KR20230097407A

KR20230097407A - 딥러닝을 이용한 플로팅 도크가 필요 없는 케이슨 진수 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20230097407A
Application number: KR1020210186882A
Authority: KR
Inventors: 고광오; 이대환; 조영준; 이정욱; 민은종
Original assignee: 현대건설(주)
Priority date: 2021-12-24
Filing date: 2021-12-24
Publication date: 2023-07-03
Also published as: KR102573064B1

Abstract

본 발명은 플로팅 도크가 필요 없는 케이슨 진수 장치 및 방법에 관한 것이다. 이를 위하여, 상판 및 주수를 위한 내부 공간이 격벽 및 상판으로 구획되는 복수의 격실을 포함하는 부유식 플랫폼인 콘크리트 폰툰; 격실에 연결되어 격실의 내부 공간에 주수를 수행하는 주수 펌프; 격실에 구성되어 격실에 대한 수위 정보를 생성하는 수위 센서; 콘크리트 폰툰에 구성되어 콘크리트 폰툰에 대한 횡방향 수평 정보를 생성하는 수평 센서; 콘크리트 폰툰의 상판에 선적되는 케이슨에 구성되어 케이슨의 진수 방향에 대한 가속도인 케이슨 가속도 정보를 생성하는 가속도 센서; 격실에 대한 수위 정보를 입력 데이터로 하고 상기 격실에 대한 수위 제어 정보를 출력 데이터로 하며 상기 횡방향 수평 정보의 기울기 및 상기 케이슨 가속도 정보의 가속도가 저감되는 방향으로 기학습된 인공신경망 모듈을 포함하고, 출력된 상기 수위 제어 정보에 따라 상기 주수 펌프를 제어하는 주수 제어 모듈; 상기 콘크리트 폰툰의 측부에 구성되어 상기 콘크리트 폰툰을 측방향으로 지지하여 상기 콘크리트 폰툰의 상하 이동을 가이드하는 가이드파일; 및 상기 콘크리트 폰툰의 측부에 구성되어 상기 가이드파일이 삽입되는 가이드파일 연결부;를 제공하여 달성될 수 있다.

Description

플로팅 도크가 필요 없는 케이슨 진수 장치 및 방법{Caisson launching apparatus and method without a floating dock}

본 발명은 플로팅 도크가 필요 없는 케이슨 진수 장치 및 방법에 관한 것이다.

안벽, 방파제 등 항만공사에 사용되는 케이슨은 상부가 개방되고 하부는 폐쇄된 대형 함체(函體)로서, 통상 프리캐스트 콘크리트로 육상에서 제작되어 진수 및 예인된 후 내부에 사석 또는 토사 등을 충전하여 침설(沈設)되는 방식으로 설치된다. 케이슨으로 구축되는 안벽, 방파제는 다수의 케이슨이 측방 밀착된 상태로 배열되는 구조물로서, 안벽, 방파제를 통과하는 해수 유통은 완전히 차단되는 구조를 가진다. 이러한 구조물을 소파구조물이라 칭하며, 소파(消波)구조물이란 파랑의 에너지를 소산(消散)시켜 해변 구조물을 보호하기 위한 호안(護岸), 배의 접안을 안정적으로 이루어지도록 하기 위한 안벽(岸壁), 외항의 파랑으로부터 내항을 보호하기 위한 방파제(防波堤) 등을 포함하는 통칭이다. 도 1,2는 안벽에 적용된 케이슨을 도시한 예시, 도 3은 방파제에 적용된 케이슨을 도시한 예시이다.

이러한 소파구조물, 항만구조물로서 활용되는 케이슨은 일반적으로 저판 제작 단계, 벽체 제작 단계, 케이슨 선적 및 인양 단계, 케이슨 거치 단계, 속채움 단계, 덮개 콘크리트 설치 단계, 상치 콘크리트 시공 단계를 거쳐서 제작될 수 있다. 저판 제작 단계는 육상의 케이슨 제작장에서 케이슨의 하부기초를 제작하는 단계이다. 벽체 제작 단계는 제작된 저판 위에 슬립폼 방식(Slip Form) 또는 강재거푸집 방식(Gang Form)으로 벽체를 제작하는 단계이다. 슬립폼 방식(Slip Form)은 거푸집을 연속적으로 이동하면서 콘크리트 하부에서 상부로 점진적 양생하는 방식이고, 강재거푸집 방식(Gang Form)은 기초 철근 및 거푸집 조립, 콘크리트 타설, 헌치부 철근 및 거푸집 조립, 콘크리트 타설, 벽체 철근 및 거푸집 조립, 콘크리트 타설, 들고리 설치, 콘크리트 양생 후 제작완료하는 방식이다. 케이슨 선적 및 인양 단계는 벽체가 완성된 케이슨을 DCL선이나 FD선 선적하여 예인선으로 케이슨 거치 장소까지 이동시키는 단계이다. 케이슨 거치 단계는 면 고르기 및 다짐 작업이 완료된 사석기초에 근고블록을 거치하여 케이슨 설치 위치를 정밀하게 설정한 후 케이슨 내부에 물을 주입해 케이슨을 정위치에 거치하는 단계이다. 속채움 단계는 케이슨 내부 격실에 속채움을 실시하여 케이슨 거치를 완료하는 단계이다. 덮개 콘크리트 설치 단계는 유수실 등의 격실 상부를 폐쇄하는 덮개 콘크리트를 설치하는 단계이다. 상치 콘크리트 타설 단계는 덮개 콘크리트가 설치된 케이슨 상부에 상치 콘크리트를 타설하는 단계이다. 이렇게 정위치에 거치된 케이슨은 케이슨 내부 속채움을 통해 자중을 확보하지고, 이러한 자중 및 인접 케이슨과의 마찰력을 토대로 전방 또는 후방에 대한 지지력을 확보한다.

