< Previous시론 시론 8 자연,터널 그리고 지하공간 지하터널의 시대! 무엇을 할 것인가 [The Era of Underground Tunnel is Coming] 김영근 한국터널지하공간학회 부회장 (주)건화 지반터널부 부사장 공학박사/기술사 [지하 터널의 시대 - The Era of Underground Tunnel] 터널 엔지니어로서 업에 들어선지 30년이라는 세월이 흘렀습니다. 1993년 박사학위를 마치자마자 멋모 르고 업에 뛰어 들어서 연구개발, 설계와 시공 및 해외 경험을 거치면서 어느덧 우리 터널분야의 전문가로서 자리매김하게 되었습니다. 지난 30년간의 시간을 돌아보면서 현재 우리 터널분야의 이슈와 발전방안에 대 한 고민을 바탕으로 과연 우리 터널기술자들이 무엇을 생각하고 무엇을 해야 할 것인지에 논하고자 합니다. 지난 수십 년 동안 우리 터널분야는 많은 변화와 발전을 거듭하여왔습니다. 1980년대 초에 NATM 공법 이 서울 지하철공사에 도입되어 계속적으로 성장하여 이제는 NATM 터널기술이 세계적 수준으로 발전하였 으며, 세계 4위의 연장 50.3km 초장대 터널인 율현터널이 준공되어 운행 중에 있습니다. 또한 1990년대 초에 TBM 공법이 부산지하철에 도입되어 도심지 터널구간 및 하저터널 구간에 꾸준히 적용되어 왔으며, 현재는 국내 최초로 직경 14.1m의 쉴드 TBM이 한강하저 도로터널에 굴진 중에 있습니다. 그리고 도심지 터널굴착시의 안전 및 민원 문제에 대응하기 위하여 TBM와 로드헤더(Roadheader)를 이용한 기계화 시공 이 적극적으로 도입되고 적용되고 있습니다.Vol. 25, No. 2 9 지금은 건설공사의 패러다임이 변하여 기존의 경제성 및 시공성 중심의 공사에서 안전성 및 민원최소화 중심의 공사로 변화하고 있습니다. 특히 도심지 터널공사의 경우 지하안전영향평가, 설계안전성 검토 등의 안전문제에 대한 기술적 검토사항이 요구되며, 환경 및 안전이슈에 대한 민원 문제에도 적극적인 대응이 요구되고 있습니다. 바야흐로 지하터널의 시대(The Era of Underground Tunnel)가 오고 있습니다. 이와 같은 시대적 변화에 맞추어 우리 터널기술자들의 기술적 과제와 노력에 대하여 몇 가지 키워드를 중심으로 설명하고자 합니다. [지하 터널의 비전 - The Vision of Underground Tunnel] 1. 스마트 지하터널 - Smart Underground Tunnel 현재 지하터널은 대단면화(Lager)되고, 초장대화(Longer)되고, 대심도화(Deeper) 되고 있습니다. 또한 지하터널은 다양한 첨단 ICT 기술과 Smart 기술이 접목되고 융합되고 있으며, 여러 가지 기술적 문제를 해 결하고자 하는 상당한 노력과 관심이 계속되고 있습니다. 특히 터널공학의 경우에는 이러한 다양한 기술을 바탕으로 지반의 불확실성을 해결해야하는 본질적인 문제를 가지고 있기 때문에, 보다 적극적으로 대응하고 자 하는 기술적 해결방안에 대한 노력이 지속적으로 이루어져야 하며, 그 중심에 스마트 기술이 있습니다. 지난 수십 년 동안 터널기술은 수많은 연구 개발과 공법 개발을 통하여 발전하여 왔습니다. 1960년대 기 존의 재래식 공법을 혁신한 NATM 공법이 만들어져 터널공법의 주 공법으로 자리하였으며, 1990년대 기계 공학의 발전과 함께 TBM 공법의 혁신적인 변화가 이루어짐에 따라 Mega TBM의 적용이 확대되고 있습니 다. 