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Technical Note
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3D 공간정보를 활용한 터널 설계 자동화 기술 개발 및 적용 사례 : 남해 서면-여수 신덕 국도 건설공사 BIM기반 설계를 중심으로
Development and Application of Tunnel Design Automation Technology Using 3D Spatial Information : BIM-Based Design for Namhae Seomyeon – Yeosu Shindeok National Highway Construction
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조은지, 김우진, 김광염, 정재호, 방상혁
Eunji Jo, Woojin Kim, Kwangyeom Kim, Jaeho Jung, Sanghyuk Bang
- 정부는 건설산업의 생산성 혁신을 위해 BIM 기반 스마트 건설기술 활성화방안을 지속적으로 발표하고 있다. 설계단계에서는 BIM 데이터와 다른 첨단기술을 융합하여 설계 자동화와 최적화 …
The government continues to announce measures to revitalize smart construction technology based on BIM for productivity innovation in the construction industry. In …
- 정부는 건설산업의 생산성 혁신을 위해 BIM 기반 스마트 건설기술 활성화방안을 지속적으로 발표하고 있다. 설계단계에서는 BIM 데이터와 다른 첨단기술을 융합하여 설계 자동화와 최적화 수행을 목표로 한다. 국내 해저터널 사업인 남해 서면-여수 신덕 국도 건설공사 기본설계에서는 터널설계 프로세스에 따라 3D 공간정보를 이용한 터널설계 자동화 기술을 개발하여 BIM 기반의 설계를 수행하였다. 터널의 선형설계에 제너레이티브 디자인 기법을 사용하여 만 여건 이상의 케이스를 36시간 내에 도출하고, 설계자가 정의한 목적함수의 정량적 평가를 수행하여 설계자가 요구하는 조건의 최적 선형을 도출했다. AI 기반의 지반분류와 3D Geo Model을 구축하여 최적 선형의 경제성 및 안정성을 평가하였다. AI 기반의 지반분류는 시추 코어 1공당 약 30종의 지반분류를 수행하여 그 정밀도를 향상시켰고, 3D Geo Model의 경우 시공 중 추가되는 지반 데이터를 누적할 수 있다는 점에서 그 활용도를 기대할 수 있다. 3D 발파설계의 경우 Dynamo 상에서 노선상의 모든 보안물건을 검토하여 최적 장약량을 5분 만에 도출하고, 직관적이고 편리한 시공관리를 위해 3D 공간상에 설계 결과를 시각화함으로서 시공 중에 직접 활용할 수 있도록 했다.
- COLLAPSE
The government continues to announce measures to revitalize smart construction technology based on BIM for productivity innovation in the construction industry. In the design phase, the goal is design automation and optimization by converging BIM Data and other advanced technologies. Accordingly, in the basic design of the Namhae Seomyeon-Yeosu Sindeok National Road Construction Project, a domestic undersea tunnel project, BIM-based design was carried out by developing tunnel design automation technology using 3D spatial information according to the tunnel design process. In order to derive the optimal alignment, more than 10,000 alignment cases were generated in 36hr using the generative design technique and a quantitative evaluation of the objective functions defined by the designer was performed. AI-based ground classification and 3D Geo Model were established to evaluate the economic feasibility and stability of the optimal alignment. AI-based ground classification has improved its precision by performing about 30 types of ground classification per borehole, and in the case of the 3D Geo Model, its utilization can be expected in that it can accumulate ground data added during construction. In the case of 3D blasting design, the optimal charge weight was derived in 5 minutes by reviewing all security objects on the project range on Dynamo, and the design result was visualized in 3D space for intuitive and convenient construction management so that it could be used directly during construction.