도 4는 기존의 케이슨의 구조를 도시한 것이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 기존의 케이슨은 바닥면 콘크리트(바닥 슬라브, 저판), 전후면 및 측면의 외벽을 구성하는 외벽 콘크리트, 외벽으로 감싸진 내부 공간을 복수개의 격실(셀, cell)로 구획하는 내부 격벽으로 구성될 수 있다. 특히, 최근에는 오픈셀 케이슨 및 인터셀 케이슨의 구조가 적용되고 있다. 오픈셀 케이슨의 구조에서는 내해 측의 외벽이나 저판에 복수의 홀을 구성하여 내해 측 셀들의 일부를 개방하도록 구성되고, 인터셀 케이슨의 구조에서는 케이슨과 케이슨 사이의 인터섹션에 위치하는 셀들을 개방하여 인접 케이슨과의 마찰력을 증대시키도록 구성된다.

대한민국 등록특허 10-0722495, 플토팅 독을 이용한 케이슨 제작 및 진수방법, 웅진개발 주식회사, 비깅우데만 에이비 대한민국 등록특허 10-0642343, 항만공사용 대형 케이슨 진수대, 주식회사 한국종합기술 대한민국 등록특허 10-0668485, 케이슨 진수대 및 부력바지선을 이용한 케이슨 진수방법, 휘선건설(주)

기존의 케이슨 진수 공사 단계는 선적-이동-침강-진수의 4단계로 이루어져있고, 이 과정에서 Floating Dock를 운용하는 경우 상당한 비용이 발생되고 공정 단계가 복잡해지는 문제가 발생된다.

따라서, 본 발명의 목적은, 케이슨 진수 공사 단계를 선적-침강-진수의 3단계로 축소하고 윤용에 큰 비용이 드는 Floating Dock의 사용을 배제하는 플로팅 도크가 필요 없는 케이슨 진수 장치 및 방법을 제공하는데에 있다.

이하 본 발명의 목적을 달성하기 위한 구체적 수단에 대하여 설명한다.

본 발명의 목적은, 상판 및 주수를 위한 내부 공간이 격벽 및 상기 상판으로 구획되는 복수의 격실을 포함하는 부유식 플랫폼인 콘크리트 폰툰; 상기 격실에 연결되어 상기 격실의 내부 공간에 주수를 수행하는 주수 펌프; 상기 격실에 구성되어 상기 격실에 대한 수위 정보를 생성하는 수위 센서; 상기 콘크리트 폰툰에 구성되어 상기 콘크리트 폰툰에 대한 횡방향 수평 정보를 생성하는 수평 센서; 상기 콘크리트 폰툰의 상판에 선적되는 케이슨에 구성되어 상기 케이슨의 진수 방향에 대한 가속도인 케이슨 가속도 정보를 생성하는 가속도 센서; 상기 격실에 대한 상기 수위 정보를 입력 데이터로 하고 상기 격실에 대한 수위 제어 정보를 출력 데이터로 하며 상기 횡방향 수평 정보의 기울기 및 상기 케이슨 가속도 정보의 가속도가 저감되는 방향으로 기학습된 인공신경망 모듈을 포함하고, 출력된 상기 수위 제어 정보에 따라 상기 주수 펌프를 제어하는 주수 제어 모듈; 상기 콘크리트 폰툰의 측부에 구성되어 상기 콘크리트 폰툰을 측방향으로 지지하여 상기 콘크리트 폰툰의 상하 이동을 가이드하는 가이드파일; 및 상기 콘크리트 폰툰의 측부에 구성되어 상기 가이드파일이 삽입되는 가이드파일 연결부; 를 포함하는, 플로팅 도크가 필요 없는 케이슨 진수 장치를 제공하여 달성될 수 있다.

