Nikkei Construction_2019.1.14 특집 요약 (p44-47)

토목 약진 키워드 50
[유지관리] 커지는 로봇과 AI에 대한 기대

전국에서 인프라의 노후화가 진행되면서 국가나 지자체 관리자는 정기점검에 바쁘다. 점검 결과에 따라 보수도 해야 하지만 예산의 제약도 있어 좀처럼 진행하지 못하는 것이 실정이다. 민간기업이나 대학에서 속속 개발이 진행되는 AI(인공지능)나 로봇 등의 신기술을 사용한 유지관리 방법에 기대가 모이고 있다.

11. 전체 정기점검
두 번째 정기점검을 위한 보수가 과제

도로교와 터널 등에 의무화된 5년에 1번의 정기점검이 한 바퀴를 돌고, 2019년부터 두 번째 정기점검에 들어간다. 앞으로는 점검과 함께 첫 번째 정기점검의 결과에 따라 보수도 추진한다. 지자체는 예산이나 인원을 확보하지 못해 좀처럼 보수에 착수하지 못하고 있는 것이 실정이다.

국토교통성이 실시한 앙케이트 조사에 따르면, 전국의 약 80%의 지자체가 점검 비용이 부담이 된다고 응답했다. 14년에 결정된 도로구조물의 점검 요령에서는 점검원이 모든 구조물에 접근하여 육안으로 확인하는 것이 원칙이다. 관리자는 점검 결과를 바탕으로 보수의 필요성을 4단계로 판정한다. 다리나 터널에 이어 포장이나 토공구조물, 하수도관 등에서도 5년에 1번의 점검이 의무화되었다.

14~17년의 4년 동안에 80%의 다리에서 점검이 완료되었다. 조기에 보수가 필요한 Ⅲ, 통행정지 등 긴급한 대응이 필요한 Ⅳ로 판정된 다리는 전국에서 약 6만개에 달한다. 다음 점검까지 보수하지 않으면 안 되지만 지방자치단체가 관리하는 다리의 경우는 17년 말 시점에서 10% 밖에 착수하지 못했다.

또한, 국토교통성은 건전도가 높은 다리에서도 기능에 지장이 나오기 전에 미리 보수하는 ‘예방 보전’을 추진하도록 하고 있다. 경신을 미룰 수 있기 때문에 장기적인 유지관리 비용의 삭감으로 이어지기 때문이다.

그렇다고는 해도 현재는 Ⅲ과 Ⅳ의 보수로도 벅차다. Ⅱ에 대처할 여유는 거의 없다. 이미 점검이 끝난 다리의 약 절반이 Ⅱ로 판정을 받았지만 그 중 지자체가 예방 보전으로서 보수에 착수한 다리는 1~2%에 그친다.

국토교통성은 보수 비용을 확보하지 못하는 지자체를 지원하기 위해 19년부터 보조 제도를 확충한다. 도로 시설의 대규모 보수∙경신에 대한 보조 적용 요건을 사업비 3억엔 이상에서 1억엔 이상으로 완화한다.

12. 점검 요령의 개정
일부에서 타음 점검을 생략

국토교통성은 첫 번째 정기점검에서 밝혀진 결과를 바탕으로 2019년 3월까지 다리나 터널의 점검 요령을 개정한다. 단, 빈도는 5년에 1회는 유지하고 근접해서 육안으로 모든 구조물을 확인해야 한다는 원칙도 바꾸지 않을 예정이다. 18년 12월 14일에 개정안을 공표하였다.

그래도 일부에서 기준을 완화하여 부담 경감을 도모한다. 예를 들면 지방의 다리의 약 절반을 차지하는 소규모 함암거(Boxculvert)나 철근 콘크리트(RC) 바닥판교, H형 강 거더 교량(Steel Girder Bridge)의 점검에서 주목해야 할 곳을 특정하여 타음 검사 등을 생략할 수 있도록 한다. 또한, 드론 등의 신기술에 의해 근접 육안과 동등한 점검이 가능하다고 수발주간 협의에서 판단한 경우, 근접 육안 대신에 도입할 수 있도록 한다.

아울러 신기술을 이용할 때에 수발주자가 확인해야 할 항목의 가이드라인과 신기술의 성능을 정리한 카탈로그를 정비한다. 카탈로그에 게재하는 기술은 국토교통성이 실증실험에서 정밀도를 확인한 기술이 중심이다. 점검원이 초크로 표시한 손상 부분을 로봇이 기록용으로 촬영하여 점검원의 작업을 경감하는 등의 활용을 전망하고 있다.

