KR20200060894A - 시설물의 노후화 수준 평가 시스템 - Google Patents
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Abstract
교량, 터널, 옹벽, 건축물 등 시설물의 노후화 정도를 공용년수 기준이 아닌 시설물의 측정 데이터에 따른 노후화 수준 평가 방식을 통해 산정함으로써 보다 정확하게 시설물의 노후화 정도를 평가할 수 있고, 또한, 시설물 세부지표 항목에 대한 가중치와 세부지표 노후화 가속지수를 설정하고, 부재별 노후도 및 종합 노후도를 산출함으로써, 해당 시설물의 실제 공용년수 상호간의 상대적인 비교를 통해 시설물의 노후화 수준을 평가할 수 있으며, 또한, 시설물의 노후화 수준에 따른 유지관리 계획을 수립할 수 있고, 시설물 노후화 원인 분석 및 대책 마련을 위한 기초자료로 활용할 수 있는, 시설물의 노후화 수준 평가 시스템 및 그 방법이 제공된다.
Description
본 발명은 시설물의 노후화 수준 평가에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 교량, 터널, 옹벽, 건축물 등 시설물의 노후화(Deteriorated) 정도를 공용년수 기준이 아닌 시설물의 측정 데이터에 따른 노후화 수준 평가 방식을 통해 산정 및 평가하는, 시설물의 노후화 수준 평가 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 시설물은 건설공사를 통하여 만들어진 구조물과 그 부대시설로서 1종 시설물 및 2종 시설물로 구분되며, 예를 들면, 1종 시설물은 도로, 철도, 항만, 댐, 교량, 터널, 건축물 등 공중의 이용편의와 안전을 도모하기 위하여 특별히 관리할 필요가 있거나, 구조상 유지관리에 고도의 기술이 필요하다고 인정한 시설물을 말하며, 2종 시설물은 1종 시설물외의 시설물을 말한다.
이러한 시설물에 내재되어 있는 위험요인이나 시설물 기능 및 성능저하, 상태 등을 신속 정확하게 조사 및 평가하고, 그에 대한 적절한 안전조치를 취하여 재해 및 재난을 예방하며, 시설물의 안전성 및 기능성을 보완 및 보전하도록 함으로써 시설물의 효용성을 증진시킴과 더불어 과학적 유지관리를 체계화할 수 있도록 시설물 안전점검 및 정밀안전진단이 필요하다.
국내의 경우, 1970년대부터 주요 인프라가 집중적으로 건설되기 시작하여 현재 준공 이후 30년 이상 경과한 시설물들이 급증하고 있다. 예를 들면, 2014년 기준으로 "시설물의 안전관리에 관한 특별법"상 1종 및 2종 시설물 중에서 준공 후에 30년 이상 노후화된 시설물은 9.6%지만, 2024년에는 2배 이상인 21.5%로 급증할 것으로 전망된다.
그럼에도 불구하고 국내의 경우, 시설물의 노후화 정도를 체계적으로 평가하기 위한 방법이 부재한 실정이다. 더욱이, 많은 연구자들이 시설물의 노후화 기준을 공용년수 30년으로 정하고 있지만, 이에 대해 명확한 근거가 없다. 또한, 동일 시설물이라 할지라도 건설당시에 설계와 재료가 다르고 입지환경과 유지관리 상황에 따라 노후화 정도에 차이가 있다. 따라서 공용년수를 기준으로 일괄적으로 시설물의 노후화 정도를 결정하는 것은 정확하지 않다는 문제점이 있다.
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 교량, 터널, 옹벽, 건축물 등 시설물의 노후화 정도를 공용년수 기준이 아닌 시설물의 측정 데이터에 따른 노후화 수준 평가 방식을 통해 산정함으로써 보다 정확하게 시설물의 노후화 정도를 평가할 수 있는, 시설물의 노후화 수준 평가 시스템 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 시설물 세부지표 항목에 대한 가중치와 세부지표 노후화 가속지수를 설정하고, 부재별 노후도 및 종합 노후도를 산출함으로써, 해당 시설물의 실제 공용년수 상호간의 상대적인 비교를 통해 시설물의 노후화 수준을 평가할 수 있는, 시설물의 노후화 수준 평가 시스템 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명에 따른 시설물의 노후화 수준 평가 시스템은, 교량, 터널, 옹벽, 건축물 등 시설물의 노후화 수준을 평가하는 시스템에 있어서, 상기 시설물에 대해 시간이 경과함에 따라 열화 또는 손상과 관련된 부재들의 세부지표 항목의 실측을 통해 시설물의 세부지표 측정값을 수집하는 노후화 관련 데이터 수집부; 상기 세부지표 측정값을 부재의 초기상태(설계값) 및 한계상태에 따라 세부지표 측정값의 노후화 수준을 분석하는 노후화 관련 데이터 분석부; 상기 분석된 세부지표 측정값에 대한 노후화 수준 평가 시설물의 부재별 노후도를 세부지표별 가중치 및 세부지표별 노후화 가속지수에 따라 산정하는 부재별 노후도 산출부; 각 부재의 노후도와 관련된 세부지표의 측정값 분석에 의한 데이터를 조합하여 해당 부재의 노후도를 산정할 수 있도록 상기 부재에 대한 가중치를 설정하는 부재별 가중치 설정부; 상기 부재별 노후도를 종합하여 시설물 종합 노후도를 산출하는 종합 노후도 산출부; 및 상기 종합 노후도 산출값과 상기 시설물의 실제 공용년수 상호간의 상대적인 비교를 통해 시설물의 노후화 수준을 평가하는 노후화 연수 및 수준 평가부를 포함하되, 상기 산출된 시설물의 종합 노후도를 설계수명과 비교하여 노후화 연수로 나타내고, 상기 노후화 연수와 평가 시점에서의 해당 시설물의 공용년수와 비교하여 노후화 연수 및 노후화 수준을 평가하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 세부지표 항목은 콘크리트의 중성화 깊이, 콘크리트 표면강도, 콘크리트 균열 폭, 부재의 처짐 및 부재의 기울기를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 노후화 가속지수는 해당 세부지표의 시간 이력 데이터에 의한 노후화 진전 속도 변화를 나타내는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 시설물의 노후화 수준 평가 시스템은, 상기 세부지표별 가중치를 설정하는 세부지표 가중치 설정부; 및 상기 세부지표별 노후화 가속지수를 설정하는 세부지표 노후화 가속지수 설정부를 추가로 포함하며, 상기 세부지표별 노후화 가속지수는 주기적으로 수집된 세부지표의 측정값을 해당 측정주기에 따라 산정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 시설물의 노후화 수준 평가 시스템은, 상기 재료 및 부재의 초기상태(설계값) 및 한계상태를 저장하며, 상기 설정된 가중치 및 노후화 가속지수를 저장하는 노후화 관련 DB를 추가로 포함할 수 있다.