또한, 상기 주수 제어 인공신경망 모듈은, RNN 블록 및 디코더를 포함하며, 상기 RNN 블록은 제1 RNN 셀 및 제2 RNN 셀을 포함하고, 상기 제1 RNN 셀은 상기 수위 정보, 이전 셀의 히든 레이어 데이터(hidden layer data), 이전 셀의 출력 데이터를 입력 데이터로 입력 받고 횡방향 수평 예측 정보를 출력하며, 상기 제2 RNN 셀은 상기 횡방향 수평 예측 정보 및 상기 제1 RNN 셀의 히든 레이어 데이터(hidden layer data)를 입력받아 케이슨 가속도 예측 정보를 출력하고, 상기 디코더는 상기 제1 RNN셀의 상기 횡방향 수평 예측 정보, 상기 제2 RNN셀의 상기 케이슨 가속도 예측 정보 및 상기 제2 RNN셀의 히든 레이어 데이터(hidden layer data)를 입력 데이터로 하여 상기 수위 제어 정보를 생성하는 복수의 Deconvolution Layer 및 Unpooling Layer를 포함할 수 있다.

또한, 상기 가이드파일 연결부는, 삽입홀, 베어링 및 후크 플랜지를 포함하고, 상기 삽입홀은, 상기 가이드파일이 삽입되며, 상기 베어링은, 상기 가이드파일의 상하 자유도를 부여하도록 상하 회전이 가능하게 상기 삽입홀의 내측부에 구성되며, 상기 후크 플랜지는 상기 가이드파일 단부에 구성되고, 상기 콘크리트 폰툰의 측부에 구성되는 레일에 삽입되어 이탈되지 않도록 구성되며, 상기 가이드파일 연결부는, 상기 콘크리트 폰툰의 측부에서 상하 및 측방으로는 고정되면서 전후방으로는 자유도를 가지도록 상기 콘크리트 폰툰의 측부에 구성된 상기 레일에 결합되어 상기 가이드파일을 감싸는 후크 구조로 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 가이드파일의 하단에는 석션파일 기초가 구성되고, 상기 석션파일 기초는, 해저 지반에 안착된 후 내부의 해수를 배수하여 발생되는 내외부 압력차로 상기 해저 지반에 관입되어 상기 가이드파일을 고정할 수 있다.

본 발명의 다른 목적은, 플로팅 도크가 필요 없는 케이슨 진수 장치를 이용한 케이슨 진수 방법에 있어서, 상기 케이슨 진수 장치의 일구성인 콘크리트 폰툰과 상기 케이슨 진수 장치의 일구성인 가이드파일을 케이슨 제작장 측에 설치하는 설치 단계; 케이슨에 상기 케이슨 진수 장치의 일구성인 수평이동장치를 연결하여 상기 케이슨을 상기 케이슨 제작장에서 상기 콘크리트 폰툰으로 이동시켜 선적하는 케이슨 선적 단계; 상기 콘크리트 폰툰의 격실에 물을 주수하여 상기 콘크리트 폰툰을 해저로 침강시키는 폰툰 침강 및 케이슨 진수 단계; 상기 콘크리트 폰툰의 단부까지 진수된 상기 케이슨을 예인선으로 인양하는 인양 단계; 및 상기 케이슨의 진수가 완료된 이후 상기 콘크리트 폰툰의 상기 격실에서 물을 배수하여 상기 콘크리트 폰툰을 수면 위로 부상시키는 폰툰 부상 단계; 를 포함하고, 상기 폰툰 침강 및 케이슨 진수 단계는 상기 케이슨 진수 장치의 일구성인 주수 제어 모듈에 의해 상기 격실에 대한 주수량이 제어되며, 상기 주수 제어 모듈의 일구성인 주수 제어 인공신경망 모듈에 의해 상기 케이슨의 진수 시의 상기 콘크리트 폰툰의 수평 및 상기 케이슨의 진수 속도가 유지되는 것을 특징으로 하는, 플로팅 도크가 필요 없는 케이슨 진수 방법을 제공하여 달성될 수 있다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 의하면 이하와 같은 효과가 있다.

첫째, 본 발명의 일실시예에 따르면, 공정단계의 축소로 인한 공사 방법 및 기간이 단축되는 효과가 발생된다.

둘째, 본 발명의 일실시예에 따르면, 복잡하지 않은 가시설을 활용하므로 설치 및 철거가 용이해지는 효과가 발생된다.

셋째, 본 발명의 일실시예에 따르면, 콘크리트 폰툰을 파쇄하여 뒤채움재로 활용이 가능해지는 효과가 발생된다.

넷째, 본 발명의 일실시예에 따르면, 인공신경망을 통해 콘크리트 폰툰의 각 격실에 대한 주수를 제어함으로써, 폰툰 침강 이후 케이슨이 진수하는 단계에서 케이슨의 진수에 따라 발생되는 콘크리트 폰툰의 수평 유지 실패로 인해 케이슨에 발생되는 특정 수준 이상의 가속도를 방지할 수 있게 되므로, 케이슨 진수 시의 콘크리트 폰툰 수평 유지 및 케이슨 속도 유지를 달성할 수 있게 되는 효과가 발생된다.

