가. 기술의 개요 및 중요성 (1) 기술의 개요
동북아 물류중심 국가를 조기에 실현하는데 기여할 수 있는 물류․항만에 관한 첨단의 연계하역 장비 및 친환경적 신항만에 대한 기술로서 초대형 컨테이너선용 및 기존 컨테이너부두용 양현 하역 및 연안운송 피더선 하역기능을 갖춘 가동식 항만구조물(하이브리드 안벽) 기술 및 제품을 개발하는 것이다.
(2) 기술의 중요성
사회적 측면에서는 동북아 항만들의 중심항만 경쟁에서 초대형 컨테이너선에 대응하는 항만 기 술을 선도함으로써, 우리나라가 항만개발 분야에서 동북아 허브항만의 경쟁국가들 보다 우위에 서 서 동북아 경제 중심국가로의 국가적 자긍심을 고취시킬 수 있고, 대외 인지도를 향상시킬 수 있다. 더욱이, 초대형 컨테이너선용 항만 기술 개발 시 항만과 연관된 주변환경이 국내와 외국의 사례가 다를 수 있고, 또한 결과의 해석에도 국내 상황과 다른 분석이 나올 수 있으므로, 한국형 차세대 항만의 개발이 필요하다. 본 기술이 개발 완료되면 친환경적 항만 설계로 항만개발의 랜 드마크 역할을 제공할 것이다.
기술적 측면에서는 컨테이너물동량의 지속적인 증가와 컨테이너선의 초대형화, 해상 및 육상운송의 복합화 추세에 대한 미래 항만의 대응방안이 요구되고 있다. 또한 차세대 항 만구조와 지능형물류시스템, 자동하역시스템과 연계하여 통합된 첨단 항만 기술의 개발 로 기술력 우위를 확보하고, 국내 관련 산업의 기술적 파급효과도 매우 크다. 따라서 선 진기술에 대한 경쟁력 확보, 국내 관련 산업의 기술향상과 파급효과 등을 감안하면 초대 형 컨테이너선용 항만 개념개발과 설계기술의 개발이 필수적이라 할 수 있다.
육상공간이 크게 부족하고 대도시의 환경문제가 심화되어 대도시 연안역의 해양공간에 대한 수요가 증대가 예상되며 10년 후에는 컨테이너물량이 현재의 2～3 배로 증가하고 15,000TEU급 초대형 컨테이너선박의 출현으로 기존 항만시설의 기능 확충이 요구됨에 따 라 대수심 부유식 환적항만이 개발될 것으로 예상된다. 아울러 해상비행장, 국가전략 자원 저장 및 적하역시설 등 초대형 부유식 해양구조물의 실용화가 예상되며, 이를 위해 초대형 부체식 해상구조물 기술의 지속적 개발이 중요함을 인식하지 않을 수 없다.
경제적 측면에서 보면 우리나라 실정에 적합한 초대형 컨테이너선용 항만을 개발함으로 써 동북아시아의 중심항만(Hub-Port) 선점경쟁에서 인접국 항만보다 우위를 확보하고, 참 여정부의 차세대 성장동력산업(지능형물류시스템)으로서 국정과제인 동북아 물류중심 국가 건설에 기여할 수 있다.
나. 국내외 기술개발 동향과 우리의 여건 (1) 국외
대형물류거점항만 선점을 위한 각국의 경쟁이 심화되고 있다. 따라서, 세계 주요항만들 은 물류거점항만을 선점하기 위하여 대대적인 시설확충을 추진중에 있으며 고부가가치형 물류산업이 대형항만에 집중하는 추세는 확산되고 있다. 결과적으로 물류거점 항만인프라 가 점점 대형화 되고 있다.
일본은 부유식 해상공항의 건조를 위해 Mega-Float(1995～2000)기술조합을 결성하고 이 를 통해 1km급 초대형 부체식 해상구조물의 설계, 건조 및 운용 기술을 범국가적으로 개 발, 실해역 실증시험까지 완료한 바 있다. 실해역 실증실험을 통해 방식 시스템 상세설계 기술 및 수중 모니터링 시스템을 확립하였으며 현재 동경만의 활주로를 부체식으로 건설 하는 방안을 모색하고 있다. 또한, Mega-Float와 파력발전을 융합하는 연구를 수행하여 부유식 대형 구조물의 활용도를 높이는 연구도 수행하고 있다.
일본, 미국, 노르웨이 등 외국의 사례에 비추어 볼 때 해양공간 개발을 위한 초대형 구 조물의 개발은 해당 국가의 필요성에 바탕을 둔 것으로 평가할 수 있다. 국내에서도 부체 -가동식 항만시설 개발, 부유식 인공섬 개발, 부유식 비행장 건설 등 그 필요성이 제기되 는 등 해양공간 활용에 대한 인식이 날로 높아지는 추세이며, 앞서 진행된 선행연구 결과 를 바탕으로 국가적 필요성에 부합되는 초대형 해상구조물 기술의 확립이 시급한 것으로 평가할 수 있다.
