그림 1-1. 노후화 현(30년 이상) 27

그림 1-2. 핵심요소기술 구조도 30

그림 2-1. Pilot scale 실험장치 설계도 36

그림 2-2. 실험 장치 설비 36

그림 2-3. 밸브가 설치된 센서 측정 위치(지상관, 매설관) 36

그림 2-4. 실험 배관 종류별 현장 설치 모습 37

그림 2-5. 지상관 배관 교체 및 매설관 배관 교체 37

그림 2-6. 지상관 난방수 방향 38

그림 2-7. 매설관 난방수 방향 38

그림 2-8. Pilot-test 실험 장치 구성도 39

그림 2-9. Pilot 실험 조건별 분류 39

그림 2-10. 지상 정상관 실험 구성도 39

그림 2-11. 분기관 실험 장치 구성도 40

그림 2-12. 곡관 실험 장치 구성도 40

그림 2-13. 지상 축소관 실험 구성도 41

그림 2-14. 유량(유속)계와 곡관, 분기관에 가속도계 부착위치 41

그림 2-15. 배관 교체 및 실험 순서 42

그림 2-16. 실험 장비 사진 43

그림 2-17. 지하 매설 정상관 1축 가속도계 비교_80℃, 8bar 44

그림 2-18. 지하 매설 정상관 1축 가속도계 비교_80℃, 12bar 44

그림 2-19. 지하 매설 정상관 1축 가속도계 비교_120℃, 8bar 45

그림 2-20. 지하 매설 정상관 1축 가속도계 비교 120℃, 12bar 45

그림 2-21. 지하 매설 정상관 1축 가속도의 8bar 결과(80℃ vs 120℃) 46

그림 2-22. 지하 매설 정상관 1축 가속도의 12bar 결과(80℃ vs 120℃) 47

그림 2-23. 지상 정상관 1축 가속도의 80℃, 8bar 48

그림 2-24. 지상 축균열관 1축 가속도의 80℃, 8bar 48

그림 2-25. 지상 부식관 1축 가속도의 80℃, 8bar 49

그림 2-26. 지상 누수관 1축 가속도계 80℃, 8bar 49

그림 2-27. 지상 축소 정상관 1축 가속도계_80 ℃, 8bar 50

그림 2-28. 지상 축소 축균열관 1축 가속도계_80 ℃, 8bar 51

그림 2-29. 지상 축소 부식관 1축 가속도계_80 ℃, 8bar 51

그림 2-30. 지상 축소 누수관 1축 가속도계_80 ℃, 8bar 52

그림 2-31. 지상 곡관 정상관 1축 가속도계_80 ℃, 8bar 52

그림 2-32. 지상 곡관 축균열관 1축 가속도계_80 ℃, 8bar 53

그림 2-33. 지상 곡관 부식관 1축 가속도계_80 ℃, 8bar 53

그림 2-34. 지상 곡관 누수관 1축 가속도계_80 ℃, 8bar 54

그림 2-35. 지상 분기, 정상관 1축 가속도계_80 ℃, 8bar 55

그림 2-36. 지상 분기, 축균열관 1축 가속도계_80 ℃, 8bar 55

그림 2-37. 지상 분기, 부식관 1축 가속도계_80 ℃, 8bar 56

그림 2-38. 지상 분기, 정상관 1축 가속도계_80 ℃, 8bar 56

그림 2-39. 신호 분석 방법 58

그림 2-40. 1축 가속도 센서로부터 취득한 원신호와 스펙트럼 59

그림 2-41. AE 센서로부터 취득한 원신호와 스펙트럼 60

그림 2-42. SVM 적용 예 62

그림 2-43. SVM 적용 예 62

그림 2-44. 혼동행렬 사용 예 63

그림 2-45. 파이프 엘보우, 밸브, 내관의 가속도 신호의 FFT에 의한 스펙트럼 67

그림 3-1. 매설관 누수 감지 기존 유지기술 현황 68

그림 3-2. 고양시 열수송관 파손 사고(2018.12) 69

그림 3-3. 지반 열평형 고려 지중 열변화 예측 개요 71

그림 3-4. 울산지역 기상청 관측자료 73

그림 3-5. 지하수위 영향분석 74

그림 3-6. 포장조건 및 증발량 비교 74

그림 3-7. 지하수위 및 포장층에 따른 증발량 영향 75

그림 3-8. 열적탐사 - GPR 복합탐사에 의한 열수 누출 탐지 프로세스 76

그림 3-9. 누수발생 판정을 위한 영향인자 수치시뮬레이션 해석(안) 76