한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1,2는 안벽에 적용된 케이슨을 도시한 예시,
도 3은 방파제에 적용된 케이슨을 도시한 예시,
도 4는 기존의 케이슨의 구조를 도시한 것,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 플로팅 도크가 필요 없는 케이슨 진수 장치를 도시한 모식도,
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 콘크리트 폰툰을 도시한 모식도,
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 주수 제어 인공신경망 모듈의 학습 세션을 도시한 모식도,
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 가이드파일의 예시를 도시한 모식도,
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 가이드파일 연결부(40)를 도시한 모식도,
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 가이드파일 연결부(40)를 도시한 모식도,
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 주수 제어 모듈(100)을 도시한 모식도,
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 주수 제어 인공신경망 모듈(110)을 도시한 모식도,
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 플로팅 도크가 필요 없는 케이슨 진수 방법을 도시한 흐름도,
도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 케이슨 선적 단계를 도시한 모식도,
도 15는 본 발명의 일실시예에 따른 폰툰 침강 및 케이슨 진수 단계를 도시한 모식도,
도 16은 기존의 공사방법을 도시한 모식도이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 쉽게 실시할 수 있는 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작원리를 상세하게 설명함에 있어서 관련된 공지기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 명세서 전체에서, 특정 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고, 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 특정 구성요소를 포함한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

플로팅 도크가 필요 없는 케이슨 진수 장치

플로팅 도크가 필요 없는 케이슨 진수 장치와 관련하여, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 플로팅 도크가 필요 없는 케이슨 진수 장치를 도시한 모식도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 플로팅 도크가 필요 없는 케이슨 진수 장치는, 콘크리트 폰툰(10), 주수 펌프(50), 수위 센서, 수평 센서, 가속도 센서, 주수 제어 모듈(100), 수평이동장치, 가이드파일(30), 가이드파일 연결부(40)를 포함하도록 구성될 수 있다.

콘크리트 폰툰(10)과 관련하여, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 콘크리트 폰툰을 도시한 모식도이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 콘크리트 폰툰(10)은, 육상의 케이슨 제작장과 연결된 박스형 부유식 플랫폼이며, 콘크리트 상판, 주수 및 속채움을 위해 격벽 및 상판으로 구획되는 복수의 격실, 고정 및 선박 접안을 위한 계선주 등을 포함하여 구성될 수 있다. 이때, 격실의 내부 공간이 비어있는 경우에는 콘크리트 폰툰(10)에 부력이 작용하도록 구성되며, 격실의 내부 공간에 주수되어 물로 채워지는 경우에는 상기 부력이 채워진 물의 양에 따라 저감되도록 구성된다. 본 발명의 일실시예에 따른 콘크리트 폰툰(10)의 길이는 케이슨 길이의 1.4배 내지 1.6배로 구성될 수 있으며, 콘크리트 폰툰(10)의 폭은 케이슨 폭의 1.4배 내지 1.6배로 구성될 수 있다. 또한, 콘크리트 폰툰(10)의 배수톤수는 콘크리트 폰툰(10)의 자중과 케이슨 중량의 1.2배 내지 1.4배를 더한 규모로 구성될 수 있다.

주수 펌프(50)는, 각각의 격실의 격벽 또는 상판에 연결되어 각 격실에 주수를 수행하는 펌프를 의미한다.

수위 센서는, 각각의 격실에 구성되어 수위를 측정하여 각 격실에 대한 수위 정보를 생성하는 레벨 센서를 의미한다. 본 발명의 일실시예에 따른 수위 센서는 포인트 레벨 센서가 복수개 구성된 형태 또는 지속 수위에 대한 정전 용량 센서 등으로 구성될 수 있다.

수평 센서는, 콘크리트 폰툰(10)의 상판에 구성되어 콘크리트 폰툰(10)에 대한 횡방향 수평 정보를 생성하는 센서를 의미한다.

가속도 센서는, 콘크리트 폰툰(10)에 선적된 케이슨에 구성되어 케이슨의 진수 방향에 대한 가속도인 케이슨 가속도 정보를 생성하는 센서를 의미한다.

주수 제어 모듈(100)은, 주수 펌프(50)의 작동을 제어하여 각 격실의 주수를 제어하는 모듈이다. 본 발명의 일실시예에 따른 주수 제어 모듈(100)은, 특정 시간 t의 각 격실에 대한 수위 정보를 입력 데이터로 하고 각 격실에 대한 수위 제어 정보를 출력 데이터로 하며 콘크리트 폰툰(10)의 횡방향 수평 정보의 기울기 각도 및 케이슨 가속도 정보의 가속도가 저감되는 방향으로 기학습된 인공신경망 모듈인 주수 제어 인공신경망 모듈을 포함하고, 출력된 t의 각 격실에 대한 수위 제어 정보에 따라 각 격실의 주수를 제어하도록 구성될 수 있다. 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 주수 제어 인공신경망 모듈의 학습 세션을 도시한 모식도이다. 도 7에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 주수 제어 인공신경망 모듈의 학습 세션에서의 손실함수는 콘크리트 폰툰(10)의 횡방향 수평 정보의 기울기 및 케이슨 가속도 정보의 가속도가 0에 가까우면 loss가 0에 가깝게 출력되도록 구성되어 back propagation 될 수 있다. 또한, 케이슨 가속도 정보(a)가 진수 방향으로 음수인 경우에는 loss가 ∞로 출력되도록 예를 들어, [if (a)>0 then log₁₀a, else ∞]의 형태로 구성되어 back propagation 될 수 있다. 이때, 수위 제어 정보는, 예를 들어, 1번 격실에 대해 0.1(전체 격실 높이의 10%에 해당하는 수위)/confidence score 0.86, 2번 격실에 대해 0.3(전체 격실 높이의 10%에 해당하는 수위)/confidence score 0.74...으로 출력될 수 있다. 본 발명의 일실시예에 따른 주수 제어 모듈(100)에 따르면, 폰툰 침강 이후 케이슨이 진수하는 단계에서 케이슨의 진수에 따라 발생되는 콘크리트 폰툰(10)의 수평 유지 실패로 인해 케이슨에 발생되는 특정 수준 이상의 가속도를 방지할 수 있게 되는 효과가 발생된다.

