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1. 개요

출퇴근을 할 때나 나들이 갈 때 또는 먼 곳으로 여행을 갈 때...
우리는 많은 교량을 지나고 있습니다. 교량을 통해 바다를 건너갈 수도 있고, 산을 건널 수도 있으며 교량 아래를 차를 타거나 배를 타고 지나갈 때도 있습니다. 이렇게 교량은 우리 생활에서 시간을 아껴주는데 큰 기여를 하고 있습니다.

그런데 이러한 교량이 만들어질 때 다양한 설계안을 비교해 최적의 교량을 선정하는 작업이 필수적이란 것을 알고 계시나요?

하나의 교량을 건설하기 위해서는 몇 가지 교량 형식을 비교해 경제적이면서 안전하고, 거기에 경관과 어우어진 이쁘기까지 한 교량을 선정해야 합니다. 교량의 비교안을 만드는 작업은 많은 시간과 노력이 필요한 작업이라서 엔지니어의 몸속에 믹스커피 또는 아메리카노와 박카스가 흐를 때까지 야근(철야)을 하는 경우가 많습니다. 또한, 자금까지의 비교안은 2D 도면으로 작성한 이 후에 편집 작업을 거쳐, 3차원 이미지로 랜더링하는 작업을 진행하고 별도로 개략적인 수량 산출을 위해 구조해석모델을 생성하는 작업을 진행하는 절차로 진행됐습니다. 상당히 불편하고 많은 시간이 소요되는 작업이었으며, 2차원 도면을 통해 구조물의 전체적인 이미지를 관계자에게 설명하는 작업은 어려운 일이었습니다.

오늘 콘텐츠에서는 비교안에 필요한 교량 모델을 보다 편리하고 신속하게 그리고 직관적으로 작업할 수 있는 방법에 대해 알려 드리겠습니다. 이제 3차원 모델링도 초콜릿처럼 꺼내 먹는 시대가 왔으니까요~!

2. 주요사항

교량 계획에서는 노선의 선형과 지형, 지질, 기상, 교차물 등의 외부적인 제조건, 시공성, 유지관리, 경제성 및 환경과의 미적인 조화를 고려하여 가설 위치 및 교량 형식을 선정하여야 하며, 다음 각 요건을 종합적으로 고려하여 결정해야 합니다.

- 가설위치와 노선 선형
- 외적 제반조건
- 구조적 안전성과 경제성
- 주행 안전성과 쾌적성
- 시공성과 유지관리성
- 미관
- 지역주민의 의견

위에 정리된 사항을 바탕으로 교량의 형식을 선정하게 되는데, 교량 형식 선정의 기본방향은 교량의 가설목적 및 기능을 만족하면서 생애주기비용이 최소가 되도록 하고, 시공성이 우수하며 유지관리가 용이하고, 주변환경과 조화를 이룰 수 있는 교량의 상부구조 및 하부구조 형식을 선정하는 것입니다.

또한, 교량의 형식 선정과정에는 다음 사항들을 고려해야 합니다.

∙ 교량의 가설목적(기능)에 부합하는 형식(교량 길이, 지간, 교대, 교각의 위치와 방향, 다리 밑 공간 확보에 적합한 형식)
∙ 안전성과 시공성이 우수하고 계획된 도로선형에 적합한 형식
∙ 생애주기비용이 최소화될 수 있는 형식
∙ 공사비가 유사할 경우에는 시공성과 조형미, 경관미가 우수한 형식

이러한 사항에 따라 교량의 형식을 개략적으로 선정할 경우 자동차 주행의 안정성 및 쾌적성을 좋게 하려면 구조적으로 상로교 형식이 좋고, 신축이음장치가 적은 연속교가 좋으며, 특히 도심지에 가설되는 교량은 구조물 자체도 날렵한 느낌을 주는 형식이 좋으며 주위의 경관과 균형을 이루는 것도 중요합니다.
이렇게 선정된 교량의 형식별로 표준적용지간, 거더높이비(거더높이/지간)는 설계조건에 따라 다르지만, 다음과 같은 사항을 고려하여 경간을 분할하는 것이 일반적입니다.

1) 미관을 고려한 경간 분할

미관을 고려할 경우 교량경관설계와 연계해 분할을 수행햐합니다. 일반적으로 아래 사항을 고려하는 것이 좋습니다.
∙ 연속교는 중앙 경간을 측경간 보다 크게 분할하면 안정감이 크게 됨
∙ 3경간 연속구조일 때는 경간의 개략적 비율이 3:5:3, 4경간 연속구조일 때는 3:4:4:3 이 비례적으로 우수함
∙ 교량길이가 길고 지형이 평탄할 때는 등경간이 좋음
∙ 접속교량과의 연결은 경간이 점점 변하여 조화되도록 분할

2) 하천 통과구간의 경간 분할
∙ 유속이 급변하거나 하상이 급변하는 지역에는 교각을 설치하지 않음
∙ 저수로 지역에서는 경간을 크게 분할
∙ 하천 단면을 줄이지 않도록 하고 교각설치로 인한 수위 상승과 배수를 검토
∙ 유목, 유빙이 있는 하천, 하천 협소부에서는 교각수를 최소화
∙ 유로가 일정하지 않은 하천에서는 가급적 장경간 선택
∙ 기존교량에 근접하여 신설교량을 건설할 때는 경간분할을 같게 하거나 하나씩 건너뛰는 교각배치를 하도록 함

3) 경제성을 고려한 경간 분할
∙ 상부구조와 하부구조의 단위길이 당 건설비가 같거나 상부구조 공사비가 하부구조보다 약간 크게 하는 것이 적절함
∙ 기초지반이 불량할 때 장경간이 유리, 기초 지반이 양호할 때 짧은 경간이 유리
∙ 하저지반이 불균일할 때는 각 구간별로 나누어 경제성을 검토한 후 경간을 분할

복잡한 선정과정을 거치게 되지만 가장 중요한 부분은 경제적이고 안전한 구조물을 선정하는 것입니다.

