1
도로시설물 스마트 유지관리 플랫폼 구축

제출문

차 례

01. 플랫폼 구축 개요
1. 과업의 개요 30
 1-1. 과업의 명칭 30
 1-2. 과업기간 30
 1-3. 과업의 배경 및 목적 30
 1-4. 과업의 범위 30
 1-5. 과업의 세부내용 31
  가. 기술용역 31
  나. 학술용역 33

02. 스마트 유지관리 플랫폼 구축(기술)
1. 무인체 활용 시설물 점검 자동화 체계 구축 38
 1-1. 영상로봇 현장 적용 방안 제시 및 실증계획 38
  가. 중앙정부 및 타 지자체 적용사례 조사 및 분석 38
   1) 정부 연구 과제 수행 38
   2) 타 지자체 적용사례 41
  나. 현장조사를 통한 대상시설물 적용 최적 장비 선정 및 주행특성 검토, 설치/촬영 방안 수립 42
   1) 영상 로봇 설치 구간 선정 42
   2) 영상 로봇 설치 45
  다. 검출 대상 손상유형 선정 55
   1) 부재별 손상유형의 검증시험 개요 55
   2) 결함검출 시험 및 검증 55
   3) 검출된 결함의 AI 알고리즘을 통한 분석 58
   4) 결함의 관리 60
  라. 영상센서 탑재 영상로봇 현장 적용 61
   1) 무인영상촬영 안전진단을 위한 접근 및 영상장비 61
   2) 무선원격 시스템 64
   3) 청담대교 현장 적용 65
   4) 촬영 영상 편집 67
 1-2. 영상로봇 촬영 적합성 검증 71
  가. 교량하부 또는 인력접근이 어려운 협소 폐쇄공간(강박스) 등 촬영적합성 검토 71
   1) 기존 점검 방식 대비 영상로봇의 효율성 71
   2) 영상로봇의 촬영 적합성 검증 73
  나. 교량현장 극한 온도성능 평가(하절기, 동절기) 76
   1) 하절기 온도성능 평가 76
   2) 동절기 온도성능 평가 77
  다. 실시간 원거리 현장 구동 성능 검증 77
   1) 청담대교 현장 검증 평가 77
   2) RC 송수신기 인증 78
 1-3. 데이터 분석을 통한 손상 및 결함 검출 자동화 79
  가. 영상/IoT 기반 학습 모델 개발 및 적용 79
   1) AI 결함 검출 시스템 79
   2) AI 기반 결함 검출 딥러닝 모델 79
  나. 실증 대상시설물의 결함 검출 프로그램 개발 80
  다. 결함이미지 - 실제 위치정보 결합 82
 1-4. 실구조물 부재별 특성을 고려한 최적 촬영방안 제시 85
  가. 교량 점검 방식 개선을 위한 스마트 점검 시스템 도입 85
   1) 현행 교량 유지관리 프로세스의 개선 85
   2) 영상기반 스마트 점검 기술의 적용 86
   3) 스마트 점검 기술의 구성 86
  나. 교량 부재별 적용 기술 86
   1) 스마트 점검 기술의 분류 86
   2) 교량 부재별 적용 기술의 예 87
2. 데이터 처리 프로그램 및 데이터 서버 개발 88
 2-1. 영상/센서/안전진단 및 성능평가 항목 및 방법 정의 88
 2-2. 유지관리를 위한 영상/센서/안전진단 정보 관리 89
  가. 현장 센서데이터 서버 구축 89
   1) 계측데이터 서버 구현 89
   2) 웹 애플리케이션 서버(WAS) 구현 92
  나. 영상로봇 손상 이미지 서버 구축 97
   1) KRPANO와 Apache를 통한 영상로봇 손상 이미지 서버 구축 97
  다. 안전진단 정보 데이터베이스 구축 97
   1) 대상시설물 과거 진단 데이터 DB구축 97
  라. 손상이미지 BIM활용을 위한 이미지 위치 레이블-3D 객체 모델 연동 100
   1) 이미지 위치 레이블-3D 객체 모델 연동 100
   2) CIM-유지관리 플랫폼 데이터 연동을 통한 BIM모델 위치기반 Symbolizing 기술 개발 100
 2-3. BIM 및 성능평가를 위한 데이터 활용 기술 102
  가. BIM 적용(연동)을 위한 현장조사 데이터 추출 및 전송 102
   1) 현장조사 데이터 추출 및 전송 102
  나. 영상/센서/안전진단 및 성능평가 관련 데이터 항목 및 관리 방법 정의 103
   1) 성능평가 관련 데이터 항목 103
   2) 성능평가 관련 데이터 관리 방법 111
  다. 교량 성능평가를 위한 데이터 추출 및 전송, 서버연계 112
   1) 성능평가 데이터 추출/전송 및 서버 연계 112
 2-4. 계측 데이터 제어관리 프로그램 개발 114
  가. 3D모델 기반 센서 정보 열람 및 관리 기능 구현 114
   1) 3D모델 기반 센서 정보 열람을 위한 센서 모델링 114
  나. 센서 제어(계측주기, 상태, ID, 기본정보 등) 기능 구현 115
   1) 센서 제어를 위한 센서 목록 조회 및 기능 구현 115
  다. 센서 계측 데이터 관리 기능 구현(기본 처리, 필요정보 추출 출력 기능 등) 116
   1) 센서 계측 데이터 기본처리 및 데이터 출력 116
3. BIM 유지관리 플랫폼 시범 운영 117
 3-1. 유지관리 이력정보 관리 방안 제시 117
  가. 대상교량 서울시 빅데이터 시스템 유지관리 이력 및 안전진단 정보 구조 분석 117
  나. BIM 적용을 위한 데이터 구조 작성 123
   1) BIM 적용을 위한 데이터 베이스 설계 배경 123
 3-2. 유지관리 BIM 적용 실증 125
  가. 데이터 활용 및 구조 적용을 위한 3D모델 분절화 125
   1) 유지관리 정보의 부재단위 기준과 BIM 모델의 Structure정보 일치화 125
  나. 유지관리 이력 및 현장 진단 정보 BIM 적용(데이터-3D모델 연결) 129
   1) 웹 BIM 기술 개발 129
   2) 웹 BIM-요소기술 간 적용 130
