Cost Analysis of Monitoring System with Optic Fiber Sensors

한국재난관리표준악회 논문집 2009년 12월

저12권 저14호， pp. 67-73 ^L/-、 g! 극깨뇨!2 ii! 1 표푼악외

엇원~ Korean ∞ciety of Sαietal Security

광섬유센서를 이용한 모니터링 시스템의 비용 분석

유영준* 박기태** 주봉철*** 이진형****

Cost Analysis of Mon i toring System with Optic Fiber Sensors

Young-Jun You*, Ki-Tae Park**, Bong-Chul Joo***, and Chin-Hyung Lee****

접수일자 2009년 5월 20일/심사완료일 2009년 8월 14일

요 약 사회기반시설은 국가 경제 활동의 기반을 형성하는 기초적인 시설이기 때문에 교량붕괴와 같은 예상치 못한 구조 물 이상은 개인 및 국가적인 경제적 손실을 발생시킬 뿐만 아니라 사회문제로까지 확대될 수 있다. 따라서 사회기반시설을 이루는 구조물에 대한 지속적인 유지관리와 안전관리는 비중 있게 다루어져야 한다 교량 유지관리를 위한 모니터령은 90 년대 초에 처음 도입되어 현재는 실시간 계측과 분석이 가능한 상태로까지 발전하였으며 최근에는 첨단센서를 이용한 시스 댐이 개발되고 있다 본 논문에서는 상기와 같은 모니터링 시스템을 구축함에 있어서 최근 주목받고 있는 광섬유 센서를 이 용하는 경우의 경제성을 알아보기 위해 다양한 조건에 대한 비용 분석을 실시하였다. 또한 분석결과를 현재 널리 사용되고 있는 전기저항식 센서를 이용하여 모니터링 시스템을 구축하는 경우와 비교하여 광섬유 센서를 이용한 교량 모니터링 시스 댐의 경제성을 살펴보았다. 검토결과 광섬유 센서를 사용하여 모니터링 시스댐을 구축하는 경우 많은 부분 기존의 경우보다 보다 나은 이점을 취할 수 있고 비용 측면에서도 경쟁력을 가질 수 있음을 알 수 있었다.

액심용어 사회기반시설， 교량 유지관리， 모니터링 시스템， 광섬유센서， 비용 분석

ABSTRACT Civil infrastructure is the basis facility which builds up the base of national economy operation. Consequently unexpected sudden abnormal condition of civil infrastructure causes private and national property loss and moreover can spread social issue. Therefore

,

continuous maintenance and safety management for the civil infrastructures should be han- dled with great weight. Monitoring system for managing bridge maintenance was introduced first in the early of 1990s and has been developed up to real time measurement and ana1ysis. Thesedays another system using fiber optic sensors is being developed. This paper presents the cost analysis of bridge monitoring system with fiber optic sensors which is gath- ering attention. Various cases were considered and the results were compared with that of monitoring system with elec- tronic resistant type sensors widely used. As a results

,

fiber optic sensor system has good advantages in various cases

,

and a1so cost effectiveness compared to conventiona1 sensor system

KEYWORDS Civil Infrastructure, Bridge Management, Monitoring System, Optic Fiber Sensor, Cost Analysis

1.

서 로 」 에 끼치는 영향은 실로 적지 아니하다. 예를 들어 교량붕 괴와 같은 예상치 못한 구조물 이상이 발생한 경우 이용자 들에게 시간적， 경제적으로 많은 피해를 입힐 뿐만 아니라 국가 측면에서도 재건을 위한 막대한 비용이 소모된다. 더 욱이 사회기반시설의 성격과 규모 측면에서 대부분이 공 공기관이나 정부 주도에 의해 건설되기 때문에 구조물의 이상에 의한 피해는 경제적인 손실뿐만 아니라 국민의 정 신적 공황과 같은 사회적 인 문제와 정부에 대한 불신 등의 사회기반시설이란 도로나 하천， 항만， 공항 등과 같이

