부식 문제 관리 법제화 必

■ 국내외 선도기관

내구성 증진을 통한 철근 콘크리트 구조물의 수명연장을 위해서 구조물의 상태를 미리 점검하고 유지·관리하기 위한 연구개발이 전 세계적으로 활발히 진행되고 있다. 지난 반세기 동안 기하급수적으로 증가해왔던 콘크리트 구조물의 건설이 최근에는 감소하고 있고, 동시에 이러한 건축물에 시간이 지남에 따라 나타나는 열화현상으로 인한 문제들이 서서히 나타나고 있기 때문이다. 이러한 문제를 해결하기 위한 방안 중 하나가 부식 모니터링 기술을 이용한 예방적 유지관리이다. 부식모니터링 기술은 구조안전모니터링(SHM)이라는 큰 개념으로 현장에 적용되고 있으며, 세계 각국에서 부식을 모니터링하기 위한 센서 및 모니터링 시스템 개발을 위해서 많은 노력을 기울이고 있다. 현재까지 상용화되고 있거나 연구개발 단계에 있는 모니터링 센서를 다음의 표에 나타내었고, 국내 및 해외 선도연구기관의 연구개발 내용을 <표 3-1-4-6>과 <표 3-1-4-7>에 나타내었다.

■ 국내외 논문 및 특허 동향

구조물 안전진단용 센서와 관련한 국내외 학술지 논문은 15년간 약 1,000여편이 출간되었으며 이 수치는 2000년대 후반에 들어서 급속도로 증가하고 있다. 이러한 연구는 미국과 중국이 주도하고 있으며 두 국가의 출판된 논문 수는 전체논문 수의 37%와 31%를 각각 차지하고 있다. 한국의 경우는 전체 논문 수의 약 6%(4위)로 낮지 않은 수치를 가지고 있다. 이는 한국의 경우도 2000년대부터 구조물의 안전진단의 중요성을 충분히 인식하고 연구개발 중임을 알 수 있다. 연도별 특허 역시 2000년대 이후 일본과 미국을 선두로 하여 상당히 많이 나오고 있다. 특히 일본의 경우 전체 출원 건수 989건 중의 561건으로 전체의 57% 이상을 차지하고 있다. 이는 일본의 대표적인 진단 센서 업체인 올림푸스(OLYMPUS)와 코닥(Kodak)의 영향으로 사료된다.

2000년대 이후의 최근 10년간 연구 동향을 살펴보면 2000년대 초반까지는 비파괴검사와 관련한 논문수가 모니터링보다 압도적으로 많았으나, 2000년대 후반으로 들어서면서 모니터링 분야의 논문수가 비파괴검사 분야의 수를 넘어서는 것으로 나타났다. 이는 전 세계적으로 구조물 안전 및 유지 관리 분야가 기존의 비파괴검사에서 모니터링 분야로 빠르게 전환되고 있다는 것을 보여준다. 이를 뒷받침하는 결과로 구조물 모니터링과 관련한 대표 저널들인 International Journal of Structural Health Monitoring, Structural Control and Health Monitoring의 피인용지수(IF : Impact Factor)가 계속해서 상승세를 타고 있는 것을 들 수 있다.

■ 국내 동향

1) 시장규모 및 전망

한국건설산업연구원에서 발간한 ‘2015년, 건설 3저와 7대 건설·부동산 이슈’ 보고서에 의하면 건축물의 안전진단 및 유지관리 시장의 성장은 장기간 지속할 것으로 전망하였고, 헤럴드 경제 기사(2015년 1월 23일)에 의하면 시장규모가 2000년 1조 원에서 2014년 3조 7,000억 원으로 약 370% 증가한 것으로 보고하였다. 이는 국내 대부분의 건축물의 경우 20∼30년 후 고령화 시대에 진입하기 때문에 안전성 확보를 위한 선제 대응형 방안의 마련이 시급하다는 의미도 있다(그림 3-1-4-14). 현재 국내 건설 생산 규모는 전 세계 4위로 상당히 높은 수준에 속하고 있지만 콘크리트 구조물의 유지관리 및 성능 평가기술 등은 해외의 선진기술을 가진 회사들의 장비에 대부분 의존하고 있고 건축물 모니터링 시스템을 위해 사용되는 다양한 센서들의 경우 센서 자체를 개발하기보다는 미국, 일본 등의 선진국으로부터 대부분 수입하고 있다.

