창의제안

3D 프린트 기술을 활용한

도로포장 균열 충진 자동보수기술 상용화 방안

내  용  요  약

○ 도로포장 파손 정비에 연간 600억원 이상 투입, 포장 파손 지속 누적에 따라 정비 예산 또한 큰 폭 증가 예상

○ 도로포장 파손은 작은 균열에서 시작되며, 차량통행 시 진동하중 등으로 균열 단부로부터 파손이 확장되면서 포장 파손 가속 및 조기 노후화

○ 따라서 균열 발생 초기부터 그 틈새를 충진보수하여 파손 확장을 차단하므로서 도로포장 유지보수비용 절감 및 평탄성‧안전성 확보, 발생 폐기물(폐아스콘) 감소

제  안  내  용

▢ 제안개요

제안구분	제안날짜	제안번호	실행여부	제안결과
본인업무 제안	2017.8.24	567991	미실행

▢ 제안배경

○ 균열로부터 시작되는 포장파손을 발생 초기부터 억제하여 평탄성 확보와 함께 도로포장 유지보수예산을 절감하고 파손부 절삭에 따른 발생 폐기물 감소 도모

▢ 제안내용

○ 현황 및 실태 : 균열은 도로포장파손의 근원, 발생 초기부터 차단 필요

- 작은 균열 발생 → 균열 주변부로 파손 확대 → 포장체의 조기 노후화

초기 균열 발생	⇨	균열 단부 파손 확대	⇨	조기 노후화

제  안  내  용

- 현행 균열보수 방식은 균열 하나 하나를 핸드형 인력 충진방식으로 작업함에 따라 작업시간이 길고 비용이 높아 일상적 균열보수를 못하는 실정임

균열 보수작업 현황(수 작업)	⇨	보수를 못하는 작은 균열 큰 균열만 충진 보수

- 도로 종방향 균열 1개를 인력방식으로 보수하는 비용은 1개 차로 전폭을 절삭하여 아스콘으로 재포장하는 비용과 맞먹는 수준임

- 이러한 한계로 서울시 균열보수는 전체 정비 규모의 1.6% 미만에 불과함

- 정비대상 노후포장구간을 모두 정비할 경우 향후 10년간 매년 1,200억원 이상 필요

- 서울시 노후포장(SPI 6 이하) 면적은 2012년(전체 포장면적의 21%) 이후 연평균 5% 증가하여 2016년에는 41%까지 확대 누적된 실정임

- 재포장시 발생된 아스콘 폐기물은 처리비용 부담 및 대규모 환경오염 유발

○ 개선방안 : 균열충진 자동보수기술 사용화로 초기 발생 균열 원천 차단

- 균열을 정밀하게 자동보수하는 기술 상용화로 1차로씩 대량 보수 필요

- 균열 깊이와 형태에 따라 충진재를 틈새에 자동분사하여 보수하는 기술 필요

- 3D프린트 기술을 활용한 균열충진 자동보수기술(장비) 개발

3D프린트 기술 구성(균열스캔 및 재료분사)
□ 먼지제거 고압분사 및 균열상태 3D스캔 → 스캔정보 전송 → 균열 충진재 자동분사 프로그램 처리 → 분사명령 송출 → 프린트에서 충진재 자동 분사 → 양생, 보수완료

‣ 균열 스캐너 : 장비 진행방향 앞쪽에서 먼지 제거 고압분사 및 균열 상태정보 취득

․ 고압 공기분사(균열 틈새 먼지 제거)+레이저 스캐너+이미지 맵핑기법 사용으로 균열 상태정보(위치, 폭, 깊이 등) 취득‧저장

‣ 프로그램 처리장치 : 균열형상 분석 및 충진재 분사 프로그램 작성

․ 균열의 평면형태, 깊이, 방향을 분석하고 균열의 종·횡방향 보수진행 패턴을 결정한 후에 재료 분사 노즐에서 보수패턴에 따라 틈새 크기에 적합하게 충진재가 자동 분사되도록 하는 프로그램을 작성하고 분사명령을 송출(분사 노즐 진행 패턴, 분사 량/속도, 재료가열 온도 등)

제  안  내  용

‣ 재료분사 프린터 : 장비 진행방향 뒷쪽에서 균열 틈새에 충진재 분사

․ 균열의 종‧횡방향 보수진행 패턴에 따라 신속하게 충진재를 주입하기 위해서 다중방향 동시처리 노즐 장치 구성(1회 주행으로 1차로 전폭 동시 충진)

․ 충진재가 신속하고 밀실하게 채워지도록 유동성을 확보하는 가열장치 구성

[3D프린트 기술 활용 균열충진 자동보수장비 기술구현 개념도]

균열상태 3D스캔	⇨	균열 분석 Program 처리 (형상분석/분사처리)	⇨	재료분사 3D프린트 개념

[3D프린트 방식 차량탑재형 균열충진 자동보수장비 운영 개념도]

충진재분사 균열스캔 균열충진장비 측면형태	⇨	차로폭 단위 균열충진 형태

▢ 기대효과 : 공용수명 1.6배 연장, 예산절감 연간 325억원, 환경오염 예방

○ 초기 균열의 신속보수로 파손확대 방지, 포트홀 예방 ⇒ 공용수명 1.6배 연장

- 신규 정비 포장구간에 균열보수를 전면 실시할 경우 평균 공용수명은 6.3년(현재의 재포장주기) → 10년 이상으로 연장(서울시 유지보수예산 50% 절감 가능, 연간 300억원)

○ 균열부 포장파손 차단으로 평탄하고 안전한 도로환경 조성

- 포장 파손 확대 방지로 평탄성 확보 및 쾌적한 승차감 상시 유지

○ 재포장으로 인한 아스콘 폐기물 처리비 절감(연간 25억언) 및 환경오염 해소에 기여

- 재포장으로 인해 발생하는 서울시 아스팔트 폐기물 연간 발생량은 ‘16년의 경우 202,500톤(1,730,800㎡×0.05m×2.35톤) 발생

- 초기 균열을 보수하여 확대 차단시 공용수명 증가(현행 6.3년→10년)로 인해 아스콘 폐기물도 매년 59%씩(약 119,470톤, 폐기처리비 25억원) 감소 예상

▢ 실행부서 : 도로관리과

【제안자】

소 속	직렬	직급	이름	기여(%)	연락처(사무실, 휴대폰)
안전총괄본부 도로관리과	토목	5	최연우	100	2133-8152 *************