하수관망의 간소화가 도시침수 모의에 미치는 영향 분석에 관한 연구

이승수,정관수,김연수,Lee, Seung-Soo,Pakdimanivong, Mary,Jung, Kwan-Sue,Kim, Yeonsu 한국수자원학회 2018 한국수자원학회논문집 Vol.51 No.4

도시유역에서 발생한 유출은 지표면뿐만 아니라 하수관망을 통해 배수되며, 도시침수 모의 수행시 하수관망을 수문학적 배수 시스템의 한 구성요로서 고려하는 것은 매우 중요하다. 그러나 도시 침수 모의를 수행하는 대부분의 연구자들이 적절한 기준에 준하지 않고 직관적으로 하수관망을 단순화시켜 모의를 수행하는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 1D-2D 결합 도시침수 해석 모형을 이용하여 수지상 구조에 구분법에 기반하여 단순화된 하수관망의 도시침수 해석 결과에 미치는 영향을 분석하였다. 하수관망 해석을 위한 1차원 모델은 Lee et al. (2017)에 의해 소개된 모형으로서 지표면과 하수관망 사이의 유입과 역류를 동시에 모의할 수 있고, 2차원 지표면 모델은 불규칙 삼각망을 이용하여 지표수 흐름을 모의하며 1차원 하수관망 해석모형과 연계되어 도시침수를 모의할 수 있다. 하수관망은 수지상 구조 구분법에 기반하여 2차, 3차 그리고 단순화 하지 않은 경우로 구분할 수 있으며, 구분된 각 하수관망은 서울시 사당역 인근에 많은 침수 피해를 발생시킨 2011년 7월 27일 강우 사상에 적용하여 제안된 방법의 적용성을 평가하였다. 모든 케이스에 대하여 침수면적, 지표면에서 하수관망으로의 유입 유량, 하수관망에서 지표면으로의 역류 유량 등을 비교하였으며, 마지막으로 하수관망 단순화를 위한 적절한 기준 제시에 대한 논의를 수행하였다. In urban areas, runoff flow is drained through sewer networks as well as surface areas. Therefore, it is very important to consider sewer networks as a component of hydrological drainage processes when conducting urban inundation modelling. However, most researchers who have implemented urban inundation/flood modelling, instinctively simplified the sewer networks without the appropriate criteria. In this research, a 1D-2D fully coupled urban inundation model is applied to estimate the influence of sewer network simplification on urban inundation modelling based on the dendritic network classification. The one-dimensional (1D) sewerage system analysis model, which was introduced by Lee et al. (2017), is used to simulate inlet and overflow phenomena by interacting with surface flow. Two-dimensional (2D) unstructured meshes are also applied to simulate surface flow and are combined with the 1D sewerage analysis model. Sewer network pipes are simplified based on the dendritic network classification method, namely the second and third order, and all cases of pipes are conducted as a control group. Each classified network case, including a control group, is evaluated through their application to the 27 July 2011 extreme rainfall event, which caused severe inundation damages in the Sadang area in Seoul, South Korea. All cases are compared together regarding inundation area, inflow discharge and overflow discharge. Finally, relevant criterion for the simplification method is recommended.

선형기반 시설물을 위한 Flexible BIM 시스템의 설계

이승수,이민주,정종윤,서종원,Lee, Seung Soo,Lee, Min Joo,Jeong, Jong Yoon,Seo, Jong Won 대한토목학회 2014 대한토목학회논문집 Vol.34 No.2

