5조

프로젝트 개요

과제 팀명

안전제일

지도교수

문영일 교수님

서론

개발 과제의 개요

개발 과제의 배경

2022년 1월, 양주시의 한 골재생산 채석장에서 붕괴사고가 일어났다. 그에 따라 당시 작업 중이던 근로자 3명이 목숨을 잃었으며, 건설 현장의 안전관리에 대한 불신과 막대한 물적 피해 등이 발생했다. 사건 이후 진행된 사고 원인 분석에서 전문가들은 15년이 넘도록 무분별하게 쌓아온 슬러지를 주범으로 지목했다. 삼표산업 채석장은 연간 350만 톤의 골재를 생산하며 전체 생산량의 6~7%인 연간 약 40만 톤의 석분 슬러지가 발생하는데 이를 채석장에 무분별하게 투기하여 채석장 내부에 방치하고 있었고 결국 이를 버티지 못하고 한순간에 슬러지가 무너져 내려 사고가 발생하게 된 것이다.

이번 채석장 사고에 있어 슬러지의 안전율에 대한 연구가 부족했다는 점과 붕괴를 사전에 예측할 방안을 마련하지 못했다는 점이 주요했다. 쌓여있는 슬러지의 거동을 육안으로 분석하기는 쉽지 않고 끊임없이 작업이 진행되는 채석장의 특성상 잦은 안전검사를 진행하는 것에는 무리가 있다. 조사에 따르면 삼표산업 이외에도 국내 채석장 현장의 대부분이 암묵적으로 슬러지를 채석장 내에 투기하는 관행을 따르고 있다고 한다. 규정상 채굴과정에서 발생한 슬러지는 90일 이내에만 채석장 내에 보관할 수 있지만, 채굴과정에서 발생하는 막대한 양의 슬러지를 옮기고 폐기하는 데 생기는 비용과 시간이 부담되어 채석장에 방치하는 것이다.

개발 과제의 목표 및 내용

본 프로젝트에서는 채석장 내에 투기되는 슬러지의 거동에 대해 분석하고 붕괴를 대비할 수 있는 안전 시스템을 마련하는 것을 목표로 정했다. 분석을 통해 사면의 상태에 따른 붕괴 위험 여부를 통계화한다면 계측을 통해 사고를 예방하는 것 역시 가능하다. 이를 위해 먼저 유한요소 한계해석 프로그램인 Optum G2를 이용하여 다양한 변수 조건을 달리하였을 때 각각의 파괴양상을 데이터화한다. 그리고 이 자료를 이용하여 슬러지의 붕괴를 막기 위해 유지되어야 하는 최소한의 수치인 슬러지의 임계높이, 임계 각도를 추출할 수 있다.

마지막으로 Matlab의 영상처리 기법을 이용하여 카메라를 통해 실시간으로 촬영되는 슬러지의 거동을 파악하고 앞서 분석한 슬러지의 임계높이, 임계각을 기준으로 현재 사면의 안전 등급을 안전, 위험, 매우 위험으로 구분하여 사용자에게 알려줄 수 있는 시스템을 구축한다.

시장상황에 대한 분석

◇ 현재 사면안정 해석 방법으로는 일반적으로 한계평형법(LEM :　Limit Equilibrium Method)과 유한요소법(FEM : Finite Element Method)이 주로 사용되고 있다.

◇ 한계평형법은 간단히 말하면 사면을 다수의 절편으로 분할하여 해석하는 방법이다. 한계평형법은 미지수의 수가 방정식의 수보다 많은 부정정 문제이기 때문에 해를 구하기 위해서는 이 차이를 보완할 수 있는 개수만큼의 가정을 필요로 하며, 주로 각 절편의 측면에 작용하는 힘에 관한 가정이 이루어진다. 이들 측면력에 대한 가정 및 힘 평형과 모멘트 평형의 만족 여부에 따라 한계평형법은 다양한 형태로 표현된다. 하지만 한계평형법은 사면 내 가상 활동면에 대한 전체 안전율 산정은 가능하나 전체 사면의 응력분포 및 변위량 예측은 불가능하다.

