도심지 하수관로의 노후화로 인한 관로 배면의 공동(Void) 발생은 통수능 저하뿐만 아니라 도로 함몰의 주요 원인이 되고 있으나, 기존의 하수관로 CCTV 내부 조사만으로는 관로 외부의 병해를 종합적으로 진단하기 어렵다. 본 연구는 FWD (Falling Weight Deflectometer) 시험을 활용하여 하수관로 배면의 공동 발생 가능성을 정량적으로 평가하는 방법론을 제시하고 그 활용 가능성을 검증하였다. 분석 결과로서 LLI (Lower Layer index) 값이 FHWA 벤치마크 기준인 ‘심각’(80 μm 이상) 등급으로 판독된 10개 지점 중 8개 지점(탐측 확률 80%)에서 연결관 접합부 주변의 공동 발견 또는 뒷채움재의 관로 내 유입 증거를 확보하였다. 이는 FWD의 LLI 지수가 하수관로 배면의 공동 발생 가능성을 예측하는 정량적 도구로 높은 활용성을 가짐을 입증한다. 또한 본 연구에서는 도로 포장 전반의 건전도와 하수관로 배면의 심각도를 각각 구분하는 4등급 분류 체계를 제안하여, 공동 발생 초기 단계부터 결함이 도로 포장층 전체로 전이되어 구조적 안정성을 심각하게 저해하는 단계까지의 진행 정도를 구체적으로 파악할 수 있도록 하였다. 결론적으로 FWD 시험은 하수관로 결함으로 인한 공동 발생 및 손상 정도를 파악하고, 도로 함몰 발생 이전에 예방적 관로 정비를 위한 정량적 판단 근거를 제시하는 데 효과적이다.

상수관로의 노후화는 수질 안전성 저하와 수자원 손실, 유지보수 비용 증가 등의 문제를 야기하며, 이에 따라 지중 매설관의 상태를 신속하고 정확하게 진단할 수 있는 기술의 중요성이 커지고 있다. 특히 내시경 영상을 활용한 관로 점검은 가장 보편적인 방식으로 자리 잡았으나, 판독자의 숙련도에 따라 해석 편차가 발생하고, 대량 데이터의 신속한 처리에는 한계가 있다. 이러한 배경에서 본 연구는 관종⋅관경⋅용도 등 상수관 메타데이터를 모델에 통합하고, 관로 내 결함의 존재 여부와 유형, 크기를 동시에 예측할 수 있는 다중과제 학습(Multi-task Learning) 기반 인공지능 모델을 제안한다. 제안한 모델은 두 개의 예측 헤드를 통해 결함 판별과 정량적 분류를 병행하도록 설계되었으며, SHAP 기반 분석을 통해 모델의 판단 근거가 상수관로의 실제 결함 특성과 일치함을 확인하였다. 이러한 접근은 수작업 판독의 부담을 경감하고, 관로 상태 기록의 표준화 및 정량화를 통해 예방 중심의 유지관리 전략 수립을 효과적으로 지원할 수 있다.

광역상수도 시설의 노후화가 가속화됨에 따라 체계적인 관로 상태평가와 개량의사결정이 중요한 과제로 대두되고 있다. 이러한 상수도 관로의 개량의사결정 과정에서 정확한 조사와 진단이 수행되지 않는 경우, 관로의 실제 상태를 정확히 반영하지 못해 과도한 개량이 계획되거나, 또는 충분한 안전성 확보가 이루어지지 못하는 등 문제가 발생할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 G 광역상수도와, S 광역상수도 2개 구간에 대하여 직접조사를 통해 기존 개량계획의 적정성을 평가하고, 정확한 진단을 바탕으로 한 과학적 의사결정을 통해 물공급 안전성 확보와 유지관리 방안을 제시하였다. 직접조사 결과 G 광역상수도 사례에서는 전체적 도장재 손상으로 인해 기능이 저하되어 비구조적 갱생공법 등을 적용, 복원이 필요한 것으로 나타났으며, S 광역상수도의 경우 관로 내면에 전체적으로 분포한 수포 후면에 물이 침투, 부식차단 능력 상실로 기존 계획된 관세척에서 갱생을 통한 기능복원이 필요한 것으로 나타났다. 이처럼 관로 직접조사에 기반한 진단은 맞춤형 개량방안 수립으로 관로의 기능복원과 용수공급 안전성 확보에 기여할 수 있음을 확인할 수 있었다.

