ㅣ 특집 ㅣ 국토 라이프라인: 국민 안전을 위한 생명선
정인수 | 한국건설기술연구원 수석연구원(jis@kict.re.kr) 이현동 | 한국건설기술연구원 선임연구위원(hdlee@kict.re.kr)
2 국토 라이프라인의 생애주기 정보관리 방향
머리말
2014년 8월 6일 석촌지하차도 인근에서 싱크홀이 발생하였고, 원인조사 중 추가적으로 6개의 동공이 발견되었다. 이 중 길이 80m의 동공이 발견되면서 국민들의 많은 관심을 받게 되었다.
싱크홀 발생건수는 2010년 435건에서 2013년 854건으로 약 2배 증가하였다. 이는 지하공간의 개발이 확대되고 지하시설물의 노후화가 가속화됨에 기인한 것이라 추정할 수 있다.
지구온난화로부터 발생한 기상이변과 그로 인한 공공시설물 피해액은 2008년 520억 원에서 2012년 6,393억 원으로 약 12배 증가하였다. 이로 인해 국민안전 위협요인에 대처하고 재난과 재해로부터 안전한 라이프라인 인프라 관리체계의 구축이 필요한 시점이다.
국토정책위원회는 2014년 12월에 ‘미래 국토발전 전략과 정책과제’라는 안건을 상정하고 네 트워크형 창조적 국토 실현, 융·복합 스마트 국토기반 구축, 안전하고 회복력 있는 국토공간 조 성, 국토·인프라 재생과 현명한 이용체계 구축, 쾌적하고 포용력 있는 국토환경 구현, 분권·
소통형 국토정책 추진이라는 여섯 개의 전략을 제시하였다. 이 중 안전하고 회복력 있는 국토공 간 조성을 위해 ‘데이터 기반 국토 라이프라인 생애주기 통합관리’를 통한 ‘지능형 국토인프라 관 리시스템 및 국토 라이프라인 구현’이라는 실천방안을 마련하였다. 이는 전술한 싱크홀, 지구온 12
주기 정보관리 방향을 제안하고자 한다.
라이프라인의 개념
미국에서는 라이프라인의 종류를 통신, 전력, 가스, 교통, 상하수도로 보고 있다.1) 영국의 브리태니커 세 계 대백과사전에는 시민생활의 기초가 되는 생명선
이라 정의하고 있다.
국내에서는 「국토의 계획 및 이용에 관한 법률」 제 2조 제6항의 기반시설,2) 동법 시행령 제3조에 의한 광역시설3)이 라이프라인과 가장 유사하다.
기술적인 시각에서 접근한다면, 우선 광의적으로
‘국민의 안전하고 편리한 생활을 보장하고, 국가 경 제·사회 활동을 지원하기 위한 기반시설과 이를 연
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1) Lifelines are systems and facilities that provide critical services vital to the function of a community and important to the emergency response and recovery after a natural disaster. Lifelines include communication, electric power, liquid fuel, natural gas, transportation(airports, highways, ports, rail and transit), water, and wastewater[Multidisciplinary Center for Earthquake Engineering Research(MCEER)].
2) 도로·철도·항만·공항·주차장 등 교통시설; 광장·공원·녹지 등 공간시설; 유통업무설비, 수도·전기·가스공급설비, 방송·통신시설, 공동구 등 유통·공급시설; 학교·운동장·공공청사·문화시설 및 공공필요성이 인정되는 체육시설 등 공공·문화체육시설; 하천·유수지(遊水池)·방화설비 등 방재시설; 화장시설·공동묘지·봉안시설 등 보건위생시설; 하수도·폐기물처리시설 등 환경기초시설.
3) ① 2 이상의 특별시·광역시·특별자치시·특별자치도·시 또는 군의 관할구역에 걸치는 시설: 도로·철도·운하·광장·녹지, 수도·전기·가스·
열공급설비, 방송·통신시설, 공동구, 유류저장 및 송유설비, 하천·하수도.
