[코리아포스트 김태문 기자] 우리나라에서 건축, 방재, 풍동, 수리, 항만, 주택, 도로교통 등 다양한 국토교통 분야의 대규모 실험을 실시할 수 있는 대형실험시설은 전국 각지에 분산 구축되어 있다. 이는 각 지역의 지리적 특성을 반영함과 동시에 지역 균형발전을 위한 배려이기도 하다. 

이러한 정책적 배려에 따라 국토교통부의 '분산공유형 건설연구인프라구축 사업'이 이루어져 왔다. 이 사업으로 전국 각지의 6개 대학에 최첨단 실험시설 및 실험장비들이 구축돼 운영되고 있고, 추가로 현재 6개 대형 실험시설이 전국 각지에 구축 중이다.  

이 실험시설들은 기업 및 연구자들에게 기술력과 연구역량을 발전시킬 수 있는 실험공간을 제공할 뿐 아니라, 정확한 실험을 통해 국민의 생명과 재산의 안전을 위한 성능을 검증하고 나아가 연구 성과를 실용화하는데 꼭 필요한 시설들이다. 

이처럼 전국에 분산되어 있는 대규모 실험시설들을 효율적으로 통합 관리함으로써 국가 건설산업의 연구역량과 기술경쟁력 확보를 책임지고 있는 기관이 국토교통연구인프라운영원(이하 운영원)이다. 

운영원의 유해운 원장은 "세계 최고 수준의 연구 및 실험 인프라를 확보, 국가 실험시설의 공동활용을 활성화하고 오프라인 인프라는 물론 사이버 인프라를 통해 연구성과를 널리 공유하며 산업 전반의 실험 생태계를 구축하는 중심기관으로서의 역할을 수행하고 있다"고 말했다. 

전국 각지에 균형 분산 구축된 6개 대형실험시설

현재 운영원은 1단계로 2009년~2011년 사이에 준공된 6개 국토교통대형실험시설을 운영하고 있다. 현재 운영 중인 6개 실험시설은 다음과 같다. 

첫째, 하이브리드구조실험센터(센터장 박영석)는 경기도 용인시 명지대학교 내에 자리잡고 있다. 국내 최고사양, 최대규모의 구조실험시설로서 주요 시설은 5MN급 UTM, 5MN급 Actuator로 구성되어 있다. 

건설 분야 및 철강, 조선, 원자력, 기계분야 등 다양한 분야의 구조실험이 가능한 대형 실험시설로서 80m 길이 교량 거더 실험, 3층 규모의 건축물 구조실험이 가능하다. 또한 대규모의 야외공간을 확보, 구조해석과 실험을 동시에 수행할 수 있다. 

둘째, 지오센트리퓨지실험센터(센터장 김동수)는 대전시 한국과학기술원(KAIST) 내에 위치한다. 국내 최고 수준의 센트리퓨지실험시설로서 주요 시설은 지오센트리퓨지(원심모형실험장비)이다. 

지반구조물의 모형을 고속으로 회전시켜 실제 지반의 축적 및 응력상태 재현이 가능한 실험시설로서 진동대 및 4축 로봇의 도입으로 다양한 실험이 가능하다. 

셋째, 첨단건설재료실험센터(센터장 권오균)는 대구시 계명대학교 내에 위치하고 있다. 국내 최고 수준의 종합건설재료실험시설로서 약 30여종의 첨단 실험장비가 구비되어 있다. 

철근콘크리트 보, 기둥 및 콘크리트 제품의 휨, 압축강도 시험과 강재 및 복합재료의 피로, 인장강도시험 및 건설재료의 내구성능, 화학성분, 미세구조 분석 실험 등 다양한 재료실험을 할 수 있는 실험시설이다. 

넷째, 지진방재연구센터(센터장 정진환)는 경남 양산시 부산대학교 양산캠퍼스 내에 있다. 국내 최고사양, 최대규모 수준의 지진모사실험시설로서 주요 시설로는 최대가속도 3G의 진동대가 총 4기 설치되어 있다. 

건축물, 장대교량 등 구조모형을 설치하여 내진 안전성을 분석할 수 있는 실험시설로서 3지점 연동으로 대형 구조물의 진동대 실험을 수행할 수 있다. 

다섯째, 대형풍동실험센터(센터장 권순덕)는 전북 전주시 전북대학교 내에 있다. 국내 최대 규모의 바람발생실험시설로서 주요 시설로는 최고 31m/s급 풍동실험동이 있다. 이 실험센터는 초고층건물, 장대교량 등 구조모형을 설치하여 내풍안정성을 분석할 수 있는 실험시설이다. 

여섯째, 해안항만실험센터(센터장 이종인)는 전남 여수시 전남대학교 여수캠퍼스에 설치되어 있다. 국내 최대규모의 조파수조실험시설로서 길이 50m×폭 50m 규모 3차원 조파수조를 주요 시설로 갖추고 있다. 

