건축/환경에너지

Nikkei Construction_2019.8.26 특집 요약 (p32-39)

로봇 규제 해금, 인프라 점검이 변한다

Part 1. 각지에서 진행되는 실증시험
신기술은 여기에까지 사용할 수 있다

정기점검요령의 개정으로 근접 육안 점검을 대신할 기술 활용이 인정을 받게 되었다. 점검의 효율화를 위해 로봇을 사용한 산학관의 실증시험 등이 각지에서 진행되고 있다. 효과가 확인되는 한편으로 취득한 방대한 데이터의 처리 등 과제도 분명해졌다.

“폭 0.3mm 정도의 균열이라면 충분히 파악할 수 있었다. 스크리닝(점검할 곳을 추출)에 문제없이 사용할 수 있다”. 드론이나 원격 조작 카메라와 같은 로봇 기술을 인프라 점검에 활용하는 것에 대해, 기후대학의 로쿠고(六郷) 교수는 이렇게 평가한다.

전국에서 처음으로 정기 점검에 로봇 기술을 본격 활용한 기후현 가카미가하라시(市)의 가카미하라대교. 내각부가 추진하는 SIP(전략적 이노베이션 창조 프로그램)의 실장 프로젝트로서 로쿠고 교수가 연구책임자를 맡았다.

국토교통성이 2019년 2월에 도로교나 터널의 정기점검요령을 개정하면서 근접 육안 점검 대신에 로봇을 사용하는 점검이 인정을 받게 되었다. 그러나 가카미하라대교에서 정기 점검을 실시한 18년은 개정 전이었다. 당시는 기본적으로 모든 부재를 근접 육안 점검하도록 정해져 있었다.

그래서 가카미하라대교에서는 기존대로 모든 곳을 근접 육안 점검을 하지만, 전(前) 단계에서 로봇을 사용해 이상 정보를 취득하도록 했다. 작업을 두 번 하게 됐지만 사전 조사에서 손상 상황을 파악해 두면, 근접 육안 점검 때는 그것을 확인하기만 하면 된다.

교량 점검차를 사용해 가카미하라대교 전체를 근접 육안 점검할 경우, 기존 방식이라면 10일이 필요하지만 사전 조사를 해 두면 4일로 줄일 수 있다. 하루 약 100만엔이 드는 대형 교량 점검차 대여료를 줄일 수 있다는 이점은 크다.

-- 2단계로 나눠서 업무를 발주 --
다리를 관리하는 가카미가하라시는 로봇을 사용한 사전 조사를 기후대학에, 그 후의 근접 육안 점검을 유니온(기후시)에 발주했다.

이미지 해석으로 균열을 자동 추출하는 기술도 있지만 정밀도가 충분하지 못하기 때문에 로봇으로 촬영한 사진을 기술자가 보고 판단하도록 했다. 균열의 추출 등 로봇에 의한 점검 결과의 정리 작업은 기후대학이 다이니치컨설턴트나 데이코쿠 등 기후현 내의 건설컨설턴트 회사 4사에 위탁했다.

로봇의 성능을 평가하기 위해 각종 로봇을 특성에 따라 구분해 사용했다. 사용한 것은 비행해서 사진을 촬영하는 드론 2기종, 팔을 뻗어서 원격으로 촬영하는 로봇 카메라 2기종, 타음 점검 비행 로봇 2기종의 총 6기종이다. 현장에서의 로봇 조작 등은 각각의 개발 회사가 담당. 데이터를 정리하는 건설컨설턴트 회사에 촬영 데이터를 넘겼다.

로봇에 의한 조사는 다리에서 3~4m 정도 떨어져 비행하며 전체를 단시간에 촬영하는 ‘광역조사’와, 접근해 자세하게 촬영하는 ‘협역조사’의 2가지 방법으로 실시했다. 광역조사에서 촬영한 이미지는 협역조사보다 엉성하다. 그래도 0.3mm 정도의 균열은 문제 없이 검출할 수 있었다.

“드론의 특징은 빨리 촬영할 수 있다는 점이다. 드론으로 전체를 촬영해 나쁜 곳을 추출하고, 로봇 카메라로 정밀 조사하는 것처럼 구분해 사용하면 점검 효율은 대폭 올라간다”(유니온 설계부 미조베(溝部) 과장).

로봇에 의한 조사와 근접 육안 점검의 결과를 비교하면, 콘크리트의 이음매나 거미집을 균열로 착각하는 실수는 있었다. 그러나 건전도 판정에 문제가 발생할 정도의 차이는 없었다고 한다.