지하 매설 수도관은 연약지반의 지반침하, 도심지의 부등침하, 싱크홀 등에 의한 허용한계를 초과하는 지반영구변형에 의해 손상이 발생할 수 있다. 지반변형으로부터 수도관을 보호하기 위한 관이음의 사용으로 수도시설의 안전성 확보가 요구된다. 따라서 매립 수도관의 과도 지반변형에 대한 안전성 평가를 위하여 다중적층형 벨로우즈를 신축관 이음으로 적용한 수도 배관시스템을 제작하 였다. 제작된 배관시스템의 굽힘 및 처짐에 대한 변형 성능 확인을 위하여 4점 굽힘 시험을 수행하였다. 4점 굽힘 시험 결과를 바탕으 로 국내 연약지반 모델을 고려하여 KS D ISO 16134에 따라 지반변형에 대한 안전성을 평가하였다. 안전성 평가 결과 다중적층형 벨로우즈 신축관 이음의 지반변형에 대한 성능은 매우 우수한 것으로 평가되었다.

배관 세정 공정은 조선소 선박 건조과정에서 배관 설치 후 장비를 시운전하는 단계로 넘어가기 전에 최종적으로 배관 내부의 이물질을 제거하는 매우 중요한 공정이다. 만약에 배관 내에 이물질이 있는 상태에서 장비를 시운전하는 단계로 넘어갈 경우 이물질이 고가의 장비에 유입되어 펌프 및 기어, 베어링 등이 파손되는 요인이 된다. 특히 펌프나 유압 밸브 같은 경우는 아주 작은 이물질이라도 장비 속으로 유입이 되면 대형 사고로 이어지며, 이런 장비 사고는 주변에 장비 운전을 하는 작업자의 인명사고까지 연계되어 중대 재해 의 잠재 원인이 되므로 조선소 고객인 선주들도 매우 집중적으로 확인하고 관리하는 공정이다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 본 연구 에서 기존의 배관 세정 공법에서 유세정 효과를 증가시킬 수 있도록 배관 내 세정 유체의 흐름을 증가할 수 있는 시스템을 제안한다.

Multi-regional water supply system, which installed for supplying multiple water demands, is characterized by large-sized, long-distance, tree-type layout. This system is vulnerable to long-standing service interruption when a pipe breaks is occurred. In this study, a numerical method is proposed to calculate drainage time that directly affects time of service interruption. To begin with, governing equations are formulated to embed the delayed drainage effect by the friction loss, and to resolve complicated connection of pipelines, which are derived from the continuity and energy equations. The nonlinear hydraulic equations are solved by using explicit time integration method and the Newton-Raphson method. The developed model is verified by comparing the result with analytical solution. Furthermore, the model’s applicability is validated by the examples of pipelines in serial, in parallel, and complex layout. Finally, the model is utilized to suggest an appropriate actions to reduce the deviation of draining time in the C transmission line of the B multi-regional water supply system.

Owing to time and cost constraints, new methods that would make it possible to evaluate the safety of the water supply pipeline in a less time- and cost-consuming manner are urgently needed. In response to this exigency, the present study developed a new statistical model to assess the safety of the water supply pipeline using the quantification theory type Ⅱ. In this research, the safety of the water supply pipeline was defined as ‘a possibility of the pipeline failure’. Quantification analysis was conducted on the qualitative data, such as pipe material, coating, and buried condition. The results of analyses demonstrate that the hit ratio of the quantification function amounted to 77.8% of hit ratio, which was a fair value. In addition, all variables that were included in the quantification function were logically valid and demonstrated statistically significant. According to the results derived from the application of the safety evaluation model, the coefficient of determination (R2) between K-region’s water supply pipeline safety and the safety inspection amounted to 0.80. Therefore, these findings provide meaningful insight for the measured values in real applications of the model. The results of the present study can also be meaningfully used in further research on safety evaluation of pipelines, establishing of renewal prioritization, as well as asset management planning of the water supply infrastructure.

도시기반 라이프라인은 지진발생시 시설물의 붕괴뿐만 아니라 붕괴로 인한 도시기능 마비, 대형화재와 같은 2차 피해를 동반하여 막대한 사회·경제적 손실을 야기할 것으로 예측된다. 이에 대한 대비책으로 국내에서는 지진재해대응시스템을 운영 중이며, 지진재해대응시스템은 각 시설물별 지진취약도 모델을 통해서 시설물의 파괴확률을 산정하고, 지진재해 정도를 평가한다. 따라서 본 논문에서는 국내 지반특성을 고려하여 도시기반 라이프라인 시설물 중 매설가스배관의 시간이력 해석을 수행하였고, 확률론적인 해석방법인 최우도추정법을 이용하여 지진취약도 모델을 개발하였다. 해석모델은 국내 대표도시인 서울지역에 매설된 고압관과 중압관으로 선정하였으며, 지반의 모델링은 Winkler foundation 모델을 이용하였다. 또한 개발된 취약도 모델의 GIS 적용방안을 제시하였다.

