KR20170110790A - 비정형부에 시공되는 구조물의 재료량 최적화 방법 - Google Patents

Abstract

비정형부에 시공되는 구조물의 재료량 최적화 방법은 공동의 내벽에 형성된 미굴부 및 여굴부에 의하여 3차원 시공 모델을 구축하는 단계; 상기 시공 모델 내부에 규정 두께를 갖는 설계 모델을 결합하는 단계; 상기 설계 모델의 상기 규정 두께를 유지하면서 상기 설계 모델의 높이를 상기 시공 모델에 대하여 가상으로 변경시키면서 상기 미굴부와의 간섭 부피 및 콘크리트의 타설량이 포함된 다수개의 시나리오들을 생성하는 단계; 및 상기 시나리오들을 비교 및 분석하여 상기 미굴부의 굴착 규모 및 콘크리트 타설량을 각각 산출하여 최적의 콘크리트 타설량을 산출하는 단계를 포함한다.

Description

비정형부에 시공되는 구조물의 재료량 최적화 방법{Volume optimizing method for concrete structure on atypical object}

본 발명은 굴곡이 있는 비정형부에 시공되는 구조물의 재료량을 최적화하기 위한 것으로, 구체적으로 본 발명은 N.A.T.M N.A.T.M(New Austrailian Tunneling Method) 터널에 사용되는 재료인 콘크리트 라이닝의 재료량을 최적화하는 방법에 관한 것이다.

특히 본 발명은 발파 등에 의하여 형성된 도면화가 난해한 공동(cavity) 정보를 시나리오별로 분석하여 콘크리트 라이닝을 형성할 때, 최소 비용에 수렴할 수 있는 비정형부에 시공되는 구조물의 재료량 최적화 방법에 관한 것이다.

일반적으로 도로 또는 철도 등을 건설할 때 산, 바다와 같은 지형을 관통하는 터널이 시공되고 있다.

터널 공법은 길이, 지질조건, 시공 환경 등을 종합적으로 분석하여 결정 되는데, 국내에서는 대부분 화약발파와 적정한 지지 보강재 시공을 혼합한 N.A.T.M(New Austrailian Tunneling Method) 공법이 채택되고 있다.

N.A.T.M 터널 공법은 암석에 발파를 통해 공동(cavity)을 형성하고, 공동의 내벽에는 숏크리트와 지보재를 시공하여 터널 자체가 붕괴되지 않도록 보강조치를 하고 그 내측에 방수포를 시공한다. 최종적으로 내면에 규정된 두께로 콘크리트 라이닝을 시공하여 마감하게 된다.

발파를 이용하여 공동을 형성 할 때에는 굴착면(막장)에 다수개의 구멍을 천공하고 구멍 내부에 폭약을 장착한 후 순차적으로 폭발시키는 발파 공법이 주로 사용된다.

그러나 이와 같이 폭약을 이용하여 발파를 수행할 경우 굴착기기의 형상, 시공오차, 지질 조건 등의 다양한 변수에 의해 필연적으로 계획 굴착면을 초과하는 여굴(overbreak) 또는 계획 단면 미만으로 굴착된 미굴(underbreak)이 불규칙하게 생성된다.

이와 같이 발파를 통해 조성된 공동 내부의 비정형화 된 여굴 또는 미굴을 제어하기는 매우 어렵고 제어 대상의 정확한 형상과 수량을 추정하는데 아무런 도움이 되지 못한 실정이다.

이러한 상황에서 발파에 의해 발생한 여굴 혹은 미굴에 대한 데이터의 부재 불완 또는 불완전한 데이터는 결국 콘크리트 라이닝의 타설량을 제어할 수 없고 결국 시의 적절한 조치가 늦어져 원가적인 손실로 귀결된다.

때문에 여굴 또는 미굴에 대하여 기존 설계량에 시공여건을 고려하여 약 20~30%의 할증하여 산정한 수량으로 공사 대가를 책정하고 있으나, 대부분 설정된 할증범위를 초과하고 있는 실정이다.