국가 경제 활동의 기반을 형성하는 기초적인 시설이기 때 문에 이러한 시설을 이루는 구조물의 건전성 정도가 사회

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67

68 유영준·박기태·주봉철·이진형

정치적인 문제로까지 확대될 수 있다. 따라서 사회기반시 설을 이루는 구조물에 대한 지속적인 유지관리와 안전관 리는 비중 있게 다루어져야 한다

교량의 경우 90년대 초 사회기반시설에 대한 유지관리 중 요성이 부각되면서 계측시스템이 처음 도입되었으며 이후 실시간 계측과 분석이 기능한 모니터링 시스템이 서해대교 등에 구축되어 운영되고 있다. 이때까지의 모니터링 시스댐 이 구조물의 유지관리를 위한 측면이 강한 시스템이라면，

최근에는 RFID/USN, 광섬유센서， GPS 등의 첨단센서를 이 용하여 구조물의 상태를 즉각 분석하여 평가함으로써 사고 를 미연에 방지하고 이상 상황에 대응할 수 있는 예방차원 의 안전관리시스템이 개발되고 있다(국토해양부， 2008a).

본 논문은 상기와 같은 구조물의 건전성 확보를 위한 유 지관리 모니터링 시스템 또는 사고를 미연에 방지할 수 있 는 안전관리 모니터링 시스랩을 구축함에 있어 소요되는

비용분석에 관한 것으로， 널리 사용되고 있는 전기저항식 센서와 최근 주목받고 있는 광섬유 센서를 사용한 경우를 비교하였다.

2.

광섬유 센서의 적용성

광섬유 센서 계측기술은 광의 따장을 읽는 센서를 이용 하는 기술이므로 절대변위나 절대변형률을 연속적으로 측 정이 가능할 뿐 아니라， 아무리 시간이 오래되어도 측정값 의 드리프트(dri융) 없이 변화되는 파장을 측정하기 때문에 장기간 계측에 적합하고， 부식이 되지 않아 내구성이 좋기 때문에 토목 건축물의 장기간의 유지관리 모니터링에 아 주 적합한 센서이다(김기수， 2007). 기존의 전기저항식 센 서는 응답 값을 얻기 위해서는 센서를 해당 위치에 설치한 뒤 케이블(리드선)을 데이터 취득장치(이하 DAQ)에 연결 함으로써 계측을 실시할 수 있고， 이것은 보통 1:1 즉 센서 l 개당 케이블 l개로 구성된다(센서 종류에 따라 2개의 응 답값을 동시에 측정하는 경우도 있음). 그러나 FBG

(F

iber Bragg Grating)와 같은 광섬유 센서의 경우에는 응답파장 의 차이를 이용하여 계측을 실시하기 때문에 많은 수량의 센서를 하나의 케이블에 연결하여 계측을 실시할 수 있는 장점이 있다. 따라서 작업 효율을 높일 수 있으며 센서 응 답을 전송하는 케이블의 수량을 줄일 수 있어서 DAQ의 수 량을 줄일 수 있고 결과적으로 공사비용을 절감할 수 있다.

3.

비용분석 조건

센서를 이용하여 교량 유지관리 시스템을 구축하는데

효}국재난관2(표준학희 논문즙/ 제2권 제4호

소요되는 비용에는 교량 정밀안전진단에 소요되는 비용과 같이 직접인건비， 제경비， 기술료， 직접경비 및 추가조사비 등의 항목(국토해양부， 2008b)이 존재하지만 본 연구에서 는 센서의 설치와 운영에 직접적으로 관계된 비용(DAQ 구매비용， 센서 구매비용， 센서 설치비용)만을 고려하여 분석을실시하였다.

교량 모니터링 시스템 구축비용을 산출하기 위해서는 사용된 센서의 종류와 수량， 설치 위치， DAQ의 성능과 확 장성， 정적/동적 계측 등 고려해야 할 변수가 상당히 많기 때문에 이를 단순화하기 위하여 다음과 같은 사항들을 가 정 및 고려하였다.