② 2 이상의 특별시·광역시·특별자치시·특별자치도·시 또는 군이 공동으로 이용하는 시설: 항만·공항·자동차정류장·공원·유원지·유통업무 설비·운동장·문화시설·공공필요성이 인정되는 체육시설·사회복지시설·공공직업훈련시설·청소년수련시설·유수지·화장장·공동묘지·봉안 시설·도축장·하수도·폐기물처리시설·수질오염방지시설·폐차장.
<그림 1> 협의에서 국토 라이프라인의 기술적 정의
출처: 국토교통부. 2014.
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결하는 네트워크’라고 정의할 수 있다. 협의적으로는
‘안전한 국토공간 조성과 효율적인 기반시설 운영, 안 정적인 공공서비스 공급을 목적으로 미래관망기술·인 프라연계기술·지하건설기술·정보통신기술 등을 융
·복합한 저비용·고효율의 지능형 기반시설과 이에 연결된 인프라시설 및 그리드’라 정의할 수 있다(<그 림 1> 참조).
생애주기 정보관리와 관련 국제표준에 관한 국내외 동향
제품수명주기관리(Product Lifecycle Management:
PLM) 솔루션을 보유한 다쏘시스템(Dassault Systemes)은 생애주기 정보관리에 대해 ‘기업으로 하여금 기업 안팎으로 제품 데이터(Product Data)를 공유하고, 공통의 공정(Common Process)을 적용하 여, 개념으로부터 폐기에 이르는 전체 주기에 걸쳐 서 제품개발을 위한 기업의 지식을 증진(Leverage) 하도록 돕는 하나의 사업전략(Business Strategy)’
이라 하였다. PLM 관리 컨설팅·시장조사기업인 CIMdata는 PLM을 전략적인 비
즈니스 접근방법으로서 일관된 비 즈니스 솔루션이며, 전체 수명주기 에 걸쳐서 또 확대된 기업을 통하여 (across the extended enterprise) 사람, 공정, 비즈니스 시스템, 정보 를 통합해서 협업적 정보의 생성, 관리, 배포를 지원하는 역할이라 정 의하였다.
프로세스 플랜트(Process Plant) 분야에서는 PLM을 플랜트수명주기 관리(Plant Lifecycle Management) 라 정의하는데, 개념정립 단계로서
용될 수 있는 개념은 완성되지 못하였다. 여기에서는 PLM을 플랜트 생애주기 동안 플랜트 모델의 논리적 (예: P&ID), 물리적(예: CAD Data), 기술적 데이터 (예: Technical Document) 사이의 통합관리를 실시하 는 것이라 하였다.
세계 최고 수준의 EPC(Engineering Procurement Construction) 및 건설관리기술 수준을 갖춘 미국의 벡텔사는 1970년대부터 건설업무 전 생애주기에 대 해 체계적으로 관리하는 종합적인 시스템을 개발하기 시작하여 현재는 부분적으로 완성단계에 있다. <그림 2>는 벡텔사의 생애주기 정보관리 시스템 구성도로, 벡텔사가 구축한 데이터 기반 건설관리체계로 데이터 를 포함한 정보는 프로젝트 전반에 걸쳐 흐르는 물처 럼 상시 수정되고 갱신되어 최신 상태(Ever Green)를 유지하는데, 이러한 상태를 ‘Work in Progress’로 정 의하고 있다.