  다. 정보 활용성 증대를 위한 3D모델 기반 정보 가시화 방안 제시 및 적용 131
   1) CIM-유지관리 플랫폼 데이터 연동을 통한 BIM 모델 위치기반 Symbolizing 기술 개발 131
   2) CIM-유지관리 플랫폼 데이터 연동을 통한 부재별 색상 할당 기술 개발 132
  라. 결함 이미지-3D모델 링크 133
   1) 하이퍼링크를 활용한 유지관리 플랫폼 호출 133
 3-3. 모니터링 센서 계측값 도시방안 제시 134
  가. 모니터링 센서 계측 표현 방식 기획 134
   1) 센서 종류에 따른 화면 구성 134
 3-4. 대상시설물 BIM유지관리 운영 시뮬레이션 135
  가. 현장 야장 기록 데이터 반영 BIM 운영 135
   1) 안전진단 정보 서버-플랫폼 서버 간 통신 프로토콜 135
   2) 정의된 통신 프로토콜을 통한 결함 이미지-3D모델 간 연동 136
  나. 유지관리 BIM고도화 방안 제시 136
   1) 유지관리 BIM고도화 방안 제시 136
4. 교량구조물 유지관리를 위한 3D모델 작성 138
 4-1. 실증대상 교량 3D모델 작성 138
  가. BIM 활용을 위한 3D모델 작성 (교량 전체) 138
   1) CIM의 선형기반 파라메트릭 라이브러리 기술을 활용한 교량모델 구축 138
  나. 구조해석 및 유지관리를 고려한 3D모델 작성 (계측 실증구간) 139
   1) Ramp4 구간의 구조해석용 Civil 모델링 완료 139
 4-2. 이미지 기반 3D 모델 구축 실증 140
  가. 드론을 이용한 이미지 촬영 및 3D모델 구축(계측 실증구간) 140
  나. 준공도면-실제 교량 차이 분석 142
 4-3. BIM 활용을 위한 3D모델 작성 방안 기술 및 경제성 검토 143
  가. 2D 도면 기반 ? 이미지 및 현장조사 기반 3D모델 작성 활용성 및 경제성 검토 143
   1) 2D 도면 기반 ? 이미지 및 현장조사 기반 3D 모델 검토 143
   2) 한강 교량 1개소 2D 도면 기반 유지관리용 BIM 모델링 예상 견적 144
  나. 서울시 관리 한강교량(21개소) 2D도면 확보 및 3D모델 작성 방안 제시 145
   1) 한강교량 2D도면 확보 방안 145
   2) 3D모델 작성 방안 147
5. 현장 조사자료 작성 자동화 152
 5-1. 현장조사 업무 야장 작성 디지털화 제시 152
  가. 전자 야장 현장 적용성 검토 및 활용방안 제시 152
   1) 현 시스템 현황 152
   2) 전자야장을 통한 현장조사 업무 야장 작성 디지털화 작업 내용 153
  나. 현장 조사 데이터 서버 전송 검증, 데이터 축적 및 관리 방안 제시 154
 5-2. 디지털화 야장 현장 적용을 위한 S/W 개발 154
  가. 손상물량 산출 및 부재별 상태평가 자동화 154
   1) 상태평가 데이터베이스 154
   2) 상태평가 자동화 S/W 156
   3) 서버 ? 앱(Web) 시스템 161
   4) 시설물 전자망도 엔진 161
   5) 시설물 윈도우 앱 162
 5-3. 운영체계 호환성 확보, 야장 작성 자동화 검증 165
  가. 야장작성 자동화 현장 적용성 실증 및 활용방안 구체화 165
   1) 야장작성 자동화 현장 적용성 실증 165
  나. 현장 작성 데이터 무선 전송 166

03. 스마트 유지관리 플랫폼 구축(학술)
1. 스마트 유지관리 기술 도입 및 발전 전략 168
 1-1. 스마트 유지관리 기술 적용 및 제도 동향분석 168
  가. 국내외 교량 스마트 유지관리 기술 및 연구동향 조사 168
  나. 국외 유지관리 분야 최신 기술도입 관련 제도 및 사업 조사 170
   1) 미국 170
   2) 영국 171
   3) 핀란드 172
   4) 독일 172
  다. 서울시/국내 교량 유지관리 분야 스마트기술 도입 제도 분석 172
   1) 국내 법제도 173
   2) 국내 도로시설물 스마트 유지관리 정책 177
   3) 서울시 도로시설물 유지관리 제도 186
 1-2. 전체 스마트 유지관리 플랫폼 세부 구성안 제시 190
  가. 전체 플랫폼 개념도 및 플랫폼을 구성하는 각 요소기술 연계방안 제시 190
   1) 교량 유지관리 현황 분석 190
   2) 교량 유지관리 패러다임 변화를 위한 요소기술 195
   3) 스마트 유지관리 플랫폼 구성 및 연계방안 208
  나. 각 요소기술 시스템에 대한 범용성, 호환성 검토 210
   1) 유지관리 플랫폼 사용 데이터 210
   2) 데이터 표준화 방안 215
 1-3. 서울시 스마트 유지관리 기술 도입 중장기 계획 219
  가. 서울시 스마트 유지관리 대상(우선순위) 및 항목 선정 219
   1) 서울시 도로시설물 현황 219
   2) 서울시 도로시설물 스마트 유지관리 기술 적용 우선순위 선정 및 단계적 도입 224
  나. 스마트 유지관리 플랫폼 확대사업 시행 계획 226
   1) 중단기 계획(1~6차년도) 226
   2) 중장기 계획(7~10차년도) 233
  다. 스마트 유지관리 기술 적용성 및 경제성 분석 234
   1) BIM 적용을 위한 3D모델 작성 234
   2) 기존 유지관리 이력 입력 234
   3) 모니터링 시스템 235
   4) 영상기반 손상탐지 235
   5) 보고서 작성 자동화 236
 1-4. 지능화 유지관리 기술 지속가능 발전을 위한 제도적 전략 제시 237
  가. 스마트 유지관리 체계 정립을 위한 제도적 방안 제시 237
   1) 유지관리 체계 고도화 체계 정립 관련 제도 분석 237
   2) 관리주체 기술 수용 238
   3) 신기술 검증 및 인증 238
