KR20240029968A - 용수공급관망의 개선용 설계방법 - Google Patents

용수공급관망의 개선용 설계방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20240029968A
KR20240029968A KR1020220108395A KR20220108395A KR20240029968A KR 20240029968 A KR20240029968 A KR 20240029968A KR 1020220108395 A KR1020220108395 A KR 1020220108395A KR 20220108395 A KR20220108395 A KR 20220108395A KR 20240029968 A KR20240029968 A KR 20240029968A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
pipe network
design
water supply
design method
improving
Prior art date
Application number
KR1020220108395A
Other languages
English (en)
Inventor
장용수
김윤중
이승용
이은수
곽동근
허해민
Original Assignee
(주)포스코이앤씨
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by (주)포스코이앤씨 filed Critical (주)포스코이앤씨
Priority to KR1020220108395A priority Critical patent/KR20240029968A/ko
Publication of KR20240029968A publication Critical patent/KR20240029968A/ko

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/10—Geometric CAD
    • G06F30/18—Network design, e.g. design based on topological or interconnect aspects of utility systems, piping, heating ventilation air conditioning [HVAC] or cabling
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2111/00—Details relating to CAD techniques
    • G06F2111/06—Multi-objective optimisation, e.g. Pareto optimisation using simulated annealing [SA], ant colony algorithms or genetic algorithms [GA]
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2113/00—Details relating to the application field
    • G06F2113/14—Pipes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Computational Mathematics (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)

Abstract

본 발명은 용수공급관망의 개선용 설계방법에 관한 것으로서, 관망 기본정보 입력 단계와, 관로별 운영 속성 입력단계와, 관망 개선안 제시단계와, 설계 적합도 해석 단계와, 최종 개선 관망도 및 설계 데이터를 도출하는 결과 도출 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 따라서, 본 발명은 개발된 최적화 기법 및 시스템을 이용함으로써, 기존 관망에서 과도하게 설계된 관거를 소거하면서도 종래의 최적화 기법에서 고려하지 못한 운영상황을 반영하여 필수 유지관거와 우선 소거관거가 고려된 보다 현실적인 공사비용 및 운영비용을 저감할 수 있는 효과를 제공한다.

Description

용수공급관망의 개선용 설계방법{DESIGN METHOD FOR CORRECTING WATER SUPPLY PIPE SYSTEM}
본 발명은 용수공급관망의 개선용 설계방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 용수공급관망에서 관로들이 노후화되거나 문제가 발생하였을 때 적절하게 관리하고 개보수하는 용수공급관망의 개선용 설계방법에 관한 것이다.
용수공급관망은 현대사회의 핵심 인프라 중 하나로써 시민 삶의 질 향상과 기업의 안정적 운영을 위하여 관망 내, 관로들이 노후화되거나 문제가 발생하였을 때 적절하게 관리하고 개보수하는 작업을 지속적으로 수행해야 한다.
따라서, 지자체, 정부, 기업 등 각 용수공급관망 관리주체는 관망 유지 및 개보수 사업을 적절히 수행하기 위해 많은 예산을 투입하고 있으며 기존 관망의 미흡한 점을 개선 보완할 수 있는 설계를 확보하기 위해 노력하고 있다.
용수공급관망은 각 수용절점에 필요한 유량을 충분히 공급하면서도 안정적인 수질을 유지하는 것이 중요하며, 유수율/누수율, 압력, 손실수두, 잔류염소 농도, 경도, TOC 등의 지표를 관리하여 이들 지표가 미흡하거나 문제가 발생할 시, 관망을 개보수하는 사업을 수행하게 된다.
과거 설치된 관망의 경우, 각 수용절점에서 소요되는 용수량과 최소 수압, 잔류 염소를 기준으로 절점별 여유율을 우선시한 격자식 관망으로 설계된 경우가 많으며, 도시의 급격한 용수 수요 팽창에 대응하는 과정에서 기존 관로에 신설 관로를 중복 설치하는 사례가 빈번하여 관망 내, 수요 대비 과다 설치된 관거들이 존재한다.
이처럼 과다하게 설치된 관거들을 유지하며 관망 개선사업을 수행하는 경우 공사비용 및 운영비용 증가의 원인이 될 뿐만 아니라, 누수율 상승과 수질 저하의 원인이 될 수 있다.
과다 관로가 누수율에 악영향을 미치는 원인에는 관로의 이음부가 주요한데, 관로가 과설치된 관망의 경우 필연적으로 이음부의 발생이 증가하며, 이들 이음부는 운영중 반복되는 압력변동에 의하여 틈이 발생하여 누수의 원인이 된다.
과다 관로가 수질 저하의 원인이 되는 이유는 불필요한 관로가 많을 경우 일부 관로에서 유체가 지속적으로 정체하거나 낮은 유량만이 거동함으로써 잔류염소가 저하되어 미생물의 증식이 유발될 수 있고, 관내 퇴적 및 부식물이 증가하는 원인이 되기 때문이다.