로봇으로 촬영한 사진으로 균열을 판단함으로써 점검원이 근접하여 확인할 곳을 추리는 기술도 있지만 국토교통성에서는 실용화가 가능한 정밀도에는 아직 이르지 못했다고 보고 있다.

13. 인프라 점검 로봇
근접 확인 작업의 대체를 기대

다리의 바닥판이나 횡목에 장착하거나 베어링 부근 등의 좁은 곳에 들어가서 균열 등의 손상을 촬영하는 로봇을 대학이나 민간기업이 잇달아 개발하고 있다. 사진을 보고 이상을 판단하여 근접 확인하는 점검을 대체하고, 고소작업차나 발판이 필요한 작업을 생략한다. AI(인공지능)와 조합하여 손상을 자동으로 감지하는 것도 가능하다.

국토교통성도 민간이 개발한 로봇 기술의 실증실험을 더욱 추진한다. 경제산업성과 후쿠시마현이 공동으로 정비를 추진하고 있는 시험장을 활용한다. 2019년에 콘크리트의 균열이나 들뜸을 재현한 다리와 터널을 사용하여 민간에서 공모한 로봇 기술의 성능을 평가한다.

18년 9월, 기후현은 전국에서 가장 먼저 다리의 정기점검에 처음으로 로봇을 이용하였다. 드론 등으로 촬영한 사진으로 사전에 손상도를 작성하여, 도면을 보면서 육안 점검함으로써 작업 일수를 줄였다. 사전에 작성한 손상도는 근접해서 육안으로 확인하여 작성한 도면과 거의 일치하였다. 장기적으로는 근접하여 확인하는 작업을 대신하는 기술로서 활용하는 것을 목표한다.

14. 진단 AI
숙련 기술을 대체

유지관리에 필요한 노동력 부족을 해소하는 비책으로서 AI에 주목이 집중되고 있다. AI에 열화나 손상 등의 점검 데이터를 대량으로 입력시키면 특징을 학습하여 미지의 데이터를 분류할 수 있게 된다.

이러한 심층학습 등의 기술을 활용하여 점검에서 촬영한 이미지를 통해 콘크리트의 균열 위치를 특정하거나 타음 점검 소리를 구분하여 이상을 점검하거나 하는 기술의 실용화가 추진된다.

수토코기술과 산업기술총합연구소 등이 공동으로 개발한 ‘AI 타검 시스템’은 점검원이 망치로 두드린 소리를 해석하여 이상을 판정한다. 수도고속도로의 점검에서 축적한 과거 16년간의 점검 데이터를 AI에게 학습시켰다. 숙련된 점검원에게 의지하지 않고 타음 검사가 가능하다.

국토교통성도 AI를 활용하여 도로교의 점검 작업의 효율화에 착수한다. AI의 학습 베이스가 되는 데이터를 연구기관이나 민간기업에 제공하는 정보기반 ‘AI 개발 지원 플랫폼’을 19년 3월까지 개설한다.

기술자의 올바른 진단 결과를 축적한 ‘교사 데이터’나 로봇으로 촬영한 사진 데이터를 정보 기반으로 정비, 근접 확인을 대신하여 AI로 손상을 판별하는 기술 개발을 지원한다.

15. 비파괴검사
콘크리트 내부를 ‘투시’

인프라 유지관리의 전기가 된 사사코터널의 천정 붕괴 사고가 발생한지 6년. 육안만으로는 알 수 없는 구조물의 열화를 파악하는 다양한 비파괴검사 기술이 점점 확립되고 있다. 개발을 지원하는 내각부의 전략적 이노베이션창조프로그램(SIP)의 1기가 2019년 3월로 끝나기 때문에 각 기술이 총정리 단계에 들어간다.

주목해야 할 동향 중 하나가 콘크리트 내부의 열화를 조사하는 기술의 진보다. 토목연구소 등은 고출력의 X선발생 장치를 사용하여 콘크리트 바닥판을 ‘뢴트겐 촬영’, 틈의 유무나 강재의 파단을 조사하여 바닥판의 잔존 내하력(하중을 받는 능력)을 진단하는 연구를 추진하고 있다. X선을 사용한 점검이나 해석 방법을 도로관리자용 매뉴얼로서 19년 3월까지 정리할 방침이다.

