Development and Application of Safety Protection Passageway Capable of Double Buffering and Double Protection

보베 이; 승진 박

doi:10.9798/KOSHAM.2024.24.1.49

Article

시설물방재

J Korean Soc Hazard Mitig 2024; 24(1): 49-54.

Published online: February 23, 2024

DOI: https://doi.org/10.9798/KOSHAM.2024.24.1.49

2중 완충, 2중 방호가 가능한 안전방호통로 개발 및 적용

이보베^*, 박승진^**

* 정회원, 인천대학교 도시융⋅복합학과 박사과정(E-mail: dailybella@naver.com)

** 정회원, 인천대학교 도시공학과 교수(E-mail: sjpark@inu.ac.kr)

Development and Application of Safety Protection Passageway Capable of Double Buffering and Double Protection

Bobe Lee^*, Sungjin Park^**

* Member, Ph.D. Candidate, Department of Urban Convergence Engineering, Incheon National University

** Member, Professor, Urban Engineering, Incheon National University

^** 교신저자, 정회원, 인천대학교 도시공학과 교수
(Tel: +82-32-835-8775, Fax: +82-32-232-5024, E-mail: sjpark@inu.ac.kr)

** Corresponding Author, Member, Professor, Urban Engineering, Incheon National University

Received December 12, 2023 Revised December 13, 2023 Accepted December 18, 2023

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Abstract

The main purpose of the safety protection passage is not only to provide psychological stability to pedestrians when they have to pass near a construction site in the city but also to protect against materials, parts, tools, and debris that may fall at the actual construction site. However, despite the fact that pedestrian safety passages are important temporary facilities that are directly related to the safety of citizens, in the case of existing passageways, only the shape of the frame is arbitrarily created using square pipes or square lumber at the construction site, and wood is placed on the top. Currently, the panels are assembled and used without safety verification. The safety passageway installed in this manner is easily destroyed by a light impact. It can neither perform its function nor guarantee the safety of pedestrians. The main purpose of this study is to provide psychological stability to pedestrians in pedestrian passageways near urban construction sites and to prevent damage caused by materials, parts, tools, and debris that may fall at actual construction sites. As a result of research and development, the ease of manufacturing, economic feasibility, and operability of the structure were confirmed through the production of a prototype of the structure. A structural review confirmed that the stress generated in the safety protection passage of the researched and developed system for the appropriate load of the falling object was within the allowable stress.

Keywords: Safety Protection Passage, Double Buffer, Temporary Passageway Passageway Scaffolding, Construction Site Pedestrian Walkway

요지

안전 보호 통로의 주요 목적은 도심 건설 현장 근처를 통과해야 하는 보행자들에게 심리적 안정성을 제공하는 것뿐만 아니라 실제 건설 현장에서 떨어질 수 있는 자재, 부품, 공구 및 잔해물로부터 보호하는 것이다. 그러나 시민들의 안전과 직결된 중요한 임시 시설인 보행자 안전 통로의 경우, 기존 통로의 경우 공사현장에서 임의로 사각 파이프나 각 목재를 사용하여 프레임의 형태만 만들고, 상단에는 나무 등이 놓이는 등 안전 확인 없이 패널을 조립하여 사용하는 실정이다. 본 연구의 주요 목적은 도심 건설 현장 인근 보행자 통로에 보행자에게 심리적 안정감을 제공하는 것뿐만 아니라, 실제 건설 현장에서 낙하할 수 있는 자재, 부품, 공구 및 잔해물로 인한 손상을 방지하는데 있다. 연구개발 결과 해당 구조물의 시제품 제작을 통해 해당 구조물의 제작 용이성, 경제성, 가동성을 확인하였고, 구조검토를 통해 낙하되는 물체의 적정 하중에 대하여 연구개발된 시스템 안전방호통로에 발생된 응력이 허용응력 이내임을 확인하였다.

핵심용어: 안전통로, 이중완충기, 임시통로, 건설현장 보행자통로

1. 서 론

1.1 연구배경

안전방호통로의 주 목적은 도심지 공사현장에서 인접한 위치에 보행자가 통행해야 하는 경우, 보행자에게 심리적인 안정감을 제공하는 역할 뿐만 아니라, 실제 공사현장에서 낙하 될 수 있는 자재, 부품, 공구 및 파편들에 의한 피해를 최소화 하는 구조물이다(Bentley et al., 2005; HSE 2005; Chambers et al., 2013; Chang et al., 2016).

그러나 보행자 안전통로가 시민의 안전과 직결되는 중요 가시설물임에도 불구하고, 기존에 설치되고 있는 통로의 경우에는 건설현장에서 임의로 각파이프 또는 각재를 이용해서 골조의 형태만을 만들고, 그 상단에 목재 등의 판넬을 조립하여 안전성에 검증 없이 사용되고 있는 실정이다.

기존 안전통로의 문제점은 외형만 갖춘 구조물이될 수도 있다는 것이다. 이렇게 설치된 안전통로는 가벼운 충격에도 쉽게 파괴되 수 있어 보행자의 방호를 목적으로 하는 역할을 기대할 수 없을 뿐만 아니라 보행자의 안전을 전혀 보장할 수 없다.