3.1 가정 및 고려 사항

，센서 교체 시에는 재설치하는 것으로 고려함(매립형 센서는제외).

，센서는 변형률 센서 l종만 고려함(DAQ는 한 가지 인 것으로고려).

-소프트웨어， 센서 연결용 케이블 구매비용은 고려하지 않으

·기존 모니터링 시스뱀에 사용되는 DAQ는 메인 프레 입 (main frame)과 4개의 확장카드(각 4개의 채널)가 결 합된 상태를 1 세트로 고려함(3.2절 참조).

‘교체 설치할 센서 수: 64개， 112개 (3 .3절 참조).

’센서 설치 인건비: 307H설치/인·일(국토해양부， 2oo8b), 100 만원/일 소요(호택엔지니어링진흥협회， 2008). 설치비는 센서 종류에 관계없이 통일， 광센서 케이블 포설 작업량 은 기존 센서 작업량의 1/10로 고려함(3.5절 잠조).

·광센서의 DAQ와 확장장치는 1 회만 직렬 연결되는 것 으로고려함.

’센서의 내구연한(교체시기): 3년， 5년으로 고려 (DAQ 는교체 안함).

·센서 교체에 따른 인건비: 기존 센서의 경우 케이블 재 포설은 실시하지 않는 것으로 고려.

’물가 상승율: 1997~2008년 평균 물가 상승률 3.43%(통 계청， 2009).

3.2 비교장비 선택

교량 모니터링을 위해 설치되는 변형률 센서는 주로 전 기저항식이나 진통현식 변형률 센서가 사용된다. 진동현 식의 경우에는 전기저항식에 비해 내구성이 우수한 것으 로 알려져 있으나 가격이 전기저항식에 비해 3~7배 정도 비싸기 때문에 경제성 측면에서 전기저항식이 선호되고 있다. 그러나 최근에는 기술의 발달로 전기저항식과 가격

광섬유센서를 이용한 모니터링 시스템의 비용 분석 69

그림 1. K사의 N 제품

이 비슷한 진동현식 변형률 센서도 판매되고 있다. 본 비 용분석에서는 기존 모니터링 시스템 구축에 소요되는 비 용이 광섬유 센서를 이용한 경우보다 유리하도록 설정하 기 위해 가격이 상대적으로 저렴한 전기저항식 변형률 센 서를 사용하는 것으로 고려하였다.

영종대교， 방화대교， 서해대교 등 국내 교량 계측시스램 (기존 센서)에 사용된 DAQ는 주로 영국 K사의 N 제품이 다 N 제품은 샘플링율(sampling rate)이 2 KHz}ch. 인 제품 으로서 그림 I에서 보는 바와 같이 데이터의 입출력을 담 당하는 메인 프레임 (main frame)과 센서와 연결되는 채널 (channel) 4개가 l조로 이루어진 카드 형태의 모률(mod비e) 로 구성되어 있다.N 제품 l대당 구성이 가능한 최대 채널

수는 16개이며， 이 이상의 채널이 필요한 경우에는 이와

동일한 세트(main frame+4 module)가 추가로 필요하다.

광센서 계측용 DAQ는 여 러 회사의 제품이 있으나 본 연구에서는 비교분석을 단순화하기 위하여 l개 회사의 제 품(M사의

S

제품)으로 비교를 실시하였다. 이 제품은 그림 2(a)에서 보듯이 최대 4개의 채널까지 구성이 가능하며， 그 림 2(b)와 같은 제품을 통하여 채널 수를 확장시킬 수 있다 이 제품은 데이터 수집빈도 성능에 따라 모델이 분류되 며， 확장장치를 통하여 채널을 확장하게 되면 증가된 채널 수에 반비례하여 이 수집빈도 성능이 떨어진다. 예를 들어，