시공에 있어서 미굴의 영향은 추가굴착, 추가보강, 방수 재작업 등에 의한 추가비용을 유발하는데, 특히 라이닝 타설 직전에 미처 발견하지 못한 미굴부에 의해 공사가 중단되면, 같은 길이의 굴착 진행으로 지급받았던 이익을 초과할 만큼 손실이 발생 된다.

반면에, 여굴의 영향은 공동부위를 모두 콘크리트로 채워야 하므로 불필요한 재료 낭비와 타설에 따른 추가 시공비용을 유발하므로 이로 인해 시공자의 입장에서 손실이 발생되고 있다.

대한민국 등록특허 제10-0806258호, 터널 내부의 여굴 또는 미굴을 실시간으로 계측하여 제어하기 위한 제어시스템 및 제어 방법 (2008년 02월 15일 등록)에는 터널 시공중에 계측된 자료를 활용하여 터널 굴착시의 터널의 여굴 또는 미굴의 정도, 콘크리트 라이닝의 두께 확보 여부, 내부 단면을 비교하여 후속조치에 이용하는 절차에 관하여 개시되어 있다.

상기 터널 내부의 여굴 또는 미굴을 실시간으로 계측하여 제어하기 위한 제어시스템 및 제어 방법은 터널에 공동을 형성하는 과정에서 오로지 설계면과 대조하여 여굴 또는 미굴을 규정하고 이를 통해, 콘크리트 라이닝의 두께 확보 여부를 확인하여 경보를 하는 단계로 구성되어 있다.

전술한 제어시스템 및 제어 방법은 공동 조성 후 수렴(암석의 응력 재 분배 과정을 통해 내부 공동의 형상이 변화하는 단계)전 측정을 해야 하므로 결국 발파의 파라미터 제어에만 적용할 수 있는 기술로써 콘크리트의 타설량을 최적화하기 어려운 문제점을 갖는다.

대한민국 등록특허 제10-0806258호, 터널 내부의 여굴 또는 미굴을 실시간으로 계측하여 제어하기 위한 제어시스템 및 제어 방법 (2008년 02월 15일 등록)

본 발명은 터널을 형성하기 위해 공동을 형성한 후 비정형인 공동의 내면에 형성되는 콘크리트 구조물이 규정된 두께를 만족하면서도 콘크리트 구조물을 형성하기 위한 콘크리트의 타설량을 최소화 또는 최적화할 수 있는 비정형부에 시공되는 구조물의 재료량 최적화 방법을 제공한다.

일실시예로서, 비정형부에 시공되는 구조물의 재료량 최적화 방법은 공동의 내벽에 형성된 미굴부 및 여굴부의 정보가 포함된 3차원 시공 모델을 구축하는 단계; 상기 시공 모델 내부에 규정 두께를 갖는 설계 모델을 결합하는 단계; 상기 설계 모델의 상기 규정 두께를 유지하면서 상기 설계 모델의 높이를 상기 시공 모델에 대하여 가상으로 변경시키면서 상기 미굴부와의 간섭 부피 및 콘크리트의 타설량이 포함된 다수개의 시나리오들을 생성하는 단계; 및 상기 시나리오들을 비교 및 분석하여 상기 미굴부의 굴착 규모 및 콘크리트 타설량을 각각 산출하여 최적의 콘크리트 타설량을 산출하는 단계를 포함한다.

상기 미굴부 및 여굴부의 상기 정보는 카메라에 의하여 촬영된 이미지를 영상 처리하여 형성된다.

상기 시나리오들을 생성하는 단계에서, 상기 시나리오들에는 상기 미굴부의 굴착을 위해 상기 미굴부의 위치 데이터가 함께 포함된다.