따라서, 적절한 관망 개선사업을 위해서는 과거의 설계를 유지하여 노후 경년관만을 교체하는 방식을 사용하는 것이 아니라 보다 개선된 관망 구성을 제시하고 기존의 관망 대비, 경제적이면서도 누수율과 공급수질을 개선할 수 있는 방안을 제시해야 한다.
개선된 관망을 제시하고자 할 때, 설계자는 단순히 수리학적 근거만을 토대로 관거를 최소화하는 것이 아니라 현재 이용되고 있는 각 관로의 운영상황 및 특이점을 반영해야 한다.
이는 수리학적 계산을 통해 기존 관망에서 불필요한 관거로 판단되는 관거일지라도 소화전 연결관로와 같이 제거하지 못하는 관거가 있으며, 같은 관망내에서도 상대적으로 노후가 심한 경년관을 우선적으로 제거하는 등의 고려가 필수적이기 때문이다.
또한, 개선설계의 결과에 따라서 일부 관로에서는 역방향의 흐름이 발생하기도 하는데 이러한 역방향 흐름이 과도하게 진행 될 때, 관로내 퇴적된 오염물이 수용가로 유입되어 사용수질을 악화시키는 원인이 되기도 하므로 개선 설계 시, 이러한 위험을 사전에 검토하여야 한다.
최근 관망 최적화 설계를 위하여 동적계획법, 정수계획법, 유전자 알고리즘, 화음탐색법 등의 수치해석적 방법을 차용하여 관망을 최적화 하는 기술을 적용하는 사례들이 있다
그러나, 이러한 방법들 역시 운영인자 등의 추가 설계인자를 능동적으로 반영하기에는 수학적인 제약이나 프로그래밍의 제약이 발생하는 한계를 지니고 있으며, 개선대상 관망의 범위가 커지거나 복잡해질수록 다양한 시간 구간의 프로파일을 계산/검토하는데 요구되는 컴퓨터 시스템 리소스가 기하급수적으로 증가하기 때문에 실제 설계에 적용하기 어렵다는 한계를 가진다는 문제가 있었다.
또한, 상기 언급한 내용과 같이 용수공급관망을 개선하고자 할 때, 기존의 설계방법을 답습할 시, 경제적 효과가 낮을 뿐만 아니라, 누수율 및 수질에도 악영향을 끼칠 수 있다.
또한, 최근 연구되어온 최적화 기법만으로 개선설계를 진행하고자 할 때에도 설계자가 고려해야하는 운영상황 제대로 반영하지 못한다는 문제를 지니고 있다.
따라서 바람직한 관망 개선 설계를 위해서는 대상 관망의 운영상황을 충분히 반영하고 설계자 및 발주자가 판단할 수 있는 근거를 토대로 불필요 관거를 최소화하여 경제성 향상, 누수율 및 수질개선에 기여할 수 있는 설계 방법이 필요하다.
그러나 이처럼 여러가지 인자를 고려하여 최적화 작업을 수행하는 설계업무에서는 한가지 조건이 변동될 때마다, 일부 또는 전체의 관망의 설계값이 변동하게 되는데 그 과정을 단순히 인력에 의존하여 수행한다면 과도한 설계시간 및 비용 소모가 발생할 수 있다는 문제점이 있다.
따라서 여러 인자를 고려하여 용수공급관망을 개선하고자 한다면 설계자가 반복적으로 수행해야하는 최적화 하는 작업을 최대한 간소화하고 다양한 결과를 검토할 수 있는 절차와 시스템이 필요하게 된다.
대한민국 등록특허 제10-0314596호 (2001년12월12일) 대한민국 공개특허 제10-2011-0086425호 (2011년07월28일) 대한민국 등록특허 제10-1877459호 (2018년07월13일)
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위해 안출한 것으로서, 기존의 관망설계 방법 및 최적화 설계방법이 가지는 한계를 극복하여, 용수공급관망 개선사업 설계 시 불필요한 관거를 저감하면서도 운영 상황에 대한 속성을 충분히 고려하여 최적 관망 설계안을 도출할 수 있는 용수공급관망의 개선용 설계방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 관망 개선설계 시, 불필요 관거를 소거하기 위해 동수경사에 기반한 알고리즘을 적용하여 관로 내에 흐르는 유량이 작거나 관경이 불필요하게 크게 설정되어 있는 관거가 우선 제거되도록 하는 용수공급관망의 개선용 설계방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 관망 개선설계 시, 운영자의 요청에 따라 소거하지 않을 관거를 지정하여 유지함으로써 설계결과에 대한 실용적 오류를 최소화하고 재설계 발생을 억제할 수 있도록 하는 용수공급관망의 개선용 설계방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 관망 해석결과에서 발생 가능한 역방향 흐름에 대한 결과를 분석하고 설계자가 이를 최소화 할 수 있도록 관로를 소거하는 용수공급관망의 개선용 설계방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 관망 개선설계 시, 과도하게 노후된 경년관 또는 사용된 관로나 설치시기는 오래되지 않았으나, 불량문제가 발생한 특정제품을 사용한 구간을 우선 제거 관거로 입력하여 최적화 과정에서 우선 소거될 수 있도록 설정함으로써 사업의 실질적 우선순위를 고려할 수 있는 설계안을 도출할 수 있는 용수공급관망의 개선용 설계방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 개선된 설계안에 대한 설계의 적정성에 대해 능동적으로 판단 할 수 있는 용수공급관망의 