DAQ의 데이터 수집 빈도가 1，000Hz인 경우 확장장치를 연 결하여 l채널을 2채널로 확장하는 경우 각 채널의 데이터 수집빈도는 112 즉 500Hz(l，000HzJ2채널=500Hz)가 되고 4 개의 채널로 확장할 경우에는 250Hz가 된다. 일반적으로 교량의 유지관리 모니터링에 필요한 데이터 수집빈도는 100 Hz 정도이므로 본 비용분석에서는 확장장치의 채널

(a) Main (b) Extension

그 립 2. FBG Sensing Instruments

표 1 교량 유지관리 계측 시스템 구축용 장비 가격 비율

장비 기존센서 광센서

-;x「 S

모텔 N

데이터 1 ch'} 1 2ch'} 3ch'} 1 4ch^a}

취득장치 가격(배) 400 1,0221 1,164 1,304 1 1,494

확장데이터 모텔 N S-EXTlb} S-EXT2

취득장치 가격(배) 400 226 452

변형률 모델 K O

센서 가격(배) 9 9x 1.0, 9x 1.5, 9x2.0^c} 센서설치 10

인건비 가격(배) 케이블

포설 10 '}Parameter( 1 0, 16, 20 sensors/channel)

b}EXTI:2채널 확장， EXT2:4채널 확장

C}Parameter

10

수가 4개인 것으로 선택하여 데이터 수집빈도가 500 Hz인 S 제품(500 HzJ4채널 =125 Hz)에 연결하는 것으로 고려하였다.

또한 확장장치를 이용하여

S

제품의 채널을 확장시킬 경우에는 이론적으로 2회 이상의 연결 (DAQ 1채널-확장장 치 l 대 (4 채널)-확장장치 4대 (4 채널). 2회 연결로 l채널16 채널)을 통한 확장이 가능하지만 확장될수록 데이터 수집 빈도가 감소하는 것을 고려해야 하므로， 비교분석을 단순 화하기 위하여 l회만 연결하는 것으로 고려하였다. 표 l은 광센서 케이블 포설 인건비를 기준으로 한 상대비율을 나 타낸것이다

3.3 연결센서 수량

기존 센서를 이용한 모니 터 링 시스렘 구축 시 센서와 DAQ의 연결은 일반적으로 1:1 즉 센서 I개와 장치의 채널 l개로 이루어진다. 따라서 본 연구에서 고려된 기존 모니 터링용 DAQ는 최대 16개의 센서를 연결할 수 있다.

FBG 광센서 DAQ의 경우에는 채널의 개념이 상기 장치 와 다르다. 이 장치의 경우에는 서술한 바와 같이 하나의 채널에 다수의 FBG 광센서를 연결할 수 있기 때문에 장치 의 최대 채널 수가 연결할수 있는 최대 센서 개수를 의미 하지않는다

FBG 광센서 인 O 제품의 변형률 민감도(sσain sensitivity) 는 1.2 pm/μe이고 변형률 한계 (sσain limit)는 土2500 μe이다.

따라서 센서당 소요되는 파장 길이는 3，000pm이고 DAQ 의 파장범위는 80 nm(=80,000 pm)이므로 DAQ 한 채널에 연결할 수 있는 센서의 최대 수량은 26개이다. 이를 바탕 으로 DAQ 한 채널에 연결할 수 있는 센서의 수량을 10,

16(기존 모니터링용 장치 채널 수와 동일 조건)， 207H로 설 정하였고 교량 모니터링을 위해 설치하는 센서의 수를 최

Journa/ of The Korean Soä것y of Societa/ Securi.ι vα 2, /ψ 4

70 유영준 · 박기태 • 주봉철 · 이진형

대 250개로 고려하여 비용분석을 실시하였다. 이기 때문에 계측 시스템 구축비용에 큰 영향을 미치지 않 을 것으로 판단되므로 비용분석을 단순화하기 위하여 케 34 인건비

국토해양부(2008b)에 의하면 비파괴 재하 시험 시 센서 부착 및 점검에 소요되는 인원수는 2차로 단순교 구조물 에 대해 l일 307R 의 센서 설치 작업을 실시할 경우 특급기 술자 l인， 고급기술자 l인， 중급기술자 2 인， 초급기술자 2 인이 필요한 것으로 명시하고 있다. 또한 한국엔지니어링 진흥협회 (2008)에 의하면 상기 기술자의 노임은 특급기술 자 234，433원， 고급기술자 189，895원， 중급기술자 162,228 원， 초급기술자 120，491 원으로 2차로 단순교 구조물에 대 해 l일 30개의 센서 설치 작업에 소요되는 인건비는 총 989，766원이다.

