KR20220137202A - 자산관리를 이용한 상수관망의 지진피해 평가 시스템 및 그 방법 - Google Patents

자산관리를 이용한 상수관망의 지진피해 평가 시스템 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

상수관망의 체계적인 관리를 위해 자산관리기법을 이용하여 상수관망의 세그먼트별 속성을 분류하여 각각의 속성의 노후도를 예측하고, 이를 기반으로 정밀한 지진피해를 예측할 수 있고, 또한, 지진 발생시 상수관망의 피해를 정밀하게 예측하고, 회복의 우선순위, 회복비용 및 회복기간을 포함하는 지진피해 복구에 대한 의사결정을 을 용이하게 수행할 수 있는, 자산관리를 이용한 상수관망의 지진피해 평가 시스템 및 그 방법이 제공된다.

Description

자산관리를 이용한 상수관망의 지진피해 평가 시스템 및 그 방법 {EARTHQUAKE DAMAGE EVALUATING SYSTEM FOR WATER PIPE NETWORK USING ASSET MANAGEMENT, AND METHOD FOR THE SAME}
본 발명은 상수관망의 지진피해 평가 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 지진 발생시 자산관리(Asset Management)를 이용하여 상수관망(Water Pipe Network)의 지진피해 규모를 산정함으로써, 상수관망의 지진피해 복구에 대한 의사결정을 수행하는, 상수관망의 지진피해 평가 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
통상적인 상수도 급수계통의 경우, 정수를 기준점으로 하여, 수원에서 물을 취수하여 정수 시설로 도수하고, 이후, 정수 시설에서 정수하여 배수지로 송수하며, 이후, 배수지에서 각 지역으로 배수하여, 최종적으로 각 사용가구에 급수하게 된다.
도 1은 통상적인 상수도 급수계통을 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 상수도 급수계통은 수원, 취수, 도수, 정수, 송수, 배수 및 급수의 순서로 이루어진다. 구체적으로, 수원은 상수의 취수원으로서 지표수원과 지하수원이 대부분이다. 또한, 취수 및 집수시설은 적당한 수질을 가진 수원에서 필요한 수량을 취수 및 집수하는데 요구되는 시설을 말하며, 도수 시설은 수원에서 취수한 물을 정수장까지 공급하는 시설을 말한다. 또한, 정수 시설은 수질을 요구되는 정도로 정화시키는 시설을 말하며, 송수 시설은 정수된 물을 배수지까지 이송하는데 필요한 시설이고, 배수 시설은 배수지로부터 배수관까지의 시설이며, 급수 시설은 배수관에서 분지하여 각 소비자의 급수전 사이에 존재하는 시설을 말한다.
이때, 취수장과 정수장, 배수지는 한 곳에 존재하는 지상시설이지만, 상수관망은 선형의 배관으로 구성되어 장거리에 걸쳐 존재하는 지하시설이다. 따라서 지하시설인 상수관망의 지진에 따른 피해는 복구에 시간이 많이 소요되고, 시민들에게 주는 피해가 막대하다. 특히, 지진이 발생할 경우, 지하시설인 상수관망에서 단수나 누수가 발생한다. 예를 들면, 미국과 일본의 전례를 종합하면, 단수와 누수의 비는 대략 2대 8 정도로 알려져 있다. 이에 따라, 지하시설인 상수관망의 지진에 따른 피해 복구가 신속하게 이루어질 필요성이 있다.
한편, 미국의 American Lifeline Alliance(ALA)는 미국, 일본, 멕시코의 지진자료를 분석하여 취약도 곡선(Fragility Curve)을 개발하였다. 이러한 취약도 곡선은 지진의 강도에 따라 관망의 손상정도를 확률로 표시할 수 있다. 이때, 지진피해의 정도는 관경, 관의 벽 두께, 관망을 덮은 흙의 두께, 조인트 방법, 재료, 현장의 특성 등이 좌우한다.
구체적으로, 지진의 강도는 최대지반가속도(Peak Ground Acceleration: PGA)로 표시하거나 또는 영구지반변형(Permanent Around Displacement: PGD)으로 표시할 수 있는데, 특히, 상수관망에는 주로 최대지반가속도(PGA)가 지진의 강도 표시에 적합한 것으로 알려져 있다. 이러한 최대지반가속도(PGA)는 지진에 의해 발생되는 최대의 지반가속도로서, 가속도계수에 중력가속도를 곱한 값으로 정의된다. 이에 따라, 지진에 의한 관망의 파손(또는 피해)은 단수 또는 누수가 발생할 수 있는 확률의 개념으로 표시할 수 있다.
한편, 도 2는 종래의 기술에 따른 관로의 수리율을 예시하는 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 종래의 기술에 따른 관로의 수리율(Repair rate)은 1,000feet당 또는 1000m당 관망의 파손으로서
Figure pat00001
(Repair rate)로 표시되며, 관로의 수리율(
Figure pat00002
)은 관의 취약도를 정량적인 수치로 표현한 것으로 단위 길이당 관 파손 지점 수의 단위를 갖는다. 이러한 관로의 수리율(
Figure pat00003
)은 취약성 함수(Vulnerability function)라고도 한다.
또한, 과거 지진자료를 바탕으로 만들어진 수학적인 모형은 제한된 자료와 자료의 산포도가 크기 때문에 확률의 개념을 사용한다. 특히, ALA는 과거 지진자료를 바탕으로 관종, 관접합부, 관경, 그리고 부식상태 등의 관 정보가 없을 경우, 최대지반속도(Peak Ground Velocity: PGV)에 따른 관로의 수리율(
Figure pat00004
)을 다음의 수학식 1과 같이 제시한 바 있다. 여기서, 최대지반속도(PGV)는 전술한 최대지반가속도(PGA)를 적분하여 결정된다. 다시 말하면, 최대지반속도(PGV)에 의한 수학적인 모형은 선형모형(Linear Model)과 지수모형(Power Model)이 있는데, 선형모형의 관로의 수리율(
Figure pat00005
)은 다음의 수학식 1과 같이 표현할 수 있고, 지수모형의 관로의 수리율(
Figure pat00006
)은 다음의 수학식 2와 같이 표현할 수 있다.
또한, PGD에 의한 수학적인 모형은 다음의 수학식 3과 같이 표현할 수도 있다. 또한, 배관 파괴확률(pipe failure probability:
Figure pat00007
)은 다음의 수학식 4에 의해 산출할 수 있으며, 이때, L은 배관의 연장 길이를 나타낸다.
Figure pat00008
Figure pat00009
Figure pat00010
Figure pat00011
이에 따라, 전술한 수학식 1 내지 4를 이용하여 관망의 각 세그먼트에서 지진의 강도에 따라 관망이 파괴되는 확률이 결정될 수 있다. 하지만, 전술한 수학식 1 내지 4는 주철관(cast iron pipe)을 이용하는 경우를 전제로 만들어졌기 때문에, 주철관이 아닌 덕타일 주철관이나 다른 종류의 배관에 대해서 적용하기에 무리가 있을 뿐만 아니라, 특히, 자산의 경년변화인 노후도에 따른 저항성 차이가 반영되지 않음에 따라 수학식 1 내지 4를 신뢰하기 어렵다는 문제점이 있다.