개선용 설계방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 최근 제시된 수치해석적 관망 최적화 기법이 가지는 운영속성 반영 한계, 프로그래밍 제약, 컴퓨터 시스템 리소스 과부하 문제를 해결하고 설계결과를 명확히 판단/이해할 수 있는 수리학적 최적화 기법을 제시하는 용수공급관망의 개선용 설계방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 설계과정에서 소요되는 시간 및 비용을 줄이기 위해서 최적화 과정에서 반복적으로 수행되는 수리학적 계산 작업을 간소화하여 결과를 도출하는 용수공급관망의 개선용 설계방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 용수공급관망의 설계방법으로서, 용수공급관망의 정보를 입력하는 관망 기본정보 입력 단계; 관망의 관로별 유지 및 제거 판별에 관한 운영 속성값을 입력하는 관로별 운영 속성 입력단계; 상기 입력된 기본정보와 운영속성을 토대로 수정동수경사를 도출하여 불필요 관거를 선별제거하고 새로운 관망설계안을 제시하는 관망 개선안 제시단계; 상기 제시된 관망 개선안의 설계 적합성을 판단하고, 알고리즘 전단에 재설정에 필요한 추가인자를 도출하는 설계 적합도 해석 단계; 및 상기 단계들을 순차적으로 반복하여 최종 개선 관망도 및 설계 데이터를 도출하는 결과 도출 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 관망 기본정보 입력 단계는, 기존 관망의 절점 및 관거의 속성값을 입력하는 단계; 및 최초 관망해석을 통해 기존 관망도 및 로우 데이터(Raw Data)를 입력하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 관로별 운영 속성 입력단계는, 기존 관망의 운영에 필수적인 정보를 사전에 검토하여 필수유지 관거를 설정하는 단계; 및 우선제거관거를 설정하고 설계 적합성 판단과정에서 역방향 흐름을 유발하는 제거관거를 유지하도록 재설정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 관망 개선안 제시단계는, 상기 관망 기본정보 입력단계의 데이터를 통해 도출된 동수경사 리스트와, 상기 운영 속성 입력단계에서 입력된 운영속성값으로 수정동수경사를 도출하는 단계; 상기 도출된 수정동수경사에 의거해서 제거관거 선별하는 단계; 및 상기 선별된 제거관로에 의해 개선된 관망안을 도출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 관망 개선안 제시단계는, 수정동수경사 값의 산출시 관거별 동수경사값에 운영인자 값을 가중치화해서 곱하여 수정동수경사를 산출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 설계 적합도 해석단계는, 상기 관망 개선안 제시단계에서 수행된 관망해석 결과를 기반으로 역방향 흐름 및 수정동수경사 데이터를 테이블 및 그래프로 확보하는 단계; 상기 확보된 테이블 및 그래프를 기반으로 설계된 관망 내에 과도한 역방향을 유발하는 관로가 있는 지를 판단하는 단계; 및 잔존하는 관거 내에 수정동수경사 값을 토대로 추가로 제거가 필요한 관거가 있는 지를 판단하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 결과 도출단계는, 설계 적합도 판별을 통해 역방항 흐름이 최소화 되고 적정의 수정동수경사의 결과를 확보하여, 최종 관망도 및 설계 데이터를 도출하는 것을 특징으로 한다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 개발된 최적화 기법 및 시스템을 이용함으로써, 기존 관망에서 과도하게 설계된 관거를 소거하면서도 종래의 최적화 기법에서 고려하지 못한 운영상황을 반영하여 필수 유지관거와 우선 소거관거가 고려된 보다 현실적인 공사비용 및 운영비용을 저감할 수 있는 효과를 제공한다.
또한, 기존 관망설계에 대비하여, 불필요한 관로를 제거함으로써 관로의 이음부를 감소시키고 누수율을 저감하는 효과를 제공한다.
또한, 기존 관망설계에 대비하여, 불필요한 관로를 제거함으로써 관망 내에서 소모되는 잔류염소를 줄여 보다 안정적인 공급수질을 확보할 수 있는 효과를 제공한다.
또한, 장기운영상황을 고려하였을 때, 동수경사가 낮고 유량이 적게 흐르는 관거를 우선제거함으로써 관거 내 정체로 인한 수질악화 위험을 예방할 수 있는 효과를 제공한다.
또한, 운영자의 요청에 따라 소거하지 않을 관거를 지정하여 유지함으로써 최적화 설계결과에 대한 오류를 최소화하고 재설계 발생을 억제할 수 있는 효과를 제공한다.
또한, 과도하게 노후된 경년관이나 불량문제가 발생한 특정제품을 사용한 구간을 우선 제거하도록 설정함으로써 효율적인 사업추진을 고려한 설계안을 도출할 수 있는 효과를 제공한다.
또한, 역방향 흐름을 고려한 최적화 설계를 수행함으로써 관망 개선 공사를 통한 역방향 흐름 발생으로 유발될 수 있는 수질악화 상황을 예방하는 효과를 제공한다.
