교통사고가 많이 발생하는 위험도로 타당성 평가 시 기존 평가방법 대비 비용과 기간을 각각 25%, 50% 단축할 수 있는 BIM 기반의 위험도로 평가모델이 선보여 눈길을 끌고 있다.
특히, 이 기술은 도로 선형개량사업은 물론 안전을 고려한 신규 도로 건설 시 신속한 디지털 설계과정에도 적용할 수 있어 활용도가 매우 높은 기술로 평가받고 있다.
기존 평가방법 대비 비용 25% 기간 50% 단축 ‘눈길’
신속한 디지털 설계로 안전한 도로 건설 ‘한몫’ 평가
도로에서 발생하는 교통사고의 대부분은 운전자의 부주의 등에 의한 인적요인이나 도로 선형의 기하 문제 등으로 발생되고 있다. 이에 국토교통부와 지방자치단체에서는 교통사고 예방과 저감을 위해 ‘국도 및 지방도 위험도로 선형개량사업’을 추진하고 있다.
‘선형개량사업’은 급경사나 급커브 등 대형 교통사고 발생 가능성이 큰 도로 내 특정 구간을 선정, 불합리한 구조를 개선해 교통사고를 예방하고, 도로 기능을 향상하기 위한 사업이다.
선형개량사업을 위한 대상지 선정을 위해서는 현재 도로의 커브와 경사 같은 기하구조, 교통사고 건수와 교통량, 지역 특성, 투자 사업비 등의 다양한 요소들에 대한 평가가 이뤄지고 있다.
국토부와 행안부에서 정한 위험도로 선정 평가기준에서는 기하조건의 평가항목 중 기하요소의 평가항목 비중인 매우 높다.
이는 교통사고가 발생하는 다양한 원인 중 도로의 형상을 결정짓는 구조적인 요소인 기하구조를 주요 원인으로 파악하고 있다는 의미로 해석된다.
하지만, 현재 계획단계에서의 교통분석, 노선계획과 설계단계의 노선설계 과정은 2D로 이뤄지고 있어 한 개의 위험도로 타당성 평가를 위해 교통 분석·평가, 선형 대안 노선 계획 도출, 노선 설계 수행 등 약 4천만 원의 비용과 최소 한 달 반 정도의 시간이 소요되고 있는 실정이다.
또한, 도출된 개선안에 대한 설계기준 적합성 검증 단계도 거쳐야 한다.
특히, 설계과정에 교통사고의 영향 수준은 반영하지 못하고 있는 것으로 알려져 있다.
이에 한국건설기술연구원에서는 위험도로에 대한 타당성 평가 과정에서 비용을 25% 절감할 수 있고, 기간을 50% 단축할 수 있는 BIM 기반의 위험도로 평가모델을 개발했다.
이번에 선보인 평가모델은 기존의 위험도로 선정을 효율적으로 진행할 수 있는 것은 물론 도로의 기하구조 상의 문제점을 해결할 수 있는 최적의 방안으로 평가받고 있다.
한편, 이 성과는 국토교통부와 국토교통과학기술진흥원의 지원 아래 지난 2021년부터 2년 간 한국건설기술연구원을 중심으로 공동연구기관인 ㈜서영엔지니어링과 함께 진행된 ‘지능화 기술기반의 위험도로 선형개량 모델 생성 및 기하 검증 핵심기술 개발’ 연구를 통해 선보였다.
연구내용
이 연구는 도로의 디지털 데이터를 활용, 위험도로의 선형을 평가하고, 통계적 기법과 최적화 알고리즘을 이용해 대안설계를 도출할 수 있는 기술 개발을 목표로 진행됐다.
위험도로 대안 설계안을 가상의 도로 환경 속에서 검증, 교통사고를 최소화할 수 있도록 최적의 대안을 제공하는 시스템 개발 연구도 포함됐다.
이 같은 목표 달성을 위해 도로 디지털 데이터를 활용한 변수 기반의 BIM 모델 작성 기술을 비롯해 도로의 최적 기하변수 도출을 위한 PtD 분석 모델, 도로기하 조합의 BIM기반 설계기준 자동 검증 기술 개발 등의 연구가 이뤄졌다.
세부적으로 살펴보면, 위험도로 선정을 위해 도로교통공단의 교통사고 통계 빅데이터인 ‘교통사고정보개방시스템’(TAAS)을 분석, 기하요인과 교통사고 발생 간 상관관계를 확인했다.
또한, 지난 2012부터 2020년에 국도와 지방도에서 발생한 교통사고(사망사고 기준) 3만 7,128건 중 회전구간과 오르막차로와 같은 위험 조건을 모두 만족하는 사례 1,138건을 추출했다.
이 중 교통사고가 2회 이상 발생한 도로 구간 77건을 선별했다. 선정된 77건은 모두 위험도로로, 구체적으로 4건의 사례에 대해 지형도와 로드뷰 분석을 통해 심층 분석을 진행했다.
이후 연구팀은 간단한 조건과 변수 입력만으로도 쉽고 빠르게 복수의 개선안을 3D 모델로 시각화해 생성할 수 있는 BIM 기반의 위험도로 평가모델을 개발했다.
이 모델은 도출된 여러 개선안에 대해 교통사고 위험도 수치를 비교하고, 설계기준 만족 여부를 즉시 평가할 수 있는 장점을 갖고 있다.
