출처 : 한국건설신문(http://www.conslove.co.kr)
보이지 않는 위험이야말로 진짜 위험한 불안요소
지반·지하수·구조물을 함께 보는 체계가 필요한 때
칼럼 <도종남 한국도로공사 도로교통연구원 지하안전평가센터 수석연구원>
도심지 지하도로, 대심도 철도, 지하 복합공간 등 지하공간 개발이 확대되면서 안전관리의 대상은 더 이상 구조물 자체에만 머물 수 없다. 굴착에 따른 지반 변위, 지하수위 변화, 주변 시설물 영향까지 통합적으로 관리해야 하는 시대가 오고 있다.
이에 필자는 피지컬 AI, 로보틱스, 위성기술, 디지털 트윈, 지하수 함양기술을 중심으로 지하공간 안전관리의 새로운 방향을 살펴보고자 한다.
■ 도심 지하공간 개발, 보이지 않는 위험까지 관리해야
고속도로와 도심 인프라는 지금 새로운 전환점에 서 있다. 과거의 도로 인프라가 주로 지상 공간을 중심으로 확장되었다면, 앞으로의 인프라는 지하공간을 적극적으로 활용하는 방향으로 발전하고 있다.
도심지 교통혼잡 해소를 위한 지하도로, 대심도 광역철도, 지하 복합공간, 지하 물류시설 등은 이미 주요 도시정책과 건설계획의 중요한 축이 되고 있다.
그러나 지하공간 개발은 단순히 지상에 있던 도로와 시설을 지하로 옮기는 문제가 아니다. 지하에는 보이지 않는 지반과 지하수가 존재한다. 굴착은 지반의 응력 상태를 변화시키고, 터널과 지하구조물은 지하수의 흐름을 바꾼다.
특히 도심지는 건축물, 도로, 철도, 지하매설물, 상하수도관, 통신시설 등이 고밀도로 분포하고 있어 작은 지반변위도 사회적 피해로 이어질 수 있다.
따라서 앞으로의 지하공간 개발은 구조물 안전뿐 아니라 지반과 지하수의 거동까지 함께 관리하는 방향으로 전환되어야 한다.
■ 사후 대응형 안전관리, 예측·예방형으로 전환 필요
지금까지 건설현장의 안전관리는 현장 기술자의 경험, 순찰, 계측기 점검, 정기 안전진단 등을 중심으로 발전해 왔다. 이러한 방식은 여전히 중요하지만, 관리 대상이 넓어지고 지하공간 개발이 복잡해지며 노후 인프라가 증가하는 상황에서 인력 중심의 사후 대응형 관리만으로는 한계가 분명하다.
이제는 위험이 발생한 뒤 조치하는 체계에서 벗어나, 위험 징후를 미리 감지하고 선제적으로 대응하는 예측·예방형 안전관리 체계로 나아가야 한다.
이러한 전환의 중심에 피지컬 AI, 비전 AI, 로보틱스, 위성기술, 3차원 공간정보, 디지털 트윈 기술이 있다. 피지컬 AI는 센서와 장비를 통해 실제 물리적 환경을 인식하고, 위험 여부를 판단하며, 필요한 경우 장비의 동작까지 직접 제어하는 능동형 지능 기술이다.
굴착기나 도저가 라이다, 카메라, 초음파 센서로 작업 반경 내 사람과 장비를 인식하고, 협착이나 충돌 위험이 높을 경우 스스로 장비 동작을 멈추는 방식은 작업자의 부주의와 장비 운전자의 사각지대를 보완하는 실질적 안전장치가 될 수 있다.
또한 천공 장비가 굴진 중 발생하는 저항력, 토크, 진동 데이터를 실시간으로 수집·분석한다면 설계 당시 예측한 지반 조건과 실제 지반 상태의 차이를 즉시 파악하고, 천공 깊이와 각도, 보강재 설치 조건을 보정함으로써 사면 붕괴나 터널 막장 불안정과 같은 위험을 선제적으로 관리할 수 있다.