점검에 관여한 기술자들은 사진의 해상도는 충분히 높다고 말한다. 작은 부분까지 정교하게 보이기 때문에 오히려 균열 추출에 시간이 걸렸다고 한다. 근접 육안 점검에서는 무시하는 레벨까지 보이기 때문에 자신도 모르게 추출하게 된다고 한다.

-- 방대한 이미지데이터를 어떻게 처리할 것인가? --
하드 면의 기술은 이미 높은 수준에 있다. 로봇 기술을 정말 사용할 수 있을지 여부는 촬영해 온 이미지 데이터를 처리하는 소프트가 열쇠를 쥐고 있다고 볼 수 있다.

로봇으로 촬영한 방대한 사진에 위치 정보가 없으면 어느 부분의 균열인지 알 수 없다. 몇 천 장이나 되는 사진을 간단히 처리할 수 있는 기능이 없으면 좀처럼 사용할 수 없다.

가카미하라대교에서는 다리의 3차원 모델 위에서 이상이 있는 곳을 표시하고, 그곳의 상세 정보를 같이 연결시키는 소프트가 높은 평가를 받았다. 후지쓰가 개발한 소프트다. 후지쓰의 드론으로 점검한 구간의 이상 정보를 정리했다. “3차원으로 보면, 구조적인 약점이 있는 곳인지 여부를 직감적으로 알기 쉽다”(데이코쿠 컨설턴트 후루사와(古澤) 차장)

가카미하라시 도시건설부의 나카무라(中村) 차장은 “근접 육안 점검보다 로봇 점검이 뛰어난 점도 알았다”라고 말한다. 그것은 상세한 촬영 데이터가 남기 때문에 필요에 따라서 나중에 재검토할 수 있다는 점이다. 근접 육안 점검에서는 점검 기술자가 그 자리에서 누락해 버리면 나중에 기록이 남지 않는다.

이러한 이점을 살려 균열 추출 작업을 합리화한 것이 에시마대교(돗토리현 사카이미나토시)다. 가카미하라대교와 같은 SIP의 실장 프로젝트로서, 돗토리대학이 중심이 돼서 18년에 로봇을 활용한 실증실험을 실시했다.

에시마대교에서는 점검 대상을 블록으로 나눠, 각각의 블록에서 가장 손상이 심한 곳만 균열을 추출했다. 건전도는 기본적으로 가장 나쁜 곳의 상태로 판단하기 때문에 미세한 손상 등을 생략해도 문제는 없다. 손상도를 그리지 않아도 그 기본이 되는 데이터는 남겨 둔다.

-- 돗토리현은 적산(積算) 기준을 작성 --
균열 추출에 드는 수고를 줄였다. 실증시험 전체를 매니지먼트한 계측리서치컨설턴트(히로시마시)가 개발한 기술을 이용했다.

디스플레이에 표시한 촬영 이미지를 보면서 터치펜으로 균열이 있는 곳을 찾아가듯이 그린다. 그것을 연결한 폭 1cm의 띠로 범위를 지정하고, 그 속에 포함되는 균열이 자동 검출된다. 이미지 전체를 해석하면 오검출이 많기 때문에 사람의 손으로 범위를 지정해 정밀도를 높였다.

앞으로 실증시험을 벗어나 실제 점검 업무에서 로봇을 활용하기 위해서는 기존의 방식과 비교한 이점을 명확하게 해야 한다. 돗토리현은 실증시험에서 얻은 데이터를 바탕으로 로봇의 타입 별 적용 범위나 적산 기준을 작성했다.

어느 다리에서 시산해 본 결과, 근접 육안 점검을 하면 3억엔이 들지만 로봇을 활용하면 7,800만엔이면 되는 케이스가 있다는 것을 알았다. 그러나 근접 육안 점검의 경우는 필요에 따라서 타음 검사를 하거나, 경우에 따라서는 손상된 곳을 두들겨서 떨어뜨릴 수 있기 때문에 단순하게는 비교할 수 없다. 그래도 전체 금액의 기준이 표시됨으로써, 발주자가 로봇 점검을 쉽게 채용할 수 있게 된다.

Part 2. 지방자치단체의 도전
직원이 직접 드론으로 점검

지바현 기미쓰시(君津市)는 2019년도 정기 점검부터 근접 육안 점검 대신에 드론을 활용한다. 직원이 드론을 잘 사용한다면 비용을 5년동안 5,000만엔 가깝게 줄일 수 있다. 촬영한 동영상을 많은 사람이 체크함으로써 누락도 방지할 수 있다.