이제는 NATM 기술과 TBM 기술 모두, 자동화 기술을 포함한 스마트 기술과의 융합이 필수적이라 할 수 있습니다. 따라서 지하터널에 대한 조사, 설계 및 시공 그리고 유지관리에 이르기까지 다양한 첨단 스마트 기술이 적용되고 운용되도록 하는 스마트 지하터널(Smart Underground Tunnel)을 구축하기 위해서는 터널관련 모든 분야의 기술자, 전문가 그리고 연구자들이 함께하고, 분야 간의 문턱을 넘어서고, 서로 다른 생각들을 조율하고 함께 고민함으로서 최고의 목적을 위해 같이 나아가는 것입니다. 2. 디지털 지하터널 - Digital Underground Tunnel 현재 대심도 지하터널 및 지하공간개발에서의 또 하나의 핵심이슈는 디지털(digital) 입니다. 지하공간 은 불확실성(uncertainty)과 미지성(unknown)의 요소가 많기 때문에 지하공간개발 시 기존 지하구조물과 의 간섭과 지상 소유권 등과의 우려가 더욱 증가하는 것이 현실이며, 특히 도심지 터널공사와 관련된 안전 문제에 대한 민원이 더욱 커지고 있으므로 이에 대한 보다 객관적이고 구체적인 기술적 노력이 요구되는 시점입니다.10 자연,터널 그리고 지하공간 지하터널, 지상 및 지하에 대한 수많은 정보들이 만들어지고 이에 대한 효율적인 관리가 요구되고 있습 니다. 특히 지하정보는 정보의 신뢰도와 정확도가 낮고, 누락되는 경우가 많은 사고의 원인이 되고 있습니 다. 따라서 지하터널의 철저한 안전관리와 체계적인 유지관리를 위해서는 지하공간정보의 디지털로의 전 환이 필요합니다. 지하공간정보에는 지하시설물, 지하구조물 및 지질/지반 정보가 포함되어 있지만, 기존에 만들어진 데 이터의 수준인 낮고, 관리주체가 상이하여 기존 데이터에 대한 정확도도 매우 부실한 상황입니다. 따라서 지하터널 주변 지하공간에 대한 정보를 정비하고 표준화기 위해서는 지하시설물에 정밀탐사기술이 개발되 어야 하고, 기존 정보와 새로운 정보를 통합하고 구현하는 고정밀 기술이 필수적이라 할 수 있습니다. 확실한 지하공간정보는 발주처와 같은 운영주체뿐만 아니라 다른 공공기관 및 지하개발사업자에게도 반 드시 필요한 정보라 할 수 있습니다. 또한 지하터널의 설계 및 시공단계에서의 실제적인 정보는 지하터널 의 안전관리 및 유지관리업무에 있어 필수적인 정보가 됩니다. 따라서 지하공간정보 관련기관과 관심이 있 는 모든 사람들이 정보를 공유하고 확인할 수 있는 개방적(explicit) 통합관리시스템이 구축되어야 합니다. 디지털 지하터널플랫폼(DUTP, Digital Underground Tunnel Platform)은 디지털 기술을 응용하여 지 하터널에 대한 Digital Twin을 실현하고 Digital Underground를 구축하고자하는 플랫폼입니다. DUTP는 지하터널에 대한 모든 정보를 디지털화하고 통합하는 플랫폼으로서 지하터널의 시공관리, 안전관리 및 유 지관리에 활용가능하고, 궁극적으로는 디지털 지하터널(Digital Underground Tunnel)로 실현되어야 합 니다. 3. 신공간 지하터널 - New Underground Tunnel 최근 도심지에서의 수해나 지진에 대한 안전대책, 지상의 자연환경이나 경관보전대책 그리고 안전하고 쾌적한 생활공간의 재생을 위해서 지하공간의 활용이 활발히 추진되고 있습니다. 