여기서, 상기 부재별 가중치 설정부는 부재별 노후도 산출시, 부재의 종류 및 특성에 따라 시설물의 부재를 분류하고 각 부재의 노후도와 관련된 세부지표의 측정값 분석에 의한 데이터를 조합하여 해당 부재의 노후도를 산정하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 부재별 노후도 산출부는 상기 세부지표 가중치 및 세부지표 노후화 가속지수를 설정하고, 노후화 수준 평가 시설물의 부재별 노후도는 각각의 세부지표 측정값 분석 데이터와 해당 세부지표 가중치 및 세부지표 가속화지수를 곱하고, 이렇게 산출된 부재 내의 모든 세부지표의 합으로 산출하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 종합 노후도 산출부는 상기 시설물의 부재별 노후도 산출 결과와 부재별 가중치를 통해 산출하며, 각 부재별 노후도와 부재별 가중치를 곱하고, 각각의 부재별 산출값을 더하여 산출하는 것을 특징으로 한다.
한편, 전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 다른 수단으로서, 본 발명에 따른 시설물의 노후화 수준 평가 방법은, 교량, 터널, 옹벽, 건축물 등 시설물의 노후화 수준을 평가하는 방법에 있어서, a) 노후화 수준을 평가하고자 하는 시설물에 대한 세부지표 항목을 실측하는 단계; b) 상기 세부지표 실측을 통해 측정된 노후화 관련 데이터를 수집하는 단계; c) 상기 시설물의 재료 및 부재의 초기상태와 한계상태에 따라 상기 세부지표 측정값인 노후화 관련 데이터를 분석하는 단계; d) 세부지표 가중치 및 세부지표 노후화지수를 고려하여 부재별 노후도를 각각 산출하는 단계; e) 상기 부재별 노후도를 종합하여 시설물 종합 노후도를 산출하는 단계; 및 f) 상기 종합 노후도 산출값과 상기 시설물의 실제 공용년수 상호간의 상대적인 비교를 통해 시설물의 노후화 수준을 평가하는 단계를 포함하되, 상기 산출된 시설물의 종합 노후도를 설계수명과 비교하여 노후화 연수로 나타내고, 상기 노후화 연수와 평가 시점에서의 해당 시설물의 공용년수와 비교하여 노후화 연수 및 노후화 수준을 평가하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 a) 단계의 세부지표 항목의 실측을 통해 취득한 세부지표 측정값이 초기상태(설계값)와 같은 값일 경우, 노후화가 진행되지 않은 것으로 간주하여 노후화 수준을 "0"으로 평가하고, 세부지표 측정값이 한계상태와 같은 값일 경우, 노후화가 최대로 진행된 것으로 간주하여 노후화 수준을 "100"으로 평가하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 d) 단계에서 상기 세부지표 가중치 및 세부지표 노후화 가속지수를 설정하고, 노후화 수준 평가 시설물의 부재별 노후도는 각각의 세부지표 측정값 분석 데이터와 해당 세부지표 가중치 및 세부지표 가속화지수를 곱하고, 이렇게 산출된 부재 내의 모든 세부지표의 합으로 산출하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 e) 단계에서 시설물에 대한 종합 노후도는 시설물의 부재별 노후도 산출 결과와 부재별 가중치를 통해 산출하며, 각 부재별 노후도와 부재별 가중치를 곱하고, 각각의 부재별 산출값을 더하여 산출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 교량, 터널, 옹벽, 건축물 등 시설물의 노후화 정도를 공용년수 기준이 아닌 시설물의 측정 데이터에 따른 노후화 수준 평가 방식을 통해 산정함으로써 보다 정확하게 시설물의 노후화 정도를 평가할 수 있다.
본 발명에 따르면, 시설물 세부지표 항목에 대한 가중치와 세부지표 노후화 가속지수를 설정하고, 부재별 노후도 및 종합 노후도를 산출함으로써, 해당 시설물의 실제 공용년수 상호간의 상대적인 비교를 통해 시설물의 노후화 수준을 평가할 수 있다.