벡텔사는 사내에 존재하는 다양한 레가시 시스 템 간의 정보교환을 위해 ISO15926을 도입하였다 (<그림 3> 참조). ISO15926 데이터 모델을 이용하 ㅣ 특집 ㅣ 국토 라이프라인: 국민 안전을 위한 생명선
<그림 2> 벡텔사의 생애주기 정보관리 시스템 구성도
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여 정보교환이 어려운 시스템 간의 정보교환을 위 한 정보변환기를 개발하여 다자간 시스템 정보교환 이 가능하도록 하였다. 또한, 다양한 사업 참여자, 협력사와의 효율적인 정보교환을 위하여 미국 피아 텍(FIATECH)이 추진하는 ISO15926 국제표준의 산 업계 적용을 주도하고 있으며, 데이터 교환 및 통합 을 위한 시범시스템인 Camelot 프로젝트에 구조화 된 데이터기반 시스템인 SmartPlant시스템을 활용 하고 있다. Camelot은 iRING(ISO15926 Realtime Interoperability Network Grid)에 기반하고 있다(<그
보관리의 일환으로 일본의 독자적 인 정보 및 지식공유 모델인 GPM (General Plant Model과 Generic Product Model)을 개발하고, 이 를 바탕으로 플랜트 데이터 웨어 하우스(Plant Data Ware House:
PDWH) 기술을 개발하였다. 실제 원자력 발전소 분야의 설계단계에 서의 실증실험을 위해 약 3천 개의 클래스를 구축하였으며, 모든 2D 및 3D의 형상과 속성을 GPM으로 표현하고 다른 캐드 시스템 간의 데 이터 교환을 지원하였다.
프랑스 아레바는 다양한 상 용 솔루션과 결합한 PLM 시스 템을 가지고 있으며, 아비바넷 (AVEVANET)과 같은 연계 기능 을 통해 설계 및 운영 시스템을 통 합적으로 제공한다. 특히, 글로 벌 시대에 필요한 웹 기반 포털기 능을 강화하여 원격 사용자에게 설계정보를 제공하고 이를 활용할 수 있는 기반 시 스템을 제공하고 있다. 다양한 사용자 편의성을 제 공하는 다양한 유틸리티 등을 제공하여 설계지원 측면에서의 연구개발 및 시장성을 확대하고 있다 (<그림 5> 참조).
국내 건설분야의 생애주기 정보관리 연구는 한국 건설기술연구원의 4D 캐드 기반 건설사업관리 시스 템, 서울대학교의 웹 기반 분산형 린(Lean) 건설 정 보시스템, 한국가스공사의 LNG플랜트 사업단 등이 수행되어 왔는데, 가장 최근 생애주기 정보관리에 근
출처: 한국수력원자력(주). 2012.
<그림 4> iRing Adapter Architecture
출처: 한국수력원자력(주). 2012.
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접한 연구는 2011년부터 한국수력원자력㈜이 수행 하고 있는 데이터 기반 원전 건설관리체계 통합화/자 동화 기술개발 과제인 것으로 보인다.
국내 원전산업 기반은 기술자립을 위한 기관별 역 할분담에 따라 사업계획, 관리, 설계, 구매, 시공, 운 영 및 유지보수(O&M) 등의 업무영역 주체가 분리되 어 있어 사업의 통합적 관리가 이루어지지 않고 있다.
따라서 건설프로세스 관리를 데이터 기반으로 자동화 및 통합화하여 체계적이고 효율적인 신개념·신기술 의 건설관리체계를 구축함으로써, 명품원전의 핵심 요 소로서 원전 및 플랜트의 해외수출산업에 기여하고자 본 연구가 시작되었다. 본 과제는 3개의 세부과제로 구 분되어 있으며, 1과제는 원전 건설관리 선진화 기술개 발, 2과제는 데이터 기반 설계통합시스템 개발, 3과제 는 원전 생애주기 통합화/자동화 기술개발이다.
국토 라이프라인 생애주기 정보관리 방향
국내외 동향에서 살펴본 바와 같이 국제표준을 기반으 로 한 생애주기 정보관리에 대한 연구 및 상용화가 활 발히 진행되고 있다. 미사일은 정교하고 복잡한 구조 를 가지고 있지만, 한 번 발사하고 나면 유지보수 지원 활동은 생각보다 단순해서 생애주기 정보관리의 필요 ㅣ 특집 ㅣ 국토 라이프라인: 국민 안전을 위한 생명선
<그림 5> 아레바의 엔지니어링 IT솔루션인 AVEVA
출처: 한국수력원자력(주). 2012.