■ AI·로봇·위성, 현장 안전관리의 시야 넓힌다
비전 AI는 고속도로와 지하공간 안전관리의 중요한 축이 될 수 있다. 고속도로와 건설현장에는 이미 CCTV, 순찰차, 드론, 작업장 카메라 등 다양한 영상 수집 장치가 활용되고 있으며, 여기에 AI 영상 분석 기술을 결합하면 단순 기록 중심의 영상 관리에서 벗어나 위험 상황을 실시간으로 탐지하는 지능형 감시 체계로 발전할 수 있다.
작업자 쓰러짐, 화재, 낙하물, 장비 접근, 위험구역 출입, 차량 돌진 등은 영상 분석을 통해 즉각적으로 감지할 수 있는 대표적인 위험 요소다. 특히 공용 중인 고속도로 차단작업 현장에서는 과속 차량이나 졸음운전 차량이 작업 구간으로 접근하는 비정상적인 궤적을 AI가 조기에 감지하고, 현장 작업자에게 지향성 스피커, 진동 알림, 경광등 등을 통해 즉시 경고하는 예측형 작업장 경고 시스템이 필요하다.
로보틱스 기술도 사람이 직접 접근하기 어려운 장대터널, 교량 하부, 급경사지, 붕괴 우려가 있는 지하공간, 밀폐된 지하구조물의 점검 방식을 바꾸고 있다.
라이다와 열화상 카메라를 장착한 4족 보행 로봇을 투입하면 위험 구간을 무인으로 점검하고, 3차원 점군 데이터를 통해 구조물의 변형이나 손상 상태를 정밀하게 기록할 수 있다.
여기에 SAR 위성기술을 활용하면 기상 조건이나 주야간에 관계없이 광역적인 지반 변위를 관측할 수 있어, 연약지반 구간의 장기 침하, 대규모 성토부 변위, 절토사면 이상 거동, 도심지 지하개발 주변의 침하 경향 등을 노선 단위 또는 도시 단위로 파악할 수 있다.
■ 도심지 지하개발, 지하수위 저하와 지반침하 함께 관리해야
도심지 지하개발에서는 지하수위 저하에 따른 지반침하 문제가 중요한 이슈가 될 수 있다. 대심도 지하도로, 광역철도, 지하 복합공간 조성 과정에서는 굴착과 터널 구조물 설치로 인해 지하수 유동이 변화할 수 있다.
지하수위가 장기간 저하되면 지반 내 유효응력이 증가하고, 연약점토층이나 매립지반에서는 압밀침하가 발생할 가능성이 있다. 이로 인해 도로 침하, 건축물 균열, 지하매설물 손상, 관로 이완, 지하 공동 발생 등이 연쇄적으로 나타날 수 있다.
따라서 앞으로의 지하안전관리는 흙막이 벽체 변위나 구조물 안정성만을 보는 방식으로는 충분하지 않다. 굴착 전·중·후 단계에서 지하수위 변화, 지반 변위, 주변 구조물 거동을 함께 관측하고 분석해야 한다.
SAR 위성을 활용한 광역 지반침하 모니터링, IoT 기반 지하수위 계측, 지중 경사계와 침하계, 3차원 지반정보 모델, AI 기반 이상징후 분석을 연계하면 도심지 지하개발에 따른 지반침하 위험을 보다 선제적으로 관리할 수 있다.
나아가 지하수 관리는 단순한 배수와 처리의 문제가 아니라 도시 물 순환과 지반 안정성의 문제로 접근해야 한다. 굴착 중 유출되는 지하수를 단순히 배수하거나 하수처리하는 데 그치지 않고, 수질을 정화하여 적정 위치에 재주입하고 지하수위를 안정적으로 유지하는 지하수 함양기술의 발전이 필요하다.
빗물, 하천수, 처리수, 터널 유출수 등을 활용하여 대수층을 보전하고 지하수 순환을 회복하는 기술은 도심지 지반침하 예방과 지속가능한 지하공간 개발의 핵심 요소가 될 수 있다.