상기 공동의 내벽에 형성된 상기 미굴부 및 여굴부의 상기 정보는 상기 공동을 터널의 길이만큼 형성한 후 생성된다.

상기 설계 모델의 위치를 상기 시공 모델에 대하여 가상으로 변경시킬 때 상기 설계 모델의 위치는 연속적 또는 단속적으로 변경된다.

상기 시나리오들을 비교 및 분석하는 단계에서, 상기 시나리오들에는 상기 미굴부를 추가 굴착하는데 소요되는 비용 및 상기 콘크리트의 타설량 변화에 따라 소요되는 비용이 포함된다.

본 발명에 따른 비정형부에 시공되는 구조물의 재료량 최적화 방법은 공동의 내벽에 형성된 요철들의 정보를 통해 3차원 시공 모델을 구축하고, 시공 모델 내부에 설계 모델을 결합한 후 설계 모델의 위치를 가상으로 변경시키면서 다수개의 시나리오들을 형성하고, 시나리오를 통해 공동의 내벽에 형성된 미굴부의 굴착 규모 및 콘크리트 타설량을 결정하여 불필요하게 낭비되는 시공 비용을 크게 감소시키고 시공 기간을 단축시킬 수 있는 효과를 갖는다.

또한 터널 외 3D 프린터 등으로 제품 제작시 3D 스캐너에 의해 취득된 데이터의 분석 방법으로 본 특허를 적용 할 경우, 재료절감에 따른 직접비 외 3D 프린터의 재료 사용을 최소화 하므로 가동시간 및 소모품 교체비용을 대폭 단축할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 비정형부에 시공되는 구조물의 재료량 최적화 방법을 도시한 순서도이다.
도 2는 공동의 내면을 카메라로 촬영하여 미굴부 및 여굴부의 정보를 수집하는 것을 도시한 도면이다.
도 3은 요철 정보에 따라 정보처리장치에서 구현된 3차원 시공 모델을 도시한 도면이다.
도 4는 정보처리장치에서 구축된 설계 모델을 도시한 사시도이다.
도 5는 시공 모델의 내부에 설계 모델을 결합하는 것을 도시한 사시도이다.
도 6은 도 5의 측면도이다.
도 7 및 도 8은 공동에 타설 되는 재료인 콘크리트의 타설량을 최적화하기 위한 제1 시나리오를 생성하기 위한 모델링 사진 및 단면도이다.
도 9 및 도 10은 공동에 타설 되는 재료인 콘크리트의 타설량을 최적화하기 위한 제2 시나리오를 생성하기 위한 모델링 사진 및 단면도이다.
도 11 및 도 12는 공동에 타설 되는 재료인 콘크리트의 타설량을 최적화하기 위한 제3 시나리오를 생성하기 위한 모델링 사진 및 단면도이다.

이하 설명되는 본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고, 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에서 상세하게 설명하고자 한다.

그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 구분하여 설명하기 위해 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 비정형부에 시공되는 구조물의 재료량 최적화 방법을 도시한 순서도이다. 도 2는 공동의 내면을 카메라로 촬영하여 미굴부 및 여굴부의 정보를 수집하는 것을 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 터널의 공동의 내면에 형성되는 재료인 콘크리트 구조물의 타설량(재료량)을 최적화하기 위해서 먼저 폭약을 이용한 발파를 통해 지형에 형성된 공동(cavity)의 내면에 불규칙하게 형성된 요철(또는 미굴부 및 여굴부)들의 정보를 획득하고, 컴퓨터와 같은 정보처리장치에 미굴부 및 여굴부의 정보가 포함된 3차원 시공 모델을 구축한다. (단계 S10)

도 2를 참조하면, 정보처리장치에서 시공 모델을 3차원 모델로 구축하기 위해서 작업자는 요철(또는 미굴부 또는 여굴부;2)이 형성된 공동(1)의 내벽을 카메라(3)를 이용하여 촬영하여 공동(1)의 내벽에 형성된 미굴부 및 여굴부의 정보가 포함된 디지털 이미지를 생성한다.