<그림 6> 데이터 기반 원전 건설관리체계 통합화/자동화 기술개발 과제 개념
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품구조는 비교적 단순하지만, O&M 이 장기간이고 운용효율 및 국민안 전에 직결되는 것이어서 O&M에 각 별히 신경을 써야 한다.
라이프라인은 특히 O&M 단계의 기간이 길기 때문에 이 기간 동안 발 생할 수 있는 변경을 중요하게 생각 해야 하며, 라이프라인의 생애주기 정보관리를 바탕으로 한 형상관리 (Configuration Management)가 필수적이다. 이러한 형상관리 시에는 요건정보(Requirement Document
& Data), 설계정보(Design Document & Data), 설계해석정 보(Design Calculation), 연계정보 (Interface Document & Data), 제 작 및 설치 데이터(Manufacturing
& Installation Data), 운영 및 정비 데이터(Operation & Maintenance Data)가 문서화되고 유기적으로 연 계되어야 한다(<그림 7> 참조).
국토 라이프라인은 생애주기 관 리적 측면에서 정보의 취득, 구축, O&M 활동이 필요하다. 따라서 필 자는 국토 라이프라인의 O&M에 필 요한 정보를 표준적이고 체계적으로 관리하기 위하여 <표 1>과 같은 ‘라 이프라인 생애주기별 관리를 위한 LIM4)/GIS기술 개발’을 제안한다.
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4) LIM: 라이프라인 정보모델(Lifeline Information Model).
<표 1> 라이프라인 생애주기별 관리를 위한 LIM/GIS기술 개발 과제 라이프라인 구축정보 취득 자동화 및 센서 기술
● 라이프라인 구축정보 취득 자동화 및 구축정보망 분석시스템 - ICT 기반 중앙관제시스템 및 현장용 스마트 디바이스용 App 기술 - GIS 및 핸드폰에 의한 실시간 정보연동 가능한 네트워크 기술 - 관망시공 시 시공데이터 취득 자동화 기술
● 지하라이프라인 그리드 모니터링 및 초기경보 스마트 파이프라인
- 마이크로 나노제조 기술을 이용한 관내 내장형 스마트 파이프형 센서 기술 - 상수관로 노후화 및 관환경 측정 소자(내면 부식, 연결부 누수, 파손 위치, 토
양압력) 기술
- 극한 유동환경 내 상태 모니터링 MEMS 소자 개발 기술 LIM/GIS 구축 기술
● 라이프라인 관련 실시간 비정형 데이터 수집 및 처리 기술
● 라이프라인 관련 지능형 도시 인프라 정보 수집 및 통합 기술
● 라이프라인 공간정보와 건설정보 연계 활용 기술
● 지상-지반-지하 공간정보 연계 분석 기술
● 라이프라인 공간정보 모니터링 기술
● 라이프라인 공간정보 유지관리 기술 LIM/GIS 운영 기술
● 라이프라인 전 생애주기 관리를 위한 마스터데이터 통합관리 기술 - 라이프라인 전 생애주기 마스터데이터 정의 기술
- 라이프라인 마스터데이터 통합연계 기술
- 라이프라인 마스터데이터 통합관리시스템 구축 기술
● 라이프라인 전 생애주기 정보형상관리 기술 - 라이프라인 전 생애주기 형상관리계획서 개발 - 라이프라인 전 생애주기 정보추적모델 개발 - 라이프라인 전 생애주기 형상관리시스템 구축 기술 출처: 한국수력원자력(주). 2014.