본 발명에 따르면, 시설물의 노후화 수준에 따른 유지관리 계획을 수립할 수 있고, 시설물 노후화 원인 분석 및 대책 마련을 위한 기초자료로 활용할 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 시설물의 노후화 수준 평가 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 시설물의 노후화 수준 평가 시스템의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 시설물 노후화 수준 평가 시스템에서 측정항목별 노후도로서 콘크리트 중성화 노후도를 산정하는 것을 예시하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 시설물 노후화 수준 평가 시스템에서 측정항목별 노후도로서 콘크리트 표면강도 노후도를 산정하는 것을 예시하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 시설물 노후화 수준 평가 시스템에서 콘크리트 중성화 측정값을 예시하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 시설물 노후화 수준 평가 시스템에서 콘크리트 중성화에 대한 "공용년수-노후도" 모델 및 가중치를 예시하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 시설물 노후화 수준 평가 시스템에서 콘크리트 표면강도 측정값을 예시하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 시설물 노후화 수준 평가 시스템에서 콘크리트 표면강도에 대한 "공용년수-노후도" 모델 및 가중치를 예시하는 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 시설물 노후화 수준 평가 시스템에서 교각 기울기 측정값을 예시하는 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 시설물 노후화 수준 평가 시스템에서 교각 기울기에 대한 "공용년수-노후도" 모델 및 가중치를 예시하는 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 시설물의 노후화 수준 평가 방법의 동작흐름도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 시설물의 노후화 수준 평가 시스템의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 시설물 노후화 수준 평가 시스템에서 측정항목별 노후도로서 콘크리트 중성화 노후도를 산정하는 것을 예시하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 시설물 노후화 수준 평가 시스템에서 측정항목별 노후도로서 콘크리트 표면강도 노후도를 산정하는 것을 예시하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 시설물 노후화 수준 평가 시스템에서 콘크리트 중성화 측정값을 예시하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 시설물 노후화 수준 평가 시스템에서 콘크리트 중성화에 대한 "공용년수-노후도" 모델 및 가중치를 예시하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 시설물 노후화 수준 평가 시스템에서 콘크리트 표면강도 측정값을 예시하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 시설물 노후화 수준 평가 시스템에서 콘크리트 표면강도에 대한 "공용년수-노후도" 모델 및 가중치를 예시하는 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 시설물 노후화 수준 평가 시스템에서 교각 기울기 측정값을 예시하는 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 시설물 노후화 수준 평가 시스템에서 교각 기울기에 대한 "공용년수-노후도" 모델 및 가중치를 예시하는 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 시설물의 노후화 수준 평가 방법의 동작흐름도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
[시설물(200)의 노후화 수준 평가 시스템(100)]
도 1a 및 도 1b는 시설물의 노후화 수준 평가 방식을 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 시설물의 노후화 수준 평가 시스템의 구체적인 구성도이다.
먼저, 도 1a에 도시된 바와 같이, 종래의 기술에 따르면, 시설물의 노후화 정도를 단지 설계시 산정된 공용년수에 따라 평가함으로써 정확한 평가가 이루어지지 않고 있다.
따라서 본 발명의 실시예에 따른 시설물의 노후화 수준 평가 시스템(100)은, 도 1b에 도시된 바와 같이, 교량, 터널, 옹벽, 건축물 등 시설물의 노후화 정도를 기존의 공용년수 기준이 아닌 노후화 수준 평가 방식을 통해 산정함으로써 보다 정확하게 시설물의 노후화 정도를 평가할 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 실시예에 따른 시설물의 노후화 수준 평가 시스템은, 시설물 세부지표를 실측하여 세부지표 측정값을 수집한 후, 세부지표 가중치 및 노후화 가속지수(AAI)에 따라 부재별 노후도 및 종합 노후도를 산출한 후, 종합 노후도 산출값과 시설물의 실제 공용년수 상호간의 상대적인 비교를 통해 시설물의 노후화 수준을 평가할 수 있다. 예를 들면, 산출된 시설물의 종합 노후도를 설계수명과 비교하여 시설물의 노후화 연수로 나타내고, 상기 노후화 연수와 평가 시점에서의 해당 시설물의 공용년수와 비교하여 시설물의 노후화 수준을 평가할 수 있다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 시설물의 노후화 수준 평가 시스템(100)은, 교량, 터널, 옹벽, 건축물 등 시설물(200)의 노후화 수준을 평가하는 시스템으로서, 노후화 관련 데이터 수집부(110), 노후화 관련 데이터 분석부(120), 세부지표 가중치 설정부(130), 세부지표 노후화 가속지수 설정부(140), 부재별 노후도 산출부(150), 부재별 가중치 설정부(160), 종합 노후도 산출부(170), 노후화 연수 및 수준 평가부(180) 및 노후화 관련 DB(190)를 포함한다.
노후화 관련 데이터 수집부(110)는 노후화 수준(Deteriorated Level)을 평가하고자 하는 시설물(200)에 대해 시간이 경과함에 따라 재료 특성 및 기능 저하와 같은 열화 또는 손상과 관련된 부재들(210, 220, 230)의 세부지표 항목의 실측을 통해 시설물(200)의 노후화 관련 데이터를 수집한다.
이때, 세부지표 항목으로는 콘크리트의 중성화 깊이, 콘크리트 표면강도, 콘크리트 균열 폭, 부재의 처짐, 부재의 기울기 등이 있지만, 이에 국한되는 것은 아니다. 또한, 세부지표 항목의 실측은 "안전점검 및 정밀안전진단 세부지침"에 명시된 측정 방법을 통해 수행할 수 있다.
