도로 및 철도의 종단선형 설계기술 -(주)유신코퍼레이션 -

[이강원]

1. 신기술의 내용

1-1. 신기술의 요약 및 범위
  본 신기술은 수치지도를 이용하여 대상지역을 삼각망으로 3차원 모델링한 후 이로부터 선형의 지반고를 신속히 추출해 낸 다음 지반고 자료와 종단선형 설계 시 고려해야 하는 제약 조건 및 설계 조건 그리고 절·성토 및 구조물 등의 설치에 따른 공사 비용 자료를 종합적으로 고려하여 공사 비용이 가장 저렴한 종단 선형, 즉 종단 계획고를 빠르게 도출해낸다.  전 과정의 소요시간 단축을 위하여 본 신기술에서는 Block-based Radial Sweep Algorithm과 Neighborhood Triangle Search Algorithm을 개발, 사용하였으며 공사 비용 자료 및 기타 설계 조건을 바탕으로 가장 경제적인 종단 선형을 도출해내기 위해서는 Separable Programming에 바탕을 둔 수학적 최적화 모형(Mathematical Optimization Model)을 개발하여 시간과 인력을 30% 이상 절감할 수 있고 공사 비용이 가장 저렴한 종단 선형을 도출해낼 수 있기 떄문에 선형 설계 과정 및 시공 과정에서의 생산성 및 경제성 제고에 큰 도움을 주리라 사료된다.

  본 신기술의 범위는 다음과 같다.

  1) Block-based Radial Sweep Algorithm을 이용하여 삼각망 구성 시간을 단축하고 Neighborhood Triangle Search Algorithm을 사용하여 선형의 지반고 추출 시간을 획기적으로 감축한 기술.
  2) 절 성토 및 구조물 등의 설치에 따른 공사 비용 함수를 바탕으로 수학적 최적화 모형을 이용하여 가장 경제적인 종단선형을 신속히 도출해내는 기술.
 
1-2. 원리 및 시공방법
  1) 수치지도의 3차원 모델링을 이용한 지반고 추출 기술
   DXF형식의 수치지도(항곡측량 자료나 디지타이징된 자료)를 준비하여 대상 지역을 일정한 크기의 블럭으로 분할한 후, 각 블럭별로 삼각망을 구성한다.  이렇게 블럭으로 분할한 후 삼각망을 구성하는 방법을 사용하면 대상 지역이 아무리 광대하다 하더라도 일반적인 개인 컴퓨터에서 삼각망 구성이 가능하다.  블럭별로 구성된 삼각망은 인접 삼각망에 대한 정보를 공유하도록 구성되었기 때문에 지반고를 구하는 과정에서의 작업 속도는 획기적으로 감축되며, 지반고의 정확도 향상, 측량 비용의 절감, 3차원 표현 기능을 제공한다.
 
2) 종단선형 최적화 설계 기술
  주어진 평면 선형과 지형 자료를 바탕으로 지반고를 추출하고 종단선형 구간에 존재하는 지장물(도로, 하천 등)에 관한 자료와 종단선형 설계 시 요구되는 제 기준들(최급구배 조건, 직선구간 최소확보거리 조건, 원곡선반경 조건 등)에 대한 자료를 준비한 후 대상 지역에 대한 단위 공사 비용 자료(성토비용, 절토비용, 교량가설 비용, 터널공사 비용 등)을 준비한다.  1단계 최적화 모형의 구성 후 1단계 최적화 모형 해결, 각 측점 별 1차 종단 계획고를 도출한다.  2단계 최적화 모형의 구성 후 2단계 최적화 모형을 해결, 각 측점 별 최적 종단 계획고를 도출한다.  이 최적 종단 계획고를 바탕으로 종단면도 작성 및 횡단 설계를 한다.  본 설계 기술은 경제적인 종단선형을 도출하므로 시공과정에서의 비용 절감 효과를 기대할 수 있으며 설계과정에서의 생산성 향상, 설계 오류 방지, 종합적인 종단선형 설계의 바탕 제공, 평면 선형 비교 과정에서의 생산성 향상 등을 기대할 수 있다.
 

2. 국내외 건설공사 활용현황 및 전망

  본 회사에서는 삼각망 자료와 이를 바탕으로 얻어지는 그리드 자료를 동시에 이용하여 토목 설계 결과(도로, 철도, 공항, 단지 등)의 애니매이션 작업을 효과적으로 수행한 바 있으며 전파강도의 예측 기술과 군 작전용 시뮬레이터 개발을 위한 그리드 자료 구축 기술도 보유하고 있는데 이는 모두 수치지도의 3차원 모델링을 이용한 지반고 추출 기술에 바탕을 둔 것이다.  또한 본 회사가 그 동안 수행하였던 설계 과업의 본 신기술 적용 결과 종단선형 설계 분야에서 약 30% 이상의 인건비 절감 효과가 있음이 입증되었다.  따라서 본 신기술은 도로 및 철도의 종단선형 설계 실무 분야, 개념상 비슷한 공항이나 단지 등의  설계 분야에서 폭넓게 활용될 수 있을 것으로 전망되며 설계 원가의 절감에 크게 기여하리라 사료된다.    

 
3. 관련 분야에 대한 기술적, 경제적 파급효과

3-1. 기술적 파급효과
  본 신기술은 단순히 토목 선형설계 분야만이 아니라 기타 3차원 모델링이 필요한 분야에도 효과적으로 적용할 수 있는 기술이기 때문에 이를 바탕으로 한 추가적인 연구 개발 성과는 지속적으로 얻어질 수 있다.  종단선형 최적화 설계 기술은 선형 설계 분야에 수학적 최적화 이론을 적용한 예로서 여기에 사용된 최적화 이론은 선형설계뿐만 아니라 토목의 제 분야에 전반적으로 적용할 수 있기 때문에 관련 기술의 추가적인 개발도 기대할 수 있으며 UR에 따라 설계 시장이 개방되었을 경우, 국내 설계 기술의 경쟁력을 제고시키는데 큰 역할을 하리라 기대된다.

3-2. 경제적 파급효과
  본 신기술은 종래의 종단선형 설계 과정에서 파생되었던 많은 시간과 인력에 의한 반복적인 수작업을 크게 줄일 수 있기 때문에 인건비를 절감할 수 있고 이는 곧 설계 원가의 절감과 직결된다.  본 회사가 수행한 설계 과업에 대한 인건비 절감 효과 이외에도 기업의 기술력 제고에 따른 설계 경쟁력 강화와 기타 관련되는 파생 이익들을 감안한다면 이 기술로부터 얻어지는 경제적 파급 효과가 크다고 할 수 있다.

ㅋㅋ 우리가 개발해서 써야겠죠~``