한편, 지진피해의 규모는 WNTR(Water Network Tool for Resilience)과 같은 공개 소프트웨어를 활용하여 산정할 수 있다. 구체적으로, WNTR은 미국 USEPA(US Environmental Protection Agency)에서 개발되어 무료로 공개한 소프트웨어로서, 기존의 EPANET 2.2의 기능뿐만 아니라 지진 발생시 관망의 피해를 예측할 수 있는 기능을 갖고 있다.
도 3은 EPANET 관망해석 프로그램에 따른 시뮬레이션 결과를 예시하는 도면이고, 도 4는 WNTR 프로그램에 따른 시뮬레이션 결과를 예시하는 도면이다.
구체적으로, EPANET 프로그램은, 도 3에 도시된 바와 같이, 미국환경보호국(US Environmental Protection Agency)에서 개발하여 무료로 제공하고 있는 관망해석 프로그램으로서, 시간변화 시뮬레이션(Extended Period Simulation: EPS)을 바탕으로 수리 및 수질의 해석, 개별 펌프모터 및 전력 원단위 추정 등의 다양한 해석이 가능한 프로그램이다. 이러한 EPANET 프로그램은 관망도의 편리한 작성, 해석 결과의 그래프 및 표 작성, 관망내 색 구분의 의한 표현 등 다양한 기능을 제공한다.
또한, WNTR 프로그램은, 도 4에 도시된 바와 같이, 지진과 같은 비정상적인 상황에 대한 해석이 가능한 수압-기반 해석모형이 탑재됨에 따라 지진 발생시 상수도 시스템의 물 공급 가능성을 평가할 수 있다. 즉, WNTR 프로그램은, 기존의 EPANET 프로그램의 기능 이외에 지진 발생시 관망의 피해를 예측할 수 있고, 이때, 지진 발생시 관망의 피해 예측을 위해서는 취약도 곡선(Fragility Curve)이 작성되어야 한다.
한편, 도 5a 및 도 5b는 각각 시간에 따른 취약도 곡선을 예시하는 도면이다.
지진 발생시 관망의 피해 예측을 위한 취약도 곡선은, 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 지수식으로 만들어지는데, 이러한 취약도 곡선을 작성하는 것이 매우 중요하며, 지진 발생시 관망의 정확한 피해 예측을 위해서는 시간에 따른 취약도 곡선의 변화를 예측할 수 있어야 한다.
한편, 전술한 취약도 곡선과 관련된 선행기술로서, 대한민국 공개특허번호 제2020-72944호에는 "재난에 의한 구조물의 취약도 예측 장치 및 방법"이라는 명칭의 발명이 개시되어 있는데, 도 6a 및 도 6b를 참조하여 설명한다.
도 6a는 종래의 기술에 따른 재난에 의한 구조물의 취약도 예측 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 개념도이고, 도 6b는 도 6a에 도시된 취약도 예측 장치에 구현되는 취약도 곡선 도출부를 나타내는 구성도이다.
도 6a를 참조하면, 종래의 기술에 따른 재난에 의한 구조물의 취약도 예측 시스템은, 과거에 발생된 복수의 재난에 대하여 각각의 재난 크기와 상기 재난에 따른 각 구조물 손상도를 포함하는 재난정보(DI)가 저장된 데이터베이스(D); 취약도 곡선을 도출하는 취약도 곡선 도출부(10); 예측하고자 하는 특정 재난 크기와 특정 구조물에 대한 정보를 입력하는 정보 입력부(20); 예측되는 취약도를 산출하는 취약도 산출부(30)를 포함하는 취약도 예측 장치(DE); 및 필요에 따라 각종 정보를 취약도 예측 장치(DE)에 입력하거나 상기 취약도 예측 장치(DE)가 산출한 정보를 제공받는 단말기(T)를 포함할 수 있다.
취약도 예측 장치(DE)는 과거에 발생된 복수의 재난에 대하여 각각의 재난 크기와 상기 재난에 따른 각 구조물 손상도를 포함하는 재난정보(DI)가 저장된 데이터베이스(D)를 활용하여 특정 재난의 발생시 예측되는 특정 구조물의 취약도를 결정한다.
이때, 취약도 곡선 도출부(10)는 상기 데이터베이스(D)의 재난정보(DI)를 이용하여 재난 크기와 구조물 손상도에 대하여 구간별로 취약도 곡선을 도출한다. 이에 따라, 데이터베이스(D)의 재난정보를 이용하여 재난 크기와 구조물 손상도에 대한 구간별로 취약도 곡선을 도출할 수 있고, 이를 근거로 특정 재난 크기와 특정 구조물에 대한 취약도를 도출할 수 있으므로 임의적인 수학적 함수의 가정 없이 빅데이터에 근거한 현실적인 결과를 기대할 수 있다.
보다 구체적으로, 도 6b에 도시된 바와 같이, 취약도 곡선 도출부(10)는 신뢰도 산출모듈(11), 가능도 산출모듈(12), 확실률 산출모듈(13) 및 취약도 도출모듈(14)을 포함한다.
종래의 기술에 따른 재난에 의한 구조물의 취약도 예측 시스템에 따르면, 데이터베이스의 재난정보를 이용하여 재난 크기와 구조물 손상도에 대한 구간별로 취약도 곡선을 도출하고, 이를 바탕으로 특정 재난 크기와 특정 구조물에 대한 취약도를 도출할 수 있으므로 임의적인 수학적 함수의 가정 없이 빅데이터에 근거한 현실적인 결과를 기대할 수 있다.
또한, 재난 크기에 대한 하나의 구간에 포함되는 구조물 손상도의 구간별 신뢰도를 산출하고, 재난 크기에 대한 구간별로 구조물 손상도에 대한 구간별 가능도를 산출하며, 재난의 크기에 대한 구간별로 구조물 손상도에 근거한 구간별 확실률을 산출함으로써, 기존의 취약도 곡선을 작성하기 위한 데이터에 존재하는 불확실성(Uncertainty)을 해소할 수 있다.
종래의 기술에 따른 재난에 의한 구조물의 취약도 예측 시스템의 경우, 재난에 의한 구조물 취약도 예측 방법에 있어서, 재난크기와 구조물 손상도를 포함하는 재난정보가 저장된 데이터베이스를 활용하여 구조물 손상도에 대해 구간별로 취약도 곡선을 도출하고, 도출된 취약도 곡선을 취약도 산출부에 입력함으로써 재난의 크기와 특정 구조물의 정보를 바탕으로 예측할 수 있다.
하지만, 종래의 기술에 따른 재난에 의한 구조물의 취약도 예측 시스템의 경우, 과거에 발생된 복수의 재난에 대하여 각각의 재난 크기와 상기 재난에 따른 각 구조물 손상도를 포함하는 재난정보(DI)를 이용하여 재난 크기와 구조물 손상도에 대한 구간별로 취약도 곡선을 도출하는 방식이기 때문에, 예를 들면, 상수관망과 같은 시설물의 경우, 상수관망 세그먼트별 자산의 경년변화에 따른 저항성 차이가 반영되지 않음에 따라 신뢰하기 어렵다는 문제점이 있다.