그림 3-10. "위험발생 지수"와 "복구비 지수"를 결합한 누수판정지표 예시 77

그림 3-11. 전기장과 자기장의 변화 77

그림 3-12. 전자기파의 손실 79

그림 3-13. 경계면에서의 반사 및 투과 80

그림 3-14. 차폐식 안테나의 구조 81

그림 3-15. 안테나의 방사 패턴 83

그림 3-16. 필터링 기법 적용의 예시(작동주파수 : 400 MHz) 84

그림 3-17. 이득 함수 기법 적용의 예시(작동주파수 : 400 MHz) 85

그림 3-18. 이득 함수 결정 과정(1) 86

그림 3-19. 이득 함수 결정 과정(2) 87

그림 3-20. 타임 제로 기법 적용의 예시(작동주파수 : 400 MHz) 88

그림 3-21. 배경 제거 기법 적용의 예시(작동주파수 : 400 MHz) 89

그림 3-22. 디콘볼루션 기법 적용의 예시(작동주파수 : 400 MHz) 90

그림 3-23. 이득값의 설정 전과 후의 모습 93

그림 3-24. 진폭의 상한 및 하한에 도달 98

그림 3-25. 진폭의 상한 및 하한에 도달 99

그림 3-26. 신호의 처짐 99

그림 3-27. Electrical characteristics due to capillary rise 101

그림 3-28. Results of the GPR exploration numerical model experiment 101

그림 3-29. 비유전율의 대소관계에 따른 위상 변화 103

그림 3-30. 포물선 형상이 측정되는 근거 104

그림 3-31. 매설물의 길이에 따른 형상 105

그림 3-32. 매설물의 두께에 따른 형상 106

그림 3-33. 실제 심도 분석 107

그림 3-34. 조사지점 단면 108

그림 3-35. 현장모습 109

그림 3-36. 현장 표층 정리(잡풀제거) 109

그림 3-37. 현장 부지 정리 109

그림 3-38. 원지반 탐사 110

그림 3-39. 누수 확인을 위한 지반 굴착 110

그림 3-40. 매설관 내 누수 확인 110

그림 3-41. 지반 되메울 111

그림 3-42. 누수 상태 확인 GPR 탐사 111

그림 3-43. 전체 측정 위치 개요 112

그림 3-44. 270 MHz 안테나 측정 GPR 결과 115

그림 3-45. 350 MHz 안테나 측정 GPR 결과 118

그림 3-46. 전자기적 펄스의 발신 및 반사구간 119

그림 3-47. TDR 신호에서의 겉보기 길이 산정 120

그림 3-48. 45m 지점에서의 TDR 결과 121

그림 3-49. 90m 지점에서의 TDR 결과 122

그림 3-50. 135 m 지점에서의 TDR 측정 신호 123

그림 3-51. GPR 신호로부터 예측한 이상 신호(누수) 예상 위치(270 MHz) 127

그림 3-52. GPR 신호로부터 예측한 이상신호 예상 위치(350 MHz) 131

그림 3-53. GPR 신호로부터 도출한 누수지점 판정결과 135

그림 3-54. 탐상 장치의 동일 탐지 심도에 미치는 영향에 관한 모식도 137

그림 3-55. 안테나 설계 139

그림 3-56. 3D 안테나 장치 설계 139

그림 3-57. 취득 정보 최적화를 위한 장비 설계 140

그림 3-58. 취득 데이터 누수 형태에 따른 분류 개요 141

그림 4-1. 피로해석 모듈 143

그림 4-2. 열수송관로 열피로 해석 모듈 탑재 144

그림 4-3. 열 피로 해석 보고서 Insert 기능 프로세스 144

그림 4-4. 열 피로 해석 결과 관리 145

그림 4-5. 파열 압력 인터페이스 146

그림 4-6. 잔존수명 기반 파손 위험도 산정 단계 147

그림 4-7. 종합상황 시각화 인터페이스 구성 151

그림 4-8. 실시간 계측 데이터를 열피로 해석 형식으로 변환 152

그림 4-9. 열응력 해석을 위한 CAD 모델 154

그림 4-10. 이상화된 상당 온도 사이클 하중 154

그림 4-11. 직관 구속조건 155

그림 4-12. 곡관 구속조건 155

그림 4-13. 레듀서 구속조건 155