또한 콘크리트 속의 물이나 염분을 측정하는 비파괴검사기술도 실용화에 근접하고 있다. 이화학연구소(RIKEN) 등이 중성자선으로 콘크리트의 투과 이미지를 작성하는 세계 첫 기술을 개발하고 있다. 현재, 자동차에 대한 탑재가 가능한 폭 3m 정도의 크기를 목표하고 있으며 중성자 발생 장치의 소형화를 추진하고 있다.

16. 위성 인프라 감시
우주에서 밀리 단위의 변위 파악

인프라의 모니터링에 위성관측데이터를 활용하는 기술이 실용 단계에 있다. 위성에서 마이크로파를 발사하여 지상에서부터의 반사파를 관측하는 합성개구레이더(SAR)를 사용하여 지상에 발생한 밀리미터 단위의 변동을 파악하는 기술이 등장하고 있다. 지반 침하나 교량 등 대규모 구조물에 발생한 변위를 관측할 수 있다.

위성데이터를 활용하는 최대의 이점은 지상의 상황을 광범위에 걸쳐 한번에 파악할 수 있다는 점에 있다. 홋카이도는 이 강점을 활용하여 광범위하게 분포하는 인프라 관리에 위성 데이터를 활용하는 시도를 시작하고 있다. 도내의 기업이나 지자체, 연구기관 등이 참가하는 협의회에서 검토를 추진, 2020년도의 사업화를 목표한다.

위성을 보유하고 있는 민간기업의 수는 매년 증가하고 있다. 제공하는 서비스도 다양화되기 시작하였다. 재해 발생 후의 피해 상황의 파악 등에서도 위성데이터 활용에 대한 기대가 높아진다.

17. LPWA
저소비 전력으로 인프라 감시

LPWA(Low Power Wide Area, 저전력∙광역무선통신)는 적은 소비전력으로 광범위하게 통신하는 기술이다. 수십 킬로미터의 범위에 정보를 보낼 수 있다. 이 특징을 살려 현지에 가지 않고도 인프라를 관리하는 시도에 기대가 모아지고 있다.

예를 들면 경사나 진동, 변위를 감지하는 센서를 다리에 설치하여 관측데이터를 LPWA로 송신한다. 통신료를 억제할 수 있고 원거리까지 정보를 보낼 수 있기 때문에 중계하는 기지국의 정비가 불필요하고 비용을 삭감할 수 있다.

사면의 감시에도 활용한다. 니시마쓰건설이 개발한 ‘OKIPPA104’는 사면에 설치한 소형 센서 박스가 약간의 기울기 변화 등을 감지하여 정보를 송신하는 시스템이다. 토사 피해가 발생할 위험성을 사전에 감지할 수 있어 둑 보호나 제방 관리에도 도움이 된다.

총무성에 따르면 LPWA 대응기기의 출하 대수는 급속하게 증가하고 있다. 2020년에는 누계 4억대를 초과하며 16년의 10배 이상이 될 전망이다.

18. MR
구조물의 내부를 겹쳐서 표시

현실세계에 가상 이미지를 중복시켜 표시할 수 있는 MR(복합현실). 이는 VR(가상현실)과 AR(증강현실)이 융합한 기술이다.

건설업용 소프트웨어를 개발하는 Informatics(가와사키시)는 안경형 MR단말을 장착하고 구조물을 보면 도면정보가 실물정보와 겹쳐서 보이는 시스템 ‘GyroEye Holo’를 구축하였다. 내부 구조를 파악하면서 효율적으로 인프라를 점검할 수 있다.

동일본고속도로회사는 18년 9월, 삿포로 시내의 다리에서 이 시스템을 활용한 점검자 교육지원 툴을 도입하였다. 사전에 MR단말에 입력한 3차원 도면정보를 다리와 겹쳐서 비춤으로써 철근 등의 위치를 파악한다. 아울러 열화 시스템이나 점검의 착안점과 같은 진단 노하우를 표시하는 것도 검토한다.

또한 건설회사 고노이케구미(鴻池組)는 Informatics의 기술을 터널에서 활용. 어두운 환경에서는 도면을 보면서 점검하는 것이 어려웠지만 MR을 사용하여 지질이나 균열의 정보를 콘크리트에 겹쳐서 비춤으로써 자료를 갖고 있지 않아도 점검할 수 있도록 하였다.

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