수평이동장치는, 케이슨 제작장으로부터 콘크리트 폰툰(10)까지 연결된 유압장치로서, 케이슨을 케이슨 제작장으로부터 콘크리트 폰툰(10)까지 이동시키는 모듈이다.

가이드파일(30)과 관련하여, 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 가이드파일의 예시를 도시한 모식도이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 가이드파일(30)은, 콘크리트 폰툰(10)의 측부에 구성되어 상기 콘크리트 폰툰을 측방향으로 지지하여 상기 콘크리트 폰툰의 상하 이동을 가이드하는 가이드파일로서, 하단에는 석션파일 기초가 구성되어 해저 지반에 고정되도록 구성될 수 있다. 석션파일 기초는 석션버켓을 해저면에 안착시킨 후 내부의 해수를 펌핑 배수하여 발생되는 내외부 압력차로 석션버켓을 관입시켜 설치하는 기초 구조로서, 굴착 및 항타 장비가 필요하지 않으며 설치/해체 시간이 상당히 빨라 해상 작업을 최소화 할 수 있으며, 이에 소음이나 부유물이 발생하지 않아 친환경 공법이 가능해지는 효과가 발생된다. 또한, 본 발명의 일실시예에 따른 가이드파일(30)의 하단에 석션파일 기초가 구성됨에 따라 가이드파일(30)의 설치 및 해체가 용이해지는 효과가 발생된다. 또한, 장방향의 콘크리트 폰툰(10)의 경우 석션파일 기초가 군집을 이루어 지지력에 대한 효율이 극대화되는 효과가 발생된다.

가이드파일 연결부(40)는, 콘크리트 폰툰(10)의 측부에 구성되어 가이드파일(30)이 삽입되는 구성이고, 가이드파일(30)은 가이드파일 연결부(40) 내에서 측방으로는 고정되면서 상하 자유도를 가지도록 구성된다. 본 발명의 일실시예에 따른 가이드파일 연결부(40)의 구체적인 구조와 관련하여, 도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 가이드파일 연결부(40)를 도시한 모식도이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 가이드파일 연결부(40)는, 삽입홀, 베어링, 후크 플랜지를 포함하도록 구성될 수 있고, 삽입홀에는 가이드파일이 삽입되며, 삽입홀의 내측부에는 가이드파일의 상하 자유도를 부여하도록 상하 회전이 가능한 베어링이 구성되며, 단부에는 레일에 삽입되어 이탈되지 않도록 상대적으로 단면적이 넓은 후크 플랜지가 구성될 수 있다. 본 발명의 일실시예에 따른 가이드파일 연결부(40)는 콘크리트 폰툰(10)의 측부에서 상하 및 측방으로는 고정되면서 전후방으로는 자유도를 가지도록 콘크리트 폰툰(10)의 측부에 구성된 레일에 결합되어 가이드파일(30)을 감싸는 후크 구조로 구성될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 가이드파일 연결부(40)의 구체적인 구조와 관련하여, 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 가이드파일 연결부(40)를 도시한 모식도이다. 도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 가이드파일 연결부(40)는 콘크리트 폰툰(10)의 측부에 구성되는 전후방으로 너비가 측방으로의 너비보다 더 길게 구성되는 홀(진수 방향으로 연장된 홀)의 구조로 구성될 수 있다. 본 발명의 일실시예 및 다른 실시예에 따른 가이드파일 연결부(40)의 구조에 따르면, 가이드파일(30)의 구성에도 불구하고 콘크리트 폰툰(10)의 다양한 각도 구현이 가능해지므로, 케이슨 진수 시의 콘크리트 폰툰(10) 수평 유지 및 케이슨 속도 유지를 달성하기 위해 주수 제어 모듈(100)에 의한 콘크리트 폰툰(10)의 각 격실의 수위 제어가 유동적으로 이루어질 수 있게 되는 효과가 발생된다.

주수 제어 모듈(100)과 관련하여, 도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 주수 제어 모듈(100)을 도시한 모식도이다. 도 11에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 주수 제어 모듈(100)은 수위 센서, 수평 센서, 가속도 센서로부터 정보를 수신하고 주수 펌프를 제어하는 제어부, 메모리부, 통신부를 포함하는 컴퓨팅 모듈로 구성될 수 있다.