노후화 관련 데이터 분석부(120)는 세부지표 항목의 실측을 통해 취득한 세부지표 측정값을 재료 및 부재의 초기상태(설계값) 및 한계상태를 고려하여 세부지표 측정값의 노후화 수준(Deteriorated Level)을 분석한다. 여기서, 노후화 관련 DB(190)는 상기 재료 및 부재의 초기상태(설계값) 및 한계상태를 저장하며, 또한, 설정된 가중치 및 노후화 가속지수를 저장한다.
구체적으로, 재료(Material)의 경우, 한계상태는 이론이나 실험 결과에 따른 열화 혹은 손상의 최댓값이고, 또한, 부재(Member)의 경우, 한계상태는 설계에 반영된 허용값의 최댓값이다. 예를 들면, 세부지표 항목이 "안전점검 및 정밀안전진단 세부지침"에 명시되어 있는 경우, 해당 평가 방법의 최하 등급기준(D 등급 또는 E 등급)을 한계상태로 적용할 수 있다.
여기서, 세부지표 항목의 실측을 통해 취득한 세부지표 측정값이 초기상태(설계값)와 같은 값일 경우, 노후화가 진행되지 않은 것으로 간주하여 노후화 수준을 "0(Zero)"으로 평가한다. 또한, 세부지표 측정값이 한계상태와 같은 값일 경우, 노후화가 최대로 진행된 것으로 간주하여 노후화 수준을 "100"으로 평가한다.
예를 들면, 세부지표가 "콘크리트의 중성화 깊이"인 경우, 초기상태는 "0㎜"이고, 한계상태는 "피복 콘크리트의 깊이(㎜)"가 된다. 이때, 실측을 통해 "콘크리트의 중성화 깊이"를 측정하여 취득한 세부지표 측정값은 콘크리트 표면으로부터 중성화된 콘크리트의 깊이(㎜)로 나타낼 수 있다. 이에 따라, 세부지표 측정값을 초기상태와 한계상태의 범위에서 상대적인 값으로 변환하여 측정항목별 노후화 수준(노후도)을 다음의 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다. 이하, 노후화 수준은 노후도(Deterioration)와 동일한 용어를 지칭한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 시설물 노후화 수준 평가 시스템에서 측정항목별 노후도로서 콘크리트 중성화 노후도를 산정하는 것을 예시하는 도면이다.
예를 들면, 도 3에 도시된 바와 같이, 40㎜의 콘크리트 피복에서 "콘크리트 중성화 깊이" 실측값이 10㎜인 경우, 노후화 수준 평가 시설물의 해당 부재에 대한 "콘크리트 중성화" 노후도는 다음의 수학식 2와 같이 산출할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 시설물 노후화 수준 평가 시스템에서 측정항목별 노후도로서 콘크리트 표면강도 노후도를 산정하는 것을 예시하는 도면이다.
또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 설계기준 강도 28MPa의 콘크리트에 대해 표면강도 측정값이 26MPa인 경우, 해당 부재에서 "콘크리트 표면강도" 노후도는 다음의 수학식 3과 같이 산출할 수 있다.
여기서, 한계상태는 초기상태인 28MPa의 85% 수준을 적용한다.
도 2를 다시 참조하면, 세부지표 가중치 설정부(130)는 상기 세부지표에 대한 가중치를 설정하며, 세부지표 노후화 가속지수 설정부(140)는 상기 세부지표에 대한 노후화 가속지수를 설정한다.
부재별 노후도 산출부(150)는 세부지표 측정값 분석을 통해 노후화 수준 평가 시설물(200)의 부재별 노후도를 상기 세부지표 가중치 및 세부지표 노후화 가속지수에 따라 산정한다.
구체적으로, 부재별 노후도 산정시, 각 세부지표 측정값 분석 데이터와 해당 세부지표 가중치를 곱하고, 이렇게 산출된 부재(210~230) 내의 모든 세부지표의 합으로 산출한다. 예를 들면, 제1 부재별 노후도(Member Deterioration: 
)는 다음의 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.
여기서, 
은 제1 세부지표 측정값 분석 데이터를 나타내고, 
은 제1 가중치를 나타내며, 
는 제1 노후화 가속지수를 나타내고, 
은 제2 세부지표 측정값 분석 데이터를 나타내고, 
은 제2 가중치를 나타내며, 
는 제2 노후화 가속지수를 나타내고, 
은 제n 세부지표 측정값 분석 데이터를 나타내고, 
은 제n 가중치를 나타내며, 
는 제n 노후화 가속지수를 나타낸다.
이때, "AAI"는 노후화 가속지수(Aging Acceleration Index)로서, 해당 세부지표의 시간 이력 데이터에 의한 노후화 진전 속도 변화를 나타낸다. 이러한 세부지표별 "AAI"는 주기적으로 수집된 세부지표의 측정값을 해당 측정주기에 따라 산정한다. 예를 들면, 교각 노후도(Pier Deterioration: 
)는 다음의 수학식 5와 같이 주어진다.