한편, 다른 선행기술로서, 대한민국 공개특허번호 제2020-49956호에는 "지진 예상 피해액 예측 기법을 통한 지진 대비 유지보수 예산 최적화 시스템 및 방법"이라는 명칭의 발명이 개시되어 있는데, 도 7을 참조하여 설명한다.
도 7은 종래의 기술에 따른 지진 예상 피해액 예측 기법을 통한 지진 대비 유지보수 예산 최적화 시스템을 간략히 도시한 구성도이다.
도 7을 참조하면, 종래의 기술에 따른 지진 예상 피해액 예측 기법을 통한 지진 대비 유지보수 예산 최적화 시스템(40)은, 지진발생 모델링부(41), 시설물 GIS 시스템 모델링부(42), 시설물 지진피해 함수 생성부(43) 및 시설물별 지진피해 예측 모델링부(44)를 포함한다.
지진발생 모델링부(41)는 지진 위험도 모델링을 수립한다. 구체적으로, 지진발생 모델링부(41)는 설정지역에 대한 내진설계기준을 통해 설정기간 동안 재현주기, 암반 가속도에 대한 모델링 기법을 작성할 수 있다.
시설물 GIS 시스템 모델링부(42)는 시설물에 대한 GIS 시스템화를 진행하여, 시설물 GIS 시스템 모델링을 수립한다. 구체적으로, 시설물 GIS 시스템 모델링부(42)는 토공, 교량, 터널, 건물을 포함하는 시설물의 분류 및 특성을 반영하여 시설물에 대한 GIS 시스템화를 진행할 수 있다. 이에 따라 시설물 GIS 시스템 모델링부(42)는 시설물 GIS 시스템 모델링을 수립할 수 있다
시설물 지진피해 함수 생성부(43)는 지진 위험도 모델링 및 시설물 GIS 시스템 모델링을 이용하여, 지진피해 특성을 반영하여 시설물을 분류하고, 분류된 개별 시설물 각각에 대한 시설물별 지진피해 함수를 생성한다.
시설물별 지진피해 예측 모델링부(44)는 분류된 개별 시설물이 받을 수 있는 시설물별 최대 예상 피해액과 연평균 예상 피해액을 산출하여 시설물별 지진피해 예측 모델링을 수립한다.
종래의 기술에 따른 지진 예상 피해액 예측 기법을 통한 지진 대비 유지보수 예산 최적화 시스템은, 지진 예상 피해액 예측기법으로서, 지진 위험도 모델링을 수립하고, 시설물에 대한 GIS 시스템화를 진행하며, 지진 위험도 모델링과 시설물 GIS 시스템 모델링을 이용해, 지진 피해 특성을 반영하여 시설물을 분류한 후, 시설물별 지진피해 취약도 함수 및 확률론적 지진 발생이론을 이용하여 지진피해함수를 생성하고, 결론적으로 지진피해함수로 산출된 결과를 역으로 적분하여 시설물별 지진 예상 피해율과 예상 피해액을 표출할 수 있다.
종래의 기술에 따른 지진 예상 피해액 예측 기법을 통한 지진 대비 유지보수 예산 최적화 시스템(40)에 따르면, 지진에 대한 예상 피해액을 산출하여 대응체계를 구축할 수 있고, 지진에 대비하여 유지보수 예산을 최적화할 수 있으며, 시설물별 및 시나리오별 지진으로 인한 최대 피해액 및 연평균 예상 피해액을 산출할 수 있다. 또한, 예상 피해액, 재해 시나리오, 보강 및 위험 전가시 피해 감소액 데이터를 바탕으로 머신러닝-기반 자연재해 대비 예산 최적화 알고리즘을 제공할 수 있다.
하지만, 종래의 기술에 따른 지진 예상 피해액 예측 기법을 통한 지진 대비 유지보수 예산 최적화 시스템의 경우, 예를 들면, 상수관망과 같은 시설물의 지진피해 평가가 정확하게 이루어지지 않은 상태에서는 적용하기 어렵고, 특히, 지진 예상 피해액 예측 기법의 경우, 상수관망 세그먼트별 자산의 경년변화에 따른 저항성 차이가 반영되지 않음에 따라 신뢰하기 어렵다는 문제점이 있다.
대한민국 등록특허번호 제10-1092883호(등록일: 2011년 12월 6일), 발명의 명칭: "상하수도 관망의 자산관리 시스템" 대한민국 등록특허번호 제10-2143805호(등록일: 2020년 8월 6일), 발명의 명칭: "재난에 의한 구조물의 취약도 예측 장치 및 방법" 대한민국 공개특허번호 제2020-49956호(공개일: 2020년 5월 11일), 발명의 명칭: "지진 예상 피해액 예측 기법을 통한 지진 대비 유지보수 예산 최적화 시스템 및 방법" 대한민국 공개특허번호 제2016-35671호(공개일: 2016년 4월 1일), 발명의 명칭: "지진피해예측 장치 및 방법"
Journal of Korea Society of Disaster Information Vol.11, No.1, pp. 35~43, 2015년 11월, 논문의 명칭: "상수도 시설물의 지진 취약도" 한국수자원공사 간행물, 2019년 12월, 간행물 명칭: "지진 취약성을 고려한 상수도 네트워크 안전성 평가"
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 상수관망의 체계적인 관리를 위해 자산관리기법을 이용하여 상수관망의 세그먼트별 속성을 분류하여 각각의 속성의 노후도를 예측하고, 이를 기반으로 정밀한 지진피해를 예측할 수 있는, 자산관리를 이용한 상수관망의 지진피해 평가 시스템 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 지진 발생시 상수관망의 피해를 정밀하게 예측하고, 회복의 우선순위, 회복비용 및 회복기간을 포함하는 지진피해 복구에 대한 의사결정을 을 용이하게 수행할 수 있는, 자산관리를 이용한 상수관망의 지진피해 평가 시스템 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명에 따른 자산관리를 이용한 상수관망의 지진피해 평가 시스템은, 기구축된 상수관망의 세그먼트별 자산관리 데이터에 노후관 영향을 반영하도록 노후화 속성을 설정하는 세그먼트 데이터 속성 설정부; 상수관망 재질 및 경년에 따라 상기 상수관망의 경년에 따른 응력 변화를 적용한 취약도 곡선을 작성하는 취약도 곡선 작성부; 지진 발생시 상기 상수관망의 경년에 따른 응력 변화를 적용한 취약도 곡선에 따라 상수관망 세그먼트에 대한 지진영향 시뮬레이션을 수행하는 지진영향 시뮬레이션 수행부; 상기 세그먼트 데이터 속성 설정부에서 설정된 노후관 속성에 따른 노후관 영향을 상기 지진영향 시뮬레이션 결과에 반영하는 노후관 영향 반영부; 상기 노후관 영향이 반영된 지진영향 시뮬레이션 결과로부터 상수관망 지진피해 규모를 산정하는 지진피해 규모 산정부; 상기 상수관망 지진피해 규모에 따른 상수관망 지진피해 회복비용을 산정하는 지진피해 회복비용 산정부; 및 상기 상수관망 지진피해 회복비용에 따라 상수관망 수리 의사결정을 실시하는 상수관망 수리 의사결정부를 포함하되, 상기 상수관망의 세그먼트별 자산관리 데이터는 상수관망 자산관리 시스템의 자산관리 기법을 통해 사전에 구축되고, 상수관망 자산관리 시스템의 상수관망의 구성요소를 분류하여 작성하는 인벤토리 기법을 이용하여 상수관망 세그먼트에 노후관 속성을 부여하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 취약도 곡선 작성부는 상기 상수관망의 경년에 따른 응력 변화를 적용하도록 배관 파괴확률(Pf)로 나타내며, 이때,
Figure pat00012
로 주어지고, 여기서,
Figure pat00013
로서,
Figure pat00014
는 초기 응력을 나타내며,
Figure pat00015
는 일정 시간 경과시의 응력을 나타내고,
Figure pat00016
은 관로의 수리율을 나타내며, L은 베관의 연장길이를 각각 나타내는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 지진영향 시뮬레이션 수행부는 상수관망의 노후화에 따른 지진에 의한 영향을 파악하도록 상기 상수관망의 경년에 따른 응력변화를 적용한 취약도 곡선을 WNTR 시뮬레이션 프로그램에 입력하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 세그먼트 데이터 속성 설정부는 배관 재질, 배관 길이, 배관 매설년도, 도로의 하중 및 토양을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 지진피해는 예상되는 지진피해 빈도수(
Figure pat00017
) 및 지진피해에 따른 영향(
Figure pat00018
), 지진피해의 발생 전 탐지가능성(
Figure pat00019
)의 평가기준에 따른 구성요소의 평가를 종합하여 리스크로 산정하되, 상기 리스크는,
Figure pat00020
로 주어지고, 여기서,
Figure pat00021
는 피해 빈도수로서 피해확률을 나타내고,
Figure pat00022
는 피해에 따른 영향으로서 피해정도를 나타내며,
Figure pat00023
은 피해 발생 전의 탐지가능성인 여력을 나타내는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 상수관망 수리 의사결정부는 상수관망 수리에 대한 우선순위, 공사비 및 일정에 대한 의사결정을 수행하는 것을 특징으로 한다.