센서의 설치작업은 크게 센서를 대상 부재에 설치하는 작업과 설치된 센서의 케이블을 DAQ에 연결하는 포설작 업으로 나눌 수 있다. 기존 센서의 설치와 케이블 포설 작 업량을 정량적으로 구별하는 것은 상황에 따라 달라질 수 있기 때문에(일반적으로 센서 설치 시간보다 케이블 포설 시간이 더 소요됨) 이를 50:50으로 하여 기존 모니 터 링 시 스템 구축 시 케이블 포설에 따른 공사비가 상대적으로 적 게 산출되도록 고려하였다

케이블 포설 작업량에 있어서 기존 센서의 경우에는 일 반적으로 센서 l 개당 I개의 케이블이 연결되지만 광센서 의 경우에는 광케이블 여 러 가닥(보통 16가닥)이 하나로 구성된 하나의 케이블을 이용하여 소정의 위치에 설치된 광센서 군과 연결되므로 포설에 소요되는 작업량을 1/16 으로 줄일 수 있는 장점이 있다. 따라서 설치할 센서 수가 동일할 경우 센서 설치 작업량은 기존이나 광센싱 모니터 링 모두 동일하다고 고려하더라도 광센서의 케이블 포설 작업량은 상이하게 적용(단순화하여 1/10로 고려)하는 것 이 보다 합리적일 것이다.

3.5 기타

센서의 응답 값을 얻기 위해서는 상기 DAQ 외에도 입 력된 신호를 실제적인 물리량으로 변환시켜 주는 소프트 웨어가 필요하지만 소프트웨어는 DAQ의 고유한 구성물 이 아니고 개발자에 따라 다양한 방법과 형식으로 제작될 수 있는 관계로 소프트웨어 구매비용은 비용분석에서 고 려하지 않았다

센서와 DAQ와의 연결을 위한 케이블은 그 길이가 대상 구조물의 제원에 따라 다르고， 광센서용 케이블은 m당 단 가가 기존 센서용 케이블에 비해 약 3배정도 비싸지만 이 비용은 후술할 케이블 포설 인건비에 비해 상당히 작은 값

한국재난관i!j표준학희 논문즙l 제2권 제4호

이블 설치에 소요되는 케이블 비용은 고려하지 않았다.

4.

비용분석

4.1 초기 구축비용 비교

전기저항식 변형률 센서와 광섬유 센서를 이용하여 교 량 모니터링 시스템을 구축하는데 소요되는 초기 비용을 설치 센서 수량에 따라 비교하여 그림 3에 나타내었다 여 기에서 N은 한 채널에 설치할 수 있는 센서 수를 의미한다.

기존 모니터링 시스템의 경우에는 확장채널이 모두 갖

추어진 16채널의 장비를 l세트로 고려하였으며 여기에 서

술한 인건비와 센서 구매비용을 합산하였다 이 경우에는 특별한 변수가 없으므로 시스랩 구축비용은 그림 3 에서 보는 바와 같이 센서 수량에 비례해서 증가하게 된다.

