건축/환경에너지

Nikkei Construction_2017.2.13 특집요약(p44-71)

2017년의 토목 키워드 20
대규모 프로젝트와 기술 개발의 주목동향

올해 토목업계의 주요 체크 키워드. 이번 특집은 대규모 프로젝트와 기술 트랜드에 관한 20개 항목이다. 2020년의 도쿄올림픽을 눈앞에 두고, 임해부의 관련 인프라 개발은 도지사 교체에 따라 크게 흔들린다. 그런 한편, 도쿄외곽순환도로와 리니어중앙신칸센이라고 하는 신설 안건을 시작으로, 인프라의 대규모 갱신∙수리를 포함한, 대형 프로젝트가 차례차례 구체적으로 움직임을 보이기 시작하고 있다. 이러한 프로젝트 동향을 시야에 넣은 기술 개발도 활발하다. 생산성 향상과 효율화라고 하는 시대의 요구를 주시한 기술에도 주목이 모인다.

「프로젝트편」

●도쿄올림픽
「고이케(도쿄도지사)체제」에서 시설정비를 추진

●도호쿠(東北) 부흥
주목되는 곳은 상부공 발주와 후쿠시마의 도로사업

●도쿄외곽순환도로(東京外郭還状道路)
도내구간이 봄까지 쉴드(Shield) 발진

●요코하마 순환선
제 1탄 기타선(北線)이 3월 개통

●대규모 갱신∙수리
제안모집의 규제를 최소한으로

●리니어 중앙신칸센(リニア中央新幹線)
모든 선의 개통을 8년 단축

●홋카이도∙호쿠리쿠신칸센(北陸新幹線)
홋카이도 북측, 착공 구간 연장

●도쿄철도망
「포스트 18호 답신」이 보여주는 미래도

●오사카철도망
간사이공항으로의 접근성 강화

●LRT∙BRT
우츠노미야 LRT는 곧 착공하는가


「기술편」

●인공지능
토목과 친화성이 높은「화상인식」에 주목
미국 구글이 개발한「알파고」가 바둑의 세계 최고 기사를 이기는 등, 2016년은 인공지능(AI) 붐에 불이 붙은 한 해였다. 2017년은 건설업계에서도, 인공지능이 기술 개발의 주요 테마가 될 전망이다. 사회에 전례 없는 붐을 일으킨 계기가 된 것은, 컴퓨터에게 사람처럼 학습 능력을 가지게 하는 기계학습의 일종,「딥 러닝(심층학습)」이라 부르는 인공지능 기술이다. 뇌의 신경회로를 본 뜬 정보처리 시스템인 뉴럴 네트워크를 층층으로 구축하고, 대량의 데이터를 학습시킨다. 그러면, 시스템이 스스로 데이터의 특징을 학습하고, 미지의 데이터를 인식∙분류 할 수 있도록 된다.

IT 대기업에서 대학의 벤처기업까지, 인공지능 비즈니스에 진출하는 기업은 샐 수 없이 많다. 2016년 4월에는 이화학연구소 내에 나라의 인공지능 연구의 거점이 되는「혁신지능통합연구센터(AIP)」가 설립되었다. 국토교통부도, 건설현장의 생산성 향상에 인공지능이 도움이 되지는 않을까 라며 기대를 보낸다. 

성격이 급한 기업은, 이미 인공지능의 활용을 모색하기 시작하고 있다. 예를 들어, 시미즈건설(Shimizu)이 시도하는 것은, 쉴드기의 자동운전이다. 숙련 오퍼레이터가 어떠한 데이터를 바탕으로 머신을 움직이고 있는지, 컴퓨터에게 학습시킨다. 이 회사의 가네마루 기술개발부장은 “발진∙도달 시에는 어렵지만, 그 이상의 조작은 반자동화 할 수 있는 것은 아닌지.” 라며 기대를 보낸다.

-- 지질의 평가와 손상의 판정에도 --
-- 기술자의 일자리를 뺏는다? --

●인프라 로봇
사람의「눈」과「팔」을 대체
국토교통성과 경제산업성이 2013년도부터 추진해 온 인프라 로봇의 개발사업. 2016년도는 전국 각지에서 합계 70건의 기술을 현장에서 검증했다. 좋은 평가를 받은 기술은, 2017년도 이후에 현장으로의 본격적인 도입을 추진해나간다. 이 사업은 인프라의 유지관리와 재해조사에 특화된 로봇 개발에 중점을 둔다. 예를 들어, 교량에 매달려 이동하면서 세부를 촬영할 수 있는 로봇 등, 사람의 근접시야를 대체할 수 있는 기술이 주목 받고 있다.