또한, 상기 실시예로 제시된 시스템을 이용함으로써 설계자는 체계화된 절차를 통해 보다 간소하게 최적화 작업을 수행 할 수 있으며, 결과 분석 및 개선을 손쉽게 수행할 수 있는 효과를 제공한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 용수공급관망의 개선용 설계방법을 나타내는 흐름도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 용수공급관망의 개선용 설계방법을 활용하는 시스템의 화면을 나타내는 사진.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 용수공급관망의 개선용 설계방법의 관망개선 전에 운영정보가 표시된 관망도를 나타내는 구성도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 용수공급관망의 개선용 설계방법을 활용하는 시스템을 이용하여 필수유지 관거 운영속성을 입력하는 예시 화면을 나타내는 사진.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 용수공급관망의 개선용 설계방법을 활용하는 시스템을 이용하여 운영속성을 고려한 관망개선안 도출안의 예시를 기존 관망과 비교한 관망도.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 용수공급관망의 개선용 설계방법을 활용해서 도출된 관망개선안의 결과를 개발된 시스템을 활용하여 테이블화 및 그래프화 한 예시 화면을 나타내는 사진.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 용수공급관망의 개선용 설계방법을 활용하는 시스템을 활용하여 테이블과 그래프를 분석하고 역방향 흐름을 억제하는 추가인자를 설정하는 과정에 대한 예시 화면을 나타내는 사진.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 용수공급관망의 개선용 설계방법의 추가인자를 재설정하여 개선 설계된 관망 적합도 판단 결과를 시스템을 활용하여 확인하는 예시 화면을 나타내는 사진.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 의한 용수공급관망의 개선용 설계방법의 최종적으로 도출된 관망도에 대한 결과를 시스템을 활용하여 확인하는 한 예시 화면을 나타내는 사진.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 의한 용수공급관망의 개선용 설계방법의 관거 제거에 따른 잔류염소를 나타내는 그래프.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 의한 용수공급관망의 개선용 설계방법의 개선안을 통해 도출된 총 관로길이를 기존 관망과 비교를 나타내는 그래프.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 의한 용수공급관망의 개선용 설계방법의 초기 투자비를 기존 관망과 비교를 나타내는 그래프.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 의한 용수공급관망의 개선용 설계방법의 개선안을 통해 도출된 잔류염소 농도를 기존 관망과 비교를 나타내는 그래프.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 더욱 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 용수공급관망의 개선용 설계방법을 나타내는 흐름도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 용수공급관망의 개선용 설계방법을 활용하는 시스템의 화면을 나타내는 사진이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 용수공급관망의 개선용 설계방법의 관망개선 전에 운영정보가 표시된 관망도를 나타내는 구성도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 용수공급관망의 개선용 설계방법을 활용하는 시스템을 이용하여 필수유지 관거 운영속성을 입력하는 예시 화면을 나타내는 사진이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 용수공급관망의 개선용 설계방법을 활용하는 시스템을 이용하여 운영속성을 고려한 관망개선안 도출안의 예시를 기존 관망과 비교한 관망도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 용수공급관망의 개선용 설계방법을 활용해서 도출된 관망개선안의 결과를 개발된 시스템을 활용하여 테이블화 및 그래프화 한 예시 화면을 나타내는 사진이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 용수공급관망의 개선용 설계방법을 활용하는 시스템을 활용하여 테이블과 그래프를 분석하고 역방향 흐름을 억제하는 추가인자를 설정하는 과정에 대한 예시 화면을 나타내는 사진이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 용수공급관망의 개선용 설계방법의 추가인자를 재설정하여 개선 설계된 관망 적합도 판단 결과를 시스템을 활용하여 확인하는 예시 화면을 나타내는 사진이고, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 의한 용수공급관망의 개선용 설계방법의 최종적으로 도출된 관망도에 대한 결과를 시스템을 활용하여 확인하는 한 예시 화면을 나타내는 사진이고, 도 10은 본 발명의 일 실시예에 의한 용수공급관망의 개선용 설계방법의 관거 제거에 따른 잔류염소를 나타내는 그래프이고, 도 11은 본 발명의 일 실시예에 의한 용수공급관망의 개선용 설계방법의 개선안을 통해 도출된 총 관로길이를 기존 관망과 비교를 나타내는 그래프이고, 도 12는 본 발명의 일 실시예에 의한 용수공급관망의 개선용 설계방법의 초기 투자비를 기존 관망과 비교를 나타내는 그래프이고, 도 13은 본 발명의 일 실시예에 의한 용수공급관망의 개선용 설계방법의 개선안을 통해 도출된 잔류염소 농도를 기존 관망과 비교를 나타내는 그래프이다.
도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 본 실시예에 의한 용수공급관망의 개선용 설계방법은, 관망 기본정보 입력 단계(S10), 관로별 운영 속성 입력단계(S20), 관망 개선안 제시단계(S30), 설계 적합도 해석 단계(S40) 및 결과 도출 단계(S50)를 포함하여 이루어져, 용수공급관망에서 관로들이 노후화되거나 문제가 발생하였을 때 적절하게 관리하고 개보수하는 용수공급관망의 개선용 설계방법이다.
