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[KAIST 건설 및 환경공학과 조계춘 교수] 세계 최고 도심지 ‘소단면 터널식 공동구’ 시공기술을 개발해 실용화에 매진하다2019년 ‘오늘의 한국’을 빛낸 인물 대상 교육연구 부문
홍경의 기자  |  news@kpci.co.kr
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승인 2019.04.10  20:51:50
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한국시설안전공단 시설물통합정보센터 2017년 12월말 기준 전국 주요시설물 통계 현황을 보면 시 특법 대상 1, 2종 교량, 터널, 항만, 댐, 건축물, 하천, 상하수도, 옹벽, 절토사면, 공동구 8만 7124개소로 나타났다.

이러한 주요시설물 점검 미비는 대형 안전사고 발생으로 이어 질수 있기에 국가 차원의 안전 관리가 요구된다. 건설 현장, 화재취약지구, 유해 물질 취급시설, 전통시장, 지반침하 지역, 급경사지 등 우리 생활 속의 재난 위험 시설물에 대하여 매년 국가안전대진단을 실시하고 있지만 도심지 개발이 증가하고 지하시설물 과밀화, 노후화로 인해 각종 지반침하 사고가 발생하고 있기에 좀 더 구체적이고 체계적인 도심 지하안전에 대한 종합관리가 필요하다.

민원, 교통혼잡, 장애물 난립 등 지하 시설물 문제점 해소

그 중에서도 면적의 한계를 넘어선 자동차의 급격한 증가로 인하여 서울 및 수도권 큰 도시는 교통 체증 문제가 일상이 되었다. 이러한 요인에 더해 지하 매설을 각 지자체 및 사업자가 각각 설치함에 따라 동일 지점의 중복 도로 굴착으로 교통 소통에 지장을 초래하는 경우도 늘고 있으며, 이것은 안전사고 및 재난의 원인이 되고 있다.

여러 가지 지하시설물을 매설하여 복잡한 도로를 막고 수시로 굴착작업을 하는 광경을 도심에서 자주 볼 수 있는데 이는, 도시기능이 마비되는 큰 재난으로 이어진다. 그 때문에 지하 매설물을 일괄 수용하는 공동구가 도로환경의 대안으로 주목을 받고 있다. 공동구는 미관의 개선, 교통의 원활한 소통 등을 위해 전기·가스, 통신시설 등 지하매설물을 공동 수용할 수 있는 지하시설물을 말하며, 각종 기반시설을 통합 관리하는 중요기반시설로 철저한 관리 및 점검으로 시민의 안전과 쾌적한 도로환경이 유지될 수 있다. 하지만 현재의 도심지 라이프라인은 도시미관과 안전을 해치고, 중구난방 식 매설로 유지관리도 어려운 것이 지금의 현실이다. 각각 단독구를 만들다보니 장애물이 난립하고, 민원이나 교통 혼잡도 빈발하고 있다.

이러한 현실에 대안으로 KAIST 건설 및 환경공학과 조계춘 교수 등 연구진은 세계 최고 수준의 도심지 ‘소단면(Φ3.5m급) 터널식 공동구’ 설계와 시공기술을 개발하여 실용화에 매진하고 있어 학회와 업계에 큰 반향을 일으키고 있다.

국내 지반공학 분야의 권위자인 조계춘 교수와 연구 방향과 계획에 관하여 자세한 얘기를 나누어 보았다.

   
▲ 2018년 공동구연구단 4차년도 전체 워크숍.

Q. 공동구(Utility Tunnel) 연구단이 만들어진 취지와 진행 중인 연구에 대하여 소개 해준다면.

A. 현재 국토교통과학기술진흥원의 건설기술연구사업의 일환으로 ‘경제적인 도심지 소단면 터널식 공동구 설계 및 시공기술 개발’을 위한 공동구 연구단을 이끌고 있다. 공동구연구단의 연구는 한 마디로 ‘국토의 혈관’을 연구한다 할 수 있다.

