과학기술정보통신부(장관 배경훈)와 한국연구재단(이사장 홍원화)은 '대한민국 과학기술인상' 8월 수상자로 인하대학교 사회인프라공학과 이종한 교수를 선정했다고 5일 밝혔다. 이 상은 최근 3년간 독창적인 연구 성과를 창출해 과학기술 발전에 크게 기여한 연구자를 매월 1명 선정해 부총리상과 상금 1천만 원을 수여한다.
2026년부터는 기존 '이달의 과학기술인상' 명칭을 '대한민국 과학기술인상'으로 격상해 운영 중이다.
이번 수상은 태풍과 집중호우 등 재난 대응의 중요성이 커지는 8월을 맞아 사회기반시설의 노후화와 손상을 정량적으로 예측하는 디지털트윈 기술을 개발한 공로를 인정받은 결과다. 디지털트윈은 실제 구조물을 가상 세계에 구현해 상태를 분석하고 미래를 예측하는 기술로, 최근 기후변화와 시설물 노후화가 가속되면서 사회기반시설의 유지관리 비용과 안전사고 위험이 크게 늘고 있는 상황이다.
기존의 시설물 관리 체계는 단일 열화 분석과 사후 점검·대응에 그쳐 실제 환경의 복합 열화를 분석하거나 미래 성능 저하를 예측하는 데 한계가 있었다.
이종한 교수는 재료 열화(재료 고유의 성질 저하), 부재 손상(부재의 물리적 손상 또는 기능 저하), 구조 거동(구조물의 물리적 반응)을 통합적으로 연계하고, 다종손상 확산 메커니즘을 규명하는 'LIVE 디지털트윈' 기술을 개발해 이러한 한계를 극복했다.
이 교수 연구팀은 동결융해, 탄산화, 염해 등 복합 열화 조건에서 콘크리트의 비선형 열화 거동을 정량적으로 규명했다. 콘크리트는 얼고 녹는 과정, 알칼리성 탄산화로 인한 철근 보호막 파괴, 중차량 하중 등에 따라 특정 시점에 급격히 손상될 수 있는데, 연구팀은 이러한 변수들을 연계해 손상 발생 위치와 확산 경로를 정밀하게 예측할 수 있는 기반을 마련했다.
또한 설계 도면 등 3차원 정보 모델링인 BIM(Building Information Modeling)을 구조 안전성 검토를 위한 해석용 모델인 FEM(Finite Element Method)으로 자동 변환하는 'BIM-to-FEM' 자동화 프레임워크를 구축했다.
이를 통해 해석 결과를 다시 가상 환경으로 피드백하는 양방향 연계 체계를 구현하고, 과거부터 현재 상태(Life Identification)와 미래 예측(Virtual Expectation)을 공간 및 시간 축(4차원)에서 통합 관리하는 LIVE 디지털트윈 기술을 완성했다.
이번 연구 성과는 과학기술정보통신부 집단연구사업(기초연구실, BRL)의 지원을 바탕으로 이뤄졌으며, 2025년 '릴라이어빌리티 엔지니어링 앤 시스템' 저널 등 다수의 국제학술지에 게재됐다. 특허 출원과 소프트웨어 등록도 완료했다.
이 교수는 점검·진단 자료와 약 1,700여 건의 문헌 데이터를 자연어 처리로 분석해 손상 발생 인자와 확산 경로를 구조화했고, 이를 바탕으로 중차량 하중 등을 고려해 국부적 손상과 전체 구조 거동을 정밀 해석하는 모델을 구축했다.
이 교수는 "LIVE 디지털트윈 기술은 사후 점검에 의존하던 기존의 유지관리를 예측 기반의 선제적 체계로 전환한다는 점에서 의미가 깊다"며 "본 기술을 교량뿐만 아니라 터널, 항만 등 다양한 기반 시설로 확장해 국민이 안심할 수 있는 국가 인프라 구축에 최선을 다하겠다"고 밝혔다.
이 교수의 연구는 재료 수준의 실험부터 데이터 구조화, 인공지능(AI) 분석, 구조 해석, 디지털트윈 구현까지 전 과정이 유기적으로 연결되도록 설계됐다. 실험 단계에서는 동결융해, 탄산화, 염해 등 주요 열화 요인에 대해 단일·복합 조건의 가속 열화 실험 체계를 구축하고 미세구조 데이터와 역학적 성능 데이터를 확보했다.
이 데이터를 기존 점검 이력과 융합해 AI 기법으로 손상 발생 인자와 손상 경로를 모델링했으며, Micro-Macro 연계 해석기법을 도입해 손상 진전 시나리오를 반영한 전체 구조 거동과 국부 손상 영역을 동시에 분석했다.
이 모든 결과는 BIM-to-FEM 프레임워크를 통해 하나로 통합된다. 실험과 점검 데이터에서 도출된 손상·열화 정보를 BIM 환경에 입력하면 해석 모델이 이를 자동으로 읽어 구조 거동을 재계산하고, 해석 결과가 다시 BIM으로 피드백되어 손상 예측치를 갱신하는 순환 구조다.
이 교수는 "개별 기술을 단순히 나열하는 것이 아니라 서로의 결과를 검증하고 보완하는 하나의 통합 연구 체계로 융합했다"고 설명했다.
이 교수는 "기존의 안전 점검은 인력 중심의 외관 조사나 단편적인 센서 데이터에 의존해 왔다"며 "점검자의 개인 역량에 따라 결과가 달라지고 겉으로 드러나지 않은 내부의 복합적 손상을 파악하기 어려운 한계가 있었다"고 지적했다. 이어 "수많은 인프라가 동시에 늙어가는 현시점에서는 빅데이터와 인공지능, 해석기술을 연계해 미래의 손상 확산을 예측하고 선제적으로 조치하는 예방적 관리가 국민의 안전을 지키는 해법"이라고 강조했다.
이 교수는 앞으로 이 기술을 개별 교량이나 터널 단위의 평가를 넘어 도시 전체 인프라를 아우르는 네트워크 단위의 레질리언스(회복력) 평가 시스템으로 확장하겠다는 계획을 밝혔다.
재난 발생 시 도시 인프라가 얼마나 빠르게 본래 기능을 회복할 수 있는지 자율적으로 진단하고 대처할 수 있는 시스템을 구축해 가장 안전하고 스마트한 미래 도시를 완성하겠다는 것이다.
한편, 이종한 교수는 1976년생으로 미국 조지아텍에서 구조공학 박사 학위를 받았으며, 2019년부터 인하대학교 사회인프라공학과 교수로 재직 중이다.