관망 기본정보 입력 단계(S10)는, 용수공급관망의 기본정보를 입력하는 단계로서, 기존 관망의 기본정보 입력단계(S11)과 최초 관망해석 데이터 입력단계(S12)로 이루어져 있다.
기존 관망의 기본정보 입력단계(S11)는, 기존 관망의 기본정보를 입력하는 단계로서, 개선하고자 하는 기존 관망에 대한 절점 및 관거의 속성값을 입력하게 된다.
최초 관망해석 데이터 입력단계(S12)는, 최초 관망해석을 통해 기존 관망도 및 로우 데이터(Raw Data)를 입력하는 단계로서, 해당 관망을 해석하여 최초의 관망도 및 로우 데이터(Raw Data)를 확보하게 된다.
관로별 운영 속성 입력단계(S20)는, 관망의 관로별 유지 및 제거 판별에 관한 운영 속성값을 입력하는 단계로서, 유지필수관로의 속성 입력단계(S21)와, 우선제거관로의 속성 입력단계(S22)로 이루어져 도 3에 나타낸 바와 같이 설계자가 관망개선 이전에 관망 운영에 대해 필수정보를 사전에 확보하고 해당 절점 및 관로에 대해 파악하게 된다.
유지필수관로의 속성 입력단계(S21)는, 기존 관망의 운영에 필수적인 정보를 사전에 검토하여 필수유지 관거를 설정하는 단계로서, 펌프 연결관로, 소화전 연결관로 등의 필수유지 관거와 제거시, 역방향 흐름 에 높은 영향을 끼치는 발생할 수 있는 관거를 유지필요관로 속성으로 입력하여 운영상황을 고려했을 때 최적화 과정에서 소거하지 말아야 하는 관거를 지정할 수 있게 된다.
우선제거관로의 속성 입력단계(S22)는, 우선제거관거를 설정하고 설계 적합성 판단과정에서 역방향 흐름을 유발하는 제거관거를 유지하도록 재설정하는 단계로서, 과도하게 노후된 경년관 및 불량문제가 발생한 특정 제품을 사용한 관로 등을 우선제거 관로로 입력함으로써 최적화 과정에서 우선 소거되도록 지정할 수 있다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 본 실시예의 시스템에 의해 "관로 3"이 소화전과 연결된 관거로 필수유지 관거라는 운영 속성을 입력하는 예시를 나타내는 시스템의 화면 사진이다 .
관망 개선안 제시단계(S30)는, 입력된 기본정보와 운영속성을 토대로 수정동수경사를 도출하여 불필요 관거를 선별제거하고 새로운 관망설계안을 제시하는 단계로서, 수정동수경사 도출단계(S31), 제거관거 선별단계(S32) 및 개선된 관망안 도출단계(S33)로 이루어져 있다.
도 1의 관망 개선안 제시단계(S30)는, 관망 개선을 제시하는 단계로서 본 발 명에서 불요관거를 소거하는 기준을 제시하는 수정동수경사 기반의 최적화기법을 적용하여 제거관거를 선정하고 관망 개선안을 도출하게 된다 .
수정동경사 기반 최적화 기법은 최근의 수치핵석적 최적화 기법과 달리 수리 적이론에 기반하고 있으며, 직접적으로는 Hgen-Willims 공식으로 기초로 하는 하기 의 수학식 1을 이용하여 계산할 수 있게 된다.
여기서, Im은 각 관로의 동경사에 본 발명의 기인운영 속성 기반 가중치 (Weight) 값을 적용한 수정동경사 값이고,
Q는 관로의 유량이고,
CHW 은 Hagen-Willims 계수이고,
D는 관경이고,
Wm은 운영 속성 기반 가중치이다.
상기의 수학식 1을 관망 개선 설계에 이용함으로써, 첫째 관로 내를 흐르는 유량이 적을수록 동수경사가 감소하므로 이를 불용관으로 간주하여 소거하여야 할 수 있으며, 둘째 관경이 클수록 동수경사는 감소하므로 관로 내를 흐르는 유량에 비해 관경이 과다하게 클 경우 제거하거나 수정설계 할 필요가 있다는 것이며, 셋째 동수경사가 작은 관로를 선택적으로 제거 시, 주변관로 및 흐름에 대한 영향이 적어 추가로 다른 관로를 제거할 수 있다는 이점을 가진다는 것이며, 넷째 관로의 유속이 적은 관로에서는 동수경사가 감소하기 때문에 관로 내 정체로 인한 수질악화 문제를 억제할 수 있으며, 다섯째 기본적인 동수경사 계산값에 운영상황에 따른 유지 및 제거 우선순위 가중치를 가산하여 동수경사값과 별개로 필수유지 또는 제거되는 관거를 선택하거나 역방향 흐름과 노후도 등을 고려하여 우선 순위를 조정할 수 있다는 장점을 가진다.
