광섬유 센서와 AIoT 융합기술로 건물붕괴사고 예방
전자통신연구원, 삼일시티에스(주), 과기부 바우처사업 기술 사업화
[중소기업투데이 조민혁 기자] 제대로 타설이 안되었거나, 콘크리트 양생 품질 불량으로 건축 공사장에서 안전사고가 일어나는 경우가 많다. 이에 국내 연구진이 건물을 짓기 위해 콘크리트 타설 작업 시 광섬유 센서를 내부에 심어 미래 콘크리트 강도 예측이 가능한 기술을 개발하고 있어 눈길을 끈다. 개발이 완료되면 이 기술은 댐, 송유관, 지하상수도관 등에도 널리 활용될 것이란 전망이다.
한국전자통신연구원(ETRI)은 건물 완공 후 인장력이나 비틀림, 진동측정 등이 가능한 광섬유 센서를 이용한 시스템을 개발하고 건설현장 적용을 위한 시제품 제작과 실험을 진행 중이다. 올 10월경 상용화를 예정하고 있다. 연구진은 건축물 붕괴 사고를 사전에 예측하여 예방할 수 있는 연구를 수행하고 있다. 연구원은 “광섬유 센서와 지능형사물인터넷(AIoT) 기술을 융합해 지능형 건축물 안전 모니터링 시스템을 만들었다.”면서 “이로써 건설업 재해율을 일반 산업재해율 수준인 0.5% 이하로 줄인다는 목표”라고 밝혔다.
개발 중인 기술은 ‘광기반 다중 어레이 센서 시스템’이다. 연구원에 따르면 건물의 콘크리트 받침대는 물론, 임시 지지대의 상시 감시, 건물의 현재 상태를 측정할 수 있는 기술이다. 이는 콘크리트 양생 시 발생하는 수화열을 측정할 수 있다. 콘크리트 배합 비율, 내부 온도 및 외부 환경을 고려해 콘크리트 양생에 따른 장기강도의 예측이 가능하다.
현재 연구진은 시스템의 건설현장 적용성 평가를 위한 시제품 제작과 테스트베드를 만들어 겨울철 콘크리트 수화열 및 적산온도 모니터링을 수행 중이다. 또한 “미래의 건물 내 강도 예측을 위한 압축강도 실험을 진행 중”이라며 “이를 통해 콘크리트 양생품질 및 장기강도 예측 알고리즘을 추가로 구현해 시스템에 반영할 예정”이라고 밝혔다.
연구진은 콘크리트 단위면적(3m x 3m)당 1mm 크기의 광섬유를 삽입하여 센싱을 통해 건물 균열 등을 감시한다. 콘크리트 내 센서는 반영구적인 사용이 가능하며 31평 기준 아파트의 경우 20여개의 센서가 필요하다. 또한 연구진이 개발한 지능형 건축물 안전 모니터링 시스템은 노트북 크기로 광섬유 센서로부터 모아진 온도, 재료변형률, 진동 측정값 등 데이터를 쉽게 알 수 있다.
연구진은 “이 기술의 핵심은 ‘광섬유기반 센싱기술’”이라고 설명했다. 이를 통해 장기강도 예측은 물론, 균열추이 모니터링, 외부소음측정 등 다양한 응용기술로도 확장이 가능하다고 설명했다. 향후 연구진은 콘크리트 배합비율과 같은 건설 시공사의 맞춤형 수요를 받아 인공지능 딥러닝 기술을 추가 개발해, 기술의 완성도를 높인다는 방침이다. 또 건설 현장에 적용하여 거푸집 제거 시기 예측과 콘크리트 노후화에 따른 콘크리트 열화 및 건축물 수명 예측에도 활용할 계획이다.