   4) 기술 적용 관련 제도 240
   5) 관리자 / 사용자 / 시설이용자 교육 및 정보 공개 240
   6) 기술 정착 관련 제도 241
  나. 스마트유지관리 기술 지속성을 위한 시설관리자 역할 정의 242
   1) 유지관리 플랫폼 확립 및 발전 전략 제시 242
   2) 통합 시스템 운영 및 제도 개선 및 계획 수립 243
   3) 스마트 유지관리 플랫폼 시설물 확대 적용을 위한 BIM 구축 244
   4) 지속가능한 발전을 위한 기술 발굴?개발?인증?평가 246
   5) 통합 플랫폼 유지관리 247
   6) 스마트 시설관리팀(  가칭) 업무 정의 248
2. 계측데이터 기반 교량 거동평가(예측) 기술 개발 250
 2-1. 성능기반 유지관리 전략 및 교량 거동평가 251
  가. 실증대상 구간내 구조물 응답(변위, 내력 등) 추정 거동평가 방안 제시 251
   1) 관련 기술에 대한 국내외 선행연구 251
   2) 실증대상 구간내 응답 추정 검토 결과 및 응용방안 253
   3) 실증 대상 교량 개요 253
  나. 거동평가를 위한 계측 데이터 정제(필터링) 방안 제시 및 시뮬레이션 검증 258
   1) 인공지능 기술을 활용한 계측 데이터 정제 기술 조사 258
   2) 거동평가를 위한 계측 데이터 정제(필터링) 활용방안 261
  다. 결측 및 미계측 데이터 예측방안 제시 및 시뮬레이션 검증 262
   1) 인공지능 기술을 활용한 결측 및 미계측 데이터 예측 기술 개요 262
   2) 시뮬레이션 모델 262
   3) 미계측 응답 추정 대상 위치 선정 264
   4) 시뮬레이션 기반 검증 결과 분석 264
  라. 빅데이터 기반 구조물 거동예측(처짐 및 내력) 방안 제시 266
   1) 전체 변형 형상 추정 흐름 266
   2) 응답 추정 사례 267
 2-2. 계측데이터 기반 알고리즘 및 실증 269
  가. 필요 계측 데이터 선정 및 시뮬레이션 269
  나. 실증교량 대상 계측기 위치 선정 269
   1) 계측 센서 정보 269
   2) 인공지능 알고리즘을 활용한 계측기 선정 270
   3) 계측 위치 선정 270
3. 실증교량 계측 및 데이터 수집, 전송 271
 3-1. 실증교량 대상 계측 조건 및 계측계획 수립 271
  가. 계측 환경 및 설치 조건 현장 조사 271
   1) 실증교량 개요 271
   2) 계측 물리량 선정 272
   3) 계측 환경 및 설치 조건 검토 273
  나. 안전진단 보고서 검토 및 전력공급 계획 수립 275
 3-2. 필요 계측 데이터별 센서 선정 276
  가. 계측 데이터별 국내외 시장 조사 276
   1) 구조물 미세 변위 (고정밀 GNSS) 276
   2) 변형률계 279
   3) 경사계 280
  나.   가격, 성능, 사용성별 적절 센서 선정 283
   1) 센서 선정 283
  다. 데이터 획득 및 전송장치 제작 284
   1) 데이터 획득/무선전송 기술과 시장조사 284
   2) 데이터 획득 및 전송장치 제작 286
 3-3. 계측센서 설치 및 데이터 수집 289
  가. 계측데이터 정확도 검증 289
   1) 고정밀 GNSS 검증 289
   2) 변형률계 검증 292
   3) 고정밀 경사계 검증 294
   4) 센서노드 온습도계 297
  나. 계측기 설치 및 데이터 전송/저장 298
  다. 계측 데이터 및 해석 결과 BIM 연동 방안 제시(데이터 표준화 포함) 305
   1) 계측데이터 서버 구현 305
   2) 데이터 전송장치 소프트웨어 구현 309
   3) 웹 애플리케이션 서버(WAS) 구현 311
   4) BIM 연동 방안 제시 315
4. 자산관리 개념도입전략 및 수집 정보 정의 316
 4-1. 교량구조물 자산정보체계 316
  가. 국내외 자산정보체계 현황 316
   1) 자산관리 기반 유지관리체계 316
   2) 국내외 자산정보체계 현황 316
  나. 교량 자산관리를 위한 데이터 및 분석항목 318
   1) 자산관리를 위한 데이터 정의 318
   2) 자산관리를 위한 분석항목 정의 319
 4-2. 교량구조물 자산관리 개념 도입전략 제시 322
  가. 교량/부재의 성능예측 모델 322
   1) 성능예측모델 활용 현황 322
   2) 다양한 변수을 고려한 성능예측모델 개발 방안 324
   3) 모델 보정 및 관리 방안 325
  나. 유지관리 비용예측 모델 325
   1) 점검진단 비용 325
   2) 보수보강 비용 326
   3) 개축 비용 327
  다. 유지관리 예산 투자 시나리오 328
   1) 투자 시나리오 정의 328
   2) 투자 시나리오 분석 328
  라. 자산관리 전략 최적화 331
  마. 자산관리 적용성평가를 통한 주요 고려사항 도출 332
   1) 정보 수집관리 332
   2) 성능 예측 332
   3) 비용 예측 332
   4) 유지관리 전략 수립 332
 4-3. 자산관리시스템 활용도 증진 방안 333
  가. 주기적 관리 보고서 발간 333
   1) 서울특별시 기반시설 관리계획(제1차: 2020년-2025년) 333
   2) 관리 보고서 발간을 통한 관리 선순환 333
  나. 관리자 활용 방안 334
   1) 관리자 교육 및 매뉴얼을 통한 활용도 증진 334
  다. BIM기반 플랫폼 연동 방안 335
5. 교량 유지관리 업무 BIM 적용 기반 구축 336
 5-1. 국내외 교량 유지관리 분야 BIM 적용 실태 분석 336
  가. 국내 교량 유지관리 실태 조사 및 약점 분석 336
  나. BIM 적용을 통한 개선 방안 제시 337