글로벌 조사 컨설팅 업체 프로스트&설리번(Frost&Sullivan)에 따르면 안전진단 센서 관련 부가가치는 전 세계적으로 약 100억 달러에 이르는 높은 경제성을 가지고 있는 분야로 분석하였다. 2012년 기준 국내 안전진단 센서 시장은 약 4,758억 원 규모로 연평균 5.5%의 성장률을 보이며 2017년에는 6,218억원 규모의 시장이 형성될 것으로 전망하였다. 이는 선진국 대비 기술 수준의 약 20% 정도 되는 것으로 첨단장비일수록 수입의존도가 높고 국내에서는 관련 소모품 등의 일부만 생산하기 때문으로 판단된다. 특히 비파괴 검사 및 안전 진단 분야의 센서의 경우는 약 90%가량이 수입에 의존하는 것으로 나타났다. 방사선 센서의 비율은 50%의 높은 수준을 보였지만 안전 문제로 인한 규제 강화로 인해 최근에는 초음파와 기타 비접촉식 센서 위주로 시장이 이동 중이다. 이 역시 선진국의 기술에 의존하는 경향이 강하여 센서의 원천기술 확보 및 국산화를 위한 정부나 기업 차원에서의 적극적인 연구개발 및 투자가 필요하다.

2) 기업 현황

국내의 경우 다양한 기업들이 철근 콘크리트 구조물 내의 철근을 비롯한 배관시스템(상수도, 가스, 송유관, 하수관 등)의 방식과 관련된 연구개발을 하고 있다. 다양한 측정 장비, 도료 제품들을 연구 개발하여 상업화하고 있는 곳도 있다. 코렐테크놀로지(주)의 경우 한국가스공사의 제1호 사내벤처 기업으로 매설 배관의 부식 진단을 위한 다양한 원천기술을 가지고 있을 뿐 아니라 통합관리형 IoT 모니터링 시스템 및 첨단 부식속도 측정 센서 장비를 생산하고 있다. 이제이텍(주)은 콘크리트 구조물의 부식속도와 직·간접적으로 관계가 있는 인자를 측정함과 동시에 자동제어하는 센서를 개발하였고 현재 판매 중이다. 비앤비코리아(주)는 건축물의 균열 보호·방수·방식·열화 방지 친환경 표면코팅제와 물과 수증기의 확산과 투과를 방지할 수 있는 코팅제를 생산·판매하는 기업이다. (주)브리텍은 갈바닉 시스템(galvanic system)이라는 콘크리트 테크, 기둥, 빔, 벽체의 부식방지를 위한 광범위한 알칼리성 양극 시스템을 개발하여 신규 콘크리트와 기존 교량의 염화물로 부식된 콘크리트 보수, 슬래브 교체, 교량 확대 등에 적용하고 있다. 이처럼 국내에서는 많은 중소기업에서 독자적으로 센서 및 방식을 위한 기술 등을 개발하고 이를 상용화하기 위한 많은 노력이 진행되고 있다.

■ 해외 동향

1) 시장규모 및 전망

선진국의 경우 원천기술 및 자본, 인력 등의 성장 인프라를 모두 갖추고 센서를 국가 핵심기술로 집중 육성하고 있다. 미국의 경우 NFC의 자금 지원으로 연간 200만 달러를 센서 개발에 투자하고 있고, 방위고등연구계획국(Defense Advanced Research Project Agency, DARPA), 미국국립보건원(National Institute of Health, NIH), 미국항공우주국(National Aeronautics and Administration, NASA) 등의 정부 기관에 의해서 센서 연구개발에 집중적으로 투자하고 있다. 즉 미국, 유럽 등의 선진국들은 비파괴검사 개념에 입각한 연구 개발 계획 투자 및 전문 연구소를 설립하는 등 국가적 차원의 지원을 확대하고 있다. 중국, 인도의 산업화와 동남아 국가 경제의 성장에 따라 아시아 지역에서의 비파괴 검사 시장의 성장도 크게 나타날 것으로 전망된다.

<그림 3-1-4-17>은 건축물 모니터링 센서의 세계시장 매출 규모를 나타낸다. 그래프를 통해 세계 건축물 모니터링 센서 시장은 매년 꾸준히 증가하는 것을 볼 수 있다. 2015년 기준으로 7백만 달러에서 2018년도에는 약 천만 달러를 달성하였고 2023년에는 약 1억 9천만 달러를 달성할 것으로 전망하였다. 이는 연평균 성장률이 약 13.8% 정도 되는 수치로 건축물 모니터링 센서의 세계시장은 상당히 시장성이 있는 것으로 나타났다.

