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 시스템임. 
- '차수 모니터링 시스템'을 통해 지하 주차장 내 빗물 유입을 차단하며, '급속 배수 시스템'으로 지하 주차장 내 유입된 우수를 신속하게 배수함. 
- SWMM의 강우-유출 모의 기능을 이용하여 극한 강우에 대응 가능한 용량의 집수정을 설계함. 
- 기존 침수 대응책과 달리 침수에 대한 객관적인 기준을 제시하고, 집수정을 1차 저류지로써 활용하며, 강한 배수 능력을 발휘하도록 함. 
- 극한 강우로 인한 인명 및 재산 피해를 최소화하고, 지하 공간 침수와 관련한 법률의 개정 방향 및 기술 가이드라인을 제시하여 도시의 침수 대응력을 강화하는 것을 목표로 함.

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.
- 강우 시 지하 주차장에 설치된 초음파 수위 센서를 통해 지하 주차장 내 수위가 침수 레벨에 도달한 것이 확인되면 관리자에게 알림을 전송함. 
- 경고 알림을 받은 관리자는 실시간 감시 카메라를 통해 침수 상황임을 확인하고, 차수막을 가동하는 '차수 모니터링 시스템'을 통해 지하 주차장 내 빗물 유입을 차단함. 
- SWMM(Storm Water Management Model)을 통해 최대 강우강도를 고려한 집수정을 설계하여 1차 저류시설로 활용함. 
- 집수정 수위에 따라 배수 펌프를 단계적으로 작동하여 유입된 우수를 신속히 배출함.

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

본 과제에서 설계한 우수 집수정의 용량은 1,560 m³이고, 펌프 작동을 위한 최소 수위를 고려했을 때 우수 재이용수로 사용할 수 있는 용량은 아래 식 (1)에 따라 52 m³이다.

또한 '서울특별시 아리수본부'의 상수도 사용요금 요율표에 따르면 일반용 상수도는 1,270원/m³이다. 이를 통해 우수 재이용을 비용으로 산정하면 아래 식 (2)와 같이 66,040원이다. 

• 건물 피해액

침수로 인한 건물피해액은 건물자산가치, 건물침수편입율, 건물침수피해율을 곱하여 산정된다.

먼저, '건물자산가치'는 건물 연면적과 m²당 금액을 곱하여 산정되며, 대상지 인근의 주거단지를 기준으로 계산하였다. 산정 결과는 아래 표과 같이 약 1,549억 8,948만 원이다.

'건물 침수편입률'은 건물의 면적을 대상지인 서초4동의 면적으로 나누어 계산하며, 아래 식 (3)과 같이 약 0.46이다. 

'건물침수피해율'은 '객체기반법을 이용한 침수피해액 추정 방안 연구'(나유경, 최진무, 2019)에 제시된 값을 적용하여 0.11로 한다. 따라서 건물피해액은 아래 식 (4)와 같이 78억 3,740만 원이다. 

• 침수차량 피해액

침수차량 피해액은 대상지인 서초구를 기준으로 하며, 대상지 지하 주차장의 주차 가능 대수와 차량 보험비용을 곱하여 산정한다. '주차 가능 대수'는 미래관 지하 주차장을 기준으로 354대이다. 또한 '삼성화재 교통안전문화연구소'에 따라 2022년 기준 서초구의 '차량 보험 비용'은 차량 1대당 830만 원이었다. 따라서 침수차량 피해액은 아래 식 (5)에 따라 29억 3,820만 원이다. 

• 비용(C, Cost)
  • 자동 차수막

자동 차수막 관련 회사에 문의한 결과 본 과제에서 설계한 7.4 ⨉ 0.55 (m²) 크기의 자동 차수막의 설치 비용은 약 4,900만 원이다. 

• 비접촉식 초음파 수위계

본 설계에서 채택한 사양의 비접촉식 초음파 수위계의 가격은 약 87만 원이다. 

• 집수정

실무자께 비용을 문의한 결과, 콘크리트 집수정의 설치 비용은 1 m³당 약 60만 원이다. 따라서 본 설계에서 설정한 1,560 m³ 용량의 콘크리트 집수정의 설치 비용은 아래 식 (6)에 따라 약 9억 3600만 원이다. 

• 펌프

본 과제에서 채택한 사양의 펌프 가격은 약 174만 원이며, 총 3대를 이용하므로 아래 식 (7)에 따라 비용은 약 520만 원이다. 

• 빗물 감지 센서

빗물 감지 센서의 가격은 105,000원이다. 

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

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