특히 일본 도쿄와 같은 대도시의 경우 2000년대부터 도심지 공간개발의 한계를 해결하기 위하여 지하토지이용과 보상 문제를 대 심도 지하(Deep Underground)라는 개념을 도입하여 법/제도적으로 수용하여 지하공간개발을 활성화하고 자 국가/지자체를 중심으로 다양한 노력을 지속적으로 수행하고 있습니다. 또한 일본에서의 2001년 소위 대심도 지하개발에 관한 대심도법의 제정은 도심지에서의 대심도 지하인 프라 구축을 촉진시키는 중요한 계기가 되었습니다. 하지만 대심도 지하도로인 동경외곽도로에서의 도로 함몰 및 싱크홀 사고에서 보듯이 대심도 지하터널에서의 안전 문제는 터널기술자들에게 많은 숙제를 남기 고 있습니다. 그럼에도 불구하고 도심지 대심도 지하터널에 대한 기술적 문제점을 보다 적극적으로 대응한 다면 도심지 새로운 필수 공간으로서 지하공간개발은 미래의 중요한 핵심적인 필수공간이 될 수 있을 것입 니다.Vol. 25, No. 2 11 현재 도심지 메가시티는 기존에 엄청난 규모의 도시개발로 인하여 한계에 도달하고 있습니다. 이에 보다 살기 좋은 도시공간 창출을 위하여 기존의 노후화된 인프라를 개량하고 새로운 인프라를 구축하여야 하며, 또한 스마트 건설의 흐름에 따라 도시 인프라에 대한 모든 정보를 디지털화하는 계획을 수립하여야만 합니 다. 이러한 관점에서 지하터널은 가장 중요한 핵심 공간으로서 새로운 라이프라인의 지하인프라를 구축할 수 있고 도심지의 새로운 가치를 창출할 수 있는 미래의 우리 모두의 삶의 신공간으로서의 지하공간(New Underground Tunnel)이 될 수 있을 것입니다. [우리는 무엇을 할 것인가? What is to be done?] 지금까지 현재에 있어 가야할 지하터널의 비전에 대하여 이야기를 해봤습니다. 터널 엔지니어로서 살아 오면서 느껴온 것들에 대한 바램들이 모아져서 이런 비전을 제시하게 되었습니다. 운명적인 선택과 그 속 에서의 고민들 그리고 성장하고 발전하는 과정을 거쳐 우리 터널분야에 대한 일을 이해하고 우리 업에 대 한 애정을 가지게 되어 지하터널에 대한 이상을 그려보았습니다. 비록 멋지고 화려하진 않지만, 정말 가치 롭고 멋진 길이었음을 느끼게 되면서, 원대한 목표를 향하여 열심히 논의하고, 꾸준히 일하는 과정을 통하 여 진정한 터널 엔지니어로서 의미를 가지게 되며, 또한 기술경쟁력 있는 터널 엔지니어로서 가치를 가지 게 된다고 생각합니다. 세상은 분명 변하고 있습니다. 우리 터널분야도 분명 변해야하고 변하는 세상에 적극적으로 대응해야만 합니다. 지하터널분야는 상대적으로 환경과 안전 분야에 취약성을 노출하게 됨에 따라 이에 대한 대책이 없으면 생존할 수 없는 시대가 다가오고 있습니다. 이러한 대책의 일환이 바로 기술전문가 집단의 통합을 통한 혁신이라는 생각을 가져봅니다. 최종적으로는 하나의 목표를 향해 나아갈 수 있도록 하는 추진체와 같은 것이 반드시 요구되는 때이기 때문입니다. 그 중심에 우리 학회가 있으며, 그 핵심에 우리 터널기술자 들이 자리매김 하는 것이라 생각합니다. 오늘 우리 모두가 꿈꾸고 고민하는 것들은 우리업의 발전을 위해 보다 나은 것을 만들기 위한 노력이며, 변화에 대한 갈망의 결과라 할 수 있습니다. 아직 극복해야할 문제가 쌓여 있고, 해야 할 일이 많지만 터널 기술의 발전에 기여하고, 터널 전문 엔지니어로서 성장하기 위해 더욱 노력하고 열심히 달려가야 할 것입 니다. 