 5-2. BIM 소프트웨어 벤더사별 특징 분석 340
  가. 기능,   가격, 장단점 분석 340
   1) REVIT 340
   2) Allplan 341
   3) MicroStation 342
   4) MidasCIM 343
   5) CATIA 344
  나. 서울시 교량시설물 적용을 고려한 BIM 소프트웨어 장단점 분석 345
   1) REVIT 345
   2) Allplan 345
   3) MicroStation 345
   4) MidasCIM 345
   5) CATIA 345
 5-3. BIM기반 교량 스마트 유지관리 플랫폼 매뉴얼 작성 346
  가. 국내외 구조물 유지관리 BIM지침 분석 346
   1) Ex-BIM 346
   2) OBOS(Open BIM Object Standard) 346
   3) Singapore BIM Guide 346
  나. 3D모델-점검정보 연계 방안 등 BIM 요구기능 구현 방안 347

< 표 차 례 >
[표 1-1] 와이어 로봇 활용안 참고자료 49
[표 1-2] 접근장비 목록 61
[표 1-3] 레일 로봇 장비 Spec 61
[표 1-4] 와이어 로봇 장비 Spec 62
[표 1-5] 짐벌 RC 장비 Spec 62
[표 1-6] 영상 송수신기 장비 Spec 62
[표 1-7] 영상장비 목록 63
[표 1-8] 한국도로공사와의 기술적 적합성 판단 73
[표 1-9] 하절기 평가 ? 레일 로봇 76
[표 1-10] 하절기 평가 ? 와이어 로봇 76
[표 1-11] 동절기 평가 ? 와이어 로봇 77
[표 2-12] 데이터관리시스템의 테이블 목록(서울기술연구원, 2021) 91
[표 2-13] Node 정보 관리 테이블(tblWsnNode)의 정보(서울기술연구원, 2021) 91
[표 2-14] GNSS 변위 데이터 테이블(tblData)의 정보(서울기술연구원, 2021) 92
[표 2-15] 년도별 과거 데이터 범례 98
[표 2-16] 과거 데이터 DB화 범례 정의 98
[표 2-17] 손상 정의 99
[표 2-18] 제1종/제2종 성능평가 과업 내용 104
[표 2-19] 안전성능평가 항목 105
[표 2-20] 상태안전성능 적용 범위 105
[표 2-21] 구조안전성능 기준 105
[표 2-22] 내구성능평가 항목 106
[표 2-23] 사용성능평가 항목 106
[표 2-24] 종합평가점수 산성 방법 및 등급 기준 107
[표 2-25] 사용성능평가 항목 108
[표 2-26] 플랫폼 손상물량표 111
[표 2-27] 성능평가 양식과 플랫폼 손상물�표 양식 비교 112
[표 3-28] 서울시 빅데이터 시스템 정보 구조 117
[표 3-29] 기초정보 117
[표 3-30] 상세정보 118
[표 3-31] 유지관리 정보 119
[표 3-32] 손상명칭 정형화 120
[표 3-33] 빅데이터 시스템과 전자야장 데이터 연동 검토 122
[표 3-34] 센서별 수집 데이터 구분 134
[표 4-35] Civil 모델링 현황 139
[표 4-36] 청담대교 촬영 드론 및 카메라 140
[표 4-37] 청담대교 램프4 촬영 140
[표 4-38] 청담대교 램프4 구간 3D 모델 141
[표 4-39] 청담대교 램프4 구간 3D 모델 Poly line 142
[표 4-40] 2D 도면 기반 BIM 모델과 드론 촬영 3D 모델 비교표 143
[표 4-41] 청담대교 기준 견적 비용 144
[표 4-42] 서울시 관리 한강 상 교량의 FMS 도서관리 유무 146
[표 5-43] 시설물 안전 점검진단 공정 절차 152
[표 1-1] 시설물의 안전 및 유지관리 기본계획 및 유지관리계획 구성 174
[표 1-2] 시설물의 종류별 해당 시설물 구분 174
[표 1-3] 기반시설의 관리체계 175
[표 1-4] 기반시설 관리 기본계획 및 관리계획 구성 176
[표 1-5] 도로건설관리계획의 구성 177
[표 1-6] 제4차 시설물의 안전 및 유지관리 기본계획 비전과 목표 178
[표 1-7] 제4차 시설물 안전 및 유지관리 기본계획 전략별 세부 추진과제 179
[표 1-8] 제1차 기반시설관리 기본계획 비전과 목표 180
[표 1-9] 제1차 기반시설관리 기본계획 전략별 추진과제 및 세부내용 181
[표 1-10] 제2차 국가도로망종합계획 목표 및 추진전략 182
[표 1-11] 「도로법」 및 「지속가능한 기반시설 관리 기본법」에 의한 관리계획 간의 차별성 비교 183
[표 1-12] 기반시설의 관리체계 186
[표 1-13] 서울특별시 기반시설관리위원회 업무범위 187
[표 1-14] 제1차 서울특별시 기반시설 관리계획 목표 및 방향 188
[표 1-15] 기반시설관리 기본계획과 서울특별시 기반시설 관리계획 간의 추진과제 비교 188
[표 1-16] 교량 구조물 안전점검 종류 및 내용(국토교통부-교량 유지관리 매뉴얼, 2014) 190
[표 1-17] 정기점검 및 정밀점검 과업내용(국토교통부-교량 유지관리 매뉴얼, 2014) 191
[표 1-18] 1종 시설물 및 2종 교량의 범위(시설물의 안전 및 유지관리에 관한 특별법 시행령 별표1) 191
[표 1-19] 서울시 1종 및 2종교량 교량 관리 주체 192
[표 1-20] 미국의 예방적 유지관리 192
[표 1-21] 우리나라의 예방적 유지관리(국토교통부-교량 유지관리 매뉴얼, 2014) 193
[표 1-22] 교량구조물 손상의 종류 199
[표 1-23] WSN Gateway의 데이터베이스(TblWsnGateway) 213
[표 1-24] WSN Gareway의 데이터베이스 (TblWsnNode) 213
