㈜아이너스기술, 3D 스캐닝 기술을 활용해 선박의 밸러스트 수 처리 시스템 구축

㈜아이너스기술은 파로사의 Focus3D 광대역 스캐너와 역설계 소프트웨어인 Rapidform XOR을 활용하여 기존 수 작업으로 20일 정도 소요되던 밸러스트 수 처리 시스템 구축 작업을 5일 정도로 단축 시켰다. 시간적인 측면에서 75% 정도 절감할 수 있었던 것 이외에도 정확한 설계로 인한 불필요한 자재비용을 약 30%정도 절감하였다. 또한, 지금까지 선박 내에서만 가능하던 작업이 육상에서 예측 생산이 가능하게 됨으로써 공사 기간 중 선박의 정착으로 인한 기회비용을 제거해 줌으로써 경제적인 효율성을 증대할 수 있었다.

밸러스트 수처리 시스템의 필요성

유조선이나 대형 화물선이 화물을 싣지 않았을 경우 선체가 물에 깊이 잠기지 않아 배의 균형을 유지 하기가 어렵다. 이럴 경우 선체의 안정을 유지하기 위해 배에 물이나 모래 따위의 중량물을 채우게 되는데 이것을 밸러스트라고 한다. 큰 선박의 경우 밸러스트 수(선박평형 수)를 싣고 타 대륙에 그것을 방출하는 과정에서 해양 생태계 교란이 일어나 최근 논란이 되었다. 이런 방식으로 연간 100억톤의 물이 옮겨지고 있으며 약 7천여종 이상의 생물이 밸러스트 수를 따라 이동하는 것으로 알려져 있다. 대부분의 생물들은 변화된 생태계에 적응하지 못하고 사멸되지만, 살아남은 종들은 강한 생존력과 번식력으로 생태계를 교란하고 파괴하고 있다.

이런 이유로 국제해사기구(IMO)에서는 2012년부터 제작되는 선박에 밸러스트 수에 포함된 미생물과 오염물질을 제거하는 처리시스템 장착을 의무화 했고, 2017년부터는 해상을 운행하는 모든 기존 선박까지 그 범위를 넓혔다.

현재 선박에 밸러스트 수처리 시스템을 구축 시 직면하는 문제점

신규 설계/제작되는 선박은 밸러스트 수 처리 시스템이 고려 되어 제작이 되기 때문에 크게 걱정할 필요가 없다. 하지만 현재 운항되고 있는 선박들은 밸러스트 수 처리 시스템이 구축되어 있는 선박의 수가 그리 많지 않다. 기관실에 밸러스트 수 처리 시스템을 탑재하기 위해서는 우선 현재 선박의 기관실 및 펌프룸 구조를 파악하여, 비어있는 나머지 공간에 효율적으로 설계된 시스템을 구축 해야 하는데, 배관이나 설비가 뒤얽혀있는 기관실 구조를 정확하게 파악하여 빈 공간에 시시스템 구축하는 것은 상상하는 이상으로 시간과 노력이 걸리는 일이다.

첫 번째, 선박의 기관실 및 펌프룸의 현재 구조를 그대로 표현하는 설계 도면을 구하기가 쉽지 않다. 짧게는 몇 년, 길게는 몇 십 년 운항된 선박의 경우 최초 설계도면을 분실한 경우가 많고, 설사 원시 도면데이터가 존재한다고 하더라도 수 년, 수 십 년에 걸친 선박 고장 및 설비 재 보수 과정에서 처음에 의도되었던 설계 데이터가 아닌 경우가 대부분이다. 선박 기관실 및 펌프룸에는 수 많은 설비와 파이프가 얽혀서 설치되어 있기 때문에 그 공간을 미리 예측하거나 사진 데이터를 기반으로 육상에서 수 처리 시스템을 제작하여 선박에 장착하는 것은 현실적으로 불가능하다. 공간을 미리 예측하여 육상에서 파이프를 제작하여 설치를 진행한다면 15일 이상이 소요되는 작업이며, 또한 설치 공간이 협소하여 각각의 부품의 설치 가능 여부를 정확하게 판단하는데 무리가 있다.

두 번째, 수 처리시스템 설치를 선박 내에서 직접 진행 해야 하므로 공사기간 동안에는 선박을 운행할 수 없어 시간적으로 막대한 비용이 낭비된다. 하루에도 수 천만 톤의 화물이나 유류를 싣고 운반하는 선박의 경우 그 기회비용의 손실은 말할 수 없이 크다.