끝으로 변화속의 현재를 극복하고 발전적인 미래를 준비하기 위하여 지금 우리들에게 우리 모두의 공간 이자 우리 모두의 바램이 이루어지는 지하터널이 만들어져 모두가 함께 즐겁게 일할 수 있으며, 모두가 같 이 세상에 기여 할 수 있는 행복한 멋진 미래를 그려봅니다. 또한 지하터널을 안전하게 굴착하고, 지하공간 을 멋지게 만들고, 지하세계를 아름답게 구현함에 있어 전문 기술로 완전 무장하고 적극적으로 해결하며, 열심히 활동할 수 있는 우리 모두의 스마트 공간, 디지털 공간, 새로운 신공간으로서의 지하터널을 만들어 가야 합니다.12 자연,터널 그리고 지하공간 끝으로 지하터널의 시대에 있어 우리 터널 엔지니어들이 해야 할일 들을 크게 3가지로 정리해 보았습 니다. 첫째 ‘변화(Changing)’입니다. 세상이 급격하게 변하고 있습니다. 이제 우리 터널 엔지니어도 변화해야 만 합니다. 기존의 틀과 기존의 관행 그리고 기존의 시스템을 유지하는 것이 편하고 쉬울 수 있습니다. 하 지만 지하 터널에 대한 기술적 변화니즈가 점점 더 증가함에 우리 터널 엔지니어들도 새로운 기술에 대한 철저한 노력과 준비를 통하여 근본적으로 변화하여야 합니다. 둘째 ‘도전(Challenging)’입니다. 터널 기술이 엄청나게 변하고 있습니다. 이제 우리 터널 엔지니어도 새 로운 터널 기술을 받아들이고 도전해야만 합니다. 경제성과 시공성 중심의 틀에서 안전성과 민원성을 중심 으로 변화하고 있는 지금, 이에 대한 솔루션을 제공할 수 있도록 철저한 검토와 연구를 통하여 적극적으로 도전하여야 합니다. 셋째 ‘협동(Cooperating)’입니다. 우리는 다같이 함께 가야 합니다. 이제 혼자만의, 단일분야만의 터널 기술은 의미없는 기술이며, 존재할 수 없는 융합의 세상입니다. 지하터널의 시대가 오고 있는 지금, 지질, 지반, 암반, 기계, 전자, 건축 등의 모든 분야의 전문엔지니어들이 서로 협력하여 공동의 목적을 달성하도 록 협동해야 합니다. [지하터널의 시대와 터널 엔지니어의 역할과 책임]Vol. 25, No. 2 13 [터널 엔지니어 선서 Tunnel Engineer’s Oath] 끝으로 터널 엔지니어에 대한 숭고한 애정과 무한한 믿음 그리고 절대적 자부심을 담아 터널 엔지니어의 선서와 선서문을 만들어 보았습니다. [터널 엔지니어 선서 Tunnel Engineer’s Oath] 우리 터널 엔지니어는 공학의 진리와 터널 기술, 그리고 선배기술자들의 이름을 걸고 나의 능력과 판단 으로 다음을 서약하노라 ∙ 우리 터널 엔지니어는 이 선서를 지킬 것이니, 터널 기술을 가르쳐준 자를 스승으로 생각하고, 모든 것을 터널 엔지니어와 나누겠으며, 필요하다면 서로의 일을 덜어줄 것이다. 동등한 지위에 있을 후배 기술자 들을 동지처럼 여기겠으며 그들이 원한다면 조건이나 보수없이 교훈이나 강의 등 다른 모든 교육방법을 써서 터널 기술을 나눌 것이다. ∙ 우리 터널 엔지니어는 터널 지식을 후배 기술자와 동료들에게, 그리고 공학의 원칙에 따라 터널기술자들 에게 전할 것이다. 그리고 터널 기술을 사랑하는 그 누구와도 이 지식을 함께 공유할 것이다. ∙ 우리 터널 엔지니어는 능력과 판단에 따라 사회의 이익이라 간주하는 공학의 법칙을 지킬 것이며, 인류 와 사회에 해를 주는 어떠한 것들도 멀리할 것이다. ∙ 우리 터널 엔지니어는 어떤 요청을 받는다 하더라도 불합리한 결론을 그 누구에게도 주지 않을 것이며, 이해관계를 가진 모든 분들에게도 그러할 것이다. ∙ 우리 터널 엔지니어는 부당한 일은 하지 않을 것이며, 터널 기술을 행하는 전문가에 의해서 이루어지게 할 것이다. 