한편, 전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 다른 수단으로서, 본 발명에 따른 자산관리를 이용한 상수관망의 지진피해 평가 방법은, a) 상수관망 자산관리 시스템을 이용하여 상수관망 세그먼트 각각에 대한 자산관리 데이터를 형성하고, 상수관망 세그먼트의 노후관 속성을 설정하는 단계; b) 상수관망 경년에 따른 응력 변화를 적용한 취약도 곡선을 작성하는 단계; c) 지진 발생시 상기 상수관망 경년에 따른 응력 변화를 적용한 취약도 곡선에 대해 지진영향 시뮬레이션을 수행하는 단계; d) 노후관 속성에 따른 노후관 영향을 상기 지진영향 시뮬레이션 결과에 반영하는 단계; e) 노후관 영향이 반영된 지진영향 시뮬레이션 결과로부터 상수관망 지진피해 규모를 산정하는 단계; f) 상수관망 지진피해 규모에 따른 상수관망 지진피해 회복비용을 산정하는 단계; 및 g) 상기 상수관망 지진피해 회복비용에 따라 상수관망 수리 의사결정을 실시하는 단계를 포함하되, 상기 a) 단계에서 상수관망 자산관리 시스템(200)의 상수관망의 구성요소를 분류하여 작성하는 인벤토리 기법을 이용하여 상수관망 세그먼트에 노후관 속성을 부여하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 상수관망의 체계적인 관리를 위해 자산관리기법을 이용하여 상수관망의 세그먼트별 속성을 분류하여 각각의 속성의 노후도를 예측하고, 이를 기반으로 정밀한 지진피해를 예측할 수 있다.
본 발명에 따르면, 지진 발생시 상수관망의 피해를 정밀하게 예측하고, 회복의 우선순위, 회복비용 및 회복기간을 포함하는 지진피해 복구에 대한 의사결정을 을 용이하게 수행할 수 있다.
도 1은 통상적인 상수도 급수계통을 나타내는 도면이다.
도 2는 종래의 기술에 따른 관로의 수리율을 예시하는 도면이다.
도 3은 EPANET 관망해석 프로그램에 따른 시뮬레이션 결과를 예시하는 도면이다.
도 4는 WNTR 프로그램에 따른 시뮬레이션 결과를 예시하는 도면이다.
도 5a 및 도 5b는 각각 시간에 따른 취약도 곡선을 예시하는 도면이다.
도 6a는 종래의 기술에 따른 재난에 의한 구조물의 취약도 예측 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 개념도이고, 도 6b는 도 6a에 도시된 취약도 예측 장치에 구현되는 취약도 곡선 도출부를 나타내는 구성도이다.
도 7은 종래의 기술에 따른 지진 예상 피해액 예측 기법을 통한 지진 대비 유지보수 예산 최적화 시스템을 간략히 도시한 구성도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 자산관리를 이용한 상수관망의 지진피해 평가 시스템의 구성도이다.
도 9a는 본 발명의 실시예에 따른 자산관리를 이용한 상수관망의 지진피해 평가 시스템에서 자산을 계층화한 것을 나타내는 도면이며, 도 9b는 자산으로 계층화된 상수도 시스템을 구체적으로 예시하는 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 자산관리를 이용한 상수관망의 지진피해 평가 시스템에서 작성되는 취약도 곡선을 예시하는 도면이다.
도 11a 및 도 11b는 본 발명의 실시예에 따른 자산관리를 이용한 상수관망의 지진피해 평가 시스템에 적용되는 WNTR 프로그램 수행결과를 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 자산관리를 이용한 상수관망의 지진피해 평가 시스템에서 관경에 따른 공사비 개략산정 기준을 예시하는 도면이다.
도 13a 내지 도 13e는 본 발명의 실시예에 따른 자산관리를 이용한 상수관망의 지진피해 평가 시스템이 적용된 WNTR 기반 상수관망 해석을 통한 지진리스크 솔루션 운영 결과를 예시하는 도면이다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 자산관리를 이용한 상수관망의 지진피해 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.
먼저, 선행기술로서, 본 발명의 출원인에 의해 특허출원되어 등록된 대한민국 등록특허번호 제10-1092883호에는 "상하수도 관망의 자산관리 시스템"이라는 명칭의 발명이 개시되어 있는데, 본 명세서 내에 참조되어 본 발명의 일부를 이룬다.
대한민국 등록특허번호 제10-1092883호에 개시된 상하수도 관망의 자산관리 시스템은, 상하수도 관망 GIS(지리정보 시스템) 기반 정보관리 시스템의 GIS 정보와 연계하여 상하수도 관망 노후화 모델을 적용하고, 상기 상하수도 관망에 대한 통합 지속적인 업데이트 최적화를 통하여 예방적 유지관리를 수행하며, 상기 상하수도 관망의 리스크 분석에 따른 최적 정비 의사결정을 제공하는 공학적 분석 시스템; 상기 상하수도 관망에 대한 고객관점의 서비스수준 목표와 조직관점의 서비스수준 목표를 통합하고, 상기 서비스수준 목표들 간의 갭(Gap) 분석을 통하여 통합적인 목표수준을 선정하는 서비스수준 목표 선정 시스템; 및 상기 상하수도 관망의 유지보수 및 갱생비용과 관련된 의사결정 기법들에 의해 효율적인 예산분배를 통하여 최소의 비용으로 최대의 성능을 유지시키는 재무적 분석 시스템을 포함하여 구성되며, GIS-기반의 상하수도 관로에 대한 토털 자산관리(Total Asset Management) 체계를 제공함으로써 상하수도 시설의 정보관리, 이력관리 및 자산관리에 활용할 수 있고, 상하수도 관로시설의 유지관리 시에 합리적이고 체계적인 의사결정에 활용할 수 있다.