그림 4-14. Tee배관 구속조건 155

그림 4-15. 곡관(D200)에 대한 열응력 해석 결과(온도변화량 100, 60, 20℃) 156

그림 4-16. 곡관(D300)에 대한 열응력 해석 결과(온도변화량 100, 60, 20℃) 156

그림 4-17. 곡관(D700)에 대한 열응력 해석 결과(온도변화량 100, 60, 20℃) 157

그림 4-18. 곡관(D1100)에 대한 열응력 해석 결과(온도변화량 100, 60, 20℃) 157

그림 4-19. 레듀서(D300-200)에 대한 열응력 해석 결과(온도변화량 100, 60, 20℃) 157

그림 4-20. 레듀서(D1100-700)에 대한 열응력 해석 결과(온도변화량 100, 60, 20℃) 157

그림 4-21. Tee(D700-300)관에 대한 열응력 해석 결과(온도변화량 100, 60, 20℃) 158

그림 4-22. Tee(D1100-300)관에 대한 열응력 해석 결과(온도변화량 100, 60, 20℃) 158

그림 4-23. Tee(D1100-700)관에 대한 열응력 해석 결과(온도변화량 100, 60, 20℃) 158

그림 4-24. 온도에 따른 열응력 관계 158

그림 4-25. 상용 구조해석 솔버 Abaqus 열응력 해석 결과 159

그림 4-26. S-N Curve 160

그림 4-27. 곡관 D1100 피로해석 결과 비교 160

그림 4-28. Tee관 D700-D300 피로해석 결과 비교 161

그림 4-29. 레듀서관 D300-D200 피로해석 결과 비교 161

그림 4-30. 그래픽적 선택을 이용한 피로해석 162

그림 4-31. 추가된 피로해석 옵션 162

그림 4-32. 피로해석 절차 163

그림 4-33. 피로수명 평가 절차 163

그림 4-34. 피로해석 결과를 반영한 BIM 가시화 164

그림 4-35. 열피로 해석결과 데이터 관리 164

그림 4-36. 대형 차량 운행으로 인한 진동 165

그림 4-37. 진동해석에 사용된 재료물성 167

그림 4-38. 진동해석에 사용된 S-N curve 167

그림 4-39. 진동해석 프로그램 168

그림 4-40. 열배관 정보 설정 169

그림 4-41. 온도데이터 열기 다이알로그 169

그림 4-42. 온도데이터 및 필터링된 온도 데이터 그래프 출력 170

그림 4-43. 낙수계수법 결과 출력 170

그림 4-44. 열응력해석 결과 테이블 출력 170

그림 4-45. 보고서 출력 171

그림 4-46. DEM Map를 이용한 파열 압력 해석 기능 172

그림 4-47. 열수송관로 피로수명 계산 프로그램 인터페이스 구성 173

그림 4-48. 계산 과정 Log로 출력 174

그림 5-1. 단층 퍼셉트론 176

그림 5-2. 다층 퍼셉트론 176

그림 5-3. 신경망 구조 176

그림 5-4. 합성곱 연산과정 179

그림 5-5. 풀링 레이어 예시 180

그림 5-6. ResNet 구조 181

그림 5-7. EfficientNet 구조 182

그림 5-8. RNN 구조 184

그림 5-9. LSTM 구조 185

그림 5-10. MFCC의 framework 187

그림 5-11. 데이터 센서 부착 모습 190

그림 5-12. 진동 센서 기반 모델 구성도 190

그림 5-13. 정상 열수송관 가속도 센서데이터 예시 190

그림 5-14. 누출 열수송관 가속도 센서데이터 예시 191

그림 5-15. 진동데이터 기반 모델 구조 193

그림 5-16. 진동데이터 기반 모델 성능 196

그림 5-17. 열화상 데이터 예시 198

그림 5-18. 열화상 데이터 기반 모델 구성도 199

그림 5-19. 열화상 데이터 기반 모델 구조 200

그림 5-20. Depthwise separable convolution 201

그림 5-21. squeeze and excitation block 201

그림 5-21. 열화상 데이터 기반 모델 결과 시각화 204

그림 5-23. 발열 탐지 모델 성능 비교 205