[표 1-25] Sensor Info (TblSensor) 214
[표 1-26] Software Upgrade (TblWsnSU) 214
[표 1-27] Sensor Data (TblSensorData) 214
[표 1-28] Gateway Syncup 215
[표 1-29] Gateway Info 215
[표 1-30] Node Discovery 216
[표 1-31] Sensor Data 216
[표 1-32] Get Info 216
[표 1-33] 데이터 획득장치와 플랫폼간의 프로토콜과 API 217
[표 1-34] 서울시 도로시설물 통계(2021년) 219
[표 1-35] 시도별 교량 밀집도 현황(교량 현황 및 지적통계 기준) 220
[표 1-36] 시도별 터널 밀집도 현황(터널 현황 및 지적통계 기준) 222
[표 1-37] 「시설물의 안전 및 유지관리에 관한 특별법」에 따른 도로시설물의 종별 구분 225
[표 1-38] 서울시 1종 교량 및 터널지하차도 우선도입 대상 226
[표 1-39] 서울시 도로시설물 스마트 유지관리 플랫폼 확대 사업 연차별 내용 229
[표 1-40] 서울시 교량별 스마트 유지관리 기술 도입 비용 230
[표 1-41] 서울시 교량 도면 확보율(서울기술연구원, 2019) 234
[표 1-42] 시설물 유지관리 관련 신기술 분류 239
[표 1-43] 관리자역할 - 전략 및 기획 분야 243
[표 1-44] 관리자역할 - 제도 분야 244
[표 1-45] 관리자역할 - 3D모델 구축 245
[표 1-46] 관리자역할 - 기술 평가 246
[표 1-47] 관리자역할 - 플랫폼 유지관리 247
[표 1-48] 스마트 시설관리팀 업무 총괄표 248
[표 2-1] Test data set을 통한 추정 성능 분석 265
[표 2-2] Deep Learning 수행에 필요한 입출력 구조 266
[표 3-1] 청담대교 램프 4의 정밀점검 결과 276
[표 3-2] 완성품 GNSS 수신기 제조사 278
[표 3-3] 칩셋 GNSS 수신기 제조사 278
[표 3-4] 처짐에 따른 처짐각 및 경사계의 요구정밀도 281
[표 3-5] 국내외 경사계의 정밀도 및 측정범위 검토 282
[표 3-6] 국내외 경사계의 정밀도 및 측정범위 검토 283
[표 3-7] 고정밀 경사계의 측정범위와 중앙값에서의 LED점등과 경사각 검증(No.   1) 296
[표 3-8] 고정밀 경사계의 보정식과 서버 보정값 296
[표 3-9] 온습도계 보정식 및 서버 보정값 297
[표 3-10] 데이터관리시스템의 테이블 목록(서울기술연구원, 2021) 307
[표 3-11] Node 정보 관리 테이블(tblWsnNode)의 정보(서울기술연구원, 2021) 307
[표 3-12] Node 정보 관리 테이블(tblWsnNode)의 정보(서울기술연구원, 2021)(계속) 308
[표 3-13] GNSS 변위 데이터 테이블(tblData)의 정보(서울기술연구원, 2021) 308
[표 3-14] Get Info 309
[표 3-15] Set Node Name 309
[표 3-16] Set Installed 309
[표 3-17] Set Zero 310
[표 3-18] Set Strain Guage Coefficient 310
[표 3-19] Set Measuring Cycle 310
[표 4-1] 자산관리를 위한 데이터 유형 318
[표 4-2] 자산관리를 위한 분석항목 정의 321
[표 4-3] 미네소타주의 상태예측모델 (MnDOT, 2014) 323
[표 4-4] 교체성 부재의 교체 비용 및 주기 (한국도로공사, 2015) 327
[표 4-5] 단위면적당 신설 비용(단위:백만원/m2) (선종완 등, 2016) 327

< 그 림 목 차 >
[그림 1-1] 최종 구축 목표 시스템 38
[그림 1-2] 레일로봇의 문제점 및 개선방향 39
[그림 1-3] 그림 듀얼 슬라이드 자율주행 레일로봇 제어흐름도 39
[그림 1-4] 터널 진단용 궤도로봇 40
[그림 1-5] 독립형 무인로봇 40
[그림 1-6] 독립형 무인로봇 41
[그림 1-7] 현장답사 43
[그림 1-8] 레일로봇 설치구간 (P8~P9) 43
[그림 1-9] Ramp 4 설치구간 검토 43
[그림 1-10] Ramp 1,2,3,5 설치구간 검토 44
[그림 1-11] 남단 H 구역 설치구간 검토 44
[그림 1-12] 현장답사 45
[그림 1-13] 와이어로봇 설치구간 (P35~P36) 45
[그림 1-14] 레일 로봇 무인원격 시스템 개요 45
[그림 1-15] 레일 로봇 검사 프로세스 46
[그림 1-16] 청담대교 레일로봇용 레일 설계 도면 및 조립도 47
[그림 1-17] 레일로봇용 레일의 설치 모습 48
[그림 1-18] 와이어 로봇 시스템 개요 48
[그림 1-19] 천호대교 교량하부 (P17~P18) 이미지 스티칭과 망도 50
[그림 1-20] 청담대교 와이어 로봇용 레일 설계 도면 및 조립도 52
[그림 1-21] 레일로봇용 레일의 설치 모습 52
[그림 1-22] 청담대교 와이어 로봇용 레일 기구물 구조 해석 검토서 53
[그림 1-23] 레일 기구물 위치 변경 재설치 54
[그림 1-24] 청담대교 와이어 로봇용 레일의 재설치 후 모습 54
[그림 1-25] 목표속도로 이동하며 촬영된 청담대교 강박스 Ramp-4 내부의 이미지 56
[그림 1-26] 목표속도로 이동하며 촬영된 청담대교 P35 ~ P36 교량 하부의 이미지 57
[그림 1-27] 인공지능 알고리즘 개념도 58
[그림 1-28] 인공지능 알고리즘 구성도 58
[그림 1-29] AI 객체 탐색 기법의 프로세스 59