Despite the significant benefits of BIM (Building Information Modeling), it is not being vitalized for the facilities that are designed based on the horizontal and vertical alignments because of the lack of flexibility in manipulating surface models generated based on alignments. Alignment-based design produces a surface model in one piece through the definition of the typical cross-section along the alignment. Therefore, linking these alignment-based 3D surface models, that are not modularized and difficult to partition, to the required attribute information is very difficult This paper presents design of a flexible BIM technology suitable for the alignment-based civil infrastructure by providing the partitioning functionality for surface models, the contents library for cross-sectional design components, and the attribute information along with the critical functionalities needed for the design, construction and maintenance of alignment-based civil infrastructure. 최근 건설 산업은 BIM (Building Information Modeling)의 도입으로 인하여 많은 혜택을 얻고 있다. 하지만 도로나 철도와 같은 선형기반 설계공종의 경우는 구간별 표준횡단면의 정의와 선형의 배치를 통한 서피스(surface)모델을 생성함으로써 3차원 설계가 이루어지나, 현재 설계 소프트웨어에서 제공되는 횡단면 설계요소가 제한적이거나 국내실정에 맞지 않은 점이 많고, 생성된 서피스모델은 선형구간의 시 종점에 대해 일체화 되어있어 공정, 물량, 단가 등의 BIM 소요정보와 세분화된 연계를 위해서는 모델 수정 등의 많은 후속작업이 필요하다. 본 논문에서는 이러한 문제점을 해결하기 위하여 3D 선형기반설계가 적용되는 사회기반시설물을 대상으로 3차원 모델의 분절 및 속성정보의 운용이 자유로운 '선형기반 인프라시설물을 위한 Flexible BIM 시스템'의 설계를 통하여 BIM의 활용성을 극대화 하는 것을 목표로 한다.

고정밀 고속가공을 위한 신경망 이송속도 적응제어

이승수,하수영,전기준,Lee, Seung-Soo,Ha, Soo-Young,Jeon, Gi-Joon 대한전자공학회 1998 電子工學會論文誌, S Vol.s35 No.9

CNC 가공에 있어서 가공정밀도와 생산성을 동시에 향상시킬 수 있는 기술의 개발이 필수적이다. 이러한 고정밀 고속가공을 위하여 이 논문에서는 신경망을 이용한 이송속도 신경망 적응제어 기법을 제안한다. 이 제어기는 신경망을 이용한 모사기와 이 신경망의 인버젼 알고리듬을 통한 반복학습 제어기로 구성된다. 신경망 모사기는 CNC 시스템의 비선형성과 불확실성으로 인한 이송속도와 윤곽오차 사이의 비선형 특성을 모사하고, 신경망 인버젼 방법과 목적 함수의 정의를 통해 반복학습 제어기법으로 허용 오차 내에서 최적의 이송속도를 실시간으로 구해 냄으로써 가공 성능을 향상시킨다.제안한 방법은 원, 코너, 인볼루트 윤곽 가공의 모의 실험을 통하여 성공적으로 평가되었다. Finding a technique to achieve high machining precision and high productivity is an important issue for CNC machining. One of the solutions to meet better performance of machining is feedrate control. In this paper we present an adaptive feedrate neuro-control method for high precision and high speed machining. The adaptive neuro-control architecture consists of a neural network identifier(NNI) and an iterative learning control algorithm with inversion of the NNI. The NNI is an identifier for the nonlinear characteristics of feedrate and contour error, which is utilized in iterative learning for adaptive feedrate control with specified contour error tolerance. The proposed neuro-control method has been successfully evaluated for machining circular, corner and involute contours by computer simulations.

LCCA기반 터널 자산관리 시스템 개발을 위한 연구개발 프레임웍 설계

이승수,김광염,김동규,신휴성,서종원,Lee, Seung Soo,Kim, Kwang Yeom,Kim, Dong-Gyou,Shin, Hyu-Soung,Seo, Jong Won 한국터널지하공간학회 2014 한국터널지하공간학회논문집 Vol.16 No.6

