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Nikkei X-TECH_2023.8.29

수도관로의 파손 확률을 AI가 진단
마루베니, 센다이시에서 갱신 계획 작성을 지원

종합상사 마루베니는 수도관로의 갱신 계획 작성을 인공지능(AI)으로 지원하는 서비스를 개발, 센다이시가 이를 도입했다. 관로별로 파손 확률을 예측하고, 이를 바탕으로 갱신 우선순위를 정함과 동시에 그에 따라 갱신했을 경우의 효과를 정리한다.

마루베니 그룹이 세계 각지에서 전개하고 있는 수도 사업에서 축적한 운영 지식을 활용해 높은 예측 정밀도를 실현했다. 이 서비스를 축으로, 국내 수도 시장에서의 사업 확대를 목표로 한다.

마루베니의 지원 서비스에서 사용하는 시스템은 마루베니가 19년에 완전 자회사로 만든 포르투갈의 수도회사 AGS가 개발한 ‘infrawise’다. AGS는 포르투갈과 브라질에서의 수도사업 운영 실적과 더불어 수도관 누수 감지 기술 등에 특화된 기업이다.

infrawise에서는 AI가 관로별로 예측한 파손 확률에 근거해 잔존 사용 연수를 추정한다. 그 정보와 함께 중요 거점에 미치는 파손 시의 영향 정도를 고려해 관로별 갱신 우선순위를 설정한다. 갱신 수요 추이와 더불어, 설정한 우선순위에 따라 갱신할 경우 파손 수 감소 등의 갱신 효과를 100년 정도 장기간에 걸쳐 예측할 수 있는 점이 특징이다.

AI에 의한 파손 확률 예측이 다양한 분석의 전제가 된다. 이를 위해 우선 수도관의 위치나 부설 시기, 관의 종류 등의 '관로 정보', 누수가 발생한 곳이나 시기 등의 '관로 파손 이력', 토양 성상이나 지하수량, 교통량 등 파손 발생에 영향을 미치는 '환경 데이터 등'을 수집한다. AGS가 이들 방대한 데이터와 파손의 상관관계를 바탕으로 예측 모델을 구축한다.

파손 확률 예측에 필요한 관로 정보와 관로 파손 이력 데이터는 수도사업체로부터 마루베니가 제공받는다. 두 데이터를 기록한 사업체의 수도시설 대장에 결손이 있더라도, 기록이 남는 다른 데이터에 근거한 AI로 추정하거나 사업체 직원에 대한 공청회 등으로 보완한다. 환경 데이터 등은 마루베니가 국토지리원 등의 오픈 데이터로부터 입수한다.

수도관로의 갱신 계획은 지금까지 수도기술연구센터나 일본수도협회가 정리한 관로 열화 평가의 국내 평균에 근거한 계산식을 이용하면서 열화되기 쉬운 관의 종류나 부설 연도 등을 토대로 베테랑 직원이 작성하는 것이 일반적이었다. 그 때 토양 성상이나 방식(防食) 대책의 유무 등 부설 장소마다 다른 환경 데이터를 정확하게 반영하는 것이 어려웠다.

infrawise를 사용하면 관로마다 다른 환경 데이터를 반영해 최적의 갱신 계획을 만들 수 있다. 예를 들면, 같은 시기에 동일 종류의 관을 대량으로 부설했을 경우에도 관로별로 파손 확률을 높은 정확도로 예측할 수 있다.

infrawise의 파손 확률 예측을 토대로 갱신하면 누수 사고 회피율을 기존 방법의 배 이상으로 높일 수 있을 전망이다. 파손 확률의 높은 예측 정밀도는 마루베니 그룹이 운영하는 사업체의 관로에서 확인해, 실제로 누수가 발생한 관로의 약 80% 이상에서 높은 파손 확률을 나타내는 등 실증을 완료했다.

마루베니 환경인프라 2팀의 나카이(中井) 매니저는 “세계 각지에서 수도사업 운영과 유지관리를 실시하고 있어, 실제 필드가 풍부한 점이 강점이다. 파손 확률의 예측 정밀도 향상을 위해 실증을 반복했다”라고 말한다.

-- 국내 수도의 컨세션 참여를 목표 --
마루베니가 프로포절에서 ‘수도관로 애셋 매니지먼트 검토 업무’의 수탁자로 선정되어 23년 6월에 센다이시와 계약을 체결. 센다이시는 24년 3월 하순까지 수도관로 갱신 계획의 기초가 되는 자료 작성을 지원한다.

갱신 계획의 대상은 약 4,500km로, 시내에 있는 거의 모든 수도관로다. 국내에서도 지금까지 관로 파손 확률을 산출할 때 AI를 이용한 사례는 존재한다. 다만 센다이시 정도로 AI를 활용해 총연장 관로에서 장기간의 갱신 수요와 효과를 정리하는 대응은 예가 없다.

정수장 등을 포함한 센다이시 수도시설 중, 자산 기준으로 약 70%를 차지하는 관로의 대부분은 고도 경제성장기에 정비했기 때문에 향후 한꺼번에 갱신 시기를 맞이하게 된다. 갱신 수요는 증대하고 있는데 재원이 되는 수도요금 수입은 감소하고 있어 갱신할 관로의 우선순위를 설정하는 등의 효율화가 매우 중요한 과제가 되고 있었다.

센다이시 수도국 자산관리실의 마키노(牧野) 기사는 “프로포절에서는 장기적인 시점에서 분석할 수 있는 점을 평가했다”라고 말한다. 장기간의 갱신 수요와 효과를 예측한 정보는 요금 설정 외에 사업기반 강화를 위한 관민 제휴 등을 논의하는데도 전제가 된다고 한다.

현재 국내에서는 수도시설이 노후화되고 있지만 재정난과 인력난 등으로 갱신이 따라가지 못하고 있다. 각 사업체는 신기술이나 관민 연계 도입 등에 기대를 걸고 있다.

마루베니 환경인프라 제2팀의 고지마(小嶋) 팀장 보좌는 “infrawise에 의한 갱신 계획 작성 지원을 다른 사업체로 전개해 나간다. 실적을 쌓아 국내에서의 수도 컨세션(공공시설 등 운영권) 사업에 참가하는 것도 목표하고 있다”라고 말한다.

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