[그림 1-30] 결함 검출이 확인되는 사진 사례 60
[그림 1-31] 레일로봇용 레일의 설치 모습 65
[그림 1-32] 청담대교 P35~P36 와이어 로봇 설치 및 촬영 모습 67
[그림 1-33] 청담대교 RAMP-4 사진망도용 Stitching 완료된 파노라마 이미지 (1박스) 68
[그림 1-34] RAMP-4 사진망도용 Stitching 완료된 파노라마 이미지 (9박스) 68
[그림 1-35] 청담대교 RAMP-4 사진망도 작업 68
[그림 1-36] 360°용 Stitching이 VR 이미지 (1박스) 69
[그림 1-37] 청담대교 P35 ~ P36 와이어 로봇 촬영 구간 69
[그림 1-38] 청담대교 P35 ~ P36 사진망도용 Stitching 완료된 파노라마 이미지 (1슬래브 3줄) 70
[그림 1-39] 청담대교 P35 ~ P36 사진망도 작업 70
[그림 1-40] 기존 육안 점검 기술 71
[그림 1-41] 영상 로봇에 의한 점검 기술 72
[그림 1-42] 데이터 흐름도 72
[그림 1-43] 망원5교/삼리교 강박스 레일로봇 73
[그림 1-44] 청담대교에 적용된 레일로봇과 와이어로봇 74
[그림 1-45] 파노라마 로봇을 장착 후 교량 강박스 내부 촬영 75
[그림 1-46] 와이어 로봇에 장착된 파노라마 로봇 및 교양 하부 거더와 슬래브 촬영 75
[그림 1-47] 천호대교 북단 원거리 송수신 테스트 구간 78
[그림 1-48] 전파연구원에서 승인된 적합등록필증 및 적합인증서 78
[그림 1-49] Mask R-CNN 모델구조 79
[그림 1-50] Mask R-CNN 모델구조 80
[그림 1-51] AI를 통한 결함검출 과정 80
[그림 1-52] 그림 AI를 통한 강박스 내부 결함검출 과정 82
[그림 1-53] 그림 AI를 통한 교량하부 결함검출 과정 84
[그림 1-54] 교량에서의 대표적인 점검 사각지대 85
[그림 1-55] 결함이미지의 사진망도와 외관망도 작업 87
[그림 2-56] 스마트 유지관리 플랫폼 다이어그램 88
[그림 2-57] 데이터관리시스템과 웹서버, API 등의 아키텍처(서울기술연구원, 2021) 89
[그림 2-58] 데이터관리시스템 메인화면(서울기술연구원, 2021) 90
[그림 2-59] 개체-관계 다이어그램(ERD, Entity Relationship Diagram) 설계(서울기술연구원, 2021) 90
[그림 2-60] 게이트웨이 이름 변경 기능 92
[그림 2-61] 센서노드 이름 변경 기능 93
[그림 2-62] 센서 이름 변경 기능 93
[그림 2-63] 데쉬보드에서의 노드와 센서 목록 94
[그림 2-64] 데쉬보드에서 나타낸 경사계, 변형률계, 온도계의 그래프 95
[그림 2-65] 센서 데이터의 csv 저장 기능 구현 96
[그림 2-66] 무선 모니터링 시스템의 센서 측정시간 조절기능 구현 96
[그림 2-67] Symbol 정의 100
[그림 2-68] BIM 모델에 Symbol 할당 101
[그림 2-69] BIM 모델에 Symbol 할당 결과 101
[그림 2-70] 전자야장에서 안전진단 정보 다운로드(엑셀 등록/삭제) 102
[그림 2-71] 플랫폼 csv 업로드 및 데이터 조회 103
[그림 2-72] SOC 성능평가 시스템 업로드 Excel(상태안전성능) 107
[그림 2-73] 전자야장을 통한 상태안전성능 정보(현장조사 정보) 수집 113
[그림 2-74] 상태안전성능 정보 전송 113
[그림 2-75] 성능평가를 위한 플랫폼 csv 업로드 및 데이터 조회 113
[그림 2-76] BIM 모델에 반영된 센서 114
[그림 2-77] 센서 목록 조회 및 제어 화면 115
[그림 2-78] 센서 계측데이터 조회 및 그래프 출력 116
[그림 1-79] 플랫폼 중계 데이터베이스 ERD 124
[그림 3-80] BIM 모델 Structure 정보 현황 125
[그림 3-81] BIM 모델링 Structure 정보 상세 현황 128
[그림 3-82] 웹 BIM 모델링 129
[그림 3-83] 플랫폼-전자야장 데이터 연동 130
[그림 3-84] 플랫폼-CIM 데이터 연동 131
[그림 3-85] Symbol 정의 131
[그림 3-86] BIM 모델에 Symbol 할당 132
[그림 3-87] 유지관리 플랫폼-CIM의 API 통신을 통한 정보 가시화 기술 132
[그림 3-88] 유지관리 플랫폼-CIM의 API 통신을 통한 정보 가시화 기술 133
[그림 3-89] 계측 데이터 화면 구성 134
[그림 3-90] 현장야장 기록 데이터 연동 136
[그림 4-91] BIM 모델 전경 138
[그림 4-92] Civil 구조해석 모델링 139
[그림 4-93] 2022년 엔지니어링 기술자 노임단가 144
[그림 4-94] 용역원가산출 내역 총괄표 (청담대교) 145
[그림 4-95] 교량의 라이브러리 조립을 위한 상세 제원 예 147
[그림 4-96] 교량 라이브러리와 선형정보를 결합한 3D BIM 모델 148
[그림 4-97] 라이브러리가 조립된 단위길이 유닛 149
[그림 4-98] 유닛을 구성하는 라이브러리의 배치 및 조립에 대한 API 환경 150
[그림 4-99] 스마트 템플릿을 활용한 교량 모델링 151
[그림 5-100] 부재코드 데이터베이스 155
[그림 5-101] 철근콘크리트 거더의 상태평가 순서 157
[그림 5-102] 벌크-인서트 159
[그림 5-103] 벌크-인서트 스레드 소스(핵심 알고리즘) 159
[그림 1-1] DNA 기반 노후 교량 구조물 스마트 유지관리 플랫폼 시스템도(한국건설기술연구원, 2021) 169