As many parts of Korea are mountainous, many tunnels have been constructed to be in step with rapid economic development since 1970's. However, the interest on maintenance of tunnels is far less than the awareness of need for tunnels. As the tunnel maintenance system is the responsive maintenance system which responds to the problems found during the inspection, it will be very difficult to respond to each problem with the limited budget and manpower of the government agencies when the number of aged tunnels rapidly increase in the future. As such, this study presents the need for the LCCA (Life Cycle Cost Analysis) based tunnel asset management system to transform the tunnel maintenance to a preventive management system in a strategic and long-term viewpoint and proposes the framework for development direction. It observed the asset management implementation cases of social infrastructure in other countries and analyzed the need for asset management technique to manage the tunnels in Korea. Moreover, it applied the LCCA model, which is the economic and engineering quantitative decision making technique, for tunnel asset management to present the concrete direction for development of an asset management model and designed the R&D framework to systemize it. 산악지형이 많은 우리나라는 1970년대 이후 급속한 경제발전과 함께 수많은 터널이 건설되어 왔으나 터널의 필요성에 대한 인식에 비해 터널의 유지관리에 대한 관심은 부족한 상태이다. 국내 터널의 유지관리체계는 점검 후 이상이 발견 되었을 때 대처하는 대응적 유지관리 체계로서, 앞으로 노후화 터널이 급격히 증가하면서 각 기관들의 제한된 예산의 범위와 인력으로는 일일이 대응하기 어려워질 것이다. 따라서 본 연구에서는 터널의 유지관리를 전략적이고 장기적인 관점에서의 예방적인 관리 체계로 변환시키기 위한 LCCA(Life Cycle Cost Analysis)기반 터널 자산관리 시스템의 필요성과 개발방향에 대한 프레임웍을 제시하고자 한다. 국외 선진국의 사회기반시설물에 대한 자산관리 수행사례를 살펴보고 국내 터널관리에서의 자산관리기법의 필요성을 분석하였다. 또한, 터널 자산관리에서 경제적, 공학적의 정량적 의사결정 기법인 LCCA 모델을 적용하여 자산관리모델이 개발되기 위한 구체적인 발전방향을 제시하고 이를 시스템화하기 위한 연구개발 프레임웍을 설계하였다.

해안지역 교량 설계풍속 산정 가이드라인

이승수,김준영,김영민,Lee, Sungsu,Kim, Junyeong,Kim, Young-Min 한국전산구조공학회 2015 한국전산구조공학회논문집 Vol.28 No.6

최근 구조물이 장대화됨에 따라 풍하중의 중요성이 대두되고 있으며, 풍속에 영향을 미치는 지표조도 및 지형에 의한 할증효과를 합리적으로 반영한 기본풍속 산정절차에 대한 가이드라인의 필요성이 증대되고 있다. 국내의 많은 설계기준에서는 기본풍속 산정에 대한 절차를 제시하고 있으며, 전국의 기본풍속 지도 또는 표를 제공하여 이를 사용하도록 하고 있다. 하지만 제시된 기본풍속의 산정 방법 및 사용데이터는 풍속을 평가함에 있어 반영해야 하는 부분 중 일부만 반영하거나, 도로교설계기준(MOLTMA, 2010)의 경우 불분명한 실정이다. 본 연구에서는 국내의 설계기준에서 제시하고 있는 전국 기본풍속에 대해 한계점을 분석하였다. 또한 이러한 문제를 개선하기 위해 지표조도 및 지형할증의 영향을 반영한 기본풍속 산정절차에 대한 가이드라인을 제시하였으며. 이 절차에 따라 전국 15개 지점의 기본풍속을 산정하여, 도로교설계기준에서 제시하고 있는 기본풍속과 비교하였다. Estimation of wind load on bridges is one of the most important aspects in designing bridges in coastal region. Various design codes and researches have suggested the procedure to estimate design wind speed; however, they do not match one another due to many reasons such as incomplete data set, ignorance of wind environment and so on. For this reason, the necessity of guideline for estimation procedure of basic wind speed which reflect the roughness of surface and the topographical effect have been increasing. In this study, we have analysed limitations of the basic wind speed of nationwide suggested by Korea Building code(AIK, 2009) and Highway bridge design code(MOLTMA, 2010). In additional, we set forth guidelines considering the roughness of land surface and the topographical effect. Using the procedure, the basic wind speed were estimated for 15 coastal regions in Korea and compared with those listed in the existing codes.