비록 본 발명의 일실시예에서는 카메라(3)를 통해 공동(1)의 내벽에 형성된 요철(미굴부 및 여굴부)의 정보가 포함된 디지털 이미지를 생성하지만, 이와 다르게 3차원 이미지 또는 3차원 모델링을 수행하기 위한 다양한 디지털 기기가 사용될 수 있다.

본 발명의 일실시예에서, 공동(1)의 요철 정보는 공동(1)이 완전히 형성된 후 수행된다.

도 3은 요철 정보에 따라 정보처리장치에서 구현된 3차원 시공 모델을 도시한 도면이다.

도 3을 참조하면, 카메라(3)를 통해 공동(1)의 디지털 이미지가 생성되면, 디지털 이미지는 컴퓨터와 같은 정보처리장치에 내장되어 디지털 이미지를 3차원 모델로 렌더링하는 영상처리 프로그램에 의하여 영상 처리되어 정보처리장치에는 도 3에 도시된 바와 같이 3차원 시공 모델(4)이 구축된다.

정보처리장치에서 구현된 3차원 시공 모델(4)에는 공동(1)의 요철(2)과 동일한 형상 및 동일한 사이즈를 갖는 요철(2)들이 입체적으로 재현된다.

이하, 도 3에서 공동(1)에 형성된 요철(2) 중 상대적으로 공동(1)의 내면으로부터 상대적으로 돌출된 부분은 미굴부(underbreak portion, 2a)로서 정의하기로 하고 공동(1)의 내면으로부터 상대적으로 오목한 부분은 여굴부(overbreak portion, 2b)로서 정의하기로 한다.

도 4는 정보처리장치에서 구축된 설계 모델을 도시한 사시도이다.

도 1 및 도 4를 참조하면, 공동(1)의 3차원 시공 모델(4)이 정보처리장치에 구축되면, 설계 모델(design model; 6)이 정보처리장치에서 3차원 모델 형태로 구현된다.

본 발명의 일실시예에서, 설계 모델(6)은 거푸집의 설계 자료, 거푸집 설계도 및 거푸집 시방서 등을 근거로 구현된다. (단계 S20)

설계 모델(6)은 공동(1)의 내면에 형성되는 콘크리트 구조물을 형성하기 위한 거푸집을 가상으로 구현한 것이다.

본 발명의 일실시예에서, 설계 모델(6)은, 예를 들어, 거푸집의 설계도에 근거하여 3차원 모델로 렌더링하는 정보처리장치 내에 내장된 3차원 모델링 프로그램 등을 이용하여 생성될 수 있다.

3차원으로 구현된 설계 모델(6)의 외측면(7)은 공동(1)의 내면과 마주하게 설치되는 거푸집의 외측면과 대응하며, 설계 모델(6)의 내측면(8)은 거푸집의 외측면과 마주하는 내측면과 대응한다.

설계 모델(6)의 외측면(7) 및 설계 모델(6)의 내측면(8) 사이의 두께 t는 공동(1)의 내면에 시공되는 콘크리트 구조물의 규정된 두께 이상으로 형성된다.

설계 모델(6)의 외측면(7) 및 내측면(8) 사이의 두께 t는, 예를 들어, 최소 30cm 이상일 수 있고, 설계 모델(6)의 내측면(8) 및 지면(9)의 높이(H)는 설계도에서 지정된 높이 이상이다.

도 5는 시공 모델의 내부에 설계 모델을 결합하는 것을 도시한 사시도이다. 도 6은 도 5의 측면도이다.

도 5를 참조하면, 정보처리장치에서 도 3에 도시된 3차원 시공 모델(4) 및 도 4에 도시된 3차원 설계 모델(6)이 각각 구축되면, 작업자는 정보처리장치의 3차원 모델링 프로그램을 이용하여 시공 모델(4)의 내부에 설계 모델(6)을 동일 방향 및 동일 비율로 결합한다.