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3D 공간정보를 활용한 터널 설계 자동화 기술 개발 및 적용 사례 : 남해 서면-여수 신덕 국도 건설공사 BIM기반 설계를 중심으로
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Technical Note
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벤토나이트 완충재 장기 침식을 모사하기 위한 Two-region 모델 소개
Introduction of Two-region Model for Simulating Long-Term Erosion of Bentonite Buffer
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이재원, 김정우
Jaewon Lee, Jung-Woo Kim
- 벤토나이트는 팽윤 능력과 낮은 투수율 등의 유리한 특성으로 인해 고준위방폐물처분장에서 완충재로 널리 인정받고 활용되고 있으며, 낮은 투수율로 인해 방사성 핵종이 주변 암반으로 …
Bentonite is widely recognized and utilized as a buffer material in high-level radioactive waste repositories, mainly due to its favorable characteristics such …
- 벤토나이트는 팽윤 능력과 낮은 투수율 등의 유리한 특성으로 인해 고준위방폐물처분장에서 완충재로 널리 인정받고 활용되고 있으며, 낮은 투수율로 인해 방사성 핵종이 주변 암반으로 이동하는 것을 효과적으로 방지하여 방사성 폐기물의 안전한 처분을 보장하는 데 중요한 역할을 한다. 그러나 벤토나이트 완충재의 장기적인 성능은 여전히 지속적인 연구의 대상으로 남아 있으며, 주요 우려 사항 중 하나는 벤토나이트의 팽윤과 지하수 흐름에 의한 완충재의 침식이다. 벤토나이트 완충재의 침식은 완충재의 무결성을 손상시키고 지하수를 통한 방사성 핵종의 이동을 촉진할 수 있는 콜로이드 형성을 초래하여, 결과적으로 방사성 핵종 이동 위험을 높임으로써 처분장 안전에 중대한 영향을 미칠 수 있다. 따라서 벤토나이트 완충재의 침식 메커니즘과 침식 정도를 수치 해석적으로 정량화하여 장기적인 벤토나이트 완충재의 성능 및 콜로이드 형성 정도를 평가하는 것이 고준위방폐물처분장의 안전성 평가에 매우 중요하다. 본 기술 보고에서는 동적 벤토나이트 확산 모델을 기반으로 거동이 유사한 영역을 두 개로 분류하여 벤토나이트의 균열 침투 및 콜로이드 형성을 모사할 수 있도록 제안된 모델인 Two-region 모델을 소개하였으며, 이 모델을 이용해 벤토나이트 완충재 침식 정도를 정량적으로 평가하였다.
- COLLAPSE
Bentonite is widely recognized and utilized as a buffer material in high-level radioactive waste repositories, mainly due to its favorable characteristics such as swelling capability and low permeability. Bentonite buffers play an important role in ensuring the safe disposal of radioactive waste by providing a low permeability barrier and effectively preventing the migration of radionuclides into the surrounding rock. However, the long-term performance of bentonite buffers still remains a subject of ongoing research, and one of the main concerns is the erosion of the buffer induced by swelling and groundwater flow. The erosion of the bentonite buffer can significantly impact repository safety by compromising the integrity of buffer and leading to the formation of colloids that may facilitate the transport of radionuclides through groundwater, consequently elevating the risk of radionuclide migration. Therefore, it is very important to numerically quantify the erosion of bentonite buffer to evaluate the long-term performance of bentonite buffer, which is crucial for the safety assessment of high-level radioactive waste disposal. In this technical note, Two-region model is introduced, a proposed model to simulate the erosion behavior of bentonite based on a dynamic bentonite diffusion model, and quantitative evaluation is conducted for the bentonite buffer erosion with this model.