한편, 시공의 효율화를 목적으로 하는 로봇의 개발도 추진하고 있다. 2017년 내에 본격적인 현장 도입이 예상되는 기술 중 한 가지가, 시미즈건설 등이 개발한「배근 어시스트 로봇」이다. 사람이 작은 힘을 가하는 것 만으로, 최대 250kg의 철근을 한번에 들어 옮길 수 있다. 작업에 필요한 인원 등, 한 사람 한 사람의 부하를 줄이는 것이 가능하다.

-- 드론은「조종자 불필요」로? --

●AR∙VR
품질향상과 교육에 활용
ICT(정보통신기술)의 활용 메뉴 중에서, 최근 확산되고 있는 것이 AR(증강현실)과 VR(가상현실)을 시공 품질의 향상 등에 도움이 되게 하는 시도이다. 대형 건설 회사에서 지역의 중소 건설 회사까지, 다양한 도입 사례가 나오고 있다.

-- 용도의 시야는 향후 더욱 확대 --

●정보화 시공
토목공사 이외의 분야로도 확대
품질 향상과 공기 단축 등의 효과를 보여주면서, 좀처럼 보급되지 않았던 정보화 시공이, 지금에 와서 확산되고 있다. 국토교통성이「i-Construction」의 중심으로, 직할 공사를 대상으로 ICT(정보통신기술)토공의 보급을 추진하고 있기 때문이다. 대상 공사는 2016년도 만으로 1,080건 이상이다. 같은 해 11월 18일 시점으로, 372건의 현장이 ICT토공을 시도하고 있다. 걸림돌이었던 도입비용을 지원하는 등, 공사성적 평가에서 가점한다고 하는 메리트도 부합되어 건수가 증가했다. 시공자의 대다수는 지역의 건설회사이다. 전체의 80%이상을 차지한다.

국토교통성은 2017년도 이후, 지자체가 발주한 공사에서도 ICT토공을 채용하도록 후원할 생각이다.「i-Construction 보급 가속 사업」을 과제로, 2017년도 예산에 3,800만엔을 상정했다. 공사를 수주한 중소건설회사에 대해서 기재를 대여하거나, 시공계획의 안건을 지원하거나 할 예정이다. 그밖에, 토공사 이외의 작업 항목에도 ICT의 활용을 확산한다. 포장과 준설 등, 활용 가치가 있는 분야는 많을 것이다.

-- 기초공사 등으로도 확산 --

●터널 고속 굴진
악조건에서도 공기 엄수
리니어 중앙 신칸센과 도쿄외곽순환도로 도내 구간의 공사가 본격화되고 있고, 터널과, 고투수성 지반에서 지중확폭 공법의 수요가 증가하고 있다. 이러한 악조건에서도 공기를 지키기 위해, 터널 고속 굴진의 기술 개발과 실용화가 잇따르고 있다. 산악터널에 적용하는 NATM으로 주목 받는 것은, 터널 작업 현장의 장약공(裝藥孔)을 높은 정확도로 삭공(削孔)하는 기술이다.

예를 들어, 마에다건설공업(Maeda)은 이와테현(岩手県) 내에 있는 산리쿠연안도로(三陸沿岸道路)의 신쿠와다이(新鍬台)터널에, 스웨덴의 전자동 제어 드릴 점보를 일본에서 처음으로 도입했다. 설계 데이터를 토대로 자동적으로 삭공한다. 발파 후의 터널 단면을 3차원 스캐너로 계측하고, 다음의 삭공에 반영한다. 여굴(余掘)을 최소한으로 억누른 결과, 굴삭토사량은 기존보다도 10% 정도 감소했다. 파내는 시간을 단축했다.

-- 외경을 10cm 줄여서 탈출 --

●효율화
프리패브(선조립) 철근과 PCa의 채용 확산
ICT(정보통신기술)을 활용한 생산성 향상의 시도가 주목을 모으고 있고, 기존의 기술에서도 코후를 효율화를 추진하는 움직임이 활발해지고 있다. 예를 들어 콘크리트 공사에서는, 가능한 한 공장제품을 사용하도록 하여 현장을 효율화하고 있다. 철근을 프리패브화 하는 것도 일례이다. 현장에서 철근을 조립하거나 용접하거나 하기 위해서는 많은 시간이 걸린다. 또한, 철근공의 확보가 어려운 것도 있다. 공장에서 조립한 철근을 사용하면, 현장에서는 설치하기만 하면 되기 때문에, 효율화와 함께 공정의 단축으로도 이어진다.