IPCC AR5 RCP 8.5 시나리오 기반 태풍발생 공간분석

이승수,김가영,Lee, Sungsu,Kim, Ga Young 한국공간정보학회 2014 한국공간정보학회지 Vol.22 No.4

Natural disasters of large scale such as typhoon, heat waves and snow storm have recently been increased because of climate change according to global warming which is most likely caused by greenhouse gas in the atmosphere. Increase of greenhouse gases concentration has caused the augmentation of earth's surface temperature, which raised the frequency of incidences of extreme weather in northern hemisphere. In this paper, we present spatial analysis of future typhoon genesis based on IPCC AR5 RCP 8.5 scenario, which applied latest carbon dioxide concentration trend. For this analysis, we firstly calculated GPI using RCP 8.5 monthly data during 1982~2100. By spatially comparing the monthly averaged GPIs and typhoon genesis locations of 1982~2010, a probability density distribution(PDF) of the typhoon genesis was estimated. Then, we defined 0.05GPI, 0.1GPI and 0.15GPI based on the GPI ranges which are corresponding to probability densities of 0.05, 0.1 and 0.15, respectively. Based on the PDF-related GPIs, spatial distributions of probability on the typhoon genesis were estimated for the periods of 1982~2010, 2011~2040, 2041~2070 and 2071~2100. Also, we analyzed area density using historical genesis points and spatial distributions. As the results, Philippines' east area corresponding to region of latitude $10^{\circ}{\sim}20^{\circ}$ shows high typhoon genesis probability in future. Using this result, we expect to estimate the potential region of typhoon genesis in the future and to develop the genesis model. 최근 전 세계적으로 지구온난화에 따른 기후변화로 태풍, 폭염, 폭설등과 같은 자연재해의 피해가 대규모로 확대되고 있다. 근본적으로 지구온난화를 유발하는 가장 큰 원인은 대기 중의 온실가스를 들 수 있으며, 온실가스의 농도 증가로 인해 우리나라가 속해있는 북반구는 점점 더 지구표면온도가 증가하고 있고, 그에 따른 극한 기상 발생률이 크게 증가하고 있다. 본 연구에서는 최근 이산화탄소 농도 추세를 반영한 RCP(Representative Concentration Pathway) 8.5 시나리오를 이용하여 미래의 태풍발생의 공간분포를 추정하였다. 공간분포를 추정하기 위해 먼저 RCP 8.5 월 자료를 사용하여 1982~2100년 기간 동안의 태풍발생지수(GPI; Genesis Potential Index)를 계산하였다. 1982~2010년 동안 발생한 태풍의 발생위치정보와 월평균 GPI 값을 이용하여 태풍발생의 확률분포(PDF)를 추정하였으며, PDF의 0.05, 0.1 및 0.15에 해당하는 GPI의 범위를 설정하여 0.05GPI, 0.1GPI 및 0.15GPI로 정의하였다. 이를 바탕으로 1982~2010년, 2011~2040년, 2041~2070년, 2071~2100년의 태풍발생의 공간 확률 분포를 추정 하였으며, 공간 확률 분포와 함께 과거 태풍발생정보를 이용하여 공간밀도를 분석하였다. 분석 결과, 미래에 태풍이 발생할 가능성이 높은 지역이 필리핀의 동쪽에 위치한 위도 $10^{\circ}{\sim}20^{\circ}$ 영역으로 나타났다. 이러한 결과를 통해 추후 미래의 태풍발생 가능지역을 추정하고, 이를 기반으로 태풍의 경로를 추정하는데 활용하여 태풍의 발생 위치에 따라 한반도에 미치는 영향을 추정하는데 활용할 수 있을 것으로 사료된다.