세 번째, 추가되는 파이프(수로)는 바닷물에 의한 부식을 최소화 하기 위하여 내부에 특수 코팅처리를 하게 된다. 하지만 선박 내에서 파이프의 길이가 정확하지 못해 잘라낼 경우, 잘려진 부분에서의 코팅이 벗겨진다. 선박 내부에서의 수정 작업이 진행 될 경우, 육상에서 코팅 처리를 완벽히 한 설비보다 내구성이 현저히 떨어질 수 밖에 없다.

3차원 스캐닝 솔루션을 활용한 획기적인 작업 프로세스 단축

㈜아이너스기술은 국내 선박안전 및 소화설비분야를 선도해 온 ㈜한국코스코에 Faro사의 Focus3D라는 광대역 3차원 스캐너와 Rapidform XOR이라는 3차원 스캐닝 역설계 소프트웨어를 제안하여 상기 언급된 문제점들을 해결할 수 있었다.
Focus3D는 무게 5Kg, 가로 24 ㎝, 세로 10 ㎝, 높이 20 센티미터의 소형 3D 레이저 스캐너로 협소한 공간에서 선박 내 엔진룸이나 파이프룸의 파이프 및 설비의 3차원 디지털 이미지 생성에 적합한 하드웨어로 선정이 되었다. Focus3D를 활용하면 기존에 며칠이 걸리던 측정작업을 단 몇 시간 만에 해결할 수 있다. 또한 컬러 카메라가 내장되어 있기 때문에 색이 다른 배관 등의 이미지를 그대로 가져올 수 있어 복잡한 배관 구조를 한 눈에 파악할 수 있다.

Rapidform XOR은 현존하는 3차원 스캐닝 역설계 소프트웨어 중 유일하게 수십억 점군(Point Cloud) 데이터를 핸들링 할 수 있는 소프트웨어로서 Faro Focus3D에서 추출 된 3차원 정보를 이용해 쉽게 3차원 캐드 모델을 생성할 수 있고, 또한 생성된 모델은 SolidWorks와 같은 범용 캐드 소프트웨어로 데이터를 이전할 수 있는 소프트웨어이다.

㈜아이너스기술은 이 두 종류의 시스템을 통해, 선박의 기관실 및 펌프룸의 구조를 정확하게 파악하여, 파이프나 각종 장비가 설치된 공간을 피해 선박 내 현장이 아닌 육상에서 밸러스트 수 처리 시스템을 제작하여 신속하고 정확하게 설치 할 수 있었다.

측정 작업부터 도면 데이터 생성 작업

선박이 부두에 입항 시 1일 내 기관실 및 펌프룸을 Faro Focus 3D를 이용하여 3차원 공간데이터를 측정한 후 측정된 점군데이터를 기반으로 3차원 캐드 설계 데이터를 생성하여 시스템 구축에 적합한 도면을 완성하게 된다. 동시에 그 도면을 바탕으로 파이프 및 제품을 제작하고 그 결과물을 입항과 동시에 선박 내로 운반하여 설치한다.

1. Faro Focus3D를 이용한 엔진룸 스캐닝(30분에서 1시간 정도 소요)


2. Focus3D에서 캡쳐 한 스캔데이터를 정합한 모습


3. Rapidform XOR에서 Focus3D 스캔데이터를 불러온 모습


4. 스캔데이터를 기반으로 3차원 캐드 모델링


5. Rapidform에서 캐드 모델링 완성


6. Rapidform XOR내 모든 작업 내역을 SolidWorks로 이전

밸러스트 수처리 시스템 구축을 위한 최적의 솔루션

밸러스트 수 처리 시스템 협약은 조만간 발효될 것으로 예상되고 있으며, 발효가 된다면 공사 수요가 급격히 많아져 한꺼번에 대응을 하지 못할 것이라는 예상도 나오고 있다.

아이너스기술은 Faro Focus3D와 Rapidform XOR을 이용하여 기존 수 작업으로 20일 정도 소요되던 작업을 5일 정도로 단축 할 수 있었다. 시간적인 측면에서 75% 정도 절감할 수 있었던 것 이외에도 정확한 설계로 인한 불필요한 자재비용이 약 30%정도 절감되었다. 무엇보다 중요한 것은 지금까지 선박 내에서만 가능하던 작업이 육상에서 예측 생산이 가능하게 됨으로써 불필요한 파이프 자재의 손실을 줄이고 설치 시간을 단축 할 수 있었다는 것이다.

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