수정동수경사 도출단계(S31)는, 관망 기본정보 입력단계의 데이터를 통해 도출된 동수경사 리스트와 운영 속성 입력단계에서 입력된 운영속성값으로 수정동수경사를 도출하는 단계로서, 전체 관망에 대해서 수정 동수경사값을 계산하기 앞서 최초 관망해석 데이터 입력단계(S12)에서 수행된 데이터를 기반으로 관로별 동수경사 값을 오름차순 정렬하게 된다.
이러한 관망 개선안 제시단계(S30)의 수정동수경사 도출단계(S31)에서는, 수정동수경사 값의 산출시 관거별 동수경사값에 운영인자 값을 가중치화해서 곱하여 수정동수경사를 산출하는 것이 바람직하다.
제거관거 선별단계(S32)는, 수정동수경사 도출단계(S31)에서 도출된 수정동수경사에 의거해서 제거관거 선별하는 단계로서, 각 관로의 수정동수경사값을 계산하여 제거 관로를 설정하도록 관로별 운영 속성 입력단계(S20)에서 입력된 운영속성을 기반한 가중치 값을 수정동수경사 도출단계(S31)의 동수경사값에 가산하여 낮은 값을 가지는 관로를 우선하여 제거 관로를 산정하게 된다.
개선된 관망안 도출단계(S33)는, 선별된 제거관로에 의해 개선된 관망안을 도출하는 단계로서, 제거가 결정된 관거가 소거된 관망에 대하여 새롭게 관망해석을 수행하여 결과 및 데이터를 도출하게 되며, 도 5에 나타낸 바와 같이 본 발명의시스템을 활용하여 관망 개선안 제시단계(S30)의 관망 개선안 도출 단계 전체를 거친 후, 기존의 관망대비 소거 가능한 관거를 표시한 관망도를 도출한 결과를 보여주는 예시 화면이다.
설계 적합도 해석 단계(S40)는, 설계자가 개선된 설계안에 대한 결과를 검토하고 적합도를 판단하는 단계로서, 관망 개선안 제시단계(S30)에서 제시된 관망 개선안의 설계 적합성을 판단하고 알고리즘 전단에 재설정에 필요한 추가인자를 도출하게 되며, 역방향 흐름 및 수정동수경사 데이터 확보단계(S41), 과도한 역방향 관로 판단단계(S42) 및 추가 제거 관거 판단단계(S43)로 이루어져 있다.
역방향 흐름 및 수정동수경사 데이터 확보단계(S41)는, 관망 개선안 제시단계(S30)에서 수행된 관망해석 결과를 기반으로 역방향 흐름 및 수정동수경사 데이터를 테이블 및 그래프로 확보하는 단계로서, 개선된 관망안 도출단계(S33)에서 수행된 관망해석 결과를 기반으로 역방향 흐름 및 수정동수경사 데이터를 테이블 및 그래프화 하게 되며, 도 6에 나타낸 바와 같이 본 발명의 시스템을 활용한 예시 화면으로 표시하게 된다.
과도한 역방향 관로 판단단계(S42)는, 확보된 테이블 및 그래프를 기반으로 설계된 관망 내에 과도한 역방향을 유발하는 관로가 있는지를 판단하는 단계로서, 역방향 흐름 및 수정동수경사 데이터 확보단계(S41)에서 확보된 테이블 및 그래프를 기반으로 설계된 관망 내에 과도한 역방향을 유발하는 관로가 있는 지를 판단하게 된다.
추가제거관거 판단단계(S43)는, 잔존하는 관거 내에 수정동수경사 값을 토대로 추가로 제거가 필요한 관거가 있는 지를 판단하는 단계로서, 잔존하는 관거 내에 수정동수경사값을 토대로 추가로 제거가 필요한 관거가 있는지에 대한 판단을 내리게 된다.
도 7에 나타낸 바와 같이 본 발명의 시스템을 활용하여 테이블 및 그래프를 분석하고 역방향 흐름을 억제하기 위하여 3번 관로와 14번 관로에 추가적인 예외적용을 설정하여 관거소거에서 배제되게 하는 과정에 대한 예시 화면을 나타낸 것이며, 도 8은 이러한 검토과정을 반복하여 최종적으로 도출된 적합도 결과에 대한 예시 화면이다.
결과 도출 단계(S50)는, 단계들을 순차적으로 반복하여 최종 개선 관망도 및 설계 데이터를 도출하는 단계로서, 설계 적합도 판별을 통해 역방항 흐름이 최소화 되고 적정의 수정동수경사의 결과를 확보하여, 최종 관망도 및 설계 데이터를 도출하게 된다.
즉, 도 1의 관로별 운영 속성 입력단계(S20)와, 관망 개선안 제시단계(S30)와, 설계 적합도 해석 단계(S40)는 설계적합도의 판단에 따라 반복적으로 수행되며, 해당 과정이 모두 마무리되었을 때, 최종적으로 도 1의 결과 도출 단계(S50)를 통해 최종 결과 관망도 및 기존대비 저감된 물량을 판단할 수 있는 결과를 도출할 수 있게 되고, 도 9는 최종 도출된 관망도에 대한 결과를 보여주는 예시 화면이다.