여기서, 
는 콘크리트 중성화 노후도(Concrete Neutralization Deterioration)를 나타내고, 
는 콘크리트 중성화 가중치(Concrete Neutralization Weight)를 나타내며, 
는 콘크리트 중성화 노후화 가속지수(Concrete Neutralization Aging Acceleration Index)를 나타내며, 
는 콘크리트 표면강도 노후도(Concrete Surface Strength Deterioration)를 나타내고, 
는 콘크리트 표면강도 가중치(Concrete Surface Strength Weight)를 나타내며, 
는 콘크리트 표면강도 노후화 가속지수(Concrete Surface Strength Aging Acceleration Index)를 나타낸다. 또한, 
는 교각 기울기(Pier Gradient)를 나타내고, 
는 교각 기울기 가중치(Pier Gradient Weight)를 나타내며, 
는 교각 기울기 노후화 가속지수(Pier Gradient Aging Acceleration Index)를 나타낸다.
또한, 부재별 가중치는 각 세부지표가 시설물에 미치는 영향을 고려하여 결정할 수 있고, 이하, 부재별 가중치를 산정하는 것을 구체적으로 설명한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 시설물 노후화 수준 평가 시스템에서 콘크리트 중성화 측정값을 예시하는 도면이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 시설물 노후화 수준 평가 시스템에서 콘크리트 중성화에 대한 "공용년수-노후도" 모델 및 가중치를 예시하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 시설물 노후화 수준 평가 시스템에서 콘크리트 표면강도 측정값을 예시하는 도면이고, 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 시설물 노후화 수준 평가 시스템에서 콘크리트 표면강도에 대한 "공용년수-노후도" 모델 및 가중치를 예시하는 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 시설물 노후화 수준 평가 시스템에서 교각 기울기 측정값을 예시하는 도면이고, 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 시설물 노후화 수준 평가 시스템에서 교각 기울기에 대한 "공용년수-노후도" 모델 및 가중치를 예시하는 도면이다.
시설물(200)에서 주기적으로 수집된 세부지표의 측정값을 나타내면, 도 5, 도 7 및 도 9에 도시된 바와 같다.
시설물의 세부지표별 측정값을 이용하여 노후도를 산출하고 시간(공용년수 혹은 측정 시점)에 따른 노후도를 통해 도 6, 도 8 및 도 10에 도시된 바와 같은 세부지표별 "공용년수(시간)-노후도" 상관관계를 얻을 수 있다. 이때, "공용년수(시간)-노후도" 상관관계 모델의 곡선과 X축 사이의 파란색 빗금 부분의 면적을 산출한다.
해당 부재 내의 세부지표별 "공용년수(시간)-노후도" 모델들의 면적(파란색 빗금부분)의 전체 합이 100이고, 각 세부지표의 면적의 크기를 통해 가중치를 결정한다. 이에 따라, 면적(파란색 빗금 부분)의 크기가 클수록 가중치가 크고, 면적의 크기가 작을수록 가중치가 작게 산정된다.
도 2를 다시 참조하면, 부재별 가중치 설정부(160)는 상기 부재에 대한 가중치를 설정하며, 부재별 노후도 산출시, 부재(210~230)의 종류 및 특성에 따라 시설물(200)의 부재(210~230)를 분류하고, 각 부재(210~230)의 노후도와 관련된 세부지표의 측정값 분석에 의한 데이터를 조합하여 해당 부재(210~230)의 노후도를 산정한다.
도 5 내지 도 10에 나타낸 바와 같이, 교각 부재의 노후도를 산정하기 위하여 3개의 세부지표가 고려된 경우, 3개 세부지표의 면적의 합에 대해 각 세부지표의 면적의 비로 가중치를 결정할 수 있다.
예를 들면, 콘크리트 중성화 노후도 가중치(CNDW)는 다음의 수학식 6과 같이 주어지고, 콘크리트 표면강도 노후도 가중치(CSSDW)는 다음의 수학식 7과 같이 주어지며, 교각 기울기 노후도 가중치(PGDW)는 다음의 수학식 8과 같이 주어진다.
여기서, 
은 콘크리트 중성화 노후도모델 면적을 나타내고, 
는 콘크리트 표면강도 노후도모델 면적을 나타내며. 
은 교각 기울기 노후도모델 면적을 각각 나타낸다.
이하, 상기 부재별 노후도 산출을 구체적으로 설명하면, 다음과 같다.
예를 들면, 제1 세부지표인 콘크리트 중성화 노후도가 25%이고, 제2 세부지표인 콘크리트 표면강도 노후도 가중치가 47.6%이며, 제3 세부지표인 교각 기울기 노후도가 24%이고, 각각의 세부지표별 가중치가 51%, 28%, 21%일 때, 교각 부재의 노후도는 다음의 수학식 9와 같이 산출할 수 있다. 이때, 
, 
및 
는 각각 1로 가정한다.
여기서, 
은 제1 세부지표인 콘크리트 중성화 노후도를 나타내고, 
는 제2 세부지표인 콘크리트 표면강도 노후도를 나타내고, 
은 제3 세부지표인 교각 기울기 노후도를 나타내며, 
은 제1 가중치인 콘크리트 중성화 가중치를 나타내며, 
는 제2 가중치인 콘크리트 표면강도 가중치를 나타내고, 
은 제3 가중치인 교각 기울기 가중치를 나타내며, 
은 콘크리트 중성화 노후화 가속지수를 나타내고, 
는 콘크리트 표면강도 노후화 가속지수를 나타내며, 
은 교각 기울기 노후화 가속지수를 나타낸다. 이에 따라, 교각 노후도는 다음의 수학식 10과 같이 구할 수 있다.