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벤토나이트 완충재 장기 침식을 모사하기 위한 Two-region 모델 소개
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Technical Note
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TBM 디스크커터의 실시간 하중 계측을 위한 연구현황
Research Trend of Real-Time Measurement for Acting Force of TBM Disc Cutter
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기경민, 김정주, 정호영
Gyeongmin Ki, Jung-Joo Kim, Hoyoung Jeong
- TBM에 장착되어 암석을 절삭하는 디스크커터에는 암반을 굴착하는 과정에서 세 방향의 절삭력이 작용한다. 일반적으로 디스크커터의 절삭력은 굴착대상암반의 강도에 따라 증가하는 것으로 알려져 있고, …
The disc cutter mounted on the Tunnel Boring Machine (TBM) is subjected to cutting forces in three dimensions during rock excavation process. …
- TBM에 장착되어 암석을 절삭하는 디스크커터에는 암반을 굴착하는 과정에서 세 방향의 절삭력이 작용한다. 일반적으로 디스크커터의 절삭력은 굴착대상암반의 강도에 따라 증가하는 것으로 알려져 있고, 디스크커터가 여러 원인에 의해 정상적으로 회전이 이루어지지 않는 경우에는 회전력이 급격하게 증가할 수 있다. 따라서 굴착 도중 디스크커터에 작용하는 절삭력은 굴착의 대상이 되는 암반의 상태나 디스크커터의 절삭상태를 나타내는 중요한 정보가 될 수 있다. 이러한 이유로 해외를 중심으로 디스크커터의 작용력을 실시간으로 측정하기 위한 기술의 개발이 이루어지고 있으며, 본 연구에서는 현재까지 해외의 문헌을 통해 보고되고 있는 TBM 디스크커터의 하중계측에 관한 연구현황에 대하여 소개하고자 하였다. 향후 국내에서도 유사한 기술의 개발이 이루어지는 경우에 유용한 참고자료가 될 수 있을 것으로 판단된다.
- COLLAPSE
The disc cutter mounted on the Tunnel Boring Machine (TBM) is subjected to cutting forces in three dimensions during rock excavation process. It is widely known that the cutting forces increased with the strength of the rock mass, while the rolling force can be significantly increased when the disc cutter encounters abnormal rotation. Therefore, the cutting force acts on the disc cutter provides important information because it represents the conditions of the rock mass and the disc cutter. For these reasons, several studies have been conducted to measure the cutter forces in real-time. This paper introduces the current status of research on the cutter force measurement of TBM disc cutters, which has been reported in the literature. It is judged that this paper can be a useful reference material when similar technologies are developed in Korea in the future.
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TBM 디스크커터의 실시간 하중 계측을 위한 연구현황
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Case Study
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국내 최초 TBM선굴진 2-Arch터널 설계사례 연구
The First Case Study of TBM Pre-Excavation Type 2-Arch Tunnel in Korea
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김형렬, 정상준, 강준호
Hyung-Ryul Kim, Sang-Jun Jung, Jun-Ho Kang
- 근래 들어 도심지 지하공간 개발에 대한 수요가 증가함에 따라 도심지 터널계획이 활발히 진행되고 있다. 도심지 구간에는 주민 생활환경을 고려하여 지하정거장이 계획되며, 기존 …
As the demand for urban underground space increases recently, urban tunnel planning is actively progressing. In the urban area, a underground station …
- 근래 들어 도심지 지하공간 개발에 대한 수요가 증가함에 따라 도심지 터널계획이 활발히 진행되고 있다. 도심지 구간에는 주민 생활환경을 고려하여 지하정거장이 계획되며, 기존 구조물의 안정성 및 환경훼손 저감 등을 위해 2-Arch터널 정거장을 적용하고 있다. 그러나 도심지 구간은 심한 풍화작용에 따라 불량지반의 심도가 깊게 발달되어 터널 안정성 확보를 고려한 신중한 계획이 요구된다. 이뿐만 아니라 도심지의 복합적인 지반상태를 고려하여 본선터널에 TBM 기계굴착 공법을 적용하는 경우, 기존 NATM형 2-Arch터널과는 시공연계성을 확보할 수 없게 된다. 본 연구에서는 쉴드TBM과 2-Arch터널을 조합한 형태인 TBM선굴진 2-Arch터널을 국내 최초로 적용한 설계사례를 중점으로 기술하고자 하였다. 중앙터널 굴착후 좌우터널 시공을 고려하여 쉴드TBM 세그먼트 설치 및 해체를 위해 고려한 설계사항을 설명하고, 수치해석을 활용한 안정성 검토를 통해 TBM선굴진 2-Arch터널의 설치효과를 검증하였다.