도 6을 참조하면, 시공 모델(4)의 내부에 설계 모델(6)이 결합 됨에 따라 시공 모델(4)은 설계 모델(6)의 외측면(7)과 마주하게 배치되고, 시공 모델(4)의 내벽 및 설계 모델(6)의 외측면(7) 사이에는 갭(gap)이 형성된다.

본 발명의 일실시예에서, 시공 모델(4)의 내벽 및 설계 모델(6)의 외측면(7) 사이에 형성되는 간격, 시공 모델(4)의 내벽 및 설계 모델(6)의 외측면(7) 사이에 형성되는 공간의 부피, 시공 모델(4)에 형성된 요철의 개수 및 요철의 부피에 의하여 콘크리트 구조물을 이루는 콘크리트의 타설량이 결정된다.

도 1을 다시 참조하면, 시공 모델의 내부에 설계 모델이 결합 되면, 공동의 내부에 형성되는 콘크리트 구조물을 이루는 콘크리트의 타설량을 최적화하기 위한 복수개의 시나리오들이 정보처리장치에서 생성된다. (단계 S30)

도 7 및 도 8은 공동에 타설되는 재료인 콘크리트의 타설량을 최적화하기 위한 제1 시나리오를 생성하기 위한 모델링 사진 및 단면도이다.

도 7 및 도 8을 참조하면, 공동(1)에 타설 되는 콘크리트의 타설량을 최적화하기 위해 먼저 제1 시나리오가 작성된다.

시공 모델(4)의 내부에 결합 된 설계 모델(6)은 외측면(7) 및 내측면(8)을 포함하며, 외측면(7) 및 내측면(8) 사이의 두께는 t이다. 예를 들어, 두께 t는 30cm이고, 두께 t는 터널의 설계에 따라서 다소 변경될 수 있다.

설계 모델(6)의 내측면(8) 및 지면(9) 사이의 높이(H)는 설계도에서 지정된 높이 이상으로 설정되며, 본 발명의 일실시예에서, 높이(H)는 설계도에서 지정된 높이 이하로는 설정되지 않는다.

본 발명의 일실시예에서 설계 모델(6)의 두께가 t일 경우, 도 8에 도시된 바와 같이 설계 모델(6)의 외측면(7)은 시공 모델(4)의 요철(2) 중 미굴부(2a)와는 접촉되지 않는다.

도 7 및 도 8과 같이 설계 모델(6)의 두께가 t이고 공동(1)에 형성된 미굴부(2a)와 설계 모델(6)의 외측면(7)이 상호 접촉되지 않는 제1 시나리오에서는 미굴부(2a)의 추가 굴착이 필요 없으며 콘크리트 구조물을 형성하기 위해서 제1 타설량의 콘크리트를 필요로 하며, 제1 시나리오에서는 제1 타설량은 정보처리장치 등에 데이터 형태로 저장된다.

도 9 및 도 10은 공동에 타설되는 재료인 콘크리트의 타설량을 최적화하기 위한 제2 시나리오를 생성하기 위한 모델링 사진 및 단면도이다.

도 9 및 도 10을 참조하면, 은 공동에 타설 되는 콘크리트의 타설량을 최적화하기 위해 제1 시나리오가 작성된 후 제2 시나리오가 생성된다.

제2 시나리오에서 설계 모델(6)의 두께는 제1 시나리오와 동일하게 두께 t로 설정된다.

제2 시나리오에서는 설계 모델(6)의 두께가 t를 유지하면서 설계 모델(6)의 내측면(8) 및 지면(9) 사이의 높이가 제1 시나리오에서의 높이 H보다 높은 H1으로 설정된다. (H1 > H) 이때, 높이 H1는 연속적 또는 단속적으로 증가될 수 있다.