도 2를 다시 참조하면, 종합 노후도 산출부(170)는 시설물의 부재별 노후도 산출 결과와 부재별 가중치를 통해 산출한다. 즉, 시설물(200)에 대한 종합 노후도는 각 부재별 노후도와 부재별 가중치를 곱하고, 각각의 부재별 산출값을 더하여 산출한다. 이때, 상기 시설물(200)의 부재별 가중치는 "안전점검 및 정밀안전진단 세부지침"에 명시된 부재별 가중치를 적용할 수 있다.
예를 들면, 제1 교량이 슬래브(Slab) 교량인 경우, 제1 교량의 종합 노후도는 {(교각 노후도)
(교각 가중치) + (바닥판 노후도)
(바닥판 가중치) + … + (기초 노후도)
(기초 가중치)} 
100%로 주어질 수 있다.
이에 따라, 제1 교량의 부재별 노후도 및 부재별 가중치가 표 1로 나타낸 바와 같을 때, 해당 교량의 종합 노후도는 23.54%로 산출할 수 있다. 여기서, 상기 제1 교량의 부재는 바닥판, 교대/교각, 기초, 교량받침, 신축이음, 교면포장, 배수시설, 보호시설 등일 수 있지만, 이에 국한되는 것은 아니다.
도 2를 다시 참조하면, 노후화 연수 및 수준 평가부(180)는 상기 종합 노후도 산출값과 해당 시설물의 실제 공용년수 상호간의 상대적인 비교를 통해 시설물의 노후화 수준을 평가할 수 있다.
이때, 시설물의 종합 노후도는 0~100% 사이의 상수 값으로 도출되고, 종합 노후도 0%는 노후화가 진행되지 않은 준공 직후로 볼 수 있으며, 종합 노후도 100%는 노후화가 한계상태까지 진행된 경우로서, 설계 당시 고려된 설계수명으로 볼 수 있다.
이에 따라, 산출된 시설물의 종합 노후도를 설계수명과 비교함으로써 "시설물 노후화 연수"로 나타낼 수 있으며, 이렇게 산출된 "시설물 노후화 연수"와 평가 시점에서의 해당 시설물의 공용년수와 비교하여 "시설물 노후화 수준"을 평가할 수 있다.
예를 들면, 제1 교량의 설계수명이 40년이고, 평가시점의 공용년수가 12년이며, 종합 노후도가 23.54% 인 경우, 제1 교량의 시설물 노후화 연수는 다음의 수학식 11과 같이 산출할 수 있다.
결국, 제1 교량의 공용년수는 12년이지만, 노후화 연수는 9.416년으로 평가된다.
또한, 예를 들면, 제1 교량의 설계수명이 100년이고, 평가시점의 공용년수가 25년이며, 종합 노후도가 23.54%인 경우, 제1 교량의 노후화 수준은 다음의 수학식 12와 같이 산출할 수 있다.
이때, 산출 결과가 1보다 작으면 공용년수에 비해 노후화 수준이 낮고 1보다 크면 공용년수에 비해 노후화 수준이 높은 것을 의미한다.
결국, 본 발명의 실시예에 따른 시설물의 노후화 수준 평가 시스템(100)의 경우, 교량, 터널, 옹벽, 건축물 등 시설물의 노후화 정도를 공용년수 기준이 아닌 시설물의 측정 데이터에 따른 노후화 수준 평가 방식을 통해 산정함으로써 보다 정확하게 시설물의 노후화 정도를 평가할 수 있고, 또한, 시설물 세부지표 항목에 대한 가중치와 세부지표 노후화 가속지수를 설정하고, 부재별 노후도 및 종합 노후도를 산출함으로써, 해당 시설물의 실제 공용년수 상호간의 상대적인 비교를 통해 시설물의 노후화 수준을 평가할 수 있다.
[시설물(200)의 노후화 수준 평가 방법]
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 시설물의 노후화 수준 평가 방법의 동작흐름도이다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 시설물의 노후화 수준 평가 방법은, 먼저, 노후화 수준을 평가하고자 하는 시설물(200)에 대한 세부지표 항목을 실측한다(S110). 여기서, 상기 세부지표 항목은 콘크리트의 중성화 깊이, 콘크리트 표면강도, 콘크리트 균열 폭, 부재의 처짐, 부재의 기울기 등이 있지만, 이에 국한되는 것은 아니다. 또한, 세부지표 항목의 실측은 "안전점검 및 정밀안전진단 세부지침"에 명시된 측정 방법을 통해 수행할 수 있다.
다음으로, 상기 세부지표 실측을 통해 측정된 노후화 관련 데이터를 수집한다(S120). 즉, 노후화 수준(Deteriorated Level)을 평가하고자 하는 시설물(200)에 대해 시간이 경과함에 따라 재료 특성 및 기능 저하와 같은 열화 또는 손상과 관련된 부재들(210, 220, 230)의 세부지표 항목의 실측을 통해 시설물(200)의 노후화 관련 데이터를 수집한다.
다음으로, 상기 시설물의 재료 및 부재의 초기상태와 한계상태에 따라 상기 세부지표 측정값인 노후화 관련 데이터를 분석한다(S130). 이때, 상기 세부지표 측정값을 초기상태와 한계상태의 범위에서 상대적인 값으로 변환하여 측정항목별 노후화 수준(노후도)을 분석할 수 있다.
다음으로, 세부지표 가중치 및 세부지표 노후화지수를 고려하여 부재별 노후도를 각각 산출한다(S140). 예를 들면, 세부지표 가중치 및 세부지표 노후화 가속지수를 설정하고, 노후화 수준 평가 시설물(200)의 부재별 노후도는 각각의 세부지표 측정값 분석 데이터와 해당 세부지표 가중치 및 세부지표 가속화지수를 곱하고, 이렇게 산출된 부재(210~230) 내의 모든 세부지표의 합으로 산출한다.