방파제 또는 부두 등 모형을 활용하여 구조물 건설에 따른 해안 파동현상을 분석할 수 있는 실험시설로서 대규모 3차원 조파수조 및 2차원 조파수로 실험이 가능하다. 

2단계 구축 중인 6개 대형실험시설 

운영원은 2단계로서 2013년부터 국토교통기술실험인프라시설 구축사업을 진행하고 있다. 건설교통 R&D 기술의 실험검증 역량을 강화시킬 수 있는 세계적 수준의 건설연구인프라실험시설을 구축하기 위한 이 사업은 총 6개의 대형실험시설을 추가로 구축하는 사업이다. 2단계로 현재 구축 중인 6개 실험시설은 다음과 같다. 

첫째, 극한상태 구조특성 실험시설(센터장 조재열)은 서울 관악구 서울대학교 내에 위치하고 있다. 일상적인 범주의 하중, 온도, 압력을 초과하는 극한하중 및 극한환경을 모사하여 이에 노출된 구조물과 부재의 거동을 평가하는 실험시설이다. 

주요 시설로는 자유낙하실험시설, 초고속충돌실험시설, 고속충돌실험시설, 중속충돌실험시설, 급속재하 실험시설, 극한온도 실험시설 등이 있다. 

이 실험시설은 극한상태 구조물 성능 평가 분야에서의 원천기술 개발 및 연구역량을 확보하고 다양한 극한상태 실험장비의 집중을 통한 연구 시너지를 극대화하는 것을 목표로 한다. 

이 시설은 차량 및 선박 충돌 방호시설 및 원전구조물의 성능 평가가 가능하고 방탄 재료의 성능평가 및 방폭 구조재료 개발이 가능하다. 또한 극한환경에서의 구조 부재의 거동특성 평가 및 장비 가동성 평가, 철도구조물의 동해방지공법 및 설계, 시공, 유지관리 지침 개발, 충돌/폭압/지진 등 극한 사건 대응 강재 및 구조 활용 기술 개발 등이 가능하다. 

둘째, 기후변화 대응 다환경 실험시설(센터장 김용길)은 충북 진천군 한국건설생활환경시험연구원 내에 위치한다. 이 시설은 다양한 기후조건을 제공함으로써 건설사업의 해외진출을 지원하는 기능을 수행한다. 또한 인공기후 시뮬레이션 기술을 확립하고 국제표준화 등을 통해 국제적 기술을 선도하고 건축물 단위의 성능평가를 지원함으로써 종합성능평가 기반을 구축하기 위해 설립되었다. 

이 실험시설은 대/중/소 기후환경 실험시설, 120m 높이의 개방형 고층타워 실험시설, 특정성능 평가실험시설 등을 갖추고 있으며 주요 기능으로 건축물 내외장재/에너지효율 성능평가, 건축물 규모 건축환경 성능평가, 신재생에너지 실험평가, 건축물 배관/덕트 설비 성능평가, 고성능콘크리트 압송 성능평가, 인공기후 시뮬레이션 등이 가능하다. 

특히 주요 기후환경요소(온도, 습도, 일사, 강우, 강설)의 인공발생 및 제어시설을 갖춘 인공기후환경 실험시설로서 실규모 단위 건축물 성능평가가 가능하며 태양광 차폐성능 평가실, 건물설비 평가실, 비접촉 변형 평가실, 방출물질표준평가실 등도 갖추고 있다. 세계 최고 수준의 타워실험시설은 운영원의 인프라 시설이 세계 수준임을 다시 한 번 보여준다. 

셋째, 생활밀착형 주택성능품질 실험시설(센터장 김종엽)은 세종시 한국토지주택공사에 자리잡고 있다. 모든 수요자에게 최저의 비용으로 최고의 품질을 제공하는 세계적 수준의 주택성능품질 실험시설을 구축하고 운영하기 위한 목적으로 구축되었다. 

주요 시설로 소형챔버 실험실, 대형챔버 실험실, 흡착·흡방습 실험실, 정밀분석 실험실, 미생물 실험실, 냄새 실험실, 환기성능 실험실, 결로실험실, 실증 공동주택, 바닥충격음 실험실, 급배수소음 실험실, 외부소음 실험실, 기류발생 및 제어실, 모니터링실 등을 다양하게 갖추고 있다. 

이 실험시설에서는 층간소음 및 생활소음에 대한 성능평가, 주택성능품질(공기환경 및 결로)과 관련된 요소기술 성능 평가, 실물크기의 단위세대를 대상으로 환기 성능 및 외피 기밀성능 평가 등이 가능하다. 