제2 시나리오에서 설계 모델(6)의 두께를 t로 유지하면서 설계 모델(6)의 내측면(8) 및 지면(9) 사이의 높이를 H에서 H1으로 증가시킬 경우, 설계 모델(6)의 외측면(7)의 일부는 미굴부(2a)와 겹쳐 간섭되는 간섭부(2c)가 발생 된다.

제2 시나리오에서는 설계 모델(6)의 외측면(7) 및 미굴부(2a)가 상호 간섭되어 생성된 간섭부(2c)의 간섭 부피 및 설계 모델(6)의 내측면(8) 및 지면(9) 사이의 높이가 H1일 때 공동(1)의 내면에 콘크리트 구조물을 형성하기 위한 콘크리트의 제2 타설량이 산출되고 정보처리장치에 데이터 형태로 저장된다.

도 11 및 도 12는 공동에 타설 되는 콘크리트의 타설량을 최적화하기 위한 제3 시나리오를 생성하기 위한 모델링 사진 및 단면도이다.

도 11 및 도 12를 참조하면, 공동(1)에 타설 되는 콘크리트의 타설량을 보다 최적화하기 위해 제2 시나리오가 작성된 후 제3 시나리오가 생성된다.

제3 시나리오에서 설계 모델(6)의 두께는 제1 시나리오 및 제2 시나리오와 동일하게 두께 t로 설정된다.

제3 시나리오에서는 설계 모델(6)의 두께가 t를 유지하면서 설계 모델(6)의 내측면(8) 및 지면(9) 사이의 높이가 제2 시나리오에서의 높이 H1보다 높은 H2로 설정된다. (H2 > H1)

제3 시나리오에서 설계 모델(6)의 두께를 t로 유지하면서 설계 모델(6)의 내측면(8) 및 지면(9) 사이의 높이를 H1에서 H2로 증가시킬 경우, 설계 모델(6)의 외측면(7)의 일부는 제2 시나리오 대비 미굴부(2a)와 많이 겹쳐 간섭되는 간섭부(2d)가 형성된다.

제3 시나리오에서는 설계 모델(6)의 외측면(7) 및 미굴부(2a)가 보다 많이 간섭된 간섭부(2d)가 형성됨에 따라 미굴부(2a)의 간섭 부피 및 설계 모델(6)의 내측면(8) 및 지면(9) 사이의 높이가 H2일 때 공동(1)의 내면에 콘크리트 구조물을 형성하기 위한 콘크리트의 제3 타설량이 산출되어 정보처리장치에 저장된다.

본 발명의 일실시예에서는 제1 내지 제3 시나리오가 작성되는 것이 설명되고 있지만, 보다 정밀한 콘트리트 구조물의 최적 타설량을 산출하기 위해서는 3 개 이상의 시나리오들이 작성될 수 있다.

도 1을 다시 참조하면, 제1 시나리오 및 제3 시나리오에 의하여 상기 제1 타설량 내지 상기 제3 타설량이 정보처리장치에서 각각 생성되면 제1 내지 제3 시나리오들은 비교 및 분석되어 공동(1)의 내면 및 거푸집 사이의 공간에 형성되는 콘크리트 구조물의 최적의 타설량이 산출된다. (단계 S40)

예를 들어, 제1 시나리오에는 설계 모델(6)의 두께가 t이고, 내측면(8) 및 지면(9)의 높이가 H일 때, 콘크리트 구조물을 타설 하는데 필요한 콘크리트의 제1 타설량에 대한 정보가 포함되어 있으나 제1 시나리오에는 미굴부(2a)와 간섭되는 간섭부가 없기 때문에 미굴부(2a)의 간섭 부피에 대한 정보는 포함하고 있지 않다.