[그림 1-2] 미연방 도로국(FHWA) 장기 교량 성능(LTBP) 온라인 플렛폼 170
[그림 1-3] BIM 4단계 성숙도 171
[그림 1-4] 제2차 고속 및 일반국도 등 도로관리계획 비전 및 기본방향 184
[그림 1-5] 지능형 도로 기본방향 185
[그림 1-6] 서울특별시 기반시설 4차산업 기반 스마트 유지관리(서울기술연구원, 2021) 189
[그림 1-7] 도로관리 예산 증가 추이(서울기술연구원, 2020) 196
[그림 1-8] 교량내부 레일캠 198
[그림 1-9] 교량하부 와이어캠 198
[그림 1-10] 교량측면 드론 198
[그림 1-11] 안전진단 자동화 기술 효과 200
[그림 1-12] 구조역학 원리 201
[그림 1-13] 구조해석 201
[그림 1-14] 상태평가 201
[그림 1-15] 시설물 상태평가 효과 분석 203
[그림 1-16] 호주 수자원분야의 자산관리 도입 후 관리비용 절감 207
[그림 1-17] 센서 데이터의 흐름 관점에서의 각 요소기술과의 관계도 210
[그림 1-18] 센서 데이터의 분석을 위한 데이터 흐름 211
[그림 1-19] 컴포넌트 클래스 다이어그램(Component Class Diagram) 설계 212
[그림 1-17] 전국 및 서울시 교량 현황 220
[그림 1-18] 서울시 자치구별 교량 현황 221
[그림 1-19] 서울시 교량 형식별 교량 분포 및 공용년수 221
[그림 1-20] 서울시 교량 특성별 분포 222
[그림 1-21] 전국 및 서울시 터널 현황 223
[그림 1-22] 서울시 자치구별 터널 현황 223
[그림 1-23] 서울시 자치구별 터널 분포 및 공용년수 224
[그림 1-24] 서울시 터널 특성별 분포 224
[그림 1-25] 서울시 도로시설물 스마트 유지관리 플랫폼 확대도입 계획 227
[그림 1-26] 연도별 기술 도입 상세계획 228
[그림 1-27] 스마트 유지관리 플랫폼 도입 10년 계획 233
[그림 2-1] The porposed algorithm 251
[그림 2-2] (a) The prediction errors and (b) DI for the healthy and damaged cases (DI: damage indicator) 251
[그림 2-3] The architecture model of neural networks with 2 hidden layers in the system 252
[그림 2-4] The 3 spans of box girder bridge model 252
[그림 2-5] Comparison of acceleration and displacement domain for 1 hidden layer 252
[그림 2-6] Comparison of acceleration and displacement domain for 2 hidden layer 252
[그림 2-7] FE model of Great Belt East Bridge (Soman, Onoufriou, Kyriakides, Votsis, & Chrysostomou, 2014) 253
[그림 2-8] First eight bending mode shapes of the monitored bridge(Jalsan et al. 2014) 253
[그림 2-9] 교량 위치도 255
[그림 2-10] RAMP4 종평면도 및 종단면도 256
[그림 2-11] RAMP4 횡단면도 257
[그림 2-12] RAMP4 종단구배도 257
[그림 2-13] 측정값과 예측값의 상관관계 258
[그림 2-14] 다양한 방법의 테스트 결과 258
[그림 2-15] 데이터의 시각화 예시 260
[그림 2-16] 실제 데이터 이상 징후와 이상 징후 감지 결과 사의의 Confusion matrix Anomaly patterns : 1-normal, 2-missing, 3-minor, 4-outlier, 5-squre, 6-trend, and 7-drift 260
[그림 2-17] Series of investigated SG-strains for illustrating the copula-based imputation method 261
[그림 2-18] SG-strain imputation imputation for a full-day (18 August 2012) 261
[그림 2-19] 결측 및 미계측 데이터 frame work 262
[그림 2-20] SHOE 보강 상세 그림 263
[그림 2-21] 횡단면도와 모델링 부분 횡 단면도 확대 263
[그림 2-22] Plane load 263
[그림 2-23] 차량 하중 선정 263
[그림 2-24] 차량하중 DB 구축 263
[그림 2-25] 미계측 응답 선정도 264
[그림 2-26] 차량하중 재하 지점 위치 264
[그림 2-27] 딥러닝 모델의 추정결과와 시뮬레이션 model의 결과 비교 265
[그림 2-28] Deep Learning 입출력 구성 정보 및 흐름도 266
[그림 2-29] Deep Learning 알고리즘을 이용한 변형형상 추정 267
[그림 2-30] 최대 수직 변위 위치 268
[그림 2-31] Test-1에 대한 최대 수직 변위 위치 표시 268
[그림 2-32] 청담대교 Ramp4 구간 269
[그림 2-33] GNSS 상부구조 설치 270
[그림 2-34] 변형률계 및 경사계 Box 내부 설치 270
[그림 2-35] 센서 예상 설치 위치 270
[그림 3-1] 청담대교 전체 평면도와 위치도 (서울시설공단, 2017) 271
[그림 3-2] 가양대교 변위 모니터링 데이터 (중앙경간, 측정시간: 22.10.26.) 272