그림 5-24. 누수 탐지 모델 성능 비교 206

그림 5-25. 다중 데이터 기반 멀티 모달 인공지능 모델 구성도 209

그림 5-26. 멀티모달 인공지능 모델 구조 209

그림 6-1. 열수송시설공사의 품질관리 근거 216

그림 6-2. 건설공사 품질관리규정 체계 218

그림 6-3. 품질관리계획서 작성기준 주요 개정내용 흐름도 242

그림 6-4. 일반적인 WPS 및 PQR 작성 순서 253

그림 6-5. 건설엔지니어링업 등록평가 업무흐름도 255

그림 6-6. 용접사 자격인정 절차 258

그림 7-1. 열수송관로 종합 건전성 진단 및 관리 플랫폼 273

그림 7-2. BIM 데이터 구조 275

그림 7-3. BIM 데이터 구조를 반영한 XML 파일 275

그림 7-4. NURBS 커브와 Catmull-Rom 커브 비교 276

그림 7-5. 열수송관로 디지털 트윈 277

그림 7-6. 자산 라이브러리 STL 파일 목록 278

그림 7-7. 자산 BIM 라이브러리 가시화 278

그림 7-8. 마우스 컨텍스트 메뉴 279

그림 7-9. 사용자 정의 열배관 BIM 생성 프로세스 280

그림 7-10. 사용자 정의 열배관 및 자산 BIM 생성 인터페이스 280

그림 7-11. 지역 ERD 282

그림 7-12. 열배관 ERD 282

그림 7-13. 부속 자산 ERD 283

그림 7-14. 열화상 이미지 데이터 진단 결과 ERD 283

그림 7-15. 진동 데이터 진단 결과 ERD 284

그림 7-16. 멀티 모델 데이터 진단 결과 ERD 284

그림 7-17. 진단 데이터 파일 관리 테이블 285

그림 7-18. 지역 테이블 생성 285

그림 7-19. 열배관 테이블 생성 286

그림 7-20. 열배관 위치 테이블 생성 286

그림 7-21. 부속 자산 테이블 생성 286

그림 7-22. 열화상 이미지 데이터 진단 결과 테이블 생성 287

그림 7-23. 진동 데이터 진단 결과 테이블 생성 287

그림 7-24. 멀티 모델 데이터 진단 결과 테이블 생성 287

그림 7-25. DBMS 프로세스 288

그림 7-26. ORM 모듈 프로세스 288

그림 7-27. BIM 데이터 구조 추가 289

그림 7-28. BIM 데이터 관리 290

그림 7-29. JSON 데이터 구조 291

그림 7-30. JSON 데이터 생성 291

그림 7-31. 자산의 위치 설정 인터페이스 292

그림 7-32. 자산 데이터 관리를 위한 ID 연동 293

그림 7-33. OpenLayer를 이용한 자산 위치 표시 294

그림 7-34. TCP(Socket) 서버 추가 295

그림 7-35. 소켓 생성 및 통신 296

그림 7-36. 센서 데이터의 파일 저장을 설정 정보 296

그림 7-37. 센서 데이터 저장을 위한 디렉토리 구조 297

그림 7-38. 센서 데이터 파일 구조 297

그림 7-39. 센서 데이터 검색 프로세스 298

그림 7-40. 센서 데이터 검색 페이지 299

그림 7-41. 센서 데이터 다운로드 299

그림 7-42. 실시간 센서 데이터 검색 프로세스 300

그림 7-43. 센서 정보 테이블 컬럼 추가 301

그림 7-44. 센서 데이터 실시간 모니터링 인터페이스 301

그림 7-45. 센서 통계 데이터 인터페이스 302

그림 7-46. 딥러닝 모듈 탑재 서버 환경 구성 303

그림 7-47. 딥러닝 모듈 실행 프로세스 305

그림 7-48. 학습 모델 탑재 306

그림 7-49. 열화상 이미지 데이터 진단 인터페이스 306

그림 7-50. 진동 데이터 진단 인터페이스 307

그림 7-51. 멀티 모델 데이터 진단 인터페이스 307

그림 7-52. 열화상 이미지 진단 결과 308

그림 7-53. 소음 데이터 진단 결과 308

그림 7-54. 멀티 모델 진단 결과 309

그림 7-55. SMTP를 이용한 메일 전송 프로세스 310

그림 7-56. HTML을 이용한 메일 포맷 310