광센서를 이용한 시스템의 경우에는 DAQ 한 채널이 처 리할 수 있는 센서 개수가 10, 16, 207R 인 것으로 고려하였 으며， 센서 수량에 따라 최저 비용이 되는 장비의 조합을 선택하였다 예를 들어 110개의 센서를 연결하기 위해 DAQ는 기존 모니터링 시스템의 경우에는 7대(센서 110개 /1 6채널 7)가 펼요하다. 광센싱 모니 터 링 시스템의 경우에 는 채널 하나 당 10개의 센서를 연결할 수 있는 것으로 고 려할 경우 센서 110개를 설치하기 위해서는 4채널의 주 DAQ 2대와 이 장치의 한 채널을 두 채널로 확장시켜주는 장치 3 대 [407H+{10개/채널 +(10개 +10개)/채널 x3채널} ]가 필 요하거나 또는 4채널의 주 DAQ 3대와 확장장치 2대 [30개 x2대 +{IO개/채널 +(10개 +10개 Y채널x2채널} ]가 필요하게 된 다. 그러나 전자가 후자에 비해 총 구축비용이 작으므로 비용분석에서는 전자를 선택한다.

이와같이 광센싱 모니터링 시스템의 경우에는총설치 센서 수량에 따라 최저 비용을 만족하는 조합을 선택하게 되므로 그래프가 파동모양으로 형성되고， 한 두 개의 센서 를 연결하기 위해서도 l세트의 장비를 구축해야 하므로 하나의 채널에 연결할 수 있는 센서 수량이 적을수록 민감 하게 반응하게 된다

그림 3(a)에서 보듯이 광센싱 모니터링 시스템 구축의 경우 채널 하나당 연결 가능한 센서의 수가 10개인 경우에 는 설치 센서의 수가 약 80개 이전까지는 기존 시스템에 비해 더 많은비용이 소요되고이후에는기존모니터링 시 스템 구축비용을 중심으로 더 크거나 낮은 비용을 형성하 였다. 광센서 DAQ의 채널 하나당 연결 가능한 센서 수가 10개 이상인 경우에는설치 센서 개수가약 50개 이상이면

광섬유샌서를 이용한 모니터링 시스템의 비용 분석

71

< 광샌서 가격 ; 0.8 x 전기저항식 샌서 가격 > < 광샌서 가격 ; 1.0 x 전기저항식 샌서 가격 >

15,000 , 15,000

12,000 12,000

짧OF 9,MO 짧 9,000

D~

010 6,000 010 6,000

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3,000 3,000

~컬행줍 〉

50 100 150 200 250 300 0 50 100 150 200 250 300

설치 샌서 수량(개) 설치 센서수랑(개)

(a) (b)

< 광샌서 가격 ; l.5 x ^{전기저항식 센서 가격 > < 광센서 가격 ; 2.0} x 전기저항식 센서 가격 >

15,000 | 15,000

12,000 1-녁마N-10 뼈 h떤

쌓OF 9,ooo _{-o-N 영O} 홍 ^9,000

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뻔 6,000 여 6，000

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50 100 I~ 200 2~ mo ^{50 100 150 200 250 300}

설지 샌서 수랑(개) 설치 센서수랑(개)

(c) (d)

그림 3 모니터링 시스템 초기 구축비용 비교

기존 모니터링 시스템에 비해 구축비용이 작은 것으로 나 타났으며 설치 센서 수가 증가할수록 비용차이가 더욱 커 지고 있는 것으로 나타났다.

그림

3

(bHd)는 광센서 가격이 전기저항식 센서 가격의

1.0

,

1.5

, 2.0배인 경우로， 전반적인 경향은 그림 3(a)와 유사 하나 광센서 DAQ의 채널 하나당 연결 기능한 센서 수가 10개인 경우에는 초기 구축비용이 기존 시스템보다 더 큰 것으로 나타났다.

4.2 유지관리 비용 비교

교량 모니터링 시스템을 구축하여 운영함에 있어 설치 된 센서는 영구적으로 사용할 수 있는 것이 아니므로 일정 시간이 경과한 후에는 센서가 작동하지 않거나 신뢰성이 떨어지게 되므로 센서를 교체하게 된다. 따라서 유지관리 비용이 지속적으로 발생하게 되고， 이 비용은 교체주기가 짧고 설치된 센서의 수량이 많을수록 증가하게 된다. 현재 까지 광센서의 내구성에 대해서는 정립된 바가 없으므로

기존 센서의 교체비용을 고려하여 광센서가 지녀야할 내 구연한을추정하였다.