■ 중요한 것은 통합형 스마트 지하안전관리 체계
3D 포인트클라우드와 디지털 트윈 기술은 현장을 기록하고 검증하는 방식을 바꾼다. 360도 영상, 라이다, 드론 사진측량 등을 통해 현장의 물리적 형상을 3차원 데이터로 남기면, 시공 중 품질 확인뿐 아니라 준공 후 유지관리 이력으로도 활용할 수 있다.
특히 지중 구조물, 기초부, 배수시설, 보강재, 차수벽, 터널 라이닝 배면 등은 시공 후 흙이나 콘크리트로 덮이면 확인이 어렵기 때문에 초기 상태를 디지털 데이터로 보존하는 것이 중요하다.
BIM과 IoT 기반 스마트 안전관리 플랫폼은 이러한 데이터를 하나로 연결하는 역할을 한다. 지반조사 자료, 설계도면, 시공정보, 계측자료, 영상데이터, 로봇 점검자료, 위성 변위자료, 지하수위 데이터를 각각 따로 관리한다면 실제 안전관리 효과는 제한적일 수밖에 없다.
앞으로의 안전관리는 다양한 데이터를 하나의 체계에서 통합하고, AI가 위험을 분석하며, 현장 조치와 다시 연결하는 구조로 발전해야 한다. 즉, 관측, 판단, 조치, 피드백이 반복되는 폐쇄 루프형 스마트 안전관리 체계가 필요하다.
사람은 판단과 책임의 중심에 서되, 위험한 곳에는 로봇이 먼저 들어가고, 넓은 구간은 위성이 먼저 살피며, 반복적인 감시는 AI가 수행해야 한다. 첨단기술을 현장 경험, 설계기준, 계측자료, 유지관리 제도와 유기적으로 연결할 때 비로소 스마트 지하안전관리의 실질적 전환이 가능할 것이다.
출처 : 한국건설신문(http://www.conslove.co.kr)
보이지 않는 위험이야말로 진짜 위험한 불안요소
지반·지하수·구조물을 함께 보는 체계가 필요한 때
칼럼 <도종남 한국도로공사 도로교통연구원 지하안전평가센터 수석연구원>
도심지 지하도로, 대심도 철도, 지하 복합공간 등 지하공간 개발이 확대되면서 안전관리의 대상은 더 이상 구조물 자체에만 머물 수 없다. 굴착에 따른 지반 변위, 지하수위 변화, 주변 시설물 영향까지 통합적으로 관리해야 하는 시대가 오고 있다.
이에 필자는 피지컬 AI, 로보틱스, 위성기술, 디지털 트윈, 지하수 함양기술을 중심으로 지하공간 안전관리의 새로운 방향을 살펴보고자 한다.
■ 도심 지하공간 개발, 보이지 않는 위험까지 관리해야
고속도로와 도심 인프라는 지금 새로운 전환점에 서 있다. 과거의 도로 인프라가 주로 지상 공간을 중심으로 확장되었다면, 앞으로의 인프라는 지하공간을 적극적으로 활용하는 방향으로 발전하고 있다.
도심지 교통혼잡 해소를 위한 지하도로, 대심도 광역철도, 지하 복합공간, 지하 물류시설 등은 이미 주요 도시정책과 건설계획의 중요한 축이 되고 있다.
그러나 지하공간 개발은 단순히 지상에 있던 도로와 시설을 지하로 옮기는 문제가 아니다. 지하에는 보이지 않는 지반과 지하수가 존재한다. 굴착은 지반의 응력 상태를 변화시키고, 터널과 지하구조물은 지하수의 흐름을 바꾼다.
특히 도심지는 건축물, 도로, 철도, 지하매설물, 상하수도관, 통신시설 등이 고밀도로 분포하고 있어 작은 지반변위도 사회적 피해로 이어질 수 있다.