다음으로, 상기 부재별 노후도를 종합하여 시설물 종합 노후도를 산출한다(S150). 이때, 시설물(200)에 대한 종합 노후도는 시설물의 부재별 노후도 산출 결과와 부재별 가중치를 통해 산출하며, 각 부재별 노후도와 부재별 가중치를 곱하고, 각각의 부재별 산출값을 더하여 산출한다. 이때, 상기 시설물(200)의 부재별 가중치는 "안전점검 및 정밀안전진단 세부지침"에 명시된 부재별 가중치를 적용할 수 있다.
다음으로, 상기 종합 노후도 산출값과 상기 시설물의 실제 공용년수 상호간의 상대적인 비교를 통해 시설물의 노후화 수준을 평가한다(S160). 이때, 시설물의 종합 노후도는 0~100% 사이의 상수 값으로 도출되고, 종합 노후도 0%는 노후화가 진행되지 않은 준공 직후로 볼 수 있으며, 종합 노후도 100%는 노후화가 한계상태까지 진행된 경우로서, 설계 당시 고려된 설계수명으로 볼 수 있다.
이에 따라, 상기 산출된 시설물의 종합 노후도를 설계수명과 비교하여 노후화 연수로 나타내고, 상기 노후화 연수와 평가 시점에서의 해당 시설물의 공용년수와 비교하여 노후화 연수 및 노후화 수준을 평가할 수 있다.
결국, 본 발명의 실시예에 따르면, 시설물의 노후화 수준에 따른 유지관리 계획을 수립할 수 있고, 시설물 노후화 원인 분석 및 대책 마련을 위한 기초자료로 활용할 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 시설물 노후화 수준 평가 시스템
200: 시설물
110: 노후화 관련 데이터 수집부
120: 노후화 관련 데이터 분석부 130: 세부지표 가중치 설정부
140: 세부지표 노후화 가속지수 설정부 150: 부재별 노후도 산출부
160: 부재별 가중치 설정부 170: 종합 노후도 산출부
180: 노후화 연수 및 수준 평가부 190: 노후화 관련 DB
110: 노후화 관련 데이터 수집부
120: 노후화 관련 데이터 분석부 130: 세부지표 가중치 설정부
140: 세부지표 노후화 가속지수 설정부 150: 부재별 노후도 산출부
160: 부재별 가중치 설정부 170: 종합 노후도 산출부
180: 노후화 연수 및 수준 평가부 190: 노후화 관련 DB
Claims (16)
- 교량, 터널, 옹벽, 건축물 등 시설물(200)의 노후화 수준(Deteriorated Level)을 평가하는 시스템에 있어서,
상기 시설물(200)에 대해 시간이 경과함에 따라 열화 또는 손상과 관련된 부재들의 세부지표 항목의 실측을 통해 시설물(200)의 세부지표 측정값을 수집하는 노후화 관련 데이터 수집부(110);
상기 세부지표 측정값을 부재의 초기상태(설계값) 및 한계상태에 따라 세부지표 측정값의 노후화 수준을 분석하는 노후화 관련 데이터 분석부(120);
상기 분석된 세부지표 측정값에 대한 노후화 수준 평가 시설물(200)의 부재별 노후도를 세부지표별 가중치 및 세부지표별 노후화 가속지수(AAI)에 따라 산정하는 부재별 노후도 산출부(150);
각 부재의 노후도와 관련된 세부지표의 측정값 분석에 의한 데이터를 조합하여 해당 부재의 노후도를 산정할 수 있도록 상기 부재에 대한 가중치를 설정하는 부재별 가중치 설정부(160);
상기 부재별 노후도를 종합하여 시설물 종합 노후도를 산출하는 종합 노후도 산출부(170); 및
상기 종합 노후도 산출값과 상기 시설물의 실제 공용년수 상호간의 상대적인 비교를 통해 시설물의 노후화 수준을 평가하는 노후화 연수 및 수준 평가부(180)를 포함하되,
상기 산출된 시설물의 종합 노후도를 설계수명과 비교하여 노후화 연수로 나타내고, 상기 노후화 연수와 평가 시점에서의 해당 시설물의 공용년수와 비교하여 노후화 연수 및 노후화 수준을 평가하는 것을 특징으로 하는 시설물의 노후화 수준 평가 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 세부지표 항목은 콘크리트의 중성화 깊이, 콘크리트 표면강도, 콘크리트 균열 폭, 부재의 처짐 및 부재의 기울기를 포함하는 시설물의 노후화 수준 평가 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 노후화 가속지수(Aging Acceleration Index: AAI)는 해당 세부지표의 시간 이력 데이터에 의한 노후화 진전 속도 변화를 나타내는 것을 특징으로 하는 시설물의 노후화 수준 평가 시스템. - 제3항에 있어서,
상기 세부지표별 가중치를 설정하는 세부지표 가중치 설정부(130); 및
상기 세부지표별 노후화 가속지수를 설정하는 세부지표 노후화 가속지수 설정부(140)를 추가로 포함하며,