이번 연구는 한국과학기술원, 한국전력공사 전력연구원, 한국건설기술연구원, LH토지주택연구원 등 기업 및 연구소 총 27개 기관들이 산·학·연 연구단 컨소시엄을 구성, 총 4년 6개월간으로 현재 계속 진행되고 있다.

실제 도심의 경우 개착 공사로 민원 및 교통 혼잡이 크게 발생하고 있는데, 이를 극복하는 최적의 방안 중 하나가 소단면 터널식 공동구 건설이다. 하지만 이에 대한 연구와 관심이 미흡해 연구개발이 시급한 실정이고, 이 때문에 공동구 연구단은 바로 이 점에 주목해 소단면 터널식 공동구 건설의 활성화를 위한 연구를 펼치게 된 것이다. 공동구는 향후 10년간 총 6조 2200억 원으로 추정될 정도로 시장이 급격하게 팽창하고 있다.

이번 연구로 기술을 개발하면 앞으로 10년 간 공동구 공사비의 약 10%인 6220억 원이 절감될 것으로 예상한다. 공동구 연구단의 연구가 성과를 거둘 경우 공사비 저감, 민원과 교통혼잡비용 축소, 건설 안전재해 20% 저감 등 간접적 비용 추정액만 약 1870억 원으로 예상되고 있다. 전체 경제적 효과는 8090억 원에 달할 것이란 추정이다. 아직은 우리의 공동구 설계 및 시공 기술은 선진국의 10~70% 수준이지만 이번 연구를 통해 핵심기술을 개발하면 세계 최고 수준의 공동구 설계와 시공 능력을 갖게 될 것이다.

   
▲ 공동구연구단-TBM성과품.

Q. 구체적 활동 성과와 업적 진행사항 등을 언급하여 준다면.

A. KAIST 지반시스템 연구실(Geosystems Engineering Lab)을 이끌며 지반공학과 관련되어 인류가 직면하고 있는 ‘기후변화 및 에너지고갈’에 대한 능동적이며 궁극적 해결방안제시를 위하여 노력해 왔으며, ‘지속가능한 개발’을 위한 지반공학 관련 핵심기술 연구 및 개발을 국제적으로 선도해 오고 있다.

세계 최초로 ‘에너지 지반공학’이라는 용어를 제안(Santa marina and Cho, 2001, Energy Geotechnology)하고 지속가능한 개발과 연계하여 이 분야를 선도하고 있다.

지반공학 분야의 공로를 인정받아 숱한 상도 받았다. 한국과학기술한림원의 ‘젊은과학자상(2010 대통령상)’, 한국터널지하공각한회 학회장상, 한국터널지하공간학회 학술상, 한국과학기술한림원 선정 ‘한림선도과학자’, 그리고 지난해 ‘KSCE-Springer Award’ 등이 대표적이다. 현재 실험실에서 진행되고 있는 연구뿐만 아니라 공동구 연구단에서 진행 중인 연구들은 세계적인 수준의 연구들이라고 자부하고 있다. 특히 학문적·기술적으로 세계 최초인 ‘실대형 성능검증시설’은 세계시장을 선도할 만한 쾌거이다. 아직은 연구 초기 단계지만 그럴수록 관련 학계와 산업계, 정부의 관심과 성원이 절실하다.

2017년 8월 종로구청장과 공동구 연구단과 도심지(Life-Line) 및 공동구에 대한 연구와 정보교류 등 상호협력에 관한 MOU를 체결했고, 2018년 7월에는 중국 SKL, 한국 공동구연구단, 한국전력공사 한국연구원이 공동 MOU를 체결했다. 또한, 12월에는 행안부·국토부·KAIST 합동 워크숍을 진행한 바 있다.