제2 시나리오에는 설계 모델(6)의 두께가 상기 t이고, 내측면(8) 및 지면(9)의 높이가 H1(H1 > H)일 때, 콘크리트 구조물을 타설 하는데 필요한 콘크리트의 제2 타설량에 대한 정보 및 설계 모델(6)의 외측면(7) 및 미굴부(2a)가 간섭되어 발생 된 간섭부(2c)의 간섭 부피 및 미굴부(2a)의 위치가 포함되어 있다.

제3 시나리오에는 설계 모델(6)의 두께가 상기 t이고, 내측면(8) 및 지면(9)의 높이가 H2(H2 > H1)일 때, 콘크리트 구조물을 타설 하는데 필요한 콘크리트의 제3 타설량에 대한 정보 및 설계 모델(6)의 외측면(7) 및 미굴부(2a)의 간섭에 의한 간섭부(2d)의 간섭 부피 및 미굴부(2a)의 위치가 포함되어 있다.

제1 내지 제3 시나리오들에 의하면, 설계 모델(6)의 두께 t를 일정하게 유지하면서 내측면(8) 및 지면(9)의 높이를 증가시킬 경우, 제3 시나리오에 의한 콘크리트의 제3 타설량은 제2 시나리오에 의한 콘크리트의 제2 타설량보다 적고, 제2 시나리오에 의한 콘크리트의 제2 타설량은 제1 시나리오에 의한 콘크리트의 제1 타설량보다 적다.

따라서 콘크리트의 타설량 만을 고려할 경우, 제3 시나리오에 따라서 공동(1)에 거푸집을 설치하고 콘크리트 구조물을 형성하는 것이 시공 비용 및 시공 기간 측면에서 가장 유리하다.

그러나, 제2 및 제3 시나리오에 의하면 미굴부(2a)와 설계 모델(6)의 외측면(7)의 상호 간섭에 의한 간섭부(2c, 2d)의 간섭 부피가 존재하기 때문에 제2 및 제3 시나리오에 의하여 거푸집을 공동(1)에 실제로 배치할 경우 거푸집과 미굴부(2a)가 상호 간섭되기 때문에 미굴부(2a)를 추가 굴착해야만 한다.

본 발명의 일실시예에서, 미굴부(2a)를 추가 굴착하지 않을 경우 실제 공동(1)에 거푸집을 설치할 때 미굴부(2a)와 거푸집이 간섭되기 때문에 제3 시나리오에 따른 위치에 거푸집을 설치할 수 없다.

이와 같은 이유로 제1 내지 제3 시나리오들에 의하여 콘크리트의 타설량을 최적화하기 위해서는 콘크리트의 타설량 뿐만 아니라 미굴부(2a)의 추가 굴착 규모 및 비용이 함께 고려되어야 한다.

제2 시나리오에서 미굴부(2a)에 의하여 형성된 간섭부(2c)의 간섭 부피는 제3 시나리오에서 미굴부(2a)에 의하여 형성된 간섭부(2d)의 간섭 부피보다 작기 때문에 제2 시나리오에 의한 미굴부(2a)의 추가 굴착 규모 및 비용은 제3 시나리오에 의한 미굴부(2a)의 추가 굴착 규모 및 비용보다는 낮다.

한편, 제1 시나리오에서는 미굴부(2a)에 의한 간섭부가 없기 때문에 제1 시나리오에 의한 미굴부(2a)의 추가 굴착 규모 및 비용은 제2 시나리오에 비하여 낮거나 없게 된다.

따라서, 본 발명의 일실시예에서는 제1 내지 제3 시나리오가 작성된 후 제1 내지 제3 시나리오를 종합적으로 비교 및 분석하여 미굴부(2a)의 추가 굴착 규모와 소요 비용 및 콘크리트의 타설량 증감에 따른 비용이 각각 산출되고, 이를 통해 최적의 시나리오를 선택 및 최적의 시나리오에 의하여 공동(1)의 내벽에 형성되는 콘크리트 구조물의 콘크리트 타설량을 최적화할 수 있다.