상기 세부지표별 노후화 가속지수는 주기적으로 수집된 세부지표의 측정값을 해당 측정주기에 따라 산정하는 것을 특징으로 하는 시설물의 노후화 수준 평가 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 재료 및 부재의 초기상태(설계값) 및 한계상태를 저장하며, 상기 설정된 가중치 및 노후화 가속지수를 저장하는 노후화 관련 DB(190)를 추가로 포함하는 시설물의 노후화 수준 평가 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 부재별 가중치 설정부(160)는 부재별 노후도 산출시, 부재(210~230)의 종류 및 특성에 따라 시설물(200)의 부재(210~230)를 분류하고 각 부재(210~230)의 노후도와 관련된 세부지표의 측정값 분석에 의한 데이터를 조합하여 해당 부재(210~230)의 노후도를 산정하는 것을 특징으로 하는 시설물의 노후화 수준 평가 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 부재별 노후도 산출부(150)는 상기 세부지표 가중치 및 세부지표 노후화 가속지수를 설정하고, 노후화 수준 평가 시설물(200)의 부재별 노후도는 각각의 세부지표 측정값 분석 데이터와 해당 세부지표 가중치 및 세부지표 가속화지수를 곱하고, 이렇게 산출된 부재(210~230) 내의 모든 세부지표의 합으로 산출하는 것을 특징으로 하는 시설물의 노후화 수준 평가 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 종합 노후도 산출부(170)는 상기 시설물의 부재별 노후도 산출 결과와 부재별 가중치를 통해 산출하며, 각 부재별 노후도와 부재별 가중치를 곱하고, 각각의 부재별 산출값을 더하여 산출하는 것을 특징으로 하는 시설물의 노후화 수준 평가 시스템. - 교량, 터널, 옹벽, 건축물 등 시설물(200)의 노후화 수준을 평가하는 방법에 있어서,
a) 노후화 수준을 평가하고자 하는 시설물(200)에 대한 세부지표 항목을 실측하는 단계;
b) 상기 세부지표 실측을 통해 측정된 노후화 관련 데이터를 수집하는 단계;
c) 상기 시설물의 재료 및 부재의 초기상태와 한계상태에 따라 상기 세부지표 측정값인 노후화 관련 데이터를 분석하는 단계;
d) 세부지표 가중치 및 세부지표 노후화지수를 고려하여 부재별 노후도를 각각 산출하는 단계;
e) 상기 부재별 노후도를 종합하여 시설물 종합 노후도를 산출하는 단계; 및
f) 상기 종합 노후도 산출값과 상기 시설물의 실제 공용년수 상호간의 상대적인 비교를 통해 시설물의 노후화 수준을 평가하는 단계를 포함하되,
상기 산출된 시설물의 종합 노후도를 설계수명과 비교하여 노후화 연수로 나타내고, 상기 노후화 연수와 평가 시점에서의 해당 시설물의 공용년수와 비교하여 노후화 연수 및 노후화 수준을 평가하는 것을 특징으로 하는 시설물의 노후화 수준 평가 방법. - 제9항에 있어서,
상기 a) 단계의 세부지표 항목은 콘크리트의 중성화 깊이, 콘크리트 표면강도, 콘크리트 균열 폭, 부재의 처짐 및 부재의 기울기를 포함하는 시설물의 노후화 수준 평가 방법. - 제9항에 있어서,
상기 a) 단계의 세부지표 항목의 실측을 통해 취득한 세부지표 측정값이 초기상태(설계값)와 같은 값일 경우, 노후화가 진행되지 않은 것으로 간주하여 노후화 수준을 "0(Zero)"으로 평가하고, 세부지표 측정값이 한계상태와 같은 값일 경우, 노후화가 최대로 진행된 것으로 간주하여 노후화 수준을 "100"으로 평가하는 것을 특징으로 하는 시설물의 노후화 수준 평가 방법. - 제9항에 있어서,
상기 노후화 가속지수(Aging Acceleration Index: AAI)는 해당 세부지표의 시간 이력 데이터에 의한 노후화 진전 속도 변화를 나타내는 것을 특징으로 하는 시설물의 노후화 수준 평가 방법. - 제9항에 있어서,
상기 b) 단계에서 노후화 수준을 평가하고자 하는 시설물(200)에 대해 시간이 경과함에 따라 재료 특성 및 기능 저하와 같은 열화 또는 손상과 관련된 부재들(210, 220, 230)의 세부지표 항목의 실측을 통해 시설물(200)의 노후화 관련 데이터를 수집하는 것을 특징으로 하는 시설물의 노후화 수준 평가 방법. - 제9항에 있어서,
상기 c) 단계에서 상기 세부지표 측정값을 초기상태와 한계상태의 범위에서 상대적인 값으로 변환하여 측정항목별 노후화 수준(노후도)을 분석하는 것을 특징으로 하는 시설물의 노후화 수준 평가 방법. - 제9항에 있어서,
상기 d) 단계에서 상기 세부지표 가중치 및 세부지표 노후화 가속지수를 설정하고, 노후화 수준 평가 시설물(200)의 부재별 노후도는 각각의 세부지표 측정값 분석 데이터와 해당 세부지표 가중치 및 세부지표 가속화지수를 곱하고, 이렇게 산출된 부재(210~230) 내의 모든 세부지표의 합으로 산출하는 것을 특징으로 하는 시설물의 노후화 수준 평가 방법. - 제9항에 있어서,
상기 e) 단계에서 시설물(200)에 대한 종합 노후도는 시설물의 부재별 노후도 산출 결과와 부재별 가중치를 통해 산출하며, 각 부재별 노후도와 부재별 가중치를 곱하고, 각각의 부재별 산출값을 더하여 산출하는 것을 특징으로 하는 시설물의 노후화 수준 평가 방법.
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