Q. 연구를 하시면서 정부와 관련 부처에 바라는 점을 얘기하여 준다면.

A. 한 분야에 대한 깊이 있는 연구를 통해 남들이 가지 않은, 도전하기 어려운 분야에 대한 연구를 진행하는 것이 연구자로서 실천해야 할 올바른 자세이다. 다만 이를 뒷받침할 여건도 중요하다. 특히 정권 바뀔 때마다 흔들리지 않는 연구의 지속성과 중복되지 않는 연구에 대한 독립성과 차별성이 강화되어야 한다. 그리고 각종 감사나 복잡한 연구비 집행 등 불필요한 행정 절차가 연구자들이 연구에 몰두할 수 있는 분위기를 해치고 있다. 이렇게 행정으로 인해 소모되는 시간이 전체의 30%에 달하는 실정이라 행정의 간소화가 절실하다. 무엇보다 연구자를 마치 감시·감독을 해야 할 잠재적 위법자로 간주하는 것은 심각한 문제라 생각한다. 편법을 간구하는 것 보다는 정도를 지킬 수 있는 사회로 만들어 줘야한다. 정부 차원의 지속적 관심, 배려와 함께 연구자로서의 연구 의무를 다할 수 있도록 해야만 다수의 훌륭한 연구자들이 배출되고, 국가 과학기술이 발전되며, 고부가가치 산업이 발달하게 된다.

Q. KAIST 지반시스템 연구실에서 진행 중인 연구에 대하여 자세한 설명을 해준다면.

A. 세계 최초로 도심지 민원저감형(저소음, 저진동) ‘초고압 워터젯을 이용한 암반굴착 장비 및 공법’을 개발하여 국제특허를 등록했다. 이를 산업체에 기술을 이전함으로써 실용화(예상시장 30~40조 원)를 앞두고 있다. 이 기술은 도심지에서 터널

및 지하공간, 암반사면, 기초 등을 빠르고 안전하게 굴착할 수 있어 매우 유용할 것으로 전망된다. 최근에는 말레이시아와 기술이전 및 협력을 위한 양해각서를 체결하는 등 해외진출도 모색하고 있다.

특히 획기적인 것은 인체와 환경에 유해할 수도 있는 시멘트를 대체할 친환경 건설재료 ‘바이오 쏘일(bio-soil)’에 대한 연구다. 이를 위해 연구진은 친환경 물질인 바이오폴리머(Biopolymer)를 이용한 신물질을 개발하였다. 바이오폴리머는 생물이 생산하는 고분자물질로서, 다양한 식품 및 약품에 사용될 만큼 안전성이 매우 높다. 차세대 친환경 건설재료로 안성맞춤인 셈이다. 연구진의 노력으로 흙과 바이오폴리머를 결합해 강도를 증진시키는 방법도 개발, 국제특허를 출원했다. 이는 실내 건축내장재(벽돌, 판넬, 황토집), 사면, 사막화 방지, 황톳길 포장, 제방, 기초보강, 차수그라우팅, 흙고화처리, 침식저감 등 다양한 용도로 쓰일 전망이다.

연구진은 또 초음파, CT, MRI 검사 등이 인체 내부를 촬영해 검진하듯이, 탄성파 및 전자기파 탐사 등을 통해 땅속(흙, 암반)의 지반공학적 특성을 파악하는 스마트 지구물리탐사기법도 개발했다. 이는 지반함몰(싱크홀 등)과 같은 사고를 미연에 예방할 수 있다. 인류가 직면하고 있는 신재생에너지를 포함한 에너지의 궁극적인 해결을 위해 지반공학 기술의 진보에 매진하고 있다. 특히 동해 울릉분지에 매장되어 있는 메탄하이드레이트는 우리나라가 30년간 쓸 수 있는 규모의 에너지원이지만 해수면 아래 2000미터나 될 만큼 매우 깊은 퇴적지층에 있어 이를 안전하고 효율적으로 추출해내는 기술을 개발하는 중이다.

   
▲ 2018년 중국 MOU체결.

인성과 ‘Something different + fun’ 강조하다

조계춘 교수는 “학생들 스스로 꿈을 가지는 것이 중요하며, 미래를 위해 투자하는 시간에는 열정이 있어야함”을 강조하였다. 아울러, “모든 제자와 학생들이 나보다 뛰어난 인재로 성장하길 바라는 마음 간절하다”고 전하면서, “제자들이 잘 되었을 때. 특히, 박사 출신 제자들이 세계의 유수대학에 교수로 임용되고 국내의 국책연구소에 자리 잡고 훌륭하게 활동할 때 그렇게 기쁠 수 없다”며 교육적 보람을 전하였다.