따라서 앞으로의 지하공간 개발은 구조물 안전뿐 아니라 지반과 지하수의 거동까지 함께 관리하는 방향으로 전환되어야 한다.
■ 사후 대응형 안전관리, 예측·예방형으로 전환 필요
지금까지 건설현장의 안전관리는 현장 기술자의 경험, 순찰, 계측기 점검, 정기 안전진단 등을 중심으로 발전해 왔다. 이러한 방식은 여전히 중요하지만, 관리 대상이 넓어지고 지하공간 개발이 복잡해지며 노후 인프라가 증가하는 상황에서 인력 중심의 사후 대응형 관리만으로는 한계가 분명하다.
이제는 위험이 발생한 뒤 조치하는 체계에서 벗어나, 위험 징후를 미리 감지하고 선제적으로 대응하는 예측·예방형 안전관리 체계로 나아가야 한다.
이러한 전환의 중심에 피지컬 AI, 비전 AI, 로보틱스, 위성기술, 3차원 공간정보, 디지털 트윈 기술이 있다. 피지컬 AI는 센서와 장비를 통해 실제 물리적 환경을 인식하고, 위험 여부를 판단하며, 필요한 경우 장비의 동작까지 직접 제어하는 능동형 지능 기술이다.
굴착기나 도저가 라이다, 카메라, 초음파 센서로 작업 반경 내 사람과 장비를 인식하고, 협착이나 충돌 위험이 높을 경우 스스로 장비 동작을 멈추는 방식은 작업자의 부주의와 장비 운전자의 사각지대를 보완하는 실질적 안전장치가 될 수 있다.
또한 천공 장비가 굴진 중 발생하는 저항력, 토크, 진동 데이터를 실시간으로 수집·분석한다면 설계 당시 예측한 지반 조건과 실제 지반 상태의 차이를 즉시 파악하고, 천공 깊이와 각도, 보강재 설치 조건을 보정함으로써 사면 붕괴나 터널 막장 불안정과 같은 위험을 선제적으로 관리할 수 있다.
■ AI·로봇·위성, 현장 안전관리의 시야 넓힌다
비전 AI는 고속도로와 지하공간 안전관리의 중요한 축이 될 수 있다. 고속도로와 건설현장에는 이미 CCTV, 순찰차, 드론, 작업장 카메라 등 다양한 영상 수집 장치가 활용되고 있으며, 여기에 AI 영상 분석 기술을 결합하면 단순 기록 중심의 영상 관리에서 벗어나 위험 상황을 실시간으로 탐지하는 지능형 감시 체계로 발전할 수 있다.
작업자 쓰러짐, 화재, 낙하물, 장비 접근, 위험구역 출입, 차량 돌진 등은 영상 분석을 통해 즉각적으로 감지할 수 있는 대표적인 위험 요소다. 특히 공용 중인 고속도로 차단작업 현장에서는 과속 차량이나 졸음운전 차량이 작업 구간으로 접근하는 비정상적인 궤적을 AI가 조기에 감지하고, 현장 작업자에게 지향성 스피커, 진동 알림, 경광등 등을 통해 즉시 경고하는 예측형 작업장 경고 시스템이 필요하다.
로보틱스 기술도 사람이 직접 접근하기 어려운 장대터널, 교량 하부, 급경사지, 붕괴 우려가 있는 지하공간, 밀폐된 지하구조물의 점검 방식을 바꾸고 있다.
라이다와 열화상 카메라를 장착한 4족 보행 로봇을 투입하면 위험 구간을 무인으로 점검하고, 3차원 점군 데이터를 통해 구조물의 변형이나 손상 상태를 정밀하게 기록할 수 있다.
여기에 SAR 위성기술을 활용하면 기상 조건이나 주야간에 관계없이 광역적인 지반 변위를 관측할 수 있어, 연약지반 구간의 장기 침하, 대규모 성토부 변위, 절토사면 이상 거동, 도심지 지하개발 주변의 침하 경향 등을 노선 단위 또는 도시 단위로 파악할 수 있다.