3. 비교안 작성

midas CIM에서 제공하는 라이브러리와 스마트템플릿을 이용하게 되면 비교안 선정을 위해 필요한 복잡한 작업들을 간단히 수행할 수 있습니다.

midas CIM에서 제공하는 라이브러리는 다양한 3차원 모델링을 미리 작업해 놓은 것들의 모음으로 생각하시면 됩니다. 이렇게 생성되어 있는 모델링을 배치하는 것으로 다양한 3차원 모델링을 생성할 수 있으며, 기본적으로 제공되고 있는 다양한 라이브러리를 통해 많은 작업을 수행할 수 있습니다. 또한 midas CIM의 라이브러리는 단면의 수정이 가능하고, 철근에 대한 모델까지 포함하고 있어 상당히 유용하게 활용하실 수 있으십니다.

<그림 1> midas CIM 라이브러리

그리고 이러한 라이브러리를 모아 놓은 스마트템플릿을 이용해 교량을 간단히 생성할 수 있습니다.
현재 제공되고 있는 스마트템플릿의 교량은 PSC Beam Bridge, FCM Bridge, FSM Bridge, Cable Stayed Bridge, Suspension Bridge 등 5가지 교량형식에 대한 모델링을 제공하고 있습니다.

아래 그림은 midas CIM에서 제공하는 있는 스마트 템플릿 화면입니다.

<그림 2> midas CIM의 스마트템플릿

그럼 midas CIM에서 제공하는 스마트템플릿을 이용해 간단한 비교안 모델을 만들어 보도록 하겠습니다.
비교안에 적용될 기본적인 교량의 형식은 아래와 같습니다.

∙ 교량형식 : FCM 교량, FSM 교량, 사장교

 총 3가지의 교량 형식별 비교안 모델을 생성하면 아래와 같습니다.

<그림 3> 3차원 비교안 모델과 해석 모델

물론, 위의 조건 외에 다른 변수 또는 형식 등에 대해서도 엔지니어가 원하는 대로 모두 고려가 가능합니다. 그리고 midas CIM의 최대 장점인 midas Civil과의 연동을 통해 구조해석 모델을 바로 생성할 수 있습니다.

비교안의 생성시 정밀한 구조해석은 필요없지만, 개략적인 구조검토를 통해 교량의 영향선 등을 간편하게 확인할 수 있습니다. 3차원 모델의 생성은 간편하게 이루어 졌지만, 이렇게는 비교안으로 누군가에게 설명하기에는 조금 모자란 감이 있습니다.

이럴 때는 midas CIM에서 제공하는 있는 구글 지도와 연계된 지면생성 옵션을 이용해서 실제 지형에 만들어 놓은 3차원 모델을 위치시키는 것만으로도 아래와 같이 대상 지역에 설치된 교량의 모습을 미리 확인해 볼 수 있습니다.

<그림 4> 3차원 비교안 모델과 해석 모델

교량 구조물만 있던 모델링 보다는 훨씬 설명하기 좋고, 가시적으로 뛰어난 비교안이 만들어 졌습니다. midas CIM에서 제공하고 있는 구글지도상의 좌표를 이용해 지형을 생성하는 기능을 통해 실제 지역에 배치된 교량의 모습을 보다 쉽고 간편하게 확인할 수 있습니다. 지형 생성과 관련된 사항은 CIM의 따라하기를 참고해 주세요.

CIM 따라하기 바로가기 (클릭) ↗

4. 결론

실무에서 발주처에 설명하기 위한 비교안 작성은 설계를 시작하기도 전에 엔지니어를 지치게 하는 작업입니다.
기존과 비슷하지만 조금은 다른 모델에 관한 비교안을 작성할 때 마다 새로운 모델을 만들어내야 하는 어려움으로 인해 많은 엔지니어들이 시간과 노력을 기울이고 있습니다. 그래서 야근은 엔지니어에게 필수적인 옵션이었습니다.

“다른 프로젝트에 사용된 비교안 모델을 조금 수정해서 사용할 수 있다면... “ 아니면 “간단한 작업으로 만들어 낼 수 있다면... “이라는 생각을 시작으로 midas CIM에서는 다양한 라이브러리의 활용과 스마트템플릿을 이용해서 초콜릿처럼 꺼내먹을 수 있는 모델링이 생성 가능하도록 워크 플로우를 만들어 놓았습니다.

이러한 기능들이 컨셉 단계 또는 기본계획 단계 에서 많은 엔지니어들의 시간과 노력을 줄일 수 있는 업무 프로세스를 만드는데 도움이 되었으면 합니다. 엔지니어에게도 저녁있는 삶이 필요하니까요. 물론 오늘 말씀드린 교량만 가능한 것은 아닙니다.  설계 구조물에 맞는 다양한 컨셉 3차원 모델을 midas CIM을 통해 생성해 보세요!

midas CIM의 Smart Template 기능은, midas Civil(LSD, Web인증)의 유지보수 고객에게 보유 수량만큼  서비스로 제공되고 있는 midas CIM Advanced에서도 사용이 가능한 공통 기능입니다.

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