건설환경 공학에서 전산유체역학의 현재와 미래

이승수,Lee, Seung-Su 한국전산구조공학회 2012 전산구조공학 Vol.25 No.2

내재해형 옥외광고물 설계를 위한 표준하중 산정

이승수,김준영,함희정,김지영,Lee, Sungsu,Kim, Junyeong,Ham, Hee Jung,Kim, Ji Young 한국전산구조공학회 2016 한국전산구조공학회논문집 Vol.29 No.2

최근 강풍으로 인한 옥외광고물의 파손 및 추락으로 인해 불특정 다수에게 인적 및 물적 피해를 야기하고 있다. 옥외광고물은 사유시설과 공공시설물의 성격을 모두 갖기 때문에 옥외광물로 인한 피해를 저감하는 것은 개인의 노력뿐 아니라 제도 및 규정을 통해서도 이루어져야한다. 이러한 피해는 강풍에 취약한 옥외광고물의 내풍설계 기준의 미비가 가장 큰 요인으로 인식되고 있어 본 연구에서는 옥외광고물의 내풍설계 표준을 제시하였다. 이를 위해 풍속에 영향을 주는 옥외광고물 설치위치의 주변 풍환경이나 높이, 설치위치 등 풍속과 관련한 요소를 반영하였으며, 건축구조기준 2015(안)의 기본풍속도와 풍속보정 절차에 의한 풍하중 산정 과정을 제시하였다. 이 과정에서 공학적 판단이 요구되는 옥외광고물 설치위치 주변의 지표 조도구분 및 지형계수 평가에 대해 정략적으로 적용할 수 있는 기준을 제시하였다. 또한 비전문가 관점에서 적용하기 용이하도록 가능한 단순화된 정량화 절차를 제시하였다. Recent destructions of outdoor signboards have frequently been caused by strong wind, resulting in damage on the property and human livelihood. One of the major causes of the problems is inadequate implementation of structural design code to the outdoor signboards which are vulnerable to wind. This leads to this paper to present the design guideline of wind-resistant outdoor signboards. In order to estimate the design wind speed, basic wind speeds over Korea suggested by KBC(2015)(revision) are corrected with land surface roughness and topography of the terrain and installation height of the signboard. This paper also suggested the procedure of wind load estimation for different types of outdoor signboards; wall attached type, wall ribbed type and ground erected type. Since the process involves complex calculation to some extent, this paper presents summarized version of wind load estimation from non-professional point of view.

교통흐름을 고려한 터널단면 확대 시공기술의 사회적 손실비용 산정에 관한 연구

이승수,김동규,서종원,Lee, Seung Soo,Kim, Dong-Gyou,Seo, Jong Won 한국터널지하공간학회 2015 한국터널지하공간학회논문집 Vol.17 No.4

Using existing tunnel for section enlargement and remodeling is being considered as an optimal alternative in order to solve traffic jam in tunnel. The existing method has been performed while blocking the traffic flow. Recently, New enlargement method was developed which can maintain traffic flow during the construction by using protector. It can minimize social loss due to keeping traffic flow. On the other hand, installing and operating protector can cause economic disadvantages. So, social cost estimation considering traffic flow should be considered for relevant economic evaluation of tunnel section enlargement methods. This paper presents the social cost estimation method of tunnel section enlargement methods considering traffic flow. In addition, to compare economic efficiency existing method with new method, suggested method was applied to Maebong Tunnel. 도심지 교통량의 증가로 터널구간의 정체현상을 해결하기 위해 기존의 터널을 활용하여 증축 혹은 개축하는 단면 확대공사가 최적의 대안으로 고려되고 있다. 기존의 단면 확대기술은 교통흐름을 차단하고 시공하나, 최근 프로텍터를 활용하여 교통흐름을 유지할 수 있는 교통류 보존형 터널 단면 확대기술이 개발되었다. 이 기술은 교통흐름을 보존하여 수많은 사회적 손실을 최소화 할 수 있으나, 교통흐름을 보존하기 위한 프로텍터의 설치 및 운영으로 경제성 측면에서 불리할 수밖에 없다. 이러한 단면 확대기술들의 경제성을 적절히 평가하기 위해서는 시공중 교통흐름을 고려한 사회적 손실비용을 고려할 필요가 있다. 따라서 본 연구에서는 터널단면 확대 시공기술의 교통흐름을 고려한 사회적 손실비용을 산정하는 방법을 제시하는 것을 목표로 하였다. 그리고 매봉터널을 대상으로 사례연구를 수행하여 교통흐름에 따른 사회적 손실비용의 차이를 분석하는 것을 목표로 하였다.

