교량이 노후화됨에 따라, 더 스마트하게 유지관리

독일 뮌헨 외곽에는 소박한 다리가 하나 있습니다. 슈빈데크의 이젠 강을 가로지르는 이 다리는 길이가 겨우 20미터에 불과해서 차로 지나가다 보면 거의 눈에 띄지 않을 것입니다. 하지만 이 낡은 2차선 다리 아래에는 어쩌면 미래의 인프라 관리 기술이 숨겨져 있을지도 모릅니다. 바로 압력, 변형률, 기울기, 진동, 심지어 구조물의 온도까지 거의 모든 것을 기록하는 약 150개의 센서가 설치되어 있는 것입니다.

왜? 너무 늦기 전에 어떤 다리가 노후화에 취약한지 알아두는 것이 중요하기 때문입니다.

대부분의 국가들이 인프라 유지 관리에 어려움을 겪고 있는 시기에 독일은 혁신적인 디지털 트윈 기술을 사용하여 중요한 구조물을 모니터링하고 유지 관리하고 있습니다.

Dr. Stefan Küttenbaum과 Johannes Wimmer가 주도하는 Schwindegg 프로젝트는 University of the Bundeswehr Munich(뮌헨 소재 독일 연방군 대학교)와 Muehldorf am Inn 지역이 협력하여 진행하는 사업입니다. Küttenbaum은 Chair of Concrete Structures의 Critical Infrastructures Working Group Leader를 맡고 있으며, Wimmer는 Research Associate입니다. Prof. Thomas Braml이 Chair of Concrete Structures를 이끌고 있습니다. 이 사업은 중요 기반 시설의 복원력과 지속가능성을 강화하기 위한 Next Generation EU 프로그램의 일환입니다.

독일의 많은 다리는 60년 전에 건설되었으며, 몇몇 다리는 100년 이상 된 것도 있습니다. 노후화와 수십 년간의 지속적인 사용으로 인해 보수 및 개선이 시급합니다. 하지만 인력, 재정, 자재 등 자원이 제한적이어서 모든 다리를 전면 개보수하는 것은 현실적으로 불가능합니다. 그럼에도 불구하고 공공 안전은 돈으로 환산할 수 없는 가치입니다. 시민들은 다리를 건널 때 "이 다리는 안전할까?"라는 의문을 품을 수 있습니다.

"현재 우리는 즉각적인 보수 또는 교체가 필요한 수천 개의 교량에 직면해 있습니다"라고 Braml은 말했습니다. "하지만 모든 교량을 교체하기에는 자원이 너무 제한적이며, 더 긴 수명을 고려해야 합니다."

교량 안전 문제 외에도 데이터 관리 및 확장성과 관련된 과제가 있습니다. 수많은 교량의 모니터링 시스템에서 생성되는 방대한 양의 데이터를 관리하고 분석하는 것은 복잡합니다. 과제는 여러 교량에 적용할 수 있는 확장 가능한 솔루션을 만들어 기술 전문 지식이 제한적인 소규모 지역도 이러한 시스템의 혜택을 받을 수 있도록 하는 것입니다.

사이버 보안 문제도 있습니다. 디지털 인프라의 중요성이 커지고 관련된 데이터의 민감도가 높아짐에 따라 사이버 보안 및 데이터 보호를 보장하는 것이 매우 중요합니다. 여기에는 위험이 발생할 수 있는 하이브리드 환경에서도 안전하게 작동할 수 있는 시스템을 개발하는 것이 포함됩니다.

이 프로젝트에서 추구하는 해결책은 NetApp의 고급 데이터 관리 솔루션을 기반으로 한 디지털 트윈 기술의 혁신적인 활용에 있습니다. 센서를 통해 팀은 풍부한 데이터를 수집하며, 이 데이터는 IoT 게이트웨이를 통해 대학 데이터 레이크로 전송되어 분석됩니다.

독일 연방군 대학교는 프라운호퍼 실험공학연구소(IESE)와 협력하여 디지털 트윈 기술을 활용해 물리적 세계와 디지털 세계를 연결했습니다. 이 기술은 서로 다른 데이터 소스의 출처, 워크플로 및 인텔리전스를 통합합니다. 이 교량 프로젝트는 디지털 트윈 기술이 개발된 초기 단계부터 실제 현장에 적용된 최초의 사례입니다.

"디지털 트윈을 통해 실시간으로 교량 데이터를 정확하게 수집하고 분석할 수 있습니다"라고 Braml은 말했습니다. "이를 통해 스마트하고 예측 가능한 유지보수 관리가 가능해집니다. 목표는 자원 소비를 줄이는 동시에 잔여 수명을 연장하는 것입니다. 이는 인프라 부문의 안전성, 효율성 및 지속가능성 향상에 중요한 기여를 합니다."