[그림 3-3] 계측기 설치 구간인 청담대교 램프4(R-   4) 273
[그림 3-4] 램프4(R-   4)의 현장답사 결과(22.01.13) 274
[그림 3-5] 2013 정밀안전진단 청담대교 램프 4구간의 접근통로 275
[그림 3-6] 계측기 설치 구간인 청담대교 램프 4구간의 교량받침 275
[그림 3-7] GNSS 활용분야와 시장현황 276
[그림 3-8] 서울시 멀티 GNSS 네트워크 RTK 데이터 서비스 개념도(서울특별시, 2019) 277
[그림 3-9] 대표적인 변형률계의 세부 구성 279
[그림 3-10] 메탈 포일 변형률계의 연결선 구성 및 전기회로도 (TMI Lab, 2019) 280
[그림 3-11] 청담대교 램프 4의 처짐각 개념도 281
[그림 3-12] 메탈 포일 변형률계의 연결선 구성 및 전기회로도 (TMI Lab, 2019) 283
[그림 3-13] 계측 데이터 전송 모식도 285
[그림 3-14] 센서 네트워크 구성 방법 285
[그림 3-15] 상용 센서노드 및 게이트웨이 예시 286
[그림 3-16] 센서노드와 게이트웨이의 블록다이어 그램 287
[그림 3-17] 센서노드와 게이트웨이의 제작 288
[그림 3-18] 센서노드와 게이트웨이 시작품 및 무선 네트워크 구성 개념 288
[그림 3-19] 변위 발생에 따른 그래프 변화 290
[그림 3-20] 포지셔너를 이용한 야외 검증 전경 290
[그림 3-21] 시계열 변위 그래프에서의 정밀도 및 응답시간 검토 291
[그림 3-22] 일축인장시험 시편 292
[그림 3-23] 개발 센서 노드 ADC컨트롤러 정밀도 시험결과 292
[그림 3-24] 성능 검증 결과 293
[그림 3-25] 고정밀 경사계 성능 시험 294
[그림 3-26] 고정밀 경사계 성능 시험 및 보정식 검토 결과 295
[그림 3-27] 고정밀 경사계의 데이터로거(ADC)의 출력값에서의 LED점등 코드 296
[그림 3-28] 고정밀 경사계의 보정값과 측정값과의 비교 검증 297
[그림 3-29] 실증교량 적용 모니터링 시스템 개요 298
[그림 3-30] 실증교량 고정밀 GNSS 설치 전경 299
[그림 3-31] 실증교량 고정밀 경사계 설치 전경 300
[그림 3-32] 실증교량 센서노드(고정밀 경사계) 설치 전경 301
[그림 3-33] 실증교량 센서노드(변형률계) 설치 전경(No.6 ~ No.13) 302
[그림 3-34] 실증교량 센서노드(변형률계) 설치 전경(No.14 ~ No.20) 303
[그림 3-35] 실증교량 데이터 획득전송 시스템 실증시험 304
[그림 3-36] 청담대교 무선 모니터링 시범구축을 통한 무선 네트워크 점검 결과 304
[그림 3-37] 데이터관리시스템과 웹서버, API 등의 아키텍처(서울기술연구원, 2021) 305
[그림 3-38] 데이터관리시스템 메인화면(서울기술연구원, 2021) 306
[그림 3-39] 개체-관계 다이어그램(ERD, Entity Relationship Diagram) 설계(서울기술연구원, 2021) 306
[그림 3-40] 게이트웨이 이름 변경 기능 311
[그림 3-41] 센서노드 이름 변경 기능 311
[그림 3-42] 센서 이름 변경 기능 312
[그림 3-43] 데쉬보드에서의 노드와 센서 목록 312
[그림 3-44] 데쉬보드에서 나타낸 경사계, 변형률계, 온도계의 그래프 313
[그림 3-45] 센서 데이터의 csv 저장 기능 구현 314
[그림 3-46] 무선 모니터링 시스템의 센서 측정시간 조절기능 구현 314
[그림 3-47] 센싱데이터 및 센서 관리 서버 UI 315
[그림 4-1] 뉴질랜드의 교량 자산관리를 위한 데이터 프레임워크 317
[그림 4-2] 자산관리를 위한 데이터 및 분석항목 연계도 321
[그림 4-3] 교량 성능예측모델(좌:한국도로공사(2015), 우:한국건설기술연구원(2018)) 323
[그림 4-4] 상태등급별 보수보강 비용 예측(선종완 등, 2018) 326
[그림 4-5] 투자 시나리오별 필요 예산(USDOT, 2021) 329
[그림 4-6] 투자 시나리오별 교량 안전등급 비율(USDOT, 2021) 329
[그림 4-7] 연간 투자 수준에 따른 안전등급 비율 변화(USDOT, 2021) 330
[그림 4-8] 예산 분배 시점에 대한 영향 분석(USDOT, 2021) 330
[그림 4-9] 성능(위)-비용(아래) 예측을 통한 생애주기비용 도출(이기세 등, 2019) 331
[그림 4-10] Bridge Management Systems Workshop(USDOT, 2020) 334
[그림 4-11] 플랫폼 메인화면 구성 335
[그림 5-1] Global BIM Network 로드맵(2021~2025) 337
[그림 5-2] 청담대교 항공뷰 338
[그림 5-3] 청담대교 3D모델 338
[그림 5-4] CAD 도면 캡쳐 338
[그림 5-5] 플랫폼(전자야장) 외관조사망도 338
[그림 5-6] 계측데이터 패널 339
[그림 5-7] 계측기 컨트롤 패널 339
[그림 5-8] 계측기반 구조물 거동평가 339
[그림 5-9] 모바일기기 접근화면1 339
[그림 5-10] 모바일기기 접근화면2 339
[그림 5-11] Autodesk REVIT 340
[그림 5-12] Nemetschek Allplan 341
[그림 5-13] Bentley MicroStation 342
[그림 5-14] 마이다스아이티 MidasCIM 343
[그림 5-15] Dassault Systemes CATIA 344
[그림 5-16] 국내외 BIM 지침 347