이하, 전술한 종래의 기술에 따른 상하수도 관망의 자산관리 시스템은, 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 자산관리를 이용한 상수관망의 지진피해 평가 시스템에 상수관망 자산관리 시스템이라는 명칭으로 적용된다. 즉, 상기 상수관망 자산관리 시스템은 상수관망 세그먼트별로 정보관리, 이력관리 및 자산관리에 활용될 수 있다.
[자산관리를 이용한 상수관망의 지진피해 평가 시스템(100)]
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 자산관리를 이용한 상수관망의 지진피해 평가 시스템의 구성도이고, 도 9a는 본 발명의 실시예에 따른 자산관리를 이용한 상수관망의 지진피해 평가 시스템에서 자산을 계층화한 것을 나타내는 도면이며, 도 9b는 자산으로 계층화된 상수도 시스템을 구체적으로 예시하는 도면이며, 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 자산관리를 이용한 상수관망의 지진피해 평가 시스템에서 작성되는 취약도 곡선을 예시하는 도면이고, 도 11a 및 도 11b는 본 발명의 실시예에 따른 자산관리를 이용한 상수관망의 지진피해 평가 시스템에 적용되는 WNTR 프로그램 수행결과를 나타내는 도면이고, 도 12는 본 발명의 실시예에 따른 자산관리를 이용한 상수관망의 지진피해 평가 시스템에서 관경에 따른 공사비 개략산정 기준을 나타내는 도면이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 자산관리를 이용한 상수관망의 지진피해 평가 시스템(100)은, 세그먼트 데이터 속성 설정부(110), 취약도 곡선 작성부(120), 지진영향 시뮬레이션 수행부(130), 노후관 영향 반영부(140), 지진피해 규모 산정부(150), 지진피해 회복비용 산정부(160) 및 상수관망 수리 의사결정부(170)를 포함하여 구성된다.
먼저, 본 발명의 실시예에 따른 자산관리를 이용한 상수관망의 지진피해 평가 시스템(100)에 적용되는 상수관망 자산관리 시스템(200)의 경우, 도 9a에 도시된 바와 같이, 최상위 자산, 상위 자산, 하위 자산 및 최하위 자산의 4가지 레벨로 계층화할 수 있는데, 예를 들면, 도 9b에 도시된 바와 같이, 최상위 자산은 상수도 시스템을 나타내고, 상위 자산은 취수 시설, 도수 시설, 정수 시설, 송수 시설, 배수 시설 및 급수 시설을 포함하는 주요 시설을 나타낸다. 또한, 상기 하위 자산은 상기 상위 자산의 배수 시설에 대해 배수지, 배수관로, 수질/수량/수압계, 밸브류, 소화전, 배수설비 및 맨홀, 점검구 등을 포함하는 주요 설비를 나타내고, 또한, 상기 최하위 자산은 상기 하위 자산의 배수지에 대해 펌프, 토목, 배수지상부, 건축. 펜스, 경비 안전, 유입, 유출, 우회관, 환기장치 및 기타 장치를 포함하는 주요 장치를 나타낸다.
이때, 본 발명의 실시예에 따른 자산관리를 이용한 상수관망의 지진피해 평가 시스템(100)의 경우, 상수관망 자산관리 시스템(200)의 인벤토리 기법에 따라 상수관망을 분류하여 지진피해를 평가하게 된다.
도 8을 참조하면, 세그먼트 데이터 속성 설정부(110)는 상수관망 자산관리 시스템(200)에 의해 기구축된 상수관망의 세그먼트별 자산관리 데이터에 노후관 영향을 반영하도록 노후화 속성을 설정한다. 이때, 상기 상수관망의 세그먼트별 자산관리 데이터는 상수관망 자산관리 시스템(200)의 자산관리 기법을 통해 사전에 구축되고, 상수관망 자산관리 시스템(200)의 상수관망의 구성요소를 분류하여 작성하는 인벤토리 기법을 이용하여 상수관망 세그먼트에 노후관 속성을 부여한다.
취약도 곡선 작성부(120)는 상기 상수관망의 경년에 따른 응력 변화를 적용한 취약도 곡선을 작성한다. 여기서, 상수관망의 경년에 따른 응력변화를 적용하는 방법은 다음의 수학식 5 내지 수학식 7과 같다.
구체적으로, 상수관망이 지하 매설된 환경에서 상수관망에 가해지는 응력은 파이프 외부의 토양에서 전달되는 응력과 파이프 내부의 응력이 있다. 이러한 응력의 합은 수학식 5와 같이 주어지는 것으로 알려져 있다.
Figure pat00024
이러한 수학식 5에 따라, 초기 상수관의 매설부터 일정 시간(T)이 경과되었을 때, 응력의 비율은 다음의 수학식 6과 같이 주어진다.
Figure pat00025
여기서,
Figure pat00026
는 초기 응력을 나타내며,
Figure pat00027
는 일정 시간 경과시의 응력을 나타낸다.
이러한 수학식 6을 전술한 배관 파괴확률(pipe failure probability: Pf)에 대한 수학식 4와 같이 변환하면 다음의 수학식 7을 얻을 수 있다.
Figure pat00028
이러한 수학식 7을 사용하여 일정 시간(T)이 경과되었을 때, 상수관망의 경년에 따른 응력변화를 적용한 취약도 곡선(Fragility Curve)을 작성할 수 있다. 이러한 상수관망의 경년에 따른 응력변화를 적용한 취약도 곡선이 경우, 주철관뿐만 아니라 덕타일 주철관이나 다른 종류의 배관에 대해서 적용할 수 있고, 자산의 경년변화인 노후도에 따른 저항성 차이를 반영할 수 있게 된다.
한편, 노후화에 따른 응력의 변화를 예측하는 가장 확실한 방법은 직접 상수관망에서 샘플을 채취하여 인장력 테스트를 수행하는 것이다. 부식에 따라 관망에서 Pit이 만들어지면 두께의 변화에 따라 인장력이 줄어들게 된다. 이러한 인장력 테스트 방법은 정확한 방법이지만 시간과 경비가 많이 들기 때문에 기존의 자료를 분석하여 최적수식을 도출하는 방법을 이용하여 경년에 따른 응력감소를 예측한 후, 이를 이용하여 취약도 곡선(fragility curve)을 작성하여 지진에 의해 파손될 상수관망을 예측한다.
통상적으로, 지진의 강도는 PGV를 많이 사용하는데, 이것의 세기에 따라 파손될 상수관망을 확인할 수 있다. 이러한 상수관망이 확인되면 피해 규모를 산정할 수 있고, 이러한 상수관망 피해를 최소화시키는 방향으로 상수관망의 지진 재난 대비를 관리할 수 있다.