용접의 자동화가 어려운 비스듬히 교차하는 철근에서도, 최근에는 프리패브화가 가능해졌다. 후지사키상회(Fujisaki)가 개발한「FK메쉬패널공법」은, 프리패브화 한 교차철근 패널을 사용하고 연속 철근 콘크리트 포장의 공정을 단축하는 기술이다. 마에다도로(Maedaroad)가 시마네현의 미스미도로의 포장공사에서 채용했다. 기존의 방법이라면 철근공 10명으로 26일을 필요로 하는 것을, 이 현장에서는 크레인을 다루는 기술자만으로, 절반 이하의 인원으로 14일 정도로 끝낼 수 있었다.

프리캐스트 콘크리트(PCa)의 이용도 효율화에 주효하지만, 자재를 크게 하면 현장으로의 반입과 설치가 어려워진다. 그래서, 콘크리트 자재의 외측만을 프리캐스트화하여 틀로 사용하고, 현장에서 콘크리트를 공동충진하는 하프 프리캐스트가 주목 받고 있다. 내부가 공동으로 되어 있는 만큼, 중량이 가벼워지기 때문에, 큰 자재라도 크레인으로 끌어 올리는 것이 가능하다. 시미즈건설은 도쿄외곽순환도로 치바구간의「오와다공사」에서, 대형 함 암거(Box culvert)의 측벽에 하프 프리캐스트를 채용했다. 벽 두께가 2m를 넘기 때문에, 통상의 프리캐스트는 너무 무거워서 크레인으로 들 수 없기 때문이다.

높은 정확도의 전단 보강근을 내부에 조립하는 것이 어려워서, 이 회사에서는 철근 대신에 강판을 사용한다. PBL(구멍 빈 곳 강판 지벨, 孔あき鋼板ジベル)로, 프리캐스트 패널과 현장치기 콘크리트(cast-in-place concrete)를 일체화했다. 현장치기와 비교해, 시공기간을 4분의 3으로 단축할 수 있었다. 가설계획의 고안으로도 현장작업을 효율화 할 수 있다. 예를 들어 지하 공사를 할 때, 대들보와 말뚝이 교차하고 있으면 중기 등이 자유로이 움직일 수 없기 때문에 작업에 지장이 생긴다.

국도 357호 도쿄 만 터널의 육상부의 개삭 공사를 담당한 오오바야시구미(Obayashi)∙카시마JV는, 각형강관의 대들보를 사용하여 폭 13m의 무주공간을 확보했다. 중간이 방해가 되지 않도록 하여 굴삭의 작업효율을 높였다. 채용한 것은, 이 현장에서 가설공사를 담당하는 제스코(Jesco)가 개발한「Eco 램 공법」이다. 대규모의 토목공사에서 사용한 것은, 이번이 처음이다.

-- 보수∙보강 공사에서도 시공성 향상 --

●차세대 센싱
스마트폰의 센서에도 이용
인프라의 점검∙진단에 대한 수요의 상승을 보고, 기존 기술의 약점을 극복한 차세대 센싱의 기술이 차례차례 등장하고 있다. 예를 들어, 비파괴검사. 이화학연구소와 토목연구소가 공동으로 개발한 것은, 중성자로 콘크리트의 바닥 등을 투시하여 노화상황을 파악하는 기술이다. 중성자원과 검사대상물의 사이에 중성자의 검출기를 설치한다. 중성자를 입사하고 대상물로부터 반사되어 나온 중성자의 시간과 양의 변화를 계측하고, 공극(空隙)과 물 등의 존재를 조사한다.

콘크리트 표면에서 10cm의 깊이라면, 두께 5mm정도의 이상(異狀)을 검출한다. 기존에는 뢴트겐 촬영과 같이 대상물을 중성자원과 검출기를 사이에 끼울 필요가 있었다. 새로운 기술로 적용범위의 확대가 기대된다. 마에다건설공업과 탑콘(Topcon)이 공동으로 개발한「콘크리트 노화 진단 시스템」은, 근적외선으로 표면의 염분의 양을 파악한다. 교량과 바닥 등의 광범위한 콘크리트 중, 염분의 양이 많은 부분과 적은 부분을 색으로 구분하여 표시할 수 있기 때문에, 염해로 인한 노화를 중점적으로 조사해야 하는 장소를 좁힐 수 있다. 기존에는 구멍을 뚫고 시료를 채취하는 것이 일반적이었다.

