㈜풍산FNS는 풍산그룹의 계열사로 방산 분야에서는 우리 군이 사용하는 각종 탄약용 신관 및 유도 무기용 관성항법장치의 핵심부품인 가속도계를개발하여 생산하고 있다. 민수분야에서는 정밀가공 기술의 집약체라고 할 수 있는 핵연료봉 상·하단 고정체 및 특수금형 등을 원자력발전소에 납품하여 국가 기간산업의 일익을 감당하고 있다.
또한 ‘미래가치 창조를 통해 인류 발전을 선도하는 풍산’이라는 그룹의 경영이념을 바탕으로 국방뿐 아니라 국민의 안전까지 책임진다는 자세로 유도 무기용 가속도계 기술을 접목한 지진계측기와 변위 계측기를 개발하여 사회기반시설물의 안전관리 시스템 구축을 위한 첨단 계측 센서 장비의 국산화에 앞장서고 있다.
사회기반시설 변위 계측의 중요성
국가 주요 사회기반시설물들은 필연적으로 안전관리 및 유지관리를 필요로 하게 되며 기존 시설물의 건전성을 진단하고 수명을 예측함으로써 이에 필요한 보수 또는 보강 등의 성능개선을 통해 수명을 연장함으로써 경제적 가치를 상승시키며 새로운 기능과 부가가치를 창출할 수 있다. 그러나 우리 사회 곳곳에서 발생되는 구조물의 붕괴로 인해 대형 참사가 발생하면서 안전에 대한 국민의 불안감이 팽배하고 있으며 대국가 신뢰도에까지 악영향을 미치기 시작하면서 사회기반시설물의 안전성 확보 요구가 증대하고 있다. 또한 노후화 구조물의 급격한 증가로 인해 사회기반시설 전반의 유지보수에 필요한 경제적 부담이 증가할 것으로 예상된다. 따라서 노후화된 시설물의 사용성 및 건전성을 신속히 판단하여 이에 대한 최적의 대안을 제시함으로써 사회적 재난에 대한 비용을 줄이고, 안전한 사회 환경을 조성함으로써 사회적 불안감을 사전에 해소시킬 필요가 있다.
우리나라는 1990년대 후반부터 건축구조물의 안전진단 시스템에 대한 본격적인 요구가 증대되면서 관련된 연구들이 활발하게 진행되어 왔으며 통신기술과 센서, 전자기술의 급속한 발전과 더불어 국내외적으로 사회기반시설물을 안전하게 유지하고 감시하기 위한 기법 및 장비들에 대한 연구도 지속적으로 이루어지고 있다. 최근 정부에서는 4차 산업혁명의 핵심인 인공지능(AI), 사물인터넷(IoT), 센싱등의 기술을 접목한 디지털 기반 시설물 안전관리 시스템의 구축 방향을 제시하고 있으며 각종 센서들을 활용한 다중센서 무선 계측시스템에 더하여 인터넷 기반의 센서 네트워크를 이용한 시스템 및 안전관리 네트워크의 구축에 중점을 두고 있다. 그러나 국내에서 사용 중인 모니터링 시스템 및 계측 센서의 대부분이 외국 수입품을 사용하고 있어 이로 인한 국고의 유출 및 기술적 종속이 심화되고 있으므로 이에 대한 연구와 정부의 적극적인 투자 및 지원이 시급한 실정이다.
변위 정밀 계측 센서 개발 및 사업화 현황
일반적으로 구조물의 안전 특성을 검사하거나 평가하는 방법은 매우 다양하지만 구조물 전체의 건전성을 구조물의 동적특성 변화에 의해 판단하는 동적 응답계측(Dynamic Response Measurement) 기법이 가장 효과적인 방법으로 제시되어 왔으며 구조물의 동적응답계측은 GNSS(Global NavigationSatellite System : 위성항법시스템) 가속도계 또는 변위계 등을 사용하여 구조물의 이동변위, 경사각의 변화 또는 진동 특성의 변화 등을 측정하여 동적특성 추출을 위한 자료처리 과정을 거쳐 구조물의 건전성을 평가하고 예측한다.