특히 이 실험시설은 다양하고 종합적인 검증실험 수행, 신기술 개발 지원 및 실용화 촉진이 가능하여 관련분야 기술경쟁력을 제고할 수 있을 것으로 기대된다. 또한 국민생활밀착형 주거환경 개선 및 검증기술 확보가 가능하고 주거용 건물과 관련된 요소기술별 실험시설이 부족한 중소기업 및 대학 등 관련 업계의 최초 기술 개발 및 국가경쟁력 확보를 위한 지원시설로 활용이 가능할 것으로 전망된다. 

넷째, 대형 수리모형 실험시설(센터장 송현구)은 경기도 안산시 한국농어촌공사에 위치하고 있다. 이 실험시설은 물 자원 관리 및 지류정비 등을 위해 수리기초연구, 하천, 상하수도 및 다양한 하천시설물 실험을 수행하기 위한 대형 수리실험시설을 구축한다는 목적 하에 구축된다. 

이 시설은 초연결형 실험인프라 구축을 통해 세계적 수준의 실험연구가 가능한 미래지향적인 대형 하천(수리) 실험시설로서 최신 IT기술을 활용한 초연결형(개방-원격형) 실험 인프라라 할 수 있다. 또한 정책지원연구, 기술 및 학술지원연구, 고급인력 양성 교육 등이 가능한 다목적 시설로서 구축된다. 

주요 시설로는 기초수리실험수로, 고정식 급경사수로, 가변식 하도실험수로, 대형/소형 유사순환수로, 호소성층 및 온배수 실험수조, 준설기계 등 성능검증 시설, 침/투수 실험토조 실험시설 등이 갖춰진다. 

주요 기능으로는 강, 하천에 대한 수리모형실험, 4대강 물 자원 관리 및 지류정비(하천, 수리시설, 상하수도, 사면 등), 수공구조물(교량, 보 등)에 따른 수문, 수리, 지형 등의 영향평가, 하천환경 분석, 방재수리 실험 등 다양한 분야의 수리실험, 비상여수로 등의 댐 확장 및 자연형 호안개발 등을 위한 수리모형실험 등이 가능할 전망이다. 

이 시설은 하천환경사업에 적용되는 자연형 하천구조물, 호안개발 및 친수시설물에 대한 안전성 검증 지원 등이 가능하고 효과적인 저류시설 설계 및 유사수리 연구가 가능하여 하천 오염 예방 및 복원에 기여할 수 있다는 특징을 갖는다. 또한 실험분야 별로 특성화된 세부 실험시설을 확보하여 다양한 실험분야를 만족시킬 수 있는 다목적 실험 인프라를 제공할 수 있다. 

다섯째, 기상환경 재현 도로 성능평가 실험시설(센터장 정준화)은 경기도 연천군 한국건설기술연구원에 있다. 이 시설은 악천후 상황 재현시설, 충돌실험시설, 다양한 기하구조, 첨단기술 적용 및 포장 가속실험 등이 가능한 시설을 구비한 종합도로 실험시설 구축을 위해 조성된다. 

또한 안전성 향상을 위한 대응시스템 기술 개발 촉진 및 관련 산업분야의 기술개발을 선도하는 도로시설물의 종합평가 실험시설을 구축하고 도로안전시설 관련 기준 정립 및 품질관리 등을 통해 안전시설의 성능을 향상시키며 해외시장 진출 확대에 기여할 목적으로 만들어진다. 

이 실험시설은 포장가속설비, 실내외 포장가속 실험시설, 강우/강설 실험시설, 안개/야간 실험시설, 평지부 충돌 실험시설, 성토부 충돌 실험시설 등을 갖추고 있다. 

주요 기능으로는 도로안전시설의 성능 규격 기준 검토 및 기준 정립, 도로안전시설에 대한 설치기준 및 정책 수립 지원, 도로시설물에 대한 개발 촉진 및 인증 시험, 첨단 기술을 접목하여 다양한 첨단 차량 성능 평가, 교통사고 원인 분석 및 개선 대책 수립 지원 등이 가능할 전망이다. 

특히 악천후 대응 도로안전시설, SB7급 차량방호울타리, CC4급(120km/h) 충격흡수시설, LED가로등, 미끄럼방지포장, 우천시 고휘도 노면표시등 등의 개발 및 인증에 활용 가능하며 다양한 도로기하구조에서의 첨단차량(그린카 등) 성능평가 및 기술개발 지원이 가능할 것으로 기대된다. 

여섯째, 도로주행 시뮬레이터 실험시설(센터장 박제진)은 경기도 화성시 한국도로공사 도로교통연구원에 있다. 이 시설은 운전자의 안전에 위협을 주지 않으면서 다양한 도로·교통 환경을 재현하여 도로계획 및 설계, 경관, 교통운영 및 안전, ITS, Human Factor 등의 분야에서 연구, 개발, 검증 등에 활용할 수 있는 실험시설을 구축하기 위한 목적으로 조성된다. 