제어부는, 수위 센서, 수평 센서, 가속도 센서로부터 정보를 수신하고 주수 펌프를 제어하는 모듈이며, 메모리부에 포함된 주수 제어 인공신경망 모듈(110)을 제어하고, 주수 제어 인공신경망 추론 프로그램 코드에 따라 주수 제어 인공신경망 모듈(110) 및 주수 펌프(50)를 제어하도록 구성될 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 주수 제어 인공신경망 추론 프로그램 코드는 아래와 같은 단계로 컴퓨터인 제어부 상에서 수행되도록 구성될 수 있다.

(1) 특정 시간 간격으로 각 격실별 수위 정보를 입력 데이터로 주수 제어 인공신경망 모듈(110)에 입력

(2) 주수 제어 인공신경망 모듈(110)에서 각 격실에 대한 수위 제어 정보를 출력 데이터로 출력

(3) 수위 제어 정보에 따라 각 격실 별 주수 펌프(50)의 on/off를 제어

또한, 제어부는, 주수 제어 인공신경망 학습 프로그램 코드에 따라 주수 제어 인공신경망을 업데이트 하도록 구성될 수 있다. 본 발명의 일실시예에 따른 주수 제어 인공신경망 학습 프로그램 코드는 아래와 같은 단계로 컴퓨터인 제어부 상에서 수행되도록 구성될 수 있다.

(1) 과거 데이터 중 적어도 일부의 입력 데이터(수위 정보), 출력 데이터(수위 제어 정보), 횡방향 수평 정보 및 케이슨 가속도 정보를 학습 데이터로 구성

(2) 학습 데이터 중 특정 시간 t에 횡방향 수평 정보 및 케이슨 가속도 정보를 수집

(3) 상기 횡방향 수평 정보 및 케이슨 가속도 정보가 저감되는 방향으로 주수 제어 인공신경망 모듈(110)의 hidden layer의 파라미터를 업데이트

이때, 주수 제어 인공신경망 모듈(110)의 파라미터를 업데이트 하는 방법으로는 back propagation algorithm, gradient descent algorithm이 이용될 수 있다.

메모리부는, 주수 제어 인공신경망 모듈(110), 주수 제어 인공신경망 학습 프로그램 코드, 주수 제어 인공신경망 추론 프로그램 코드를 저장하도록 구성될 수 있다.

통신부는, 업데이트 된 주수 제어 인공신경망 모듈(110)의 파라미터를 중앙 관리 서버로 송신하고, 중앙 관리 서버에서 기학습된 신경망을 수신하는 통신 모듈을 의미하며, 중앙 관리 서버와 유선 또는 무선으로 연결될 수 있다.

주수 제어 인공신경망 모듈과 관련하여, 순차적인 각 격실별 수위 정보를 입력 데이터로 하고 각 격실 별 수위 제어 정보를 출력 데이터로 하는 순환 인공신경망 모듈을 의미할 수 있다. 이때, 순환 인공신경망 모듈은 RNN(Recurrent Neural Network), LSTM(Long-short term memory), Bi-LSTM 등의 인공신경망 구조로 구성될 수 있다.

도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 주수 제어 인공신경망 모듈(110)을 도시한 모식도이다. 도 12에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 주수 제어 인공신경망 모듈(110)은 RNN 블록 및 디코더로 구성되며, 하나의 RNN 블록은 제1 RNN 셀, 제2 RNN 셀을 포함할 수 있다. 도 11에 도시된 바와 같이, 제1 RNN 셀은 특정 시간 t의 각 격실별 수위 정보(매트릭스 데이터 형태), 이전 셀의 hidden layer data, 이전 셀의 출력 데이터를 입력 데이터로 입력 받고 특정 시간 t에 대한 횡방향 수평 예측 정보를 출력하고, 제2 RNN 셀은 횡방향 수평 예측 정보 및 제1 RNN 셀의 hidden state(hidden layer data)를 입력받아 케이슨 가속도 예측 정보를 출력하도록 구성될 수 있다. 디코더는 제1 RNN셀의 횡방향 수평 예측 정보, 제2 RNN셀의 케이슨 가속도 예측 정보 및 hidden state(hidden layer data)를 입력 데이터로 하여 각 격실별 수위 제어 정보(매트릭스 데이터 형태)를 생성하는 복수의 Deconvolution Layer 및 Unpooling Layer를 포함하도록 구성될 수 있다. 본 발명의 일실시예에 따른 주수 제어 인공신경망 모듈(110)은 제2 RNN 셀에서 출력된 케이슨 가속도 예측 정보가 'end'인 경우에 추론을 종료할 수 있다. 본 발명의 일실시예에 따른 주수 제어 인공신경망 모듈(110)에 따르면, 수위 제어 정보를 콘크리트 폰툰(10)의 횡방향 수평 정보의 기울기 및 케이슨 가속도 정보의 가속도가 저감되는 방향으로 순차적으로 출력하도록 구성되어 이전 step에서 생성된 수위 제어 정보가 다음 step에서 생성될 수위 제어 정보에 영향을 주게 되므로, 케이슨 진수 시의 콘크리트 폰툰(10) 수평 유지 및 케이슨 속도 유지를 달성할 수 있게 되는 효과가 발생된다.