기존 및 광센서 모니 터 링 시스탱 모두의 경우에 DAQ는 교체하지 않는 것으로 고려하였다 광센서의 가격은 기존 모니터링 시스템에서 대표적으로 사용되는 전기저항식 변 형률 센서 가격의

0.8

, 1.

0

, 1.5배인 경우를 고려하였으며，

센서 교체 시 기존교량모니터링 시스탱인 경우에는 기존 케이블을 재시용하고(케이블 포설 실시 안함) 광센서 모니 터 링 시스템의 경우에는 재 포설 하는 것으로 고려하였다.

센서 설치를 위한 인건비와 센서 구매에 소요되는 비용은 통계청의 자료를 근거로 1997-2008년의 평균 물가 상승률 (3 .43%)을 적용하여 산출하였다.

앞에서 살펴본 바와 같이

FBG

광센서

DAQ

한 채널이 담당할 수 있는 센서의 최대 수량은 26개이지만 확장에 따라 샘플링율이 감소하는 문제 등이 있을 수 있기 때문에

FBG

광센서

DAQ

한 채널은 센서 16개만을 담당할 수 있는 것 으로 고려하였다 이는 기존 모니터링 시스템의 DAQ가

니Iouma/ of The K(α'ean Society of Societa/ Sec.αity， Vo/. 2, No. 4

유영준· 박기태 · 주봉칠 · 이진형 72

< 광센서 가격 = 0.8 x 전기저항식 션!서 가격 >

-←기흔 시스용 (3년 교해) 1‘>-기흔 시스템 (5년 교1II) ... iJ센서 시스 !!(3년 교 11) -굉센서 시스염 (5년 교 11)

짧 ³⁰,000 마

010 20,000

피

10,000 50,000

40,000

<광샌서 가격 = 0.8 x 전기저항식 샌서 가격 >

-←기동 시스엉 (3년 교 11) -‘-0-기동 시스 1!1( 5년 교 11)

... iJ앤서 시스탱 (3년 교씨}

‘-홈앤서 시스댐 (5년 교째)

·>‘ ι

‘ | 설치 샌서 수량 : 641

~ 20,000 양

만 ¹⁵,000 010

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< 광샌서 가격 = 1.0 x 전기저항식 샌서 가격 >

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< 광샌서 가격 = 1.0 x 진기저항식 샌서 가격 >

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20 25 30 공용년수

(b2)

10 15 O

50 O 45 40 35 공용년수

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<광샌서 가격 = 1.5 x 전기저항식 샌서 가격 >

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< 팡앤서 가격 = 1.5 x 전기저항식 샌서 가격 >

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그림 4 센서 교체 연수와 센서 가격별 소요 누적유지관리비용

경우 구축비용은 동일하게 된다.

이러한고려사항에 대해 유지관리비용을누적하여 계산 한 결과를 그림 4에 나타내었다. 그림에서 보듯이 기존 교 량 모니터링 시스템에서는 초기구축이 완료된 후에는 평 균 물가 상승률이 고려된 센서 구매비용과 인건비 중 설치 비용만이 추가되어 증가되고 있는 것을 볼 수 있다.

그림 4의 a1과 bl 에서 보듯이 설치할 센서 수가 약 507H 담당하는 채널 수와 동일한 값이다.

설치할 센서 수는 앞의 초기구축비용 비교결과로부터 설치할 센서의 수가 약 507H 이상인 경우에 광센싱 시스탬 이 유리한 것으로 나타났기 때문에 64

,

112개인 것으로 고 려하였다. 구축비용의 상당 부분은 DAQ 구매비용이고 기 존 모니터링 시스템의 경우 최대 16채널 확보를 l세트로 고려하였으므로 설치할 센서 수가 50개인 경우나 64개인

흔}국재난공(21표준학희 논운즙^l 제2권 제4호

광섬유센서를 이용한 모니터링 시스템의 비용 분석 73

이상이고 광센서의 가격이 기존 전기저항식 변형률 센서 의 가격의 0.8배인 경우에는 광센서의 내구수명이 기존 센 서와 동일하더라도 광센서 시스댐의 유지관리비용이 작게 산출되었다.