교량에 설치된 센서는 데이터베이스에 데이터를 전송하여 디지털 이미지를 생성하고, 이 이미지는 프로세스 및 분석을 테스트하는 데 사용됩니다. 또한, 이러한 디지털 정보는 다른 프로젝트나 서비스에서도 동시에 활용할 수 있습니다. NetApp 기술은 다양한 방식으로 사용됩니다:

• 데이터 스토리지: NetApp® StorageGRID®는 수집된 모든 데이터를 안전하게 저장하고 쉽게 액세스할 수 있도록 보장하는 고성능의 확장 가능한 스토리지 솔루션을 제공합니다. StorageGRID는 기존 IT 인프라와의 원활한 통합을 지원하여 센서의 데이터를 효율적으로 관리하고 검색할 수 있도록 보장합니다.
• 데이터 보안: 인프라 데이터의 민감한 특성을 고려할 때 보안은 최우선 과제입니다. NetApp은 암호화 및 안전한 액세스 제어를 포함한 포괄적인 데이터 보호 기능을 제공하여 무단 액세스로부터 데이터를 보호합니다. 또한 데이터는 안전한 프라이빗 클라우드 환경에 저장되어 엄격한 데이터 개인정보 보호 규정을 준수합니다.
• 실시간 모니터링 및 예측 유지보수: NetApp의 데이터 관리 솔루션은 교량 상태를 실시간으로 모니터링할 수 있도록 지원합니다. 머신러닝 알고리즘을 통합하여 시스템은 패턴을 분석하고 심각한 문제로 발전하기 전에 잠재적인 문제를 예측할 수 있습니다. 이러한 사전 예방적 유지보수 접근 방식은 교량의 수명을 연장하고 전체 수리 비용을 절감하는 데 도움이 됩니다.

"저희는 교량 운영자들을 위해 이 일을 합니다. 그들은 시간, 예산, 인력 면에서 자원이 부족하여 모든 교량 평가 및 검사 데이터와 관련 정보 흐름을 관리하기 어려운 경우가 많기 때문입니다."라고 Küttenbaum은 말했습니다. "저희는 디지털화를 통해 그들을 돕고 지원하는 방법을 찾았습니다. 이 기술을 통해 대량의 데이터를 효율적으로 관리하고 분석하여 정보에 입각한 의사 결정을 내리는 데 필요한 통찰력을 얻을 수 있습니다."

• 확장성 및 이전 가능성: 이 프로젝트의 가장 중요한 장점 중 하나는 확장성입니다. 이 시스템은 소규모 지방 도로 교량부터 대형 구조물에 이르기까지 다양한 교량에 적용할 수 있도록 설계되었습니다. 이러한 확장성은 노후화된 기반 시설이라는 광범위한 문제를 해결하는 데 매우 중요합니다.
• 데이터 기반 통찰력: 이 프로젝트는 교량 유지보수 및 보수와 관련하여 정보에 입각한 의사결정을 내리는 데 활용할 수 있는 귀중한 데이터를 제공합니다. 예를 들어, 수집된 데이터는 온도 변화로 인한 교량 응력이 교통량으로 인한 응력보다 더 클 수 있음을 보여줍니다. 이러한 통찰력을 통해 보다 정확한 예측과 효과적인 유지보수 전략을 수립할 수 있습니다.
• 보안 강화: 인프라 데이터의 민감한 특성을 고려하여 본 프로젝트는 사이버 복원력에도 중점을 두고 있습니다. 데이터는 안전한 프라이빗 클라우드 환경에 저장되어 무단 접근으로부터 보호됩니다.

이 프로젝트의 미래는 밝습니다. 디지털 트윈 기술을 독일 전역과 전 세계의 더 많은 교량으로 확대 적용할 계획입니다. 향후 프로젝트에는 새로운 교량에 센서를 설치하고 데이터 분석을 향상시키기 위해 머신 러닝 알고리즘을 적용하는 것이 포함됩니다.

"우리는 데이터를 바탕으로 모든 것을 준비하고 있으며, 센서를 살펴보고 어떤 센서가 신뢰할 수 있고 어떤 센서가 그렇지 않은지 확인하고 있습니다."라고 Wimmer는 말했습니다.

또한 팀은 위성 관측을 포함한 다양한 출처의 데이터를 통합하여 교량 상태 및 성능에 대한 포괄적인 관점을 제공하는 것을 목표로 하고 있습니다.

결론

이 프로젝트는 NetApp의 첨단 데이터 솔루션으로 구동되는 디지털 트윈 기술이 어떻게 교량 관리를 혁신하고, 노후화된 인프라의 문제에 대한 확장 가능하고 데이터 기반 솔루션을 제공할 수 있는지 보여줍니다. 첨단 모니터링 시스템을 통합하고 데이터 보안을 보장함으로써, 이 이니셔티브는 인프라 복원력과 지속 가능성을 위한 새로운 기준을 제시합니다.