플로팅 도크가 필요 없는 케이슨 진수 방법과 관련하여, 도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 플로팅 도크가 필요 없는 케이슨 진수 방법을 도시한 흐름도이다. 도 13에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 플로팅 도크가 필요 없는 케이슨 진수 방법은, 설치 단계(S10), 케이슨 선적 단계(S20), 폰툰 침강 및 케이슨 진수 단계(S30), 인양 단계(S40), 폰툰 부상 단계(S50)를 포함할 수 있다.

설치 단계(S10)는, 콘크리트 폰툰(10)과 가이드파일(30)을 케이슨 제작장 측에 설치하는 단계이다. 이때, 가이드파일(30)은 콘크리트 폰툰(10)의 측부에 결합된 가이드파일 연결부(40)에 삽입되고, 가이드파일(30)의 하단에 구성된 석션파일 기초를 해저 지반에 관입시켜 고정될 수 있다.

케이슨 선적 단계(S20)와 관련하여, 도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 케이슨 선적 단계를 도시한 모식도이다. 도 14에 도시된 바와 같이, 케이슨 선적 단계(S20)는, 케이슨에 수평이동장치를 연결하여 케이슨을 케이슨 제작장에서 콘크리트 폰툰(10)으로 이동시켜 선적하는 단계이다.

폰툰 침강 및 케이슨 진수 단계(S30)와 관련하여, 도 15는 본 발명의 일실시예에 따른 폰툰 침강 및 케이슨 진수 단계를 도시한 모식도이다. 도 15에 도시된 바와 같이 폰툰 침강 및 케이슨 진수 단계(S30)는, 콘크리트 폰툰(10)의 각 격실에 물을 주수하여 콘크리트 폰툰(10)을 해저로 침강시키는 단계이다. 이때, 본 발명의 일실시예에 따른 폰툰 침강 및 케이슨 진수 단계(S30)는 주수 제어 모듈(100)에 의해 각 격실에 대한 주수량이 제어될 수 있으며, 주수 제어 인공신경망 모듈에 의해 케이슨 진수 시의 콘크리트 폰툰(10) 수평 유지 및 케이슨 진수 속도 유지가 달성되는 효과가 발생된다.

인양 단계(S40)는, 콘크리트 폰툰(10)의 단부까지 진수된 케이슨을 예인선으로 인양하는 단계이다.

폰툰 부상 단계(S50)는, 케이슨 진수가 완료된 이후 콘크리트 폰툰(10)의 각 격실에서 물을 배수하여 콘크리트 폰툰(10)을 수면 위로 부상시키는 단계이다.

본 발명의 일실시예에 따른 플로팅 도크가 필요 없는 케이슨 진수 방법에 따르면, 기존의 공사방법에 비해 시공이 간소화되고 플로팅 도크(Floating Dock)의 이용이 배제됨으로써 공사 비용이 현저하게 저감되는 효과가 발생된다. 도 16은 기존의 공사방법을 도시한 모식도이다. 도 16에 도시된 바와 같이, 기존의 공사방법은 플로팅 도크(Floating Dock) 접안 단계, 유압잭을 이용하여 케이슨을 플로팅 도크(Floating Dock)에 선적하는 단계, 플로팅 도크(Floating Dock)를 이동시키는 단계, 플로팅 도크(Floating Dock) 침강 및 케이슨 내 주수 단계, 케이슨 진수 및 예인선 인양 단계, 플로팅 도크(Floating Dock)의 접안을 위해 복귀하는 복잡한 단계로 구성될 수 있다. 즉, 본 발명의 일실시예에 따르면, 케이슨 즉시 진수 및 F/D 운용이 불필요하며, 기존의 선적-이동-침강-진수의 4단계에서 선적-침강-진수의 3단계로 공정 간소화가 가능해지는 효과가 발생된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 상술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

1: 플로팅 도크가 필요 없는 케이슨 진수 장치
10: 콘크리트 폰툰
30: 가이드파일
40: 가이드파일 연결부
50: 주수 펌프
100: 주수 제어 모듈
110: 주수 제어 인공신경망 모듈