어떠한 업무를 맡는다 할지라도 사회의 공익을 위해 노력하고 어떠한 해악이나 부패스러운 행위를 멀리할 것이며, 모든 유혹을 멀리할 것이다. 전문적인 업무와 관련된 것이든 혹은 관련이 없는 것 이든 객관적인 관점에서 공정성을 유지할 것이다. ∙ 우리 터널 엔지니어는 터널 기술에 관한 모든 것에 신의를 지켜야 한다고 생각하기에, 결코 불의와 타협 하지 않겠노라. 본 선서를 준수한다면 그 어떤 때라도 모든 이에게 존경을 받으며, 즐겁게 기술을 펼칠 것 이요 인생을 즐길 수 있을 것이다. 또한 본 선서의 길을 지키기 위하여 부단히 노력하고 정진할 것이다.14 자연,터널 그리고 지하공간 [위대한 지하터널의 시대를 꿈꾸며 Dream is Come True] 어느 날 문득 돌아보니 암반을 전공하고 터널을 업으로 살아온지 30년이 지났습니다. 그동안 많은 선배 님들로부터 훌륭한 가르침을 받았고, 터널 현장에서 실제적인 경험을 얻었고, 다양한 기술자들을 만나 고 민하면서 소중한 기술적 토대를 만들어 왔습니다. 그리고 요즈음 지하터널의 시대가 오고 있음을 실감하게 되고, 이러한 지하터널의 시대에 있어 우리 터 널기술자들의 역할과 책임이 더욱 막중해짐을 느끼게 됩니다. 또한 내가 배운 기술로서 우리 사회에 기여 할 수 있고, 터널 기술로서 새로운 지하공간을 창출할 수 있음에 감사드리게 됩니다. 30년 전 존경하는 선배기술자들께서 터널과 지하공간이 우리사회의 핵심이 될 것임을 강조하던 기억이 새롭습니다. 모든 터널기술자들의 지난 30년의 노력과 성과가 모여서 지하터널이 핵심이슈가 되고 중심이 되는 시대가 왔습니다. 이제부터는 우리가 더 노력하고 더 정진해야할 때라 생각합니다. 우리 터널기술자 들이 변화를 수용하고(Changing) 도전적인 자세로(Challenging) 함께 협동한다면(Cooperating) 우리 터 널기술자들이 진정으로 꿈꾸는 스마트하고 디지털한 새로운 지하터널과 지하공간을 만들어 갈 수 있음을 Vol. 25, No. 2 15 굳게 믿어봅니다. 지금 이 순간 [터널 엔지니어의 선서문]을 천천히 읽으면서, 30년 전 열정으로 가득했던 엔지니어의 초 심을 되새기면서, 우리 터널분야의 자리매김과 위대한 지하터널의 시대를 만들어 갈 것임을 다짐해봅니다. 모두들 다시한번 파이팅하길 당부 드리면서… 꿈은 반드시 이루어집니다. [Dream is Come True] [The Era of Underground Tunnel is Coming] 한국터널지하공간학회 부회장 / (주)건화 지반터널부 부사장 김 영 근16 자연,터널 그리고 지하공간 머신러닝 기반 TBM 자동화 기술 개발 1. 들어가는 말 통계청 장래인구추계에 따르면 생산가능인구가 2017년을 기점으로 감소하기 시작하였고 2000년에 고령화사회에 진 입하였으며, 2025년에는 초고령사회에 진입할 것으로 예측된다. 특히 2020년부터는 베이비붐 세대가 고령인구로 진입 함에 따라 생산가능인구가 매년 30만명 이상씩 급감할 것으로 예상되고 있다. 고용과 부가가치 측면에서 고령인구비율 의 증가는 전 산업에서 차지하는 건설업 비중에 부정적인 영향을 주는 것으로 나타났다1). 