Lock-in 영역에서 원형실린더의 와류유기진동 전산해석

이승수,황규관,손현아,정동호,Lee, Sungsu,Hwang, Kyu-Kwan,Son, Hyun-A,Jung, Dong-Ho 한국전산구조공학회 2016 한국전산구조공학회논문집 Vol.29 No.1

고층빌딩이나 해양 라이저와 같은 세장 구조물은 구조시스템의 동적 불안정의 주요 원인인 와류유기진동(vortex-induced vibration, VIV)에 의한 동하중에 매우 취약하다. 와류유기진동이 라이저의 고유진동수 영역에서 발생하는 경우 Lock-in현상으로 피로파괴의 우려가 있다. 본 논문에서는 Lock-in 영역에서 구조물과 유동의 동적거동에 대한 수치해석을 다루었으며, 유동조건 변화에도 불구하고 공진 주파수가 유지되는 현상에 대해 분석하였으며, 유입유동에 대해 수직방향으로 자유진동하는 1자유도의 2차원 원형실린더 단면에 대한 비정상 층류를 가정하였다. 각 시간 단계에서 물체의 움직임을 고려하여 유동장 격자를 재생성하며 비정상 유동과 물체의 운동에 대한 지배방정식을 순차적으로 수치해석하여 유체-구조 연성해석을 수행하였다. 결과는 선행연구와 잘 일치함을 보여주었고, Lock-in 현상에 대한 특성을 잘 나타내었다. Lock-in 영역에서는 양력뿐만 아니라 항력도 크게 증가함을 보여주었으며, 실린더의 수직변위는 직경의 20%까지 이름을 나타내었다. 양력과 수직변위의 상관분석을 통해 실린더가 Lock-in 영역에서 양력과 수직변위의 위상차가 동기로부터 반동기로 천이함을 확인하였으며, 이러한 변화가 Lock-in 영역에서 나타나는 공진거동의 원인이 되는 것으로 판된되었다. The slender structures such as high rise building or marine riser are highly susceptible to dynamic force exerted by fluid-structure interactions among which vortex-induced vibration(VIV) is the main cause of dynamic unstability of the structural system. If VIV occurs in natural frequency regime of the structure, fatigue failure likely happens by so-called lock-in phenomenon. This study presents the numerical analysis of dynamic behavior of both structure and fluid in the lock-in regimes and investigates the subjacent phenomena to hold the resonance frequency in spite of the change of flow condition. Unsteady and laminar flow was considered for a two-dimensional circular cylinder which was assumed to move freely in 1 degree of freedom in the direction orthogonal to the uniform inflow. Fluid-structure interaction was implemented by solving both unsteady flow and dynamic motion of the structure sequentially in each time step where the fluid domain was remeshed considering the movement of the body. The results show reasonable agreements with previous studies and reveal characteristic features of the lock-in phenomena. Not only the lift force but also drag force are drastically increasing during the lock-in regime, the vertical displacement of the cylinder reaches up to 20% of the diameter of the cylinder. The correlation analysis between lift and vertical displacement clearly show the dramatic change of the phase difference from in-phase to out-of-phase when the cylinder experiences lock-in. From the results, it can be postulated that the change of phase difference and flow condition is responsible for the resonating behavior of the structure during lock-in.