또한 기존도로나 설계단위의 도로를 3차원 가상 주행을 통해 개선, 검토하며 인간공학적 도로 안전성 분석, 안전시설물 평가 등이 가능한 도로주행 시뮬레이터 실험시설 구축 등을 목적으로 한다. 

이 시설은 실시간 차량동력학 시뮬레이션 시스템, 3차원 그래픽 영상생성 및 시현 시스템, 음향생성 및 시현시스템, 운동시스템, 캐빈 및 제어힘로딩 시스템, 운영 및 모니터링 통합시스템 등을 갖추게 된다. 

주요 기능으로는 인간공학적 도로안전성 분석 및 설치기준 수립에 활용, 도로건설 전 도로이용자 측면에서 사전 평가도구로 활용 가능, 도로 설계단계에서 운전자의 주행 쾌적성, 노선 경제성, 경관설계 검토, 도로설계상 제약변수에 대한 검토, 교통사고가 잦은 곳에 대한 원인분석 및 개선방안 도출을 통한 도로안전도 향상 등이 가능할 전망이다. 

특히 이 시설은 운전자-차량-도로의 상호 작용을 극대화하고 실제 주행상황에서 수집될 수 없는 많은 실험결과들을 도출할 수 있다는 특징을 갖는다. 또한 도로교통운영의 효율성과 안전성 향상이 가능하고 실험 차량을 교체 가능하도록 구축하여 실험환경에서 차종별 도로 설계요소 및 운전자 거동 특성을 평가할 수 있으며 20Hz 내외의 고주파 운동을 통해 노면상태에 따른 차량의 경미한 움직임 등의 진동을 구현하여 승차감 해석이 가능하도록 구축될 계획이다. 

이 중 기후변화 대응 다환경 실험시설과 극한상태 구조특성 실험시설은 올해 준공했으며 그 외 4개 실험시설은 내년까지 준공할 계획이다. 

정부의 지속적인 실험인프라 운영 지원제도 구축 필요 

운영원은 국가 실험시설의 공동활용을 활성화한다는 본연의 역할에 충실하기 위해 고가의 연구 장비 부족으로 기술개발에 어려움을 겪고 있는 중소기업이 보다 쉽게 국토교통분야 실험시설 및 장비를 이용할 수 있도록 지원하는 사업도 수행하고 있다. 국토교통 대형실험시설 및 시설장비 이용료의 80%를 지원하며 전문가시험컨설팅도 지원해 준다. 

또한 미래사회 이슈 및 기술변화 대응을 위한 인프라 기반의 종합실증연구 환경 조성을 위해 첨단융합형 국토교통기술 종합실증 클러스터 조성도 기획하고 있으며 건설분야 기술 및 제품의 신뢰성 확보를 위한 성능기반 표준실험절차도 개발하고 있다. 

유해운 원장은 "우리나라의 미래를 좌우할 4차 산업혁명의 핵심분야 중 하나인 국토교통 R&D를 위해 현재 운영 중인 6개 대형실험시설을 지속적으로 관리하고, 도로, 교통, 수리, 주택 등 추가적인 대형실험시설도 효율적으로 운영해 나갈 방침"이라고 말했다.  

이처럼 전국 각지에 분산되어 있는 방대한 규모의 12개 대형 실험시설의 컨트롤타워 역할을 하는 중요한 책임을 맡고 있는 운영원은 그러나 현재 용인시 명지대학교 하이브리드구조실험센터 내에 입주해 있다. 정부 예산 지원의 부재로 별도의 운영원 부지를 마련해 운영하기 어렵기 때문이다. 

유해운 원장은 국토교통 관련 대형실험시설 구축 사업이 정부의 R&D 과제 형식으로 이루어져 있어 구축이 완료된 이후 운영에 관해서는 상대적으로 지원제도가 미흡하다고 말했다. 

유 원장은 "지속과제라 하더라도 정부 R&D 과제 형식으로는 지속적인 운영이 어렵고 각 기업이 부담하는 사용료 규모도 작아 전담 안전요원 유지도 어려운 실정"이라고 말했다. 

유 원장은 기 구축된 시설에 대한 운영비를 정부가 지속적으로 지원하는 방안을 모색할 필요가 있다고 강조했다.

또한 하드웨어 측면의 인프라 유지관리 외에 소프트웨어 측면의 정보관리 및 공유에 대해서도 개선의 필요성을 피력했다. 

유 원장은 "국내의 많은 연구기관들이 국토교통 관련 국내외 방대한 연구 자료들을 보유하고 있지만 이를 통합, 서로 공유하는 시스템은 미흡하다. 그래서 보유하고 있는 정보를 충분히 효과적으로 활용하지 못하고 있다"며 "이를 통합 관리할 수 있는 정부 차원의 노력이 필요하다"고 말했다.