예를 들어, 제1 내지 제3 시나리오에 따른 미굴부의 추가 굴착에 소요되는 비용 및 콘크리트 타설량 증감에 따른 비용을 고려하여 작업자는, 예를 들어, 제2 시나리오를 선택함으로써 시공 비용, 시공 기간을 단축할 수 있다.

작업자에 의하여 제2 시나리오가 선택될 경우 공동(1)에 형성된 미굴부(2a)를 제2 시나리오에서 산출된 간섭 부피만큼 추가 굴착한 후 제2 시나리오에 따라서 거푸집을 공동(1) 내부에 실제로 설치한 후 콘크리트 라이닝을 공동(1) 및 거푸집 사이에 타설함으로써 가장 저렴한 비용으로 공동(1)에 콘크리트 구조물을 형성할 수 있다.

이상에서 상세하게 설명한 바에 의하면, 공동의 내벽에 형성된 요철들의 정보를 통해 3차원 시공 모델을 구축하고, 시공 모델 내부에 설계 모델을 결합한 후 설계 모델의 위치를 가상으로 변경시키면서 다수개의 시나리오들을 형성하고, 시나리오를 통해 공동의 내벽에 형성된 미굴부의 굴착 규모 및 콘크리트 타설량을 결정하여 불필요하게 낭비되는 시공 비용을 크게 감소 시키고 시공 기간을 단축 시킬 수 있는 효과를 갖는다.

한편, 본 도면에 개시된 실시예는 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 것이다.

1...공동 2...요철(미굴부 또는 여굴부)
3...카메라 4...시공 모델
6...설계 모델

Claims (6)

1. 공동의 내벽에 형성된 미굴부 및 여굴부의 정보가 포함된 3차원 시공 모델을 구축하는 단계;
   상기 시공 모델 내부에 규정 두께를 갖는 설계 모델을 결합하는 단계;
   상기 설계 모델의 상기 규정 두께를 유지하면서 상기 설계 모델의 높이를 상기 시공 모델에 대하여 가상으로 변경시키면서 상기 미굴부와의 간섭 부피 및 콘크리트의 타설량이 포함된 다수개의 시나리오들을 생성하는 단계; 및
   상기 시나리오들을 비교 및 분석하여 상기 미굴부의 굴착 규모 및 콘크리트 타설량을 각각 산출하여 최적의 콘크리트 타설량을 산출하는 단계를 포함하는 비정형부에 시공되는 구조물의 재료량 최적화 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 미굴부 및 여굴부의 상기 정보는 카메라에 의하여 촬영된 이미지를 영상 처리하여 형성된 비정형부에 시공되는 구조물의 재료량 최적화 방법.
3. 제1항에 있어서,
   상기 시나리오들을 생성하는 단계에서,
   상기 시나리오들에는 상기 미굴부의 굴착을 위해 상기 미굴부의 위치 데이터가 함께 포함되는 비정형부에 시공되는 구조물의 재료량 최적화 방법.
4. 제1항에 있어서,
   상기 공동의 내벽에 형성된 상기 미굴부 및 사기 여굴부의 상기 정보는 상기 공동을 터널의 길이만큼 형성한 후 생성되는 비정형부에 시공되는 구조물의 재료량 최적화 방법.
5. 제1항에 있어서,
   상기 설계 모델의 높이를 상기 시공 모델에 대하여 가상으로 변경시킬 때 상기 설계 모델의 높이는 연속적 또는 단속적으로 변경되는 비정형부에 시공되는 구조물의 재료량 최적화 방법.
6. 제1항에 있어서,
   상기 시나리오들을 비교 및 분석하는 단계에서, 상기 시나리오들에는 상기 미굴부를 추가 굴착하는데 소요되는 비용 및 상기 콘크리트의 타설량 변화에 따라 소요되는 비용이 포함되는 비정형부에 시공되는 구조물의 재료량 최적화 방법.

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