이 같은 과정을 통해 정책 결정자들은 교통사고 발생 위험도를 최소화할 수 있는 최적의 개선안을 쉽게 선별할 수 있다.
특히, 위험도로 선정에서부터 최적 개선안 도출까지의 의사결정 과정을 한 번에 통합하고, 3D기반의 디지털 방식으로 전환해 효율을 극대화할 수 있어 도로설계의 경쟁력 강화와 안전한 도로 구축에 크게 기여할 것으로 기대를 모으고 있다.
인 / 터 / 뷰
교통사고 위험도 지수 개발 등 디지털 도로 자동화 설계기술 선봬
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| 문현석 연구위원 |
한국건설기술연구원 문현석 연구위원은 “이 연구는 타당성 분석과정의 디지털화와 일원화된 노선계획, 설계과정을 통합적으로 수행할 수 있도록 기존의 2D 기반의 정적인 선형개량의 타당성 분석 과정을 BIM기술을 활용한 ‘디지털 엔지니어링 모델’로 전환하는 연구”라고 소개했다.
이어 “연구를 통해 선별된 도로의 교통사고 위험도 산정을 위한 교통사고 위험도 지수를 개발했다”며, “이는 각 기하요소별 영향 가중치를 AHP기법을 통해 산정하고 각 기하요소의 가중화된 값의 총합을 계산해 위험도의 종합점수를 산정하는 방법”이라고 설명했다.
최종 점수가 높을수록 사고 위험이 큰 도로이며, 최종 점수가 낮을수록 안전성이 높은 도로로 판정할 수 있다.
특히, 연구팀은 선별된 도로의 교통사고 위험도 최소화를 위해 최적의 대안 모델을 신속하게 생성하고 평가할 수 있는 BIM 기반의 디지털 도로 자동화 설계기술도 선보였다.
문 박사는 “이 기술은 Autodesk Civil3D를 기반으로 기존의 도로설계기능을 단순화하고 알고리즘을 통해 누구나 손쉽게 위험도로의 BIM 설계가 가능하다”며, “특히, 최적화 과정 동안 변경되는 도로의 대안모델이 설계기준에 부합하는지에 대한 검증도 자동으로 이뤄진다”고 밝혔다.
이 같은 과정이 반복될 경우 원하는 회수만큼의 대안모델이 생성되고, 위험도 지수값에 따라 각 도로 구간별로 위험도가 시각적으로 표현된다.
특히, 각 대안 모델에 대한 교통사고 위험도 수준 평가는 물론 토공량과 설계기준 부합 여부 검토까지 포함된 최종 위험도로 선형개량 대안 모델을 생성할 수 있어 눈길을 끈다.
이어 “즉, 위험 도로 선정에서부터 디지털 도로설계 모델 개발과 최적화 과정을 통한 도로 대안과 모델 생성을 위한 디지털화된 워크플로우를 제시할 수 있다”고 설명했다.
‘스마트시티 디지털 트윈사업 시범모델로 활용’ 지자체와 협의 추진
실제로 국토부나 지자체 등에서 위험도로 선형개량 사업을 위한 타당성 분석 수행 시 계획단계의 노선계획과 설계단계의 노선설계 과정을 매우 효율적이고 신속하게 의사결정 할 수 있도록 도움을 줄 것으로 예상된다.
문 박사는 “이로 인해 위험도로 선형개량을 정확성이 높아지는 것은 물론 교통사고 위험도가 반영되는 만큼 안전한 도로설계가 가능하다”며, “또한, 타당성 분석과정의 시간적 비용 손실 최소화와 기존 2D 방식의 위험도로 타당성 분석과정을 BIM 기반의 디지털화된 방식으로 제시하는 데 기여할 수 있다”고 강조했다.
이어 “특히, 위험도로 구간 파악과 개선을 위한 설계를 설계사를 통해 시간과 비용을 투자하지 않고 디지털 모델만으로도 기하요소에 따른 교통사고 위험도 수준을 파악할 수 있어 위험도로 선정 및 투자 우선순위 결정의 참고자료 활용할 수 있을 것”이라고 전망했다.
또한, 이번 연구성과는 현재 도로의 최적화 조건에 교통사고 위험도와 토공량만을 제시하고 있지만, 향후 민원을 비롯한 지하시설, 교량·터널 등의 구조물, 기후, 식생, 일조, 문화재 등의 영향 요소가 추가할 경우 보다 최적화된 노선계획 수립에 활용할 수 있다.
문 박사는 “특히, 신규 도로의 설계과정에 연구에서 개발한 자동화된 도로설계 워크플로우를 활용할 경우 매우 신속한 도로설계모델을 생성할 수 있다”며, “향후 자율주행 도로가 확대될 경우 자율주행의 도로 안전성을 고려한 최적 노선계획과 설계 수행에도 활용할 수 있다”고 말했다.
끝으로 문 박사는 “이번 성과가 지자체의 스마트시티와 관련된 디지털 트윈사업의 시범사업 모델로 널리 활용될 수 있도록 지자체 등과 협의해 나갈 것”이라고 밝혔다.
이어 “또한, 교통사고는 물론 다수의 도로 영향요소를 복합적으로 분석해 최적화된 도로설계의 성능을 높일 수 있는 연구 발굴에도 나설 계획”이라고 덧붙였다.
