01분반 3조

프로젝트 개요

기술개발 과제

국문 : 도심 지하 주차장 침수 대비 자동 배수 시스템

영문 : Automatic drainage system to prevent flooding in city centre underground car parks

과제 팀명

水호해조

지도교수

서명원 교수님

개발기간

2024년 9월 ~ 2024년 12월 (총 4개월)

구성원 소개

서울시립대학교 환경공학부 20218900** 안*연(팀장)

서울시립대학교 환경공학부 20218900** 김*연

서울시립대학교 환경공학부 20218900** 양*은

서울시립대학교 환경공학부 20218900** 이*원

서론

개발 과제의 개요

개발 과제 요약

본 과제는 극한 강우 시 지하 주차장의 침수 피해를 방지하기 위한 시스템으로, 차수 모니터링 시스템'과 '급속 배수 시스템'으로 이루어져 있다. 
강우 시 초음파 수위 센서를 통해 지하 주차장 내 수위가 침수 레벨에 도달한 것이 확인되면 관리자에게 알림을 전송하여 차수막을 가동하는 '차수 모니터링 시스템'을 통해 지하 주차장 내 빗물 유입을 차단한다. 
SWMM의 강우-유출 모의 기능을 이용하여 집수정의 용량을 극한 강우에 대응 가능하도록 설계한다. 또한 python을 이용한 펌프 가동 시뮬레이션을 통해 극한 강우에 적합한 펌프의 사양을 결정한다. 해당 '급속 배수 시스템'은 지하 주차장 내로 유입된 우수가 신속하게 배수되도록 한다. 
기존 침수 대응책과의 차별점은 다음과 같다. 자동차 타이어 규격에 따른 침수 레벨을 설정하여 침수에 대한 객관적인 기준을 제시한다. 집수정의 경우 크기를 50배로 확대하여, 주거 단지 내 우수 집수정으로 기능할 뿐 아니라 지역 빗물펌프장의 부하를 막기 위한 1차 저류지로 활용한다. 추가로 빠른 배수를 위해 펌프를 증설하여 기존보다 강한 배수 능력을 발휘한다. 
본 과제를 통해 극한 강우로 인한 인명과 재산 피해를 최소화하고, 지하공간 침수 방지 시설과 관련한 법률의 개정 방향 및 기술 가이드라인을 제시함으로써 도시의 침수 대응력을 강화하는 것을 목표로 한다.

개발 과제의 배경

- 기후변화로 인한 태풍, 극한 호우의 발생이 빈번해지면서 저지대, 지하구조물의 침수 위험도가 높아지고 있음. 
- 환경부와 행정안전부에서는 침수 피해를 방지하기 위한 대책을 도입하였으나, 여전히 침수 발생 이후의 체계적인 대책은 미흡한 실정임.

개발 과제의 목표 및 내용

• 개발 과제의 목표

1) 도심 지하 주차장 침수 예방 및 대응을 위한 효율적인 자동 배수 시스템을 구축한다. 
2) 침수 피해로 인한 주민 안전 문제와 재산 손실을 최소화한다. 
3)「자연재해대책법」제17조제1항의 '지하공간 침수 방지를 위한 수방기준' 보완을 위한 지하 주차장 침수 대비 시설 가이드라인을 제시한다. 

• 개발 과제의 내용

극한 호우로 인한 도심 내 저지대 중 지하 주차장의 침수 위험에 대응하기 위한 시스템을 설계하고자 한다.
지하 주차장에 초음파 수위 센서를 설치하여 실시간으로 수위를 모니터링한다. 강우 시 초음파 수위 센서를 통해 지하 주차장 내 수위가 차량 타이어 높이를 기준으로 설정한 침수 레벨에 도달한 것이 확인되면 관리자에게 알림을 전송한다. 경고 알림을 받은 관리자는 실시간 감시 카메라를 통해 침수 상황임을 확인하고, 차수막을 가동하는 ‘차수 모니터링 시스템’을 통해 지하 주차장 내 빗물 유입을 차단한다. 
SWMM(Storm Water Management Model)을 활용하여 강우 유입량을 모의 분석하고, 이를 기반으로 우수 집수시설의 적정 용량을 설정한다. 기존 시설이 감당할 수 없는 최대 강우강도를 고려하여 더 큰 용량의 집수정을 설계하며, 이를 1차 저류시설로 활용함으로써 초기 우수 유입량을 효과적으로 관리한다.
또한 집수정 수위에 따라 배수펌프를 단계적으로 작동시켜 유입된 우수를 신속히 배출한다. 이를 통해 침수 높이를 일정 기준 이하로 유지하여 자동차 및 전기 시설과 같은 지하 구조물의 피해를 방지한다. 또한 펌프의 안정적 가동을 위해 자동 운전 및 정지 시스템을 도입하여 운영 효율성을 확보한다.
위의 내용을 통해 침수 예방 및 피해 최소화를 위한 통합적인 시스템을 개발하고자 한다.

