적절하게 수행되지 않은 것으로 판단하여 상기 (d) 단계를 수행하는 단계를 더 수행하는 것을 특징으로 하는 하수도 관망 및 관로 설계 장치. - 제 10 항에 있어서, 상기 (d) 단계는
(d1) 상기 프로세서가 상기 하수 관망 및 관로 위험도에 따라서, 각 해석 그리드의 취약점 등급을 결정하고, 재난 대비 취약점 해소를 만족하는 취약점 등급의 최소기준 이상을 확보할 수 있도록 설계 보강 계획을 수립하는 단계;
(d2) 취약점에 대한 설계 보강 계확 수립이 완료되면, 상기 프로세서는 설계자의 입력 조작에 따라서 설계인자별 평가를 수행하고, 설계 계획에 대한 평가를 수행하는 단계; 및
(d3) 상기 프로세서가 설계자로부터 확정된 최종 설계안을 입력받는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 하수도 관망 및 관로 설계 장치. - 제 10 항에 있어서, 상기 프로세서는
(e) 하수도 관망 및 관로 설계안이 확정되면, 상기 프로세서가 하수 관망 및 관로 수리해석 결과 보고서, 관로 종·횡단면도 및 수량산출을 위한 조서를 전산파일로 출력하는 단계를 더 수행하고,
상기 수량산출을 위한 조서는 관로조서, 맨홀조서, 토적표, 가시설 제원을 포함하고, Microsoft Excel File로 저장이 가능한 형태로 출력되는 것을 특징으로 하는 하수도 관망 및 관로 설계 장치.
- 비일시적 저장매체에 저장되고, 프로세서를 포함하는 컴퓨터에서 실행되어, 상기 청구항 1, 및 청구항 5 내지 청구항 9 중 어느 한 항의 하수도 관망 및 관로 설계 방법을 수행하는 컴퓨터 프로그램.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| KR1020210025006A KR102537787B1 (ko) | 2021-02-24 | 2021-02-24 | 하수도 관망 및 관로 설계 방법 및 장치 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020210025006A KR102537787B1 (ko) | 2021-02-24 | 2021-02-24 | 하수도 관망 및 관로 설계 방법 및 장치 |
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| Publication Number | Publication Date |
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| KR20220121063A KR20220121063A (ko) | 2022-08-31 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| KR1020210025006A KR102537787B1 (ko) | 2021-02-24 | 2021-02-24 | 하수도 관망 및 관로 설계 방법 및 장치 |
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| KR101896059B1 (ko) * | 2018-06-18 | 2018-09-06 | 지오로그(주) | Ｇｉｓ와 통합된 상수관망 시스템 |
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