◇ 사면에 대한 안전율만을 산정하는 한계평형법과 달리 유한요소법은 탄소성 지반재료에 대한 응력해석 및 거동해석에 널리 사용되는 수치해석법으로 이방성, 소성경화, 소성연화 등 지반재료의 다양한 특성을 고려할 수 있고 사면의 형성 과정에 따른 응력 이력효과도 고려 가능하다. 또한 사면내 유발되는 변형으로 인한 사면 형상의 변화를 미리 예측할 수 있으며, 압밀 등과 같이 지반 응력이 시간에 따라 변화하는 경우 및 보강된 지반구조물에 대한 해석도 용이하다. 

경쟁제품 조사 비교

사면 안정 해석 프로그램으로는 Optum G2, Geo5, Plaxis, Slide, Rocscience 등 유한요소법을 이용한 여러 최신 프로그램이 존재한다. 이 중에서도 Optum G2는 지반 공학 안정성과 변형 해석을 위한 포괄적인 유한 요소 프로그램으로써 다소 숙련도가 부족하더라도 최신 그래픽 사용자 인터페이스를 통해 직관적이고 효율적인 워크플로우를 보장한다. 계산 코어는 모델이 얼마나 복잡하던 관계없이 전례 없는 효율성과 견고성을 제공하는 최첨단 수치 알고리즘을 기반으로 한다.

마케팅 전략

최근 산업재해가 계속 늘어났고 특히 사망자가 발생하는 중대 산업재해의 희생자는 대부분 하청 업체의 노동자들이었다. 그러나 엄중한 처벌을 받아야 하는 사업의 책임자가 근거법령이 미비해 솜방망이 처벌을 받는 일이 반복되었고 이를 예방하기 위해 실질적으로 책임이 있는 경영책임자의 처벌요구가 지속해서 증가해왔다. 또한, 근로자는 물론 시민의 안전권 확보도 중요하다는 목소리가 커짐에 따라 2021월 1월 26일 중대 재해 처벌법이 제정되어 1년 뒤인 2022년 1월 27일부터 본격적으로 시행되게 되었다. 중대 재해처벌법의 처벌수준은 법인 또는 기관의 경영책임자 등을 벌하는 외에 그 법인 또는 기관에 사망자가 1명 이상 발생한 경우 50억 원 이하의 벌금을, 같은 사고로 6개월 이상 치료가 필요한 부상자가 2명 이상 발생하거나, 동일한 유해요인으로 급성중독 등 대통령령으로 정하는 직업성 질병자가 1년 이내에 3명 이상 발생한 경우에는 10억 원 이하의 벌금형을 과한다.

현재 많은 기업들이 중대재해처벌법으로 인해 인재사고가 일어날 것을 굉장히 꺼려하고 있다. 또한 처벌수준도 매우 강화 되어 이번 광주 아이파크 사태를 일으킨 현대산업개발과 같은 경우 1년간 건설업 면허가 정지돼 신규 수주 등 영업활동을 할 수 없게 된다. 이와 같이 건설현장의 사고는 기업의 투자를 위축시키고, 사람들로 하여금 건설산업에 대한 안전에 불신을 인식시켜준다. 따라서 우리는 아파트 현장에서의 사고뿐만이 아니라 사면에서의 사고도 방지 대책을 세우려 한다. 우리의 예측 프로그램을 통해 기업들은 슬러지가 부서져 내리는 현상을 조금이라도 방지 할 수 있게 하여 인명 피해를 줄이는 것이 우리의 목표이다. 그러면 기업입장에서도 안전사고를 미연에 방지함으로서 벌금형을 피할 수 있고, 인부들의 인적피해도 줄일 수 있기에 일거양득의 효과를 얻을 수 있을것이라 믿어 의심치 않는다.