상기 실시예를 바탕으로 기존관망과 운영상황을 고려하지 않은 최적화 결과, 운영상황을 고려한 최적화 결과를 비교하여 도 11, 도 12, 도 13의 그래프로 나타내었다.
도 11, 도 12, 도 13에 나타낸 바와 같이, 기존관망 대비 운영인자가 미고려된 최적화는 관거길이 63%, 초기 투자비 52%, 잔류염소 개선 14% 정도의 효과를 얻을 수 있고, 운영상황을 고려한 설계 결과에서는 관거길이 39%, 초기 투자비 33%, 잔류염소 개선 14%의 효과를 얻을 수 있다는 것을 확인하였다.
이처럼 운영상황을 미고려한 최적화 결과가 표면상으로는 보다 높은 경제적 가치를 보이는 것으로 착각할 수 있어 용수공급관망 개선사업의 설계오류를 유발하고 운영상 문제를 발생 시킬 수 있으나, 본 발명에서 제시한 절차 및 시스템을 이용한다면 운영상황이 고려된 설계를 통해 보다 현실적이면서도 효율적인 결과를 제공할 수 있게 된다.
또한, 도 10에 나타낸 바와 같이 본 발명에서 개발된 시스템을 이용하여 기존 관망에서 관거를 최소화 할 시, 수질의 변화를 확인하기 위해 변화하는 잔류염소를 검토하는 그래프를 표현한 예시이다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 개발된 최적화 기법 및 시스템을 이용함으로써, 기존 관망에서 과도하게 설계된 관거를 소거하면서도 종래의 최적화 기법에서 고려하지 못한 운영상황을 반영하여 필수 유지관거와 우선 소거관거가 고려된 보다 현실적인 공사비용 및 운영비용을 저감할 수 있는 효과를 제공한다.
또한, 기존 관망설계에 대비하여, 불필요한 관로를 제거함으로써 관로의 이음부를 감소시키고 누수율을 저감하는 효과를 제공한다.
또한, 기존 관망설계에 대비하여, 불필요한 관로를 제거함으로써 관망 내에서 소모되는 잔류염소를 줄여 보다 안정적인 공급수질을 확보할 수 있는 효과를 제공한다.
또한, 장기운영상황을 고려하였을 때, 동수경사가 낮고 유량이 적게 흐르는 관거를 우선제거함으로써 관거 내 정체로 인한 수질악화 위험을 예방할 수 있는 효과를 제공한다.
또한, 운영자의 요청에 따라 소거하지 않을 관거를 지정하여 유지함으로써 최적화 설계결과에 대한 오류를 최소화하고 재설계 발생을 억제할 수 있는 효과를 제공한다.
또한, 과도하게 노후된 경년관이나 불량문제가 발생한 특정제품을 사용한 구간을 우선 제거하도록 설정함으로써 효율적인 사업추진을 고려한 설계안을 도출할 수 있는 효과를 제공한다.
또한, 역방향 흐름을 고려한 최적화 설계를 수행함으로써 관망 개선 공사를 통한 역방향 흐름 발생으로 유발될 수 있는 수질악화 상황을 예방하는 효과를 제공한다.
또한, 상기 실시예로 제시된 시스템을 이용함으로써 설계자는 체계화된 절차를 통해 보다 간소하게 최적화 작업을 수행 할 수 있으며, 결과 분석 및 개선을 손쉽게 수행할 수 있는 효과를 제공한다.
이상 설명한 본 발명은 그 기술적 사상 또는 주요한 특징으로부터 벗어남이 없이 다른 여러 가지 형태로 실시될 수 있다. 따라서 상기 실시예는 모든 점에서 단순한 예시에 지나지 않으며 한정적으로 해석되어서는 안 된다.