System Requirements
Component Requirements
Procurement Construction
Component Test System Test
Test
Manufacturing Design Bases
Source
Test & Operation Requirement
Test & Operation Requirement Interface
Requirements
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ㅣ 특집 ㅣ 국토 라이프라인: 국민 안전을 위한 생명선
맺음말
최근 밀양 송전탑을 둘러싼 지역주민과의 갈등, 지 상시설의 고밀화, 도심경관 보존 등으로 인해 지상 시설물의 지하화는 향후 가속화될 것으로 보인다. 다 양한 사업을 통해 현재의 지하시설물 지도를 구축하 고는 있지만, 수십여 년 전 매설된 파이프라인과 같 은 정보는 부재하여 관리가 되지 않고 있는 실정이 다. 이러한 상황을 고려한다면 앞으로는 라이프라인 의 지하화와 더불어 지하화된 라이프라인에 대해 더 욱 더 고도의 관리체계가 필요할 것이라는 점은 자 명한 일이다.
해외에서는 정부 주도 또는 민간기업 간 협업하여 건설분야에서 생애주기 정보관리에 대한 연구 및 실 용화가 활발히 진행되고 있으며, 국내에서도 원전 건 설 및 운영에 생애주기 정보관리 및 형상관리 연구 가 수행되고 성과물도 속속 나오고 있다. 국내 라이 프라인에 대해서도 생애주기 정보관리가 필요한 시 점이다.
이 글에서는 라이프라인 정보의 취득, 구축, 운영 에 걸친 생애주기 정보관리 연구 추진방향을 제안하 였다. 전술한 바와 같이 라이프라인 정보의 구축은 이미 다양한 연구와 사업을 통해 진행 중이며, 정보 의 활용 측면에서 구축된 정보에 필요한 속성만 추가 적으로 정의하면 될 것이다. 다만, 정보를 자동으로 취득할 수 있는 센서, 취득한 정보를 기반으로 한 형 상관리 기술 등은 라이프라인 분야에서는 거의 불모 지라 생각된다. 라이프라인이라는 공공재의 특성상 우선 정부 주도로 연구개발이 시작되어야 할 것이다.
이렇게 라이프라인 정보의 생애주기 관리가 되면, 이를 활용하여 다양한 시설물 관리가 가능하다. 본 정보를 활용해 네트워크 기반의 라이프라인 통합자
응급복구체계가 구축될 수 있다. 또한, 재해안전 시 스템 구축도 가능하다. 생애주기 정보를 활용하여 라 이프라인 인프라의 고장이나 사고빈도를 감소시켜 본래 기능의 안정성을 확보할 수 있으며, 다중위험 시스템 영향을 정량적으로 예측하여 종합대책을 수 립하고 주민과 운영관리자의 교육훈련체계를 확보할 수 있다. 물론 인프라 그리드에 대한 실시간 감시, 재 해발생 시 피해를 완화하고 신속한 조치 및 복구체계 또한 지원할 수 있다.
라이프라인은 각 인프라별로 관리주체가 다양하 다. 이 때문에 생애주기 정보관리체계를 실현할 수 있 는 ‘(가칭)국토 라이프라인 통합관제센터’의 설립이 필요하다. 이 센터에서는 라이프라인의 빅데이터를 활용하여 사회·경제적인 유틸리티 수요·공급을 예 측하고, 입지·경로 영향을 평가하여 효율적인 국토 라이프라인 인프라 구축 및 통합 네트워크 관리가 가 능할 것이므로 이를 제안하는 바다.
참고문헌 ---
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한국수력원자력(주). 2012. 원전 생애주기 통합화 및 자동화 기술개발 사 업계획서. 서울: 한국수력원자력(주).
_____. 2014. 데이터기반 원전 건설관리체계 통합화/자동화 기술개발 1단계평가 발표자료. 한국수력원자력(주) 내부자료.
MCEER. http://mceer.buffalo.edu/infoservice/reference_services/
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