-- 달리면서 3cm이상의 깊은 공동을 검출 --

●레이저 측량
수중의 지형도 측량
지형과 구조물의 점군 데이터(點群,Point Cloud)를 취득할 수 있는 3차원 레이저 스캐너가 주목을 모으고 있다. 국토교통성은 2016년 3월에, 토공업 용의 완성형 관리 요령과 감독∙검사 요령을 작성했다. 보급에 탄력이 붙었다. 
기존보다 큰 폭으로 소형화 한 항공 레이저 스캐너를 드론에 탑재하고, 지형을 조사하는 움직임도 활발하다. 같은 해 4월의 구마모토 지진에서 발생한 사면붕괴의 조사에서도 활약했다.

2017년 이후에, 국가 직할의 하천 관리의 현장에서 활용을 위한 움직임이 본격화될 것 같은 것이 ALB(Airborne Laser Bathymetry, 항공 레이저 측심기)라고 부르는 기술이다. 항공기에 탑재한 특수한 레이저 스캐너를 활용하는 것으로, 수심 약 10m까지의 강바닥 지형을 상공에서 연속으로 계측할 수 있다. 강바닥 지형을 계측하기 위해서는 음향 측심기를 부착한 측량선을 활용하는 것이 일반적이지만, 물이 얕은 곳에 진입하는 것이 어렵고, 계측에 비용과 시간이 소요된다. ALB라면 안전하고 저비용으로 수중의 3차원 좌표를 얻을 수 있다.

-- 수중을 투과하는 그린 레이저 --

●빅 데이터
유지관리에 활용하려는 움직임
국토교통성은 2016년 4월, 빅데이터의 활용을 도로의 교통안전대책에 도입하기 시작했다. 급 브레이크와 과속이 빈발하고 있는 지점을 데이터로 파악하고, 중점적으로 대책을 강구해나간다. 이러한 활용의 흐름은, 앞으로 더욱 확산될 전망이다. 예를 들어 유지관리의 분야이다. 국토교통성은 2016년 9월,「포장점검요령(안)」을 새로이 발표했다. 현상에서 도로관리자의 눈이 닿지 않는 생활도로 등의 포장에 대해서도, 정기적으로 점검을 요구하는 내용이다. 점검작업의 효율화 대책의 한 가지로서, 빅데이터의 활용에 주목이 모이고 있다.

이러한 수요를 예측하고, IT계통의 기업에서는 요소기술의 개발에 박차를 가하고 있다. 후지츠교통∙도로데이터서비스(FTRD)는 스마트폰의 GPS와 가속도 센서를 사용하고, 도로의 요철의 계측기술을 개발했다. 2013년부터 지자체에서의 활용 용도로「도로 패트롤 지원 서비스」를 전개 중이다.

-- 주행차량에서 지하공동도 계측 --

●저 탄소사회
프레시 콘크리트(Fresh concrete)와 목재를 활용
지구온난화의 방지를 위해, 이산화탄소의 배출을 억제하고, 저탄소사회를 실현하려는 추세가 강해지고 있다. 이에 맞추어 기술이 차례차례 실용화 되고 있다. 건설산업에서 많이 이용하는 시멘트는, 제조 시에 대량의 이산화탄소를 배출한다. 시멘트양의 삭감을 목표로, 기존부터 시멘트를 플라이 애시(Fly ash)와 고로슬래그 미분말이라고 하는 산업부산물로 교체한 콘크리트의 개발이 추진되어 왔다.

예를 들어, 이것들을 주원료로 하고, 시멘트를 사용하지 않는「지오폴리머콘크리트」는, 이산화탄소 발생량을 보통 콘크리트와 비교해 80% 삭감할 수 있고, 내산성과 내열성에도 뛰어나다. 반면, 굳기 시작하기 까지 시간이 짧고, 고온에서 양생(養生)할 필요가 있다고 하는 이유에서, 공장에서 제조하는 프리캐스트 제품 등에 용도가 한정되어 있었다.

그 지오폴리머 콘크리트를 현장에서 반죽하여 타설하는 공법을, 니시마츠건설(Nishimatsu)과 오오바야시구미, 오사카가스(Osakagas)의 3개사가 2016년 7월에 개발했다. 일본에서 처음으로 시공했다. 재료를 고체화시키는 특수한「지오폴리머 용액」의 개발과, 상온에서 양생하여도 강도가 발현되는 배합의 연구 등으로 인해 실현했다.

-- 프레시 콘크리트을 재이용하여 센트럴 믹스트 콘크리트(Central mixed concrete)로 --

      -- 끝 --