매설관의 동적해석법으로 Larbi(1995)와 정 등(2005)은 모드중첩법을 이용하여 매설관의 여러 단부경계조건에 대해 해석한 바 있다. 그러나 이 방법에서 얻고자 하는 해의 산정식은 유도과정이 매우 복잡할 뿐만 아니라 유도된 산정식마저 해를 얻기 위해선 별도의 수치해석 전산프로그래밍이 요구되므로 사실상 기술자가 실무에서 이용하기는 극히 어려운 해법으로 취급되고 있다. 이러한 모드 중첩법의 단점을 고려하여 이 해석법의 대안으로 실무에서 보다 쉽게 사용 가능한 3D 유한차분법을 제안하고자 한다. 이를위해 3D 동적 해석의 정확성을 검증한 후 그 결과를 모드중첩법의 결과와 비교 분석하여 매설관의 지진응답을 구하는 또 하나의 방법이 될 수 있음을 학인하였다.

지진해일 위험재해도의 작성과 재해경감대책 수립을 위해서는 연안역의 상세한 수심 및 지형을 이용한 시뮬레이션이 요구되고 있다. 본 연구에서는 Beowulf 병렬계산을 통해 동해 전 영역에서 정밀산정이 가능한 병렬유한요소모형을 이용하여 1993년 7월 12일 동해안에 내습한 지진해일에 대한 시뮬레이션을 수행하고, 그 계산 결과와 관측치와의 비교결과를 제시한다. 또한, 해안에서의 지진 해일고의 통계적 분포에 대해 논하며, 해안에서의 지진해일고의 파고분포가 전반적으로 대수정규분포를 따르는 경향을 제시하였다.

지진파 전파로 인한 매설관에 작용하는 지진하중은 지진특성 및 지반조건에 따른 지반변형률로부터 산정되어야 한다. 그러나. 기존에 사용되고 있는 경험적인 방법에 의해 계산된 지반변형률 모형은 지진 및 지반의 지역적 특수성을 고려할 수 없는 문제점을 내포하고 있다. 따라서, 본 연구에서는 이러한 문제점을 개선하기 위하여 지진특성 및 지반조선을 반영할 수 있는 수정된 지반변형률 모형을 제안하고 개발된 모형을 매설관로의 지진해석에 지진하중으로 적용하였다. 여기서, 지반변형률을 예측하기 위한 지진판 전파속도는 지반조건을 고려할 수 있도록 파 에너지분포에 근거한 분산곡선을 제안하여 산정하였다. 이러한 과정을 통해 얻어진 지반변형률 산정방법에 타당성을 파악하기 위해 예측한 지반변형률과 과거 지진으로 실측된 지반변형률을 비교하였다. 타당성이 입증된 지반변형률 모형을 매설관의 하중으로 적용하여 지진해석을 실시하였으며, 계산결과는 범용 유한요소해석을 통한 동해석 및 응답변위법에 의한 결과와 비교하였다. 이를 통해 지반 변형률 모형을 적용한 매설관 지진해석의 타당성을 검증하였다. 또한, 지진 및 지반환경이 다른 다양한 관의 특성을 반영하기 위해, 지진 지반 및 관의 영향 인자에 대해 매개변수 해석에 실시되었으며, 이로써 본 연구의 활용성을 검토하였다.

Subsea pipelines are exposed to several potential risks of damage due to wave, soil instability and other hazards. Structural failure of the steel pipelines will result in serious consequences such as release of transported hydrocarbons, pollution to the ocean environment and heavy costs due to repair. This paper examines the safety of subsea pipelines with free span which is one of high potential damages. The variation of an allowable length of static free span is examined for different boundary conditions and is given in a curve which is useful for the dsign of the subsea pipeline with a free span.

According to this research, the buoyancy force safety review of the buried water pipeline is carried out to determine the safety. In addition, it suggests ways to use as basic data for establishing future maintenance strategy.

Recently, it was found that the Vulnerability Index(VI) of Preliminary assessment for water pipelines seismic performance in domestic had lacks of correlation of detailed safety assessment. The purpose of this study is to propose a reasonable VI by analysing on correlation between existing VI and safety factor.

본 연구에서는 주요 사회기반시설물 중 하나인 매설가스배관의 지진 취약도 모델을 개발하였다. 취약도 모델 개발을 위해서는 대상시설물의 지진해석이 선행되어야 하며, 지진해석은 동적해석법인 시간이력해석과 실무에서 지중구조물의 지진해석에 많이 이용되는 방법인 응답변위법을 이용하였다. 동적해석법인 시간이력해석에서는 지반과 구조물의 상호작용을 고려할 수 있는 Winkler Foundation모델을 이용하여 모델링하였고, 동정평형방정식의 해를 구하는 수치해석기법은 Hilber-Hughes-Taylor방법을 이용하였다. 가스관의 지진 해석 결과는 확률론적인 해석방법인 최우도추정법을 이용하여 지반별 지진취약도 곡선을 작성 및 분석하였다.

This study presents a theoretical solution of elastic critical buckling load of infinitely long pipelines with non-uniform thickness under external pressure. The solution is derived with an assumption that a cylindrical shell under external pressure can be considered as a simple ring. The eigenfunctions are derived to obtain the critical buckling load for a ring structure with two thickness-reduced regeions. The finite element analysis is performed to verify the theoretical solutions.