따라서 본 개발의 주요 목적은 도심지 공사현장에서 인접한 보행자 통로에서 보행자에게 심리적인 안정감을 제공하는 역할 뿐만 아니라, 실제 공사현장에서 낙하 될 수 있는 자재, 부품, 공구 및 파편들에 의한 피해를 최소화 하는데 목적이 있다. 본 연구에서는 안전방호통로가 중요한 시설물로 인식되어야 한다는 목적을 가지고 그 기능을 충분히 수행하도록 연구개발 하였다(Endsley, 1995; Grainger, 2020).

1.2 기존 안전통로의 문제점

도심지 및 현장에서 낙하물로 부터의 보행자를 보호하기 위해 설치되는 기존의 보행자 안전통로는 표준규격이 없고 기준이 확립되어 되어있지 않아 문형의 형태로 현장에서 임의로 부재를 연결하여 사용되고 있다. 기존 보행자 안전통로의 사례는 Figs. 1 및 2와 같다.

Fig. 1

Example of Safety Passage in Use (1)

Fig. 2

Example of Safety Passage in Use (2)

보행자 안전통로는 시민의 안전과 직결되는 중요 가시설물임에도 불구하고, 기존에 설치되고 있는 통로의 경우에는 건설현장에서 임의로 각파이프 또는 각재를 이용해서 골조의 형태만을 만들고, 그 상단에 목재 등의 판넬을 조립하여 안전성에 검증이 안된채로 사용되고 있는 실정이다. 이렇게 설치된 안전통로는 가벼운 충격에도 쉽게 파괴되어 제 역할을 할 수 없을 뿐만 아니라 보행자의 안전을 전혀 보장할 수 없다.

따라서 본 개발의 주요 목적은 도심지 공사현장에서 인접한 보행자 통로에서 보행자에게 심리적인 안정감을 제공하는 역할 뿐만 아니라, 실제 공사현장에서 낙하 될 수 있는 자재, 부품, 공구 및 파편들에 의한 피해를 최소화 하는데 목적이 있다.

본 논문의 연구대상은 2중 방호, 2중 완충, 시스템 안전방호통로에 관한 것으로, 보다 상세하게는 현장 조립 및 해체가 용이 하도록 접이식 구조로 마련된 안전방호통로 구조에다, 상부 낙하물로부터 2중 방호 및 2중 충격 완충이 가능한 상세가 반영된 시스템 안전방호통로의 개발이므로, 기존 안전통로와 명칭을 구분하고자 이 논문에서는 ‘시스템 안전방호통로’라고 한다.

2. 시스템 안정방호통로의 구성 및 특징

2.1 시스템 안정방호통로의 구성

본 연구에서 개발하고자 하는 시스템 안전방호통로에서는 바닥레일을 제외한 모든 방호통로의 구성요소가 포함된 모든 시스템 구조를 접은 상태로 제작, 운반할 수 있도록 적용하였다. 이를 통하여 제작시 제품의 조립상태 품질 확보가 가능하여 고품질의 제품을 제공할 수 있다. 또한, 안전방호가 필요한 장소에 손쉽게 설치, 해체함으로써 실사용에 적용성을 높이고자 하였다.

개발의 기본 구성은 접이식 구성으로 다음 Figs. 3 및 4와 같다. 또한, 수직부재를 지지하는 브레이싱은 세장한 X형의 형태로 복사재 적용하였다. 브레이싱의 상단은 고정, 하단은 가동(강파이프를 둘러싼 더 큰 강파이프)로 상하 이동이 가능한 구조로 적용하였다. 연결부 상세는 Fig. 5와 같다.

Fig. 3

Foldable Safety Protection Passage Concept Diagram (Left, Unfolded State / Right, Folded State)

Fig. 4

Roof Connection for Folding

Fig. 5

Frame Connection Structure for Folding

2.2 시스템 안전방호통로의 특징

본 연구개발에서는 안전방호통로의 주요역할인 방호 기능에 중점을 두었다. 첫 번째로는 방호통로의 지붕구조에 적절한 완충자재를 적용하여 충격하중을 감소시켰고, 두 번째로는 프레임 구조에서도 낙하물의 충격을 흡수하도록 트러스구조 및 스프링 구조시스템을 적용함으로써, 2중 완충구조를 적용하였다. 각 부분을 아래에 상세히 설명하였다.

1차 방호 역할을 하는 마감판넬이 낙하물에 대한 충격을 대부분 흡수하도록 하고, 크기가 작은 낙하물이라도 막아낼 수 있도록 고안되었다. 두 번째로 2차 방호역할을 하는 와이어 메쉬 보강재가 혹시라도 1차 방호에서 발생된 충격을 부가적으로 흡수함으로써 안전방호통로의 2중 충격흡수가 가능하도록 설계 되었다. 2중 방호판넬의 상세는 Figs. 6 및 7과 같다.