■ 도심지 지하개발, 지하수위 저하와 지반침하 함께 관리해야
도심지 지하개발에서는 지하수위 저하에 따른 지반침하 문제가 중요한 이슈가 될 수 있다. 대심도 지하도로, 광역철도, 지하 복합공간 조성 과정에서는 굴착과 터널 구조물 설치로 인해 지하수 유동이 변화할 수 있다.
지하수위가 장기간 저하되면 지반 내 유효응력이 증가하고, 연약점토층이나 매립지반에서는 압밀침하가 발생할 가능성이 있다. 이로 인해 도로 침하, 건축물 균열, 지하매설물 손상, 관로 이완, 지하 공동 발생 등이 연쇄적으로 나타날 수 있다.
따라서 앞으로의 지하안전관리는 흙막이 벽체 변위나 구조물 안정성만을 보는 방식으로는 충분하지 않다. 굴착 전·중·후 단계에서 지하수위 변화, 지반 변위, 주변 구조물 거동을 함께 관측하고 분석해야 한다.
SAR 위성을 활용한 광역 지반침하 모니터링, IoT 기반 지하수위 계측, 지중 경사계와 침하계, 3차원 지반정보 모델, AI 기반 이상징후 분석을 연계하면 도심지 지하개발에 따른 지반침하 위험을 보다 선제적으로 관리할 수 있다.
나아가 지하수 관리는 단순한 배수와 처리의 문제가 아니라 도시 물 순환과 지반 안정성의 문제로 접근해야 한다. 굴착 중 유출되는 지하수를 단순히 배수하거나 하수처리하는 데 그치지 않고, 수질을 정화하여 적정 위치에 재주입하고 지하수위를 안정적으로 유지하는 지하수 함양기술의 발전이 필요하다.
빗물, 하천수, 처리수, 터널 유출수 등을 활용하여 대수층을 보전하고 지하수 순환을 회복하는 기술은 도심지 지반침하 예방과 지속가능한 지하공간 개발의 핵심 요소가 될 수 있다.
■ 중요한 것은 통합형 스마트 지하안전관리 체계
3D 포인트클라우드와 디지털 트윈 기술은 현장을 기록하고 검증하는 방식을 바꾼다. 360도 영상, 라이다, 드론 사진측량 등을 통해 현장의 물리적 형상을 3차원 데이터로 남기면, 시공 중 품질 확인뿐 아니라 준공 후 유지관리 이력으로도 활용할 수 있다.
특히 지중 구조물, 기초부, 배수시설, 보강재, 차수벽, 터널 라이닝 배면 등은 시공 후 흙이나 콘크리트로 덮이면 확인이 어렵기 때문에 초기 상태를 디지털 데이터로 보존하는 것이 중요하다.
BIM과 IoT 기반 스마트 안전관리 플랫폼은 이러한 데이터를 하나로 연결하는 역할을 한다. 지반조사 자료, 설계도면, 시공정보, 계측자료, 영상데이터, 로봇 점검자료, 위성 변위자료, 지하수위 데이터를 각각 따로 관리한다면 실제 안전관리 효과는 제한적일 수밖에 없다.
앞으로의 안전관리는 다양한 데이터를 하나의 체계에서 통합하고, AI가 위험을 분석하며, 현장 조치와 다시 연결하는 구조로 발전해야 한다. 즉, 관측, 판단, 조치, 피드백이 반복되는 폐쇄 루프형 스마트 안전관리 체계가 필요하다.
사람은 판단과 책임의 중심에 서되, 위험한 곳에는 로봇이 먼저 들어가고, 넓은 구간은 위성이 먼저 살피며, 반복적인 감시는 AI가 수행해야 한다. 첨단기술을 현장 경험, 설계기준, 계측자료, 유지관리 제도와 유기적으로 연결할 때 비로소 스마트 지하안전관리의 실질적 전환이 가능할 것이다.