관련 기술의 현황

관련 기술의 현황 및 분석(State of art)

• 전 세계적인 기술현황
  • 침수 예측 기술

• 침수 방지 기술

• 침수 시 배수 기술

• 특허조사 및 특허 전략 분석
  • 친환경 지하저수식 빗물 저류조(KR20140029925A)

• 지하 주차장용 배수 설비 시공 방법(KR102337379B1)

• 빗물펌프장을 관리하기 위한 원격 제어 장치(KR102433245B1)

• 첨두 유속 및 발생 시간 차이를 이용한 홍수 발생 시간 예측 방법(KR20220086787A)

• 기술 로드맵

시장상황에 대한 분석

• 경쟁제품 조사 비교
  • 장마철 안전한 도시 생활을 위한 침수 모니터링 및 경보 시스템

• 물난리를 막는 현장 대응형 홍수 긴급 방어 시스템

• 마케팅 전략 제시

개발과제의 기대효과

기술적 및 사회적 기대효과

1) 시스템: 지하 주차장 내 차수 모니터링 및 급속 배수 시스템의 효과적인 작동을 통해 강우로 인한 침수 피해를 방지하여 주민 안전을 확보하고 차량 등 재산 피해를 방지할 수 있다. 
2) 우수 집수정: 평상시에는 집수된 우수를 조경 및 청소 용수와 같은 재이용수로 이용하고, 극한 호우 발생 시에는 빗물펌프장의 부하를 막기 위한 1차 저류지로 활용한다. 
3) 법률: 기존에 미비했던 지하 공간과 관련한 침수 기술 및 법령의 필요성을 제고하여 「기계설비 기술기준」에 명시되어 있는 침수 관련 법령 개선에 도움을 줄 수 있다. 또한 「자연재해대책법」의 '지하공간 침수 방지를 위한 수방 기준' 등 세부 조항의 개정된 사항에 대해 '침수 방지 기술 구현 방식의 가이드라인'으로 사용할 수 있다.

경제적 기대효과 및 BC 분석

• 편익(B, Benefit)

* 우수 재이용수

* 건물 피해액

* 침수차량 피해액

• 비용(C, Cost)

* 자동 차수막
* 비접촉식 초음파 수위계
* 집수정
* 펌프
* 빗물 감지 센서

위 내용에 따라 B/C ratio는 약 10.9으로, 경제성이 매우 높다고 판단된다.

기술개발 일정 및 추진체계

개발 일정

구성원 및 추진체계

• 공통 분담

- 과제 주제 선정 및 자료 조사

- 기존 기술 조사 및 경제성 분석

- 개념설계 및 상세설계

- 프로토타입 제작

- PPT 제작 등 발표 준비

• 개인 분담

- 김재연: 개념설계 발표, 최종설계 발표, 지하 주차장 내 침수 범위 및 용량 산정, 펌프 자동화 시스템 설계

- 안세연: 경쟁력분석 발표, 포스터 제작, 생활안전지도에 근거한 설계 대상지 선정, 지하 공간 침수 방지 시스템 구축

- 양가은: 상세설계 발표, 포스터 제작, 생활안전지도에 근거한 설계 대상지 선정, 펌프 자동화 시스템 설계

- 이예원: 과제제안서 발표, 포스터 발표, 지하 주차장 내 침수 범위 및 용량 산정, 지하 공간 침수 방지 시스템 구축

설계

설계사양

제품의 요구사항

내용

설계 사양

내용

개념설계안

내용

이론적 계산 및 시뮬레이션

내용

상세설계 내용

내용

결과 및 평가

완료 작품의 소개

프로토타입 사진 혹은 작동 장면

• 아두이노 회로를 활용한 차수 모니터링 시스템 시연

• 아두이노 회로를 활용한 급속 배수 시스템 시연

포스터

관련사업비 내역서

내용

완료작품의 평가

향후 전망

• 법률 개선 방향

• 시행령 개정에 따른 기술적인 가이드라인
  • 행정안전부 고시 - 「자연재해대책법」 제3장제1절제10조(물막이판, 모래주머니 등)

• 행정안전부 고시 - 「자연재해대책법」 제3장제2절제14조(배수펌프 및 집수정 설치)

• 행정안전부 고시 - 「자연재해대책법」 제17조제1항 ‘지하공간 침수 방지를 위한 수방기준’ 제18조 (경보방송 시설)

특허 출원 내용

내용