많은 노후 인프라를 안고 있는 지방자치단체에게 정기 점검은 부담이 된다. 점검 비용이 증가하면 정작 중요한 수리 비용은 부족하게 된다. 다리 점검 비용을 줄이기 위해 직원이 직접 드론을 조작해 직영으로 점검하는 계획을 세우고 있는 곳이 지바현 기미쓰시다.

외주 비용을 줄이기 위해 직영 점검을 채용하는 지자체는 많다. 그러나 직원이 점검할 수 있는 대상은 교량 점검차 등을 사용하지 않아도 되는 작은 다리에 국한된다. 기미쓰시는 규모가 큰 다리라도 드론을 사용하면 직원이 점검할 수 있다고 판단. 19년부터 기미쓰시가 관리하는 227개 다리 중 100개 다리 정도를 직원이 점검하기 시작했다.

계기는 17년에 민간 드론 비행장이 시내에 건설된 것이다. 유지 관리나 방재 등에 드론을 이용하기 위해, 그 민간 비행장에서 개최되는 4일간의 연수에 건설, 소방, 홍보 각각의 부문에서 직원 3명이 참가. 민간 드론 조종 자격을 취득했다.

-- 삭감한 점검 비용을 보수 비용에 --
건설 부문에서 참가한 도로정비과의 고메이지(古明地) 씨는 콘크리트 진단사 자격을 보유한 기술자다. 고메이지 씨는 연수 참가 후에 “직접 드론을 조작하면 많은 다리를 직영으로 검사할 수 있다”라고 제안했다. 기미쓰시는 이 제안을 받아들여, 18년에 드론 테스트 비행을 실시. 충분히 활용할 수 있을 것으로 보고 19년부터 정기 점검에 도입하기로 했다.

직영 점검에 주력하는 배경에는 기미쓰시의 어려운 행정 사정이 있다. 기미쓰시는 13년에 책정한 교량장기수명화수선계획에 근거해, 제1기(14~18년) 5년간 70개 다리를 보수할 예정이었다. 그러나 예상 이상으로 비용이 든 다리가 있어 예정이 크게 지연되었다. 18년까지 계획의 23%에 해당하는 16개 다리밖에 보수하지 못했다.

또한 보수가 필요한 다리가 증가했다. 1기(14~18년) 정기 점검에서, 조기에 보수 등이 필요한 ‘Ⅲ’단계로 판정된 다리는 38개. 전 교량에서 차지하는 비율은 전국 평균의 10%를 크게 웃도는 17%다. 점점 보수가 따라가지 못할 우려가 있다.

기미쓰시 도로정비과의 사이토(斎藤) 과장은 “점검 비용을 줄이는 만큼 보수 비용으로 사용할 수 있다”라고 말한다. 기미쓰시에서는 다리의 1기 점검을 모두 민간 건설컨설턴트 회사 등에 위탁했었다. 외주 비용은 5년에 1억 3,000만엔. 2기에는 드론을 사용해 직영 점검한다면 4,000만~5,000만엔을 줄일 수 있을 것으로 전망한다.

사용하는 드론은 가로세로 30cm 정도의 소형 기종이다. 인프라 점검용으로 개발된 기종이 아니지만 지금까지의 시행 결과 점검에 충분히 사용할 수 있다고 판단했다. 탑재하고 있는 충돌 방지 센서를 활용하면 촬영 대상에 부딪히지 않고 일정 거리를 유지하며 안정적으로 비행할 수 있다.

-- 드론 촬영 시간은 15분 --
19년 7월 하순, 드론 조작 연습을 겸해 길이 26m의 ‘다카마바시(高間橋)’에서 점검을 실시했다. 민간에 외주를 준 15년 점검에서는 다리 위에서 차선을 규제해 교량 점검차를 사용하고 있었다.

이번 점검에서는 가까이 갈 수 있는 곳은 육안으로 점검하고 그 이외는 드론을 활용했다. 손상이 적었기 때문에 드론의 동영상 촬영이 15분, 근접 육안이 15분으로 총 30분이면 된다. 동영상 해상도는 1920ⅹ1080픽셀, 파일 크기는 1.5GB다.

이것으로 진단에 필요한 정보를 취득할 수 있었다. 취득 데이터를 바탕으로 직원이 진단해 점검 조서를 작성한다.

기미쓰시는 직영 점검이 점검의 질을 높인다고 본다. “드론으로 동영상을 촬영하면 나중에 많은 사람들이 확인할 수 있다. 이상이 있는 곳을 누락하는 일이 줄어들 것이다”라고 기대한다.

 -- 끝 --