- COLLAPSE
As the demand for urban underground space increases recently, urban tunnel planning is actively progressing. In the urban area, a underground station is planned in consideration of the living environment of residents, and 2-arch tunnel is applied for the stability of existing structures and reduction of environmental damage. However, since the depth of weak rock mass is deeply distributed in the urban area due to severe weathering, careful planning is required to secure tunnel stability. In addition, if TBM mechanical excavation is applied as the main tunnel excavation method considering the composite ground in urban area, the construction connectivity with the 2-arch tunnel of the NATM concept may be deteriorated. In this study, the design case of applying TBM pre-excavation type 2-arch tunnel for the first time in Korea was mainly described. The main considerations for the segment design of TBM pre-excavation type 2-arch tunnel were explained for side tunnels. Also, a stability analysis was conducted to verify the effectiveness and adequacy of the TBM pre-excavation type 2-arch tunnel.
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국내 최초 TBM선굴진 2-Arch터널 설계사례 연구
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Research Article
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수리역학 연계해석을 이용한 누수로 인한 터널 구조물 및 지반 거동의 분석
Investigation on Water Leakage-Induced Tunnel Structure and Ground Responses Using Coupled Hydro-Mechanical Analysis
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박도현
Dohyun Park
- 터널누수는 주변지반의 응력 및 간극수압을 변화시켜 터널 안정성 및 지반변형에 영향을 미칠 수 있는 결함요소이다. 장기간 또는 큰 규모의 누수발생은 터널 라이닝의 …
Water leakage in tunnels is a defect that can affect tunnel stability and the ground movement by changing the stress and pore …
- 터널누수는 주변지반의 응력 및 간극수압을 변화시켜 터널 안정성 및 지반변형에 영향을 미칠 수 있는 결함요소이다. 장기간 또는 큰 규모의 누수발생은 터널 라이닝의 불안정성 및 지표침하와 같은 터널 구조물 및 주변지반 환경에 손상을 일으킬 수 있다. 본 연구에서는 누수발생 시 터널의 구조 안정성 및 지반 거동에 미치는 영향을 수치해석적으로 분석하였다. 고려된 터널은 내부로 주변 지하수의 유입을 허용하지 않는 비배수 조건으로 가정하였고 터널 완공 후 라이닝에서 누수가 발생하는 것으로 설정하였다. 누수로 인한 터널 구조물 및 지반의 거동을 모사하기 위해 수리역학 연계해석이 수행되었으며 파이썬으로 개발된 TOUGH-FLAC 시뮬레이터가 사용되었다. 누수 발생량과 누수위치를 변화시켜 수치모사가 수행되었으며 수리역학 해석을 위한 연계항들이 복합거동 결과에 미치는 영향을 조사하였다.
- COLLAPSE
Water leakage in tunnels is a defect that can affect tunnel stability and the ground movement by changing the stress and pore water pressure of the surrounding ground. Long-term or large-scale water leaks may lead to damage of tunnel structure and the surrounding environment, such as tunnel lining instability and ground surface settlement. The present study numerically investigated the effects of water leakage on the structural stability of a tunnel and the ground behavior. The tunnel was assumed to be under undrained conditions for preventing the inflow of the surrounding water and leaks occurred in the concrete lining after completion of the tunnel construction. A coupled hydro-mechanical analysis using a TOUGH-FLAC simulator developed in Python was conducted for assessing the leakage induced-behavior of the tunnel structure and ground under different conditions of the amount and location of water leak. Additionally, the effect of hydro-mechanical coupling terms on the results of coupled response was investigated and discussed.