Claims (7)

  1. 용수공급관망의 설계방법으로서,
    용수공급관망의 정보를 입력하는 관망 기본정보 입력 단계;
    관망의 관로별 유지 및 제거 판별에 관한 운영 속성값을 입력하는 관로별 운영 속성 입력단계;
    상기 입력된 기본정보와 운영속성을 토대로 수정동수경사를 도출하여 불필요 관거를 선별제거하고 새로운 관망설계안을 제시하는 관망 개선안 제시단계;
    상기 제시된 관망 개선안의 설계 적합성을 판단하고, 알고리즘 전단에 재설정에 필요한 추가인자를 도출하는 설계 적합도 해석 단계; 및
    상기 단계들을 순차적으로 반복하여 최종 개선 관망도 및 설계 데이터를 도출하는 결과 도출 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 용수공급관망의 개선용 설계방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 관망 기본정보 입력 단계는,
    기존 관망의 절점 및 관거의 속성값을 입력하는 단계; 및
    최초 관망해석을 통해 기존 관망도 및 로우 데이터(Raw Data)를 입력하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 용수공급관망의 개선용 설계방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 관로별 운영 속성 입력단계는,
    기존 관망의 운영에 필수적인 정보를 사전에 검토하여 필수유지 관거를 설정하는 단계; 및
    우선제거관거를 설정하고 설계 적합성 판단과정에서 역방향 흐름을 유발하는 제거관거를 유지하도록 재설정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 용수공급관망의 개선용 설계방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 관망 개선안 제시단계는,
    상기 관망 기본정보 입력단계의 데이터를 통해 도출된 동수경사 리스트와, 상기 운영 속성 입력단계에서 입력된 운영속성값으로 수정동수경사를 도출하는 단계;
    상기 도출된 수정동수경사에 의거해서 제거관거 선별하는 단계; 및
    상기 선별된 제거관로에 의해 개선된 관망안을 도출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 용수공급관망의 개선용 설계방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 관망 개선안 제시단계는, 수정동수경사 값의 산출시 관거별 동수경사값에 운영인자 값을 가중치화해서 곱하여 수정동수경사를 산출하는 것을 특징으로 하는 용수공급관망의 개선용 설계방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 설계 적합도 해석단계는,
    상기 관망 개선안 제시단계에서 수행된 관망해석 결과를 기반으로 역방향 흐름 및 수정동수경사 데이터를 테이블 및 그래프로 확보하는 단계;
    상기 확보된 테이블 및 그래프를 기반으로 설계된 관망 내에 과도한 역방향을 유발하는 관로가 있는 지를 판단하는 단계; 및
    잔존하는 관거 내에 수정동수경사 값을 토대로 추가로 제거가 필요한 관거가 있는 지를 판단하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 용수공급관망의 개선용 설계방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 결과 도출단계는, 설계 적합도 판별을 통해 역방항 흐름이 최소화 되고 적정의 수정동수경사의 결과를 확보하여, 최종 관망도 및 설계 데이터를 도출하는 것을 특징으로 하는 용수공급관망의 개선용 설계방법.
KR1020220108395A 2022-08-29 2022-08-29 용수공급관망의 개선용 설계방법 KR20240029968A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220108395A KR20240029968A (ko) 2022-08-29 2022-08-29 용수공급관망의 개선용 설계방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220108395A KR20240029968A (ko) 2022-08-29 2022-08-29 용수공급관망의 개선용 설계방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20240029968A true KR20240029968A (ko) 2024-03-07

Family

ID=90272447

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020220108395A KR20240029968A (ko) 2022-08-29 2022-08-29 용수공급관망의 개선용 설계방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20240029968A (ko)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100314596B1 (ko) 1998-12-05 2001-12-12 김일복 수관망관리장치
KR20110086425A (ko) 2010-01-22 2011-07-28 아이에스테크놀로지 주식회사 점수평가법을 이용한 상수도관망 최적관리시스템
KR101877459B1 (ko) 2017-12-29 2018-07-13 (주)파이브텍 IoT에 기반한 상수도관망 전력관리 제어 시스템 및 방법

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100314596B1 (ko) 1998-12-05 2001-12-12 김일복 수관망관리장치
KR20110086425A (ko) 2010-01-22 2011-07-28 아이에스테크놀로지 주식회사 점수평가법을 이용한 상수도관망 최적관리시스템
KR101877459B1 (ko) 2017-12-29 2018-07-13 (주)파이브텍 IoT에 기반한 상수도관망 전력관리 제어 시스템 및 방법

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1191470B1 (en) Maintenance optimization system for water pipelines
Christodoulou et al. A study on the effects of intermittent water supply on the vulnerability of urban water distribution networks
Ostfeld Reliability analysis of regional water distribution systems
CN102147830B (zh) 给水管网优化设计方法和系统
Haddad et al. Optimum rehabilitation strategy of water distribution systems using the HBMO algorithm
Charalambous et al. Leak detection and water loss management
US8175859B1 (en) Efficient method for pressure dependent water distribution analysis
JP2015090641A (ja) 管路更新計画立案支援システムおよび管路更新計画立案支援方法
Lansey et al. Optimal maintenance scheduling for water distribution systems
WO2013192247A1 (en) System and method for calculating and reporting maximum allowable operating pressure
Price et al. Pressure management in water distribution systems through PRVs optimal placement and settings
US7593839B1 (en) Method for optimizing design and rehabilitation of water distribution systems
KR20240029968A (ko) 용수공급관망의 개선용 설계방법
Beker et al. Pipe and isolation valve failure-impact analysis and prioritization model for an urban water distribution network
Trow et al. Developing a strategy for leakage management in water distribution systems
Gül et al. Determination of priority regions for rehabilitation in water networks by multiple criteria decision making methods
Tolson et al. Battle of background leakage assessment for water networks (BBLAWN): An incremental savings approach
JP7103374B2 (ja) 資産管理装置、資産管理方法およびプログラム
CN112288322A (zh) 炼化装置不同颗粒度腐蚀回路的建立方法、系统和设备
Parra et al. Recommendations for the Adaptation Planning of Water Distribution Systems:(067)
van Thienen et al. Practical application of optimization techniques to drinking water distribution problems
CN116561942B (zh) 用于城市排水系统拓扑数据的修正方法以及装置
KR102521589B1 (ko) 상수도 관망 및 관로 설계 방법 및 장치
JP7376251B2 (ja) 管路ネットワークの管理システム及び管路ネットワークの管理方法
Gómez et al. Improving Energy Efficiencies in WDN with EPANET Based Tools:(040)