(2) 국내
국내에서는 대형 조선소를 중심으로 축적된 대형 해양구조물 건조기술을 바탕으로 해양 공간 이용을 위한 초대형 구조물의 현실화를 위한 기본 여건이 충분한 것으로 판단되며
‘96 기계연구원에서 BMP 연구사업을 수행하여 실해역 시험플랜트 설계기술을 개발한 바
있다. 울산대에서는 일본 SRI와 공동으로 부유식 해양구조물의 기초기술을 ’93～‘96에 연 구하였음. 한국해양연구원 해양시스템안전연구소에서는 ’98 해양공학수조를 완공하여 초대 형 해양구조물의 파랑중 성능평가기법을 구축하였으며, 해양수산부를 중심으로 ‘99부터 초 대형 부유식 해상구조물 기술연구를 시작하여 기술개발 및 축적에 대한 투자가 착실히 진 행되고 있다. 2001년부터 국내 VLFS 연구회가 발족되어 초대형 부유식 구조물 활용에 대 한 논의가 활발히 진행중에 있으며, 2001년 7월에는 “2001 부산해역의 미래개발을 위한 심 포지엄”에서 초대형 부유식 해상구조물의 기술동향과 활용방안을 주제로 부유식 항만시설, 해상 비행장 개발 등 부유식 구조물에 의한 구체적인 해양공간 활용에 대한 논의가 활발 히 이루어진 바 있다. 또한 2002년 10월에는 해양공간 활용을 위한 초대형 부유식 해상구 조물 기술을 주제로 “해양공간 활용 국제세미나”를 해양수산부가 주최한 바 있다.
다. 주요 연구개발 목표 및 내용 (1) 연구개발 목표
◦ 최종 목표
초대형 컨테이너선용 항만인프라 (하이브리드안벽) 개발
◦ 단계별 목표
(1단계 '04～'05 기본설계, 요소기술개발) -하이브리드 안벽 설계 핵심기술 개발
(2단계 '06～'08, 상세설계 및 실험용 시스템 제작) -하이브리드 안벽 설계 및 실증구조물 건조
(3단계 '09～'11, 현장모형 실험, 통합시스템 구축 및 상용화) -하이브리드 안벽 실증구조물 설치․운용
(2) 연구개발 내용
◦ 하이브리드 안벽 설계 핵심기술 개발 - 가동식 부두 성능 및 안정성 평가기술
․환경하중 해석기술 : 파랑, 조류, 바람 / harmonic, mean, gust, sum &
difference
․파랑응답 해석기술 : 안벽 효과, multi-body, freq.-time
․구조물 안정성 해석기술 : 작업, 손상, tide 및 장주기 운동 - 계류 시스템 적용 기술
․석션 기초 시스템 설계 기술 : 석션파일, 석션앵커 등
․돌핀-펜더 계류시스템 설계 기술 : 용량설계, 시간영역 파랑응답해석, 모형실험 - 착저식 부두의 착저지반 안정화 대책 연구
․대수심 초 연약지반 개량 기술 : 쇄석다짐 말뚝, 동다짐 공법 등 - Hydro-elastic 해석기술
․부체식 구조물 모달해석
․균일강성 구조물 유탄성 해석기술
․불균일강성 구조물 유탄성 해석기술
․방파제 일체형 구조물 설계/해석기술 - 초대형 컨테이너선을 위한 접안 기술
․천수심 선박의 조종성 해석기술
◦ 하이브리드 안벽 설계 및 실증구조물 건조 - 가동식 부두 성능 및 안정성 평가기술
․최적 구조설계 기술 : 정적, 동적
․연육시설 설계 및 성능해석 : bridge - 계류시스템 적용 기술
․지반-석션기초 시스템 상호작용 해석 및 지지 매카니즘 분석
․돌핀-펜더 계류시스템 내구성 증진 기술 - Hydro-elastic 해석기술
․다물체 복합구조물 유탄성 해석기술
․극한환경 과도 유탄성 해석기술 - 초대형 컨선을 위한 접안 기술
․천수심 선박의 조종성 향상기술
◦ 하이브리드 안벽 실증구조물 설치․운용 - 가동식 부두 성능 및 안정성 평가기술
․시스템 종합성능 평가 기술 - 계류시스템 적용 기술
․석션 기초 시스템 시공 및 모니터링 기술 : 석션 구조물 설치 및 제거기술
․돌핀-펜더 시공 : 고효율 펜더 설계
- 착저식 부두의 착저지반 안정화 대책 연구
․연약지반 개량공법 적용 및 유지관리 기술 - Hydro-elastic 해석기술
․지형 및 방파제 고려 통합 유탄성 응답 해석 - 초대형 컨선을 위한 접안 기술
․항내 원격 자율접안 시스템 구축
라. 추진전략 및 체계 (1) 추진전략
◦ 국내외 관련 자료 수집 정리를 통해 선행 연구 성과 및 경험을 반영 및 기술 사안 별 국제협력을 통한 기술개발 목표 조기달성 역점
◦ 전문 연구 주제별로 Working Group을 만들어 사업을 세분화하여 수행하고, 네트 워킹을 통해 분야간 정보교환 및 체계적이고 유기적인 협동연구 체제를 구축
◦ 기술지도 작성에 산 학 연 및 정부부처 등의 전문가의 자문 결과를 반영
◦ 산학연의 핵심 설계ㆍ해석기술, 종합성능평가 모형시험 기술, 실증구조물 건조․운 용을 통한 개발기술 역할분담을 통한 개발기술의 조기 실용화 추진
◦ 관련 연구개발사업의 단계별 통합연구 추진을 통한 시너지효과 제고
- 초대형 컨테이너선 하역시스템 개발 및 초대형 부유식 해상구조물 기술개발 과제 의 기반기술의 활용과 실 해역 실험의 단계에서 통합 추진 노력
(2) 추진체계
◦ 산․학․연 및 정부부처 등의 전문가로 구성된 자문단 구성
◦ 기술 개발 분야별 산․학․연 업무분담을 통한 체계적 추진체계 구성
- 출연연 : 업무 총괄, 핵심기술통합, 개념설계, 종합성능평가, 실증구조물 운 용평가
- 학계 : 기초 핵심기술 개발, 전문인력 양성
- 산업계 : 실시설계, 건조 및 설치, 실증구조물 운용 및 유지 보수