도 8을 다시 참조하면, 지진영향 시뮬레이션 수행부(130)는, 지진 발생시 상기 상수관망의 경년에 따른 응력 변화를 적용한 취약도 곡선에 따라 상수관망 세그먼트에 대한 지진영향 시뮬레이션을 수행한다. 즉, 상기 상수관망의 경년에 따른 응력변화를 적용한 취약도 곡선을 WNTR(Water Network Tool for Resilience) 시뮬레이션 프로그램에 입력하면 상수관망의 노후화에 따른 지진에 의한 영향을 파악할 수 있다. 구체적으로, 자산관리 기법 중에서 관망의 구성요소를 분류하여 작성하는 인벤토리 기법은 이러한 WNTR 소프트웨어를 구동할 때 상당히 유용하다. 이러한 인벤토리 기법은 자료의 분류가 용이하여 관망의 재질, 노후도, 공사방법, 환경여건 등을 고려하기 좋기 때문이다.
예를 들면, 본 발명의 실시예에 따른 자산관리를 이용한 상수관망의 지진피해 평가 시스템에서 작성되는 취약도 곡선은, 도 10에 도시된 바와 같이, 작성될 수 있고, 또한, 도 11a 도시된 바와 같이, WNTR 소프트웨어에 의해 각 세그먼트별 지진피해 정도에 따라, A, B 및 C로 구분하여 나타낼 수 있다.
노후관 영향 반영부(140)는 상기 세그먼트 데이터 속성 설정부(110)에서 설정된 노후관 속성에 따른 노후관 영향을 상기 지진영향 시뮬레이션 결과에 반영한다. 즉, 노후관 방치시 관망 피해를 예측하여 상기 지진영향 시뮬레이션 결과에 반영한다. 예를 들면, 도 11b에 도시된 바와 같이, 노후화 영향에 따라 C를 C1, C2, C3, C4 및 C5로 구분하여 나타낼 수 있다.
구체적으로, 지진에 의한 피해 정도는 상수관망의 세그먼트별 속성에 영향을 받는다. 이러한 상수관망의 세그먼트별 속성에는 배관의 재질, 배관의 길이, 배관의 매설년도, 배관이 매립된 도로의 하중, 배관이 매립된 토양의 속성 등이 있다. 예를 들면, 토양의 속성은 부식에 영향을 미치는데, 이때, 부식이 많이 진행된 상수관은 응력(Stress)이 저하되어 잔존수명이 줄어들고, 지진에 대한 저항이 줄어든다. 이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 자산관리를 이용한 상수관망의 지진피해 평가 시스템의 경우, 상수관의 노후화에 따른 특성을 반영하여 지진에 미치는 영향을 분석할 수 있다.
지진피해 규모 산정부(150)는, 도 8을 다시 참조하면, 상기 노후관 영향이 반영된 지진영향 시뮬레이션 결과로부터 상수관망 지진피해 규모를 산정한다. 구체적으로, 관망의 리스크(Risk)는 Lawrence에 의해서 정의된 사건 발생가능성(Likelihood)과 사건 발생에 의한 심각성(Severity)을 고려한 평가 방법으로서 다음의 수학식 8과 같이 주어지며, 동일한 평가 방법을 ISO 2001에서도 사용하고 있다.
Figure pat00029
또한, EPA(2012)는 시스템의 다양한 구성요소의 피해가 전체 시스템에 끼치는 영향을 분석하기 위해서 리스크(Risk) 개념을 이용하였다. 이러한 리스크 개념을 이용하기 위해서 시스템을 구성하는 요소들의 예상되는 피해 빈도수(
Figure pat00030
) 및 피해에 따른 영향(
Figure pat00031
), 피해의 발생 전 탐지가능성(
Figure pat00032
) 등에 관해서 평가기준을 설정하였다. 결국, 이러한 평가기준에 따른 구성요소의 평가를 종합해서 리스크를 산정할 수 있으며, EPA(2012)에서 이용하는 리스크(Risk)는 다음의 수학식 9와 같이 산정할 수 있다.
Figure pat00033
여기서,
Figure pat00034
는 피해 빈도수로서 피해확률(Probability of failure)을 나타내고,
Figure pat00035
는 피해에 따른 영향으로서 피해정도(Consequence of failure)를 나타내며,
Figure pat00036
은 피해 발생 전의 탐지가능성인 여력(Redundancy)을 나타낸다.
도 8을 다시 참조하면, 지진피해 회복비용 산정부(160)는 상기 상수관망 지진피해 규모에 따른 상수관망 지진피해 회복비용을 산정하고, 또한, 상수관망 수리 의사결정부(170)는 상기 상수관망 지진피해 회복비용에 따라 상수관망 수리 의사결정을 실시한다. 이때, 상기 상수관망 수리 의사결정은 상수관망 수리에 대한 우선순위, 공사비 및 일정에 대한 의사결정을 포함할 수 있다.
구체적으로, 지진피해 회복비용 산정부(160)의 지진피해를 회복하는 비용을 추정하는 방법은 다음과 같다. 예를 들면, 상수도관의 파손시 구역, 위치, 관경, 관연장 등에 따른 소요되는 비용을 환경부 공사비 개략산정기준을 기준으로 하여 비교 분석한다. 이때, 가정한 관 파손 시나리오의 시뮬레이션 결과에 따라, 각 구간에서의 덕타일 주철관의 관경별 m당 공사비용을 분석할 수 있다. 예를 들면, 본 발명의 실시예에서, 대상지역의 관종이 덕타일 주철관인 경우, 도 12에 도시된 바와 같이, 관경에 따른 공사비 개략산정 기준을 나타낼 수 있다. 구체적으로, 도 12는 2016년 환경부에서 제시된 수도시설 운영비 및 공사비 개략산정 기준으로서, 관경에 따른 공사비 개략산정 기준을 나타낸다.
결국, 본 발명의 실시예에 따른 자산관리를 이용한 상수관망의 지진피해 평가 시스템의 경우, 상수관망의 체계적인 관리를 위해 자산관리기법을 이용하여 상수관망의 세그먼트별 속성을 분류하여 각각의 속성의 노후도를 예측하고, 이를 기반으로 정밀한 지진피해를 예측할 수 있다. 이에 따라, 지진이 발생할 경우 상수관망의 피해를 보다 정밀하게 예측하고, 회복의 우선순위, 회복비용 및 회복기간을 예측할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 자산관리를 이용한 상수관망의 지진피해 평가 시스템의 경우, 지진 발생시 상수관망에서 피해를 입거나 파손될 배관을 확인할 수 있다. 이를 통해 상수관망 피해규모를 산정할 수 있고, 지진피해를 줄이기 위한 보수공사의 우선순위를 결정할 수 있으며, 공사비를 산정할 수 있다.
한편, 도 13a 내지 도 13e는 본 발명의 실시예에 따른 자산관리를 이용한 상수관망의 지진피해 평가 시스템이 적용된 WNTR 기반 상수관망 해석을 통한 지진리스크 솔루션 운영 결과를 예시하는 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 자산관리를 이용한 상수관망의 지진피해 평가 시스템이 적용된 WNTR 기반 상수관망 해석을 통한 지진리스크 솔루션 운영 결과는, 도 13a에 도시된 바와 같이 나타낼 수 있다.