교육업적으로 박사 12명, 석사 25명을 배출하여 전문인력 양성으로 국가 경쟁력 제고 및 산업발전에 기여하였고 현재 KAIST 지반시스템 연구실은 20여 명의 내로라한 ‘브레인’들로 구성되어 있다. 이를 이끌고 있는 조 교수는 "교육이나 연구의 공간에서 항상 ‘인성’을 갖추는 한편, ‘Something different + fun’의 정신을 강조하고 있는데, 이는 남들이 할 수 있는 연구가 아닌 자신만의, 그리고 우리만의 연구로 자연과 문명의 한계를 극복하자는 신념을 담고 있다. 아울러 학생들에게 자신에 대한 수분의 법칙을 강조하였다. 바쁜 와중이라도 1분 정도 자기 자신에게 할애를 하여 자신에 대한 긍정적인 생각을 가지는 것이 필요함을 전하였다. 이른바 1분의 여유는 주변이 깨끗해지고 ‘자기 효능감’이 높아지며, 자연스럽게 자신이 만들어 놓은 주변을 보면서 더욱 자신감을 가지게 되어 중요한 일들을 잘하게 된다고 설명하였다. 이른바 Positive and Confident 으로 1분의 여유는 조계춘 교수의 생활 철학이기도 하다.

기후변화 및 에너지고갈’에 대한 관심 필요

조계춘 교수는 "현재 실험실에서 진행되고 있는 연구뿐만 아니라 공동구 연구단에서 진행 중인 연구들은 세계적인 수준의 연구들이며, 학문적·기술적 세계 최초인 ‘실대형 성능검증시설’은 우리나라가 이 분야에서 세계시장을 선도하는데 큰

도움을 줄 수 있다고 확신을 갖고 있다"고 전하였다. 아울러 구성원들과 함께 공동구 연구와 현재 진행 중인 연구·과제 개발을 성공적으로 수행하여 건설 분야의 발전은 물론, 이를 통해 배출 될 인재들이 세계 과학기술계를 리드하는 밝은 미래를 계획하고 있다.

조계춘 교수는 “연구 완성단계임으로 앞으로 관련 학계와 산업계, 그리고 정부부처에서 관심을 가지고 좀 더 성원을 해준다면 반드시 좋은 결과가 나올 것”임을 강조하였다.

조계춘 교수는 “KAIST 지반시스템 연구실을 이끌며, 현재 인류가 즐기고 있는 자연을 후세에게 그대로 전달할 수 있는 ‘지속가능한 개발’ 을 위한 지반공학 관련 핵심기술 연구 및 개발을 국제적으로 선도하고 있지만, 국민 모두가 더불어 세계 인류 모두가 직면하고 있는 ‘기후변화 및 에너지고갈’에 대하여 더욱 많은 관심을 가지고 능동적이며 궁극적 해결방안제시를 위하여 노력해야 한다”고 강조하였다. 그 이유에 대해서 조계춘 교수는 “최근 다량의 미세먼지가 덮인 흙색의 하늘과 쾌쾌한 공기를 생각한다면 우리 자식과 후세에게 미안하다는 생각이 들지 않겠는가”라며 노력에 대한 명분을 피력하였다.

향후 급성장 하고 있는 공동구 기술을 대한민국 세계 최고 수준으로 확보하여 시장을 선점한다면 국내 산업계에 공동구 건설은 신 성장 동력이 될 것이며, 그 무대는 향후 10년간 400조 원 시장의 세계가 될 수 있는 만큼 이번 조계춘 교수의 공동구 연구가 성공적으로 진행되길 기대해 본다.

이러한 조계춘 교수의 무수한 노력에 의한 공로가 널리 알려져 월간 ‘오늘의한국’에서 선정한 교육연구 부문 2019년‘오늘의 한국’을 빛낸 인물 대상으로 선정되었다.

홍경의 기자  news@kpci.co.kr

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