광센서와 기존 전기저항식 변형률 센서의 가격이 통일 한 경우(그림 4의 a2, b2)에는 거의 동일한 유지관리비용이 산출되었고， 설치 센서 수량이 증가할수록 광센서를 사용 하는 경우가 다소 유리하게 나타났다.

광센서의 가격이 기존 전기저항식 변형률 센서의 가격의 1.5배인 경우에는 광센서의 교체주기가 기존 시스템의 센 서 주기보다 길어야 유지관리비용이 적게 산출되었다.

제한된 경우에 대해서만 산출한 결과이기 때문에 일반 화 시킬 수는 없겠으나， 현재 광센서의 가격이 기존 전기 저항식 센서 가격의 1.

0-

1.

5

사이이므로 기존 센서의 내구 수명보다 약 2년 이상 길어야 광센서를 이용한 모니터링 시스템이 경제성을 갖출 수 있을 것으로 사료된다

5.

결 ^{르르 L -}

본 연구에서는 광섬유 센서를 사용하여 교량 모니터링 시스템을 구축하는 경우의 경제성을 살펴보기 위하여 광 섬유 센서의 가격， 설치할 센서 수량， 센서 교체 수명 등을 고려하여 비용분석을 실시하였다.

분석결과 제한된 경우에 대해서만 비용분석을 실시하였 기 때문에 이를 일반화 시킬 수 없고， 고려된 가정 사항 내 에서 비용 측면의 유리함은 조건에 따라 달라지므로 광섬 유 센서를 이용한 모니 터 링 시스템과 기존 시스댐 어느 한 쪽이 유리하다고 단정 지을 수 없다.

그러나 이는 비용비교를 위한 고려사항에서 기존 전기

저항식 센서를 사용할 경우 펼요한 센서 종류에 따른

DAQ

를 고려하지 않은 점， 센서 설치와 케이블 포설비용을 통일 한 비율로 고려한 점， 기존 모니터링 시스템에서 센서 교 체 시 케이블은재 포설 하지 않는점 등가능한기존모니 터 링 시스랩이 유리한 조건을 가지도록 고려하여 비용분 석을 실시한 것이기 때문에 실제 교량 모니터링 시스멈 구 축을 위해 상기 조건을 모두 고려하면 광섬유 센서를 사용 한 교량 모니터링 시스댐의 소요비용은 기존 모니터링 시 스템의 경우에 상당히 근사하거나 그 이하일 것으로 사료 되며， 광섬유 센서에 대한 수요 증가로 센서 가격이 낮아 진다면 충분한 경쟁력을 가질 것으로 판단된다

감사의글

본 연구는 국토해양부 및 한국건설교통기술평가원의

’06건설혁신사업 연구비 지원에 의해 수행된 것으로 이에 감사드립니다.

참고문헌

국토해양부 (2008a) 국가 주요시설물 안전관리 네트워크 시범 구축 및 운영시스템 개발(1)， 한국시설안전공단‘

국토해양부 (2008b) 안전점검 및 정밀안전진단 대가(비용 산정) 기준 개정 (안)， 국토해 양부고시 제 2008-840호

김기수 (2007) 광섬유 센서를 이용한 사회기반시설 구조물의

스마트 모니터링 기법， 대한토목학회지， 제 55권 제 4호

통계청 (2009) 주요국의 소비자물가 상승률， 온라인간행물(주

요경제지표)

한국엔지니어링진흥협회 (2008) 2008년도 엔지니어링업체 임 금실태 조사 보고서-건설 및 기타 부문

‘Joumalof The f(，αean Society of Societal Secun:ι VoI. 2, No. 4