이때, 도 13b에 도시된 바와 같이, 예를 들면, 지진 발생시 진앙 좌표, 지진 깊이 및 진도를 포함하는 지진 시나리오에 따라 상수관망 세그먼트의 지진영향을 양호, 관심, 주의, 경계 및 심각의 5단계의 등급으로 구분하여 평가할 수 있지만, 이에 국한되는 것은 아니다.
또한, 상수관망 세그먼트의 경년에 따른 관로 노후도별 리스크 분포율은 도 13c에 도시된 바와 같이 나타낼 수 있으며, 또한, 상수관망 세그먼트의 노후관로 비율은 도 13d에 도시된 바와 같이 나타낼 수 있고, 또한, 도 13e에 도시된 바와 같이, 배관 매설년도, 구경 및 배관 연장길이에 따라 배관의 노후도를 반영한다.
이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 자산관리를 이용한 상수관망의 지진피해 평가 시스템은, 지진 리스크를 산정하기 위해서 관의 파손율을 예측하되, 리스크 값을 비교하여 우선순위를 파악할 수 있다.
결국, 본 발명의 실시예에 따른 자산관리를 이용한 상수관망의 지진피해 평가 시스템의 경우, 배관 재질, 경년, 배관 길이, 토양 속성 등 상수관망의 노후화에 따른 특성을 반영하여, 상수관의 응력 변화를 예측하되, 경년에 따른 응력감소를 수학식 5 내지 7과 같은 계산식을 통해 산출된 계산값을 시간에 따른 취약도 곡선으로 나타내고, 이를 다시 지진에 따른 피해규모 시뮬레이션 프로그램인 WNTR 프로그램에 입력함으로써 상수관망의 노후화에 따른 지진에 의한 피해 및 영향규모 파악이 가능하다.
이에 따라, 지진의 세기 및 강도에 따라 파손가능성이 있는 상수관망의 확인이 가능하고, 상수관망의 피해규모를 산정하며 피해리스크를 최소화하는 방향으로 지진재난 대비 관리가 가능하다.
[자산관리를 이용한 상수관망의 지진피해 평가 방법]
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 자산관리를 이용한 상수관망의 지진피해 평가 방법의 동작흐름도이다.
도 14를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 자산관리를 이용한 상수관망의 지진피해 평가 방법은, 먼저, 상수관망 자산관리 시스템(200)을 이용하여 상수관망 세그먼트 각각에 대한 자산관리 데이터를 형성한다(S110). 이때, 상기 상수관망 자산관리 시스템(200)의 상수관망의 구성요소를 분류하여 작성하는 인벤토리 기법을 이용하여 상수관망 세그먼트에 노후관 속성을 부여한다. 예를 들면, 상기 상수관망의 세그먼트별 속성에는 배관의 재질, 배관의 길이, 배관의 매설년도, 배관이 매립된 도로의 하중, 배관이 매립된 토양의 속성 등이 있다.
다음으로, 상수관망 경년에 따른 응력 변화를 적용한 취약도 곡선을 작성한다(S120). 이때, 상기 취약도 곡선은 상수관망의 재질, 경년 등을 반영하여 작성한다. 구체적으로, 상기 상수관망의 경년에 따른 응력 변화를 적용하도록 배관 파괴확률(pipe failure probability: Pf)로 나타내며, 이때,
Figure pat00037
로 주어지고, 여기서,
Figure pat00038
로서,
Figure pat00039
는 초기 응력을 나타내며,
Figure pat00040
는 일정 시간 경과시의 응력을 나타내고,
Figure pat00041
은 관로의 수리율을 나타내며, L은 베관의 연장길이를 각각 나타낸다.
다음으로, 지진 발생시 상기 상수관망 경년에 따른 응력 변화를 적용한 취약도 곡선에 대해 지진영향 시뮬레이션을 수행한다(S130). 즉, 상기 상수관망의 노후화에 따른 지진에 의한 영향을 파악하도록 상기 상수관망의 경년에 따른 응력변화를 적용한 취약도 곡선을 WNTR(Water Network Tool for Resilience) 시뮬레이션 프로그램에 입력하여 지진영향 시뮬레이션을 수행한다.
다음으로, 노후관 속성에 따른 노후관 영향을 상기 지진영향 시뮬레이션 결과에 반영한다(S140). 구체적으로, 상수관망의 파괴시 리스크(Risk)가 큰 관망부터 수리함으로써 피해를 최소화시켜야 하는데, 이때, 노후관을 개량하지 않고 방치하는 경우, 지진에 어떻게 취약성을 가지게 되는지 분석한다.
다음으로, 노후관 영향이 반영된 지진영향 시뮬레이션 결과로부터 상수관망 지진피해 규모를 산정한다(S150). 이때, 상기 지진피해는 예상되는 지진피해 빈도수(
Figure pat00042
) 및 지진피해에 따른 영향(
Figure pat00043
), 지진피해의 발생 전 탐지가능성(
Figure pat00044
)의 평가기준에 따른 구성요소의 평가를 종합하여 리스크(Risk)로 산정하되, 상기 리스크는,
Figure pat00045
로 주어지고, 여기서,
Figure pat00046
는 피해 빈도수로서 피해확률(Probability of failure)을 나타내고,
Figure pat00047
는 피해에 따른 영향으로서 피해정도(Consequence of failure)를 나타내며,
Figure pat00048
은 피해 발생 전의 탐지가능성인 여력(Redundancy)을 나타낸다.
다음으로, 상수관망 지진피해 규모에 따른 상수관망 지진피해 회복비용을 산정한다(S160).
다음으로, 상기 상수관망 지진피해 회복비용에 따라 상수관망 수리 의사결정을 실시한다(S170). 여기서, 상기 상수관망 수리 의사결정은 상수관망 수리에 대한 우선순위, 공사비 및 일정에 대한 의사결정을 포함할 수 있다.