그러나 사용되는 계측 센서에 따라 구조물 모니터링의 기술 수준이 천차만별이다. 예를 들어 GNSS의 경우 구조물의 전체적인 거동을 장기간 감시하기에는 용이하나 위성의 상태에 영향을 많이 받고 수직 측위의 정확도가 떨어져 높은 정밀도의 동적 계측이 어려운 단점이 있다. 반면 가속도계의 경우에는 시간응답, 주파수응답, 모드 정보와 같은 진동 특성에 기초하여 전체 구조물의 동특성을 계측할 수 있지만 구조물의 전역적 모니터링 능력은 떨어져 저주파수 응답 특성이 우수한 정밀가속도계 및 신호처리 기술이 필요하다.
풍산FNS가 KAIST와의 산학협력을 통하여 개발한 변위계측기는 RTK(Real Time Kinematic : 실시간 이동측위)-GNSS와 3축 가속도계의 장단점을 융합하여 구조물의 변위, 속도, 가속도, 각변위를 3mm 이하의 오차와 100Hz 이상의 샘플링 속도로 실시간 계측하는 시스템이다. 특히 개발된 변위 계측기는 기술의 우수성과 독창성을 인정받아 국토교통부 건설 신기술 제847호로 지정되었다.
현재 개발된 장비들은 전국의 주요한 장대교량, 초고층 빌딩, 도로 사면, 출렁다리 등에 설치하여 운용 중에 있으며 다양한 환경에서도 운용할 수 있도록 적용 분야의 확장 및 불안정성을 해소하고 완성도를 높이는 작업을 계속하고 있다.
향후 개선 및 추가 사업화 확대 방안
풍산FNS의 변위 계측기는 당초 구조물의 동적변위(Dynamic Displacement)를 계측하여 구조물 건전성을 모니터링하는 용도로 고안 되었으나 교량 시공 현장, 사면의 안전관리 등 정적 변위(StaticDisplacement)의 계측 및 이력 추적 용도에 활용 하고자 하는 기관이나 업체들의 문의가 많았다. 따라서 태풍이나 홍수, 지진 등 빈번한 자연재해로 인한 지반의 침하, 사면의 움직임 등을 계측하여 붕괴나 산사태로 인한 피해를 예방하는 용도로도 사용할 수 있도록 본 장비의 적용 범위를 확대하여 개발하였다.
특히 산사태는 인명 및 재산에 직접적인 영향을 미치는 재해로써 정부에서는 비탈면 붕괴 및 산사태 예방을 위해 한국건설기술연구원, 국토안전관리원 등과 첨단 기술을 활용한 상시 계측시스템을 구축하고 있다. 풍산FNS에서는 이 사업의 하나로 2020년 국토교통부 산하 5개 국토관리사무소(홍천·의정부, 충주·포항, 광주) 10개소 시범 설치 사업에 참여하여 홍천, 의정부 지역 4개 사면에 변위 계측기를 설치하고 테스트를 수행하였다.
시범사업에 참여한 타사의 장비들(대부분 RTKGNSS만의 수입 장비들)과 차별화되는 풍산FNS 변위 계측기의 장점은 날씨와 현장 환경의 영향으로 위성 데이터의 수신율 저하에 따른 문제점을 개선하고 위성의 천이 구간에서의 출력 튐 현상을 제거하여 계측데이터의 충실도를 보장할 수 있다는 것과 GNSS만의 장비는 비탈면의 급속한 변화와 오차를 식별하기가 어려운 반면 우리 회사의 변위 계측기는 동적 및 정적 변위를 분리 계측함으로써 기존 장비의 단점을 보완할 수 있다는 장점을 지니고 있다.
보도에 따르면 현재 국도상에는 3만여 개 이상의 깍기 비탈면이 존재하고 있으며 그중 위험성이 높은 순서에 따라 단계적으로 계측기를 설치하여 운영하고 있다고 한다. 풍산FNS는 2018년 국내 최초로 변위 계측기의 상용화에 성공한 이후 매년 국토교통부, 과학기술정보통신부, 행정안전부 등의 정부 과제를 수행하면서 정밀계측 시스템 개발의 기술력을 인정받고 있다. 올해 회사는 좀 더 적극적인 R&D 투자를 통하여 개발된 장비의 완성도를 더욱 향상시켜 비탈면에 상시 계측시스템을 구축하는 정부 사업 참여에 회사의 모든 역량을 집중할 계획이다. 재난·재해를 미리 예측하여 국민의 생명과 재산을 지키는데 일조하게 된다면 기업경영의 보람과 함께 지역사회의 안전과 발전에도 큰 보탬이 될 것으로 생각된다.