1) KIET(2019), 인구구조 변화에 따른 산업구조와 노동시장 변화 분석 및 정책과제, 산업연구원, 연구보고서 2019-925, pp. 13-22. [스마트건설사업단 5세부] 머신러닝 기반 TBM 자동화 기술 개발 최순욱 한국건설기술연구원 지반연구본부 수석연구원 강태호 한국건설기술연구원 지반연구본부 수석연구원 이철호 한국건설기술연구원 지반연구본부 수석연구원 장수호 한국건설기술연구원 지반연구본부 선임연구위원 최항석 고려대학교 건축사회환경공학부 교수 강민규 고려대학교 건축사회환경공학과 박사과정 권기범 고려대학교 건축사회환경공학과 박사과정Vol. 25, No. 2 17 건설분야는 생산가능인구의 감소와 더불어 열악한 근로환경에 기인하여 청년층의 유입과 숙련 노동자 감소가 가속화 하고 있는 추세에 있으며, 전체 산업 분야 중에서 디지털화 및 생산성 증가율 역시 최하위 수준이다(그림 12)). 그림 23) 는 근로자 중 청년층 감소와 장년층 증가를 보여주고 있으며, 특히 건설분야에서의 고령화 경향이 두드러짐을 알 수 있 다. 건설산업연구원 설문조사 결과4)에 따르면, 근로자와 사업자 10명 중 8명 이상은 ‘숙련인력이 부족하다’고 응답했고, 근로자 83%와 사업자 78%가 숙련인력이 없어졌거나 앞으로 없어질 것을 우려하는 의견이 있었다. 또한 건설산업의 낮 은 생산성을 끌어올리기 위해 각 국에서는 Construction 2025(영국), i-Construction(일본), Construction 21(싱가포 르)과 같은 프로젝트들이 진행되고 있으며, 국내는 제1차 국토교통과학기술 연구개발 종합계획(‘18~’27), 스마트건설기 술 활성화 지침5)(국토교통부, 2021)을 통해 스마트 기술을 기반으로 ‘건설산업 생산성 향상과 안전도 개선’을 추진 중에 있다. <그림 1> 디지털화 수준과 생산성 증가의 상관관계(’05~’14)2)<그림 2> 연령층별 근로자 비중 추세(’08~’15) 3) 국토교통부(2018)에서는 건설생산성 혁신 및 안전성 강화를 위해 스마트 건설기술 로드맵을 수립하였다6). 이 로드맵 은 4차 산업혁명 적용, 고령화, 건설안전과 같은 문제 해결을 위해 스마트 건설기술 활용기반을 구축하여 건설 자동화를 완성하기 위한 것으로서 설계/시공/유지관리 단계에서 필요한 핵심 개발기술을 설정하였다. 이 글에서 다루고 있는 머 신러닝 기반 TBM(Tunnel Boring Machine) 자동화 기술 개발은 위 로드맵 중 시공단계로 설정된 건설기계 자동화 기술 의 일환이라고 할 수 있다. 해당 기술은 국토교통부 산하 국토교통과학기술진흥원에서 기획․관리하고 한국도로공사(사업 단)에서 추진하고 있는 스마트건설기술연구사업의 2중점분야 5세부과제 ‘도로구조물 원격․자동화 시공 기술 개발’ 중 TBM 자동화 운전을 위한 운용시스템 개발에 대한 내용을 소개하였다(그림 3). 2) 이상호(2018), 4차 산업혁명 건설산업의 새로운 미래; Mckinsey Global Institute Report(’2017) 3) 통계청, 경제활동인구조사(’08~’15); 고용노동부, 산업재해 현황분석(’98~’18) 4) 한국건설산업연구원(2013), 건설인력 수급 실태 설문조사. 한국건설산업연구원(2015), 건설현장 노동력 현황 설문조사. 5) 국토교통부(2021), 스마트건설기술 활성화 지침, [국토교통부고시 제2021-1283호, 2021. 11. 30., 제정] 6) 국토교통부(2018), 건설 생산성 혁신 및 안전성 강화를 위한 스마트 건설기술 로드맵(2018.10.31.).Next >