결국, 본 발명의 실시예에 따르면, 지진이 발생시 상수관망 시뮬레이션을 통해 피해규모를 예측하고, 피해규모를 줄이는 방향으로 노후관을 개선하고, 상수관망 수리의 우선순위를 결정하여, 수리 공사비와 수리 일정을 예측할 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: 상수관망의 지진피해 평가 시스템
200: 상수관망 자산관리 시스템 110: 세그먼트 데이터 속성 설정부
120: 취약도 곡선 작성부 130: 지진영향 시뮬레이션 수행부
140: 노후관 영향 반영부 150: 지진피해 규모 산정부
160: 지진피해 회복비용 산정부 170: 상수관망 수리 의사결정부

Claims (12)

  1. 기구축된 상수관망의 세그먼트별 자산관리 데이터에 노후관 영향을 반영하도록 노후화 속성을 설정하는 세그먼트 데이터 속성 설정부(110);
    상수관망 재질 및 경년에 따라 상수관망의 경년에 따른 응력 변화를 적용한 취약도 곡선을 작성하는 취약도 곡선 작성부(120);
    지진 발생시 상기 상수관망의 경년에 따른 응력 변화를 적용한 취약도 곡선에 따라 상수관망 세그먼트에 대한 지진영향 시뮬레이션을 수행하는 지진영향 시뮬레이션 수행부(130);
    상기 세그먼트 데이터 속성 설정부(110)에서 설정된 노후관 속성에 따른 노후관 영향을 상기 지진영향 시뮬레이션 결과에 반영하는 노후관 영향 반영부(140);
    상기 노후관 영향이 반영된 지진영향 시뮬레이션 결과로부터 상수관망 지진피해 규모를 산정하는 지진피해 규모 산정부(150);
    상기 상수관망 지진피해 규모에 따른 상수관망 지진피해 회복비용을 산정하는 지진피해 회복비용 산정부(160); 및
    상기 상수관망 지진피해 회복비용에 따라 상수관망 수리 의사결정을 실시하는 상수관망 수리 의사결정부(170)를 포함하되,
    상기 상수관망의 세그먼트별 자산관리 데이터는 상수관망 자산관리 시스템(200)의 자산관리 기법을 통해 사전에 구축되고, 상수관망 자산관리 시스템(200)의 상수관망의 구성요소를 분류하여 작성하는 인벤토리 기법을 이용하여 상수관망 세그먼트에 노후관 속성을 부여하는 것을 특징으로 하는 자산관리를 이용한 상수관망의 지진피해 평가 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 취약도 곡선 작성부(120)는 상기 상수관망의 경년에 따른 응력 변화를 적용하도록 배관 파괴확률(pipe failure probability: Pf)로 나타내며, 이때,
    Figure pat00049
    로 주어지고, 여기서,
    Figure pat00050
    로서,
    Figure pat00051
    는 초기 응력을 나타내며,
    Figure pat00052
    는 일정 시간 경과시의 응력을 나타내고,
    Figure pat00053
    은 관로의 수리율을 나타내며, L은 베관의 연장길이를 각각 나타내는 것을 특징으로 하는 자산관리를 이용한 상수관망의 지진피해 평가 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 지진영향 시뮬레이션 수행부(130)는 상수관망의 노후화에 따른 지진에 의한 영향을 파악하도록 상기 상수관망의 경년에 따른 응력변화를 적용한 취약도 곡선을 WNTR(Water Network Tool for Resilience) 시뮬레이션 프로그램에 입력하는 것을 특징으로 하는 자산관리를 이용한 상수관망의 지진피해 평가 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 세그먼트 데이터 속성 설정부(110)는 배관 재질, 배관 길이, 배관 매설년도, 도로의 하중 및 토양을 포함하는 상수관망의 노후관 속성을 설정하는 것을 특징으로 하는 자산관리를 이용한 상수관망의 지진피해 평가 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 지진피해는 예상되는 지진피해 빈도수(
    Figure pat00054
    ) 및 지진피해에 따른 영향(
    Figure pat00055
    ), 지진피해의 발생 전 탐지가능성(
    Figure pat00056
    )의 평가기준에 따른 구성요소의 평가를 종합하여 리스크(Risk)로 산정하되, 상기 리스크는,
    Figure pat00057
    로 주어지고, 여기서,
    Figure pat00058
    는 피해 빈도수로서 피해확률(Probability of failure)을 나타내고,
    Figure pat00059
    는 피해에 따른 영향으로서 피해정도(Consequence of failure)를 나타내며,
    Figure pat00060
    은 피해 발생 전의 탐지가능성인 여력(Redundancy)을 나타내는 것을 특징으로 하는 자산관리를 이용한 상수관망의 지진피해 평가 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 상수관망 수리 의사결정부(170)는 상수관망 수리에 대한 우선순위, 공사비 및 일정에 대한 의사결정을 수행하는 것을 특징으로 하는 자산관리를 이용한 상수관망의 지진피해 평가 시스템.
  7. a) 상수관망 자산관리 시스템(200)을 이용하여 상수관망 세그먼트 각각에 대한 자산관리 데이터를 형성하고, 상수관망 세그먼트의 노후관 속성을 설정하는 단계;
    b) 상수관망 경년에 따른 응력 변화를 적용한 취약도 곡선을 작성하는 단계;
    c) 지진 발생시 상기 상수관망 경년에 따른 응력 변화를 적용한 취약도 곡선에 대해 지진영향 시뮬레이션을 수행하는 단계;
    d) 노후관 속성에 따른 노후관 영향을 상기 지진영향 시뮬레이션 결과에 반영하는 단계;
    e) 노후관 영향이 반영된 지진영향 시뮬레이션 결과로부터 상수관망 지진피해 규모를 산정하는 단계;
    f) 상수관망 지진피해 규모에 따른 상수관망 지진피해 회복비용을 산정하는 단계; 및
    g) 상기 상수관망 지진피해 회복비용에 따라 상수관망 수리 의사결정을 실시하는 단계를 포함하되,
    상기 a) 단계에서 상수관망 자산관리 시스템(200)의 상수관망의 구성요소를 분류하여 작성하는 인벤토리 기법을 이용하여 상수관망 세그먼트에 노후관 속성을 부여하는 것을 특징으로 하는 자산관리를 이용한 상수관망의 지진피해 평가 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 a) 단계의 상수관망의 노후관 속성은 배관 재질, 배관 길이, 배관 매설년도, 도로의 하중 및 토양을 포함하는 자산관리를 이용한 상수관망의 지진피해 평가 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 b) 단계에서, 상수관망의 경년에 따른 응력 변화를 적용하도록 배관 파괴확률(pipe failure probability: Pf)로 나타내며, 이때,
    Figure pat00061
    로 주어지고, 여기서,
    Figure pat00062
    로서,
    Figure pat00063
    는 초기 응력을 나타내며,
    Figure pat00064
    는 일정 시간 경과시의 응력을 나타내고,
    Figure pat00065
    은 관로의 수리율을 나타내며, L은 베관의 연장길이를 각각 나타내는 것을 특징으로 하는 자산관리를 이용한 상수관망의 지진피해 평가 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 c) 단게에서 상수관망의 노후화에 따른 지진에 의한 영향을 파악하도록 상기 상수관망의 경년에 따른 응력변화를 적용한 취약도 곡선을 WNTR(Water Network Tool for Resilience) 시뮬레이션 프로그램에 입력하는 것을 특징으로 하는 자산관리를 이용한 상수관망의 지진피해 평가 방법.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 e) 단계의 지진피해는 예상되는 지진피해 빈도수(
    Figure pat00066
    ) 및 지진피해에 따른 영향(
    Figure pat00067
    ), 지진피해의 발생 전 탐지가능성(
    Figure pat00068
    )의 평가기준에 따른 구성요소의 평가를 종합하여 리스크(Risk)로 산정하되, 상기 리스크는,
    Figure pat00069
    로 주어지고, 여기서,
    Figure pat00070
    는 피해 빈도수로서 피해확률(Probability of failure)을 나타내고,
    Figure pat00071
    는 피해에 따른 영향으로서 피해정도(Consequence of failure)를 나타내며,
    Figure pat00072
    은 피해 발생 전의 탐지가능성인 여력(Redundancy)을 나타내는 것을 특징으로 하는 자산관리를 이용한 상수관망의 지진피해 평가 방법.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 g) 단계에서 상수관망 수리 의사결정은 상수관망 수리에 대한 우선순위, 공사비 및 일정에 대한 의사결정인 것을 특징으로 하는 자산관리를 이용한 상수관망의 지진피해 평가 방법.
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