Fig. 6

Details of Frame Protection Function

Fig. 7

Details of Double Protection Function

3. 시스템 안정방호통로의 적용

3.1 시스템 안정방호통로의 적용사례

본 연구를 통해 최적화 시킨 부재 및 자재로 제품을 제작하였으며 상단의 2중 완충장치 및 프레임을 적용하여 시제품을 제작하였다. 적용된 사진은 다음 Fig. 8과 같다.

Fig. 8

Installation of System Safety Protection Passage (1)

또한, 본 연구에서 목적을 둔 부분중 하나가 설치 및 해체, 보관이 편리한 제품이므로 제품의 접이성 및 보간성을 확인하였으며 간단히 몇 개의 볼트 해체만으로 프레임은 다음 그림과 같이 작은 부피로 접을 수 있음을 확인하였다. 상세는 Figs. 9 및 10과 같다.

Fig. 9

Installation of System Safety Protection Passage (2)

Fig. 10

Connection Part of System Safety Protection Passage

시스템 안전방호통로에서 바닥 레일을 제외한 모든 방호통로 구성요소가 포함된 시스템 구조를 접은 상태로 제작, 운반할 수 있도록 고안되었다. 제작 시 제품의 조립상태 확인이 가능하여 고품질의 제품을 제공해 줄 수 있고, 운반성이 우수하며, 현장 설치 시 최소의 장비-인력으로 단시간 설치가 가능하도록 고안되었다.

4. 구조해석

4.1 시스템 안전방호통로의 모델링

시스템 안전방호통로의 성능 검증을 위하여 Midas Civil 프로그램을 사용하여 구조해석을 수행하였다(Fig. 11). 모델링은 실제 방호통로의 전체 모델링을 적용하여 현장과 동일하게 적용하였다. 경계조건의 하단부는 힌지를 적용하였다.

Fig. 11

Modeling of Structural Analysis Program

해당 구조물은 명확한 설계기준이 없고 기존 해석사례 또한 없어 재하되는 하중은 가정이 필요하다. 따라서, 모델링에 적용되는 하중은 낙하할 수 있는 물체의 무게를 최대 10 kg으로 가정하고 10층 높이에서 낙하를 가정하여 최대 발생 500 kgf로 설정 하였다(Fig. 12).

Fig. 12

Modeling of Structural Analysis Program 2

시스템 안전방호통로는 종방향으로 연결되고 낙하시 상단부가 가장 먼저 충돌하게 된다. 따라서, 하중 재하지점은 위 그림과 같이 적용하였다. 적용된 부재의 강종은 SS275이다.

4.2 해석결과

모델링을 통한 구조해석결과 물체의 낙하지점으로 가정한 부재에서 최대응력이 발생하였고, 해당 부재는 147.7 Mpa의 응력이 발생하였다. SS275의 강종의 허용응력(Ministry of Land and Infrastructure and Transport, 2018)은 165 MPa이므로 개발된 안전방호통로는 500 kg의 낙하물에 대해서 안전함을 확인하였다(Fig. 13).

Fig. 13

Structural Analysis Results

해당 모델링에 대한 해석은 가장 기본모델로 사용될 수 있는 1가지 케이스에 대하여 검토를 수행하였으며, 안전방호통로는 설치되는 위치에 따라 설치 폭, 위치, 높이, 상단의 상세 등이 다르게 결정되므로 좀 더 다양한 케이스에 대한 안전방호통로의 구조해석 연구는 후속으로 진행할 계획이다.

5. 결 론

본 논문에서는 시스템 안전방호통로의 안전성, 경제성, 적용성을 고려한 모델을 제안하였다. 안전방호통로는 건설현장에서 필수적으로 설치되고 있으나 기존 사례를 조사를 통해 안전성 확보없이 임의로 제작하여 사용하고 있음을 확인하였다. 안전방호통로는 시민의 안전과 직결된 시설임에도, 방호벽 보다 단순한 가시설로 인식되어 현장에서 임의로 설치되고 있고, 기존에 연구된 적이 없었기에 기준이나, 지침도 없는 상태이다.

따라서, 본 연구에서는 안전방호통로가 중요한 시설물로 인식되어야 한다는 목적을 가지고 그 기능을 충분히 수행하도록 연구개발 하였다.

해당 연구에서는 기존에 시스템 안전방호통로의 설치를 필요로 하는 위치를 확인하여 가장 보편적인 사이즈(폭, 높이)를 결정하여 해당 케이스에 대한 시제품 제작 및 구조해석을 검토하였다.

시제품 제작을 통해 해당 구조물의 제작 용이성, 경제성, 가동성을 확인하였고, 구조검토를 통해 낙하되는 물체의 적정 하중에 대하여 연구개발된 시스템 안전방호통로에 발생된 응력이 허용응력 이내임을 확인하였다.

본 연구는 가장 많이 적용이 가능한 사이즈에 대해 진행하였고, 실제 현장에서는 다양한 사이즈 및 하중이 발생되므로 이에 대한 연구는 계속 진행할 예정이다. 또한, 기존안전방호통로 대비 새로운 안전방호통로가 주는 심리적 안정감의 차이를 사용자 설문 조사를 통해 수행할 예정이다.