■ 미래의 연구방향

현재 상업화되어 사용되고 있는 철근 콘크리트 부식 모니터링용 센서의 경우 대부분이 수입에 의존하고 있다. 이 센서들은 자체 가격도 고가일 뿐 아니라 설치비, 유지관리비 등 부수적으로 발생하는 비용이 포함되어 최종 건설비용의 상당 부분을 차지하고 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서 향후 센서 핵심 기술에 대한 원천 기술 확보 및 국산화를 위한 연구개발은 필수이다.

또한, 국내에서는 부식 모니터링 센서가 설치된 곳이 부식성 환경인 바다에 노출된 해양 구조물에 많이 편중되어 있기 때문에 부식 모니터링에 관한 포괄적, 종합적인 데이터 수집에 한계가 있다. 그러므로 해양 구조물뿐만 아니라 다양한 토목, 건축 구조물에 부식 모니터링 센서를 설치하여 부식과 관련된 데이터를 지속해서 축적해야 한다. 이는 구조물의 안전진단 및 유지관리에 도움을 줄 뿐만 아니라, 보수 및 보강에 대한 종합적인 데이터를 수집함으로 포괄적, 정량적인 철근 콘크리트 건축물의 부식을 이해하는 데 도움이 될 것이다.

그리고 4차 산업 혁명 시대에 ICT 기반 건축물의 실시간 모니터링을 위해서는 무선센서와 센서 네트워크를 이용한 자동 부식 모니터링 시스템의 개발이 무엇보다도 중요하다. 해상교량, 원자력 발전소, 해저 터널 등과 같은 가혹한 부식성 환경의 경우, 부식 측정을 위해 작업자가 접근할 수 없기 때문에 자동으로 부식을 모니터링하고 이를 수집하여 무선으로 부식상황을 전송해주는 센서의 개발은 정확한 진단과 건축물의 유지관리 측면에서 상당히 효과적일 것이다.

■ 정책 제언

첨단 ICT 기반의 건축물 실시간 모니터링을 이용하는 안전진단 기술 개발을 통해 건축물의 효용성을 증대시킴으로써 공공안전을 확보하고 더 나아가 국민의 복리 증진에 기여하기 위해서는 정부 기관의 지원이 필요하다. 현재 시설물 안전진단 및 관리시장은 규모보다 업체 수가 과도하게 많아 수주 경쟁이 치열하고, 상위 소수업체에 수주가 편중되어 있다. 따라서 시설물 안전진단 및 유지관리시장의 활성화를 위해 전문 인력을 양성하여 편중화를 완화하고 선진국과 기술격차를 줄이도록 해야 한다. 이를 위해 안정적인 일자리 창출과 제공을 위한 정부와 업계의 지속적인 노력이 필요하다. 선진국의 경우 이미 모든 산업 분야에서 다양한 종류·단계의 부식 자격증을 가진 전문 인력으로 설비 관리를 하고 있다. 우리나라는 산업설비 및 구조물 등이 건설된 지 30∼40년이 지나면서 부식 문제가 빈번하게 발생하고 있고 심각한 사고가 일어날 가능성 또한 크지만, 선진국 같은 체계가 구축되어 있지 않다. 이제부터라도 범정부적 차원에서 부식의 위험성 및 중요성을 인식하고 주기적인 부식비용의 조사, 부식 지도의 작성에 대한 지원이 정책적으로 이뤄져야 한다. 특히 전문성 없는 인력이 부식 손상 문제를 해결해 오던 관행을 타파하고 전문 인력이 산업설비의 부식 문제를 관리하도록 법제화를 검토하는 등 대책을 마련해야 한다.

▲ <표 3-1-4-5>현재 상용화 되거나 연구개발 중인 부식센서

▲ <표 3-1-4-6>부식센서 모니터링 기술 - 국내 선도연구기관

▲ <표 3-1-4-7>부식센서 모니터링 기술 - 해외 선도연구기관

▲ <그림 3-1-4-12>연도별 구조물 안전진단용 센서 분야 논문 동향 분석 그래프

▲ <그림 3-1-4-13>모니터링 분야 및 비파괴검사 분야 연도별 논문 동향 분석

▲ <그림 3-1-4-14>연도별 30년경과 시설물 수의 추이

▲ <그림 3-1-4-15>국내 안전진단 센서의 종류별 비율

▲ <그림 3-1-4-16>첨단 ICT 융합 건축물 구조안전진단 기술 개발을 위한 해외 동향

▲ <그림 3-1-4-17>건축물 모니터링 센서의 세계 시장 전망