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수리역학 연계해석을 이용한 누수로 인한 터널 구조물 및 지반 거동의 분석
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Research Article
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딥러닝 기반 달 표면 모사 환경 실시간 객체 인식 및 매칭 시스템 개발
Development of System for Real-Time Object Recognition and Matching using Deep Learning at Simulated Lunar Surface Environment
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나종호, 공준호, 이수득, 신휴성
Jong-Ho Na, Jun-Ho Gong, Su-Deuk Lee, Hyu-Soung Shin
- 달 현지 탐사를 위해 무인 이동체에 대한 연구가 지속적으로 이루어져 있으며 달 지상 관심 지역의 정확한 위치 및 맵핑을 위한 실시간 정보화 …
Continuous research efforts are being devoted to unmanned mobile platforms for lunar exploration. There is an ongoing demand for real-time information processing …
- 달 현지 탐사를 위해 무인 이동체에 대한 연구가 지속적으로 이루어져 있으며 달 지상 관심 지역의 정확한 위치 및 맵핑을 위한 실시간 정보화 작업이 요구되고 있다. 딥러닝 영상 처리 분석 기술을 실제 로버에 적용하기 위해 소프트웨어의 통합과 최적화에 대한 연구가 필요하며 본 연구에서는 가상의 달 기지 건설 현장의 영상을 실시간 분석하여 핵심 객체의 공간 정보를 자동으로 수치화하는 방안에 대한 기초 연구가 진행되었다. 본 연구를 통해 이미 구축된 영역 분할 기반 객체 인식 알고리즘을 경계 상자 기반 객체 인식 알고리즘으로 변경하여 객체 인식 정확도 및 추론 속도를 개선하는 작업이 이루어졌으며, 대용량 데이터 기반 객체 매칭 학습을 위해 Batch Hard Triplet Mining 기법을 도입하고, 학습 및 추론에 대한 최적화 연구가 수행되었다. 또한 개선된 객체 인식 및 동일 객체 매칭 소프트웨어를 통합하고, 입력 이미지 내 동일 객체 자동 매칭을 시각화하는 소프트웨어를 개발하였으며, 위성 모사 촬영 영상 내 객체를 학습 데이터로, 이동체 촬영 영상 내 객체를 추론 데이터로 사용하여 동일 객체 매칭의 학습 및 추론이 이루어졌다. 본 연구의 결과는 이동체의 연속 촬영 영상을 기반 3차원 공간 정보를 구현 및 관심 공간 내 객체 위치 설정에 활용할 수 있을 것으로 사료되며, 향후 달 기지 건설 현장에서의 영상 기반 시공 모니터링 및 제어를 위한 자동 현장 및 주요 대상물 공간 정보 구축 시스템과의 연계에 기여할 것으로 기대된다.
- COLLAPSE
Continuous research efforts are being devoted to unmanned mobile platforms for lunar exploration. There is an ongoing demand for real-time information processing to accurately determine the positioning and mapping of areas of interest on the lunar surface. To apply deep learning processing and analysis techniques to practical rovers, research on software integration and optimization is imperative. In this study, a foundational investigation has been conducted on real-time analysis of virtual lunar base construction site images, aimed at automatically quantifying spatial information of key objects. This study involved transitioning from an existing region-based object recognition algorithm to a boundary box-based algorithm, thus enhancing object recognition accuracy and inference speed. To facilitate extensive data-based object matching training, the Batch Hard Triplet Mining technique was introduced, and research was conducted to optimize both training and inference processes. Furthermore, an improved software system for object recognition and identical object matching was integrated, accompanied by the development of visualization software for the automatic matching of identical objects within input images. Leveraging satellite simulative captured video data for training objects and moving object-captured video data for inference, training and inference for identical object matching were successfully executed. The outcomes of this research suggest the feasibility of implementing 3D spatial information based on continuous-capture video data of mobile platforms and utilizing it for positioning objects within regions of interest. As a result, these findings are expected to contribute to the integration of an automated on-site system for video-based construction monitoring and control of significant target objects within future lunar base construction sites.
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딥러닝 기반 달 표면 모사 환경 실시간 객체 인식 및 매칭 시스템 개발