Claims

상판 및 주수를 위한 내부 공간이 격벽 및 상기 상판으로 구획되는 복수의 격실을 포함하는 부유식 플랫폼인 콘크리트 폰툰;
상기 격실에 연결되어 상기 격실의 내부 공간에 주수를 수행하는 주수 펌프;
상기 격실에 구성되어 상기 격실에 대한 수위 정보를 생성하는 수위 센서;
상기 콘크리트 폰툰에 구성되어 상기 콘크리트 폰툰에 대한 횡방향 수평 정보를 생성하는 수평 센서;
상기 콘크리트 폰툰의 상판에 선적되는 케이슨에 구성되어 상기 케이슨의 진수 방향에 대한 가속도인 케이슨 가속도 정보를 생성하는 가속도 센서;
상기 격실에 대한 상기 수위 정보를 입력 데이터로 하고 상기 격실에 대한 수위 제어 정보를 출력 데이터로 하며 상기 횡방향 수평 정보의 기울기 및 상기 케이슨 가속도 정보의 가속도가 저감되는 방향으로 기학습된 인공신경망 모듈을 포함하고, 출력된 상기 수위 제어 정보에 따라 상기 주수 펌프를 제어하는 주수 제어 모듈;
상기 콘크리트 폰툰의 측부에 구성되어 상기 콘크리트 폰툰을 측방향으로 지지하여 상기 콘크리트 폰툰의 상하 이동을 가이드하는 가이드파일; 및
상기 콘크리트 폰툰의 측부에 구성되어 상기 가이드파일이 삽입되는 가이드파일 연결부;
를 포함하는,
플로팅 도크가 필요 없는 케이슨 진수 장치.
제1항에 있어서,
상기 주수 제어 인공신경망 모듈은, RNN 블록 및 디코더를 포함하며, 상기 RNN 블록은 제1 RNN 셀 및 제2 RNN 셀을 포함하고, 상기 제1 RNN 셀은 상기 수위 정보, 이전 셀의 히든 레이어 데이터(hidden layer data), 이전 셀의 출력 데이터를 입력 데이터로 입력 받고 횡방향 수평 예측 정보를 출력하며, 상기 제2 RNN 셀은 상기 횡방향 수평 예측 정보 및 상기 제1 RNN 셀의 히든 레이어 데이터(hidden layer data)를 입력받아 케이슨 가속도 예측 정보를 출력하고, 상기 디코더는 상기 제1 RNN셀의 상기 횡방향 수평 예측 정보, 상기 제2 RNN셀의 상기 케이슨 가속도 예측 정보 및 상기 제2 RNN셀의 히든 레이어 데이터(hidden layer data)를 입력 데이터로 하여 상기 수위 제어 정보를 생성하는 복수의 Deconvolution Layer 및 Unpooling Layer를 포함하는,
플로팅 도크가 필요 없는 케이슨 진수 장치.
제1항에 있어서,
상기 가이드파일 연결부는, 삽입홀, 베어링 및 후크 플랜지를 포함하고,
상기 삽입홀은, 상기 가이드파일이 삽입되며,
상기 베어링은, 상기 가이드파일의 상하 자유도를 부여하도록 상하 회전이 가능하게 상기 삽입홀의 내측부에 구성되며,
상기 후크 플랜지는 상기 가이드파일 단부에 구성되고, 상기 콘크리트 폰툰의 측부에 구성되는 레일에 삽입되어 이탈되지 않도록 구성되며,
상기 가이드파일 연결부는, 상기 콘크리트 폰툰의 측부에서 상하 및 측방으로는 고정되면서 전후방으로는 자유도를 가지도록 상기 콘크리트 폰툰의 측부에 구성된 상기 레일에 결합되어 상기 가이드파일을 감싸는 후크 구조로 구성되는 것을 특징으로 하는,
플로팅 도크가 필요 없는 케이슨 진수 장치.
제1항에 있어서,
상기 가이드파일의 하단에는 석션파일 기초가 구성되고,
상기 석션파일 기초는, 해저 지반에 안착된 후 내부의 해수를 배수하여 발생되는 내외부 압력차로 상기 해저 지반에 관입되어 상기 가이드파일을 고정하는,
플로팅 도크가 필요 없는 케이슨 진수 장치.
제1항에 따른 플로팅 도크가 필요 없는 케이슨 진수 장치를 이용한 케이슨 진수 방법에 있어서,
상기 케이슨 진수 장치의 일구성인 콘크리트 폰툰과 상기 케이슨 진수 장치의 일구성인 가이드파일을 케이슨 제작장 측에 설치하는 설치 단계;
케이슨에 상기 케이슨 진수 장치의 일구성인 수평이동장치를 연결하여 상기 케이슨을 상기 케이슨 제작장에서 상기 콘크리트 폰툰으로 이동시켜 선적하는 케이슨 선적 단계;
상기 콘크리트 폰툰의 격실에 물을 주수하여 상기 콘크리트 폰툰을 해저로 침강시키는 폰툰 침강 및 케이슨 진수 단계;
상기 콘크리트 폰툰의 단부까지 진수된 상기 케이슨을 예인선으로 인양하는 인양 단계; 및
상기 케이슨의 진수가 완료된 이후 상기 콘크리트 폰툰의 상기 격실에서 물을 배수하여 상기 콘크리트 폰툰을 수면 위로 부상시키는 폰툰 부상 단계;
를 포함하고,
상기 폰툰 침강 및 케이슨 진수 단계는 상기 케이슨 진수 장치의 일구성인 주수 제어 모듈에 의해 상기 격실에 대한 주수량이 제어되며, 상기 주수 제어 모듈의 일구성인 주수 제어 인공신경망 모듈에 의해 상기 케이슨의 진수 시의 상기 콘크리트 폰툰의 수평 및 상기 케이슨의 진수 속도가 유지되는 것을 특징으로 하는,
플로팅 도크가 필요 없는 케이슨 진수 방법.