정수장 실시설계도면

왜 배우는가: 정수장 실시설계도면은 설계 단계에서 발주처 승인과 시공의 기준이 되는 문서다. 상수도 기술사 시험에서 도면구성을 묻는 문항이 반복되므로, 어떤 도면을 어떤 순서로 묶어 제출하는지 정리해 두어야 한다.

출제 이력: 제111회 3교시 5번, 제98회 2교시 3번, 제93회 2교시 3번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

답안 첫 줄에 쓸 정의 문장은 다음과 같다.

정수장 실시설계도면은 정수장 시설의 위치·형상·치수·설비 배치와 시공 방법을 공사 가능한 수준으로 표현하여 승인과 시공의 기준이 되는 도면 묶음이다.

핵심 키워드는 다음과 같다.

• 실시설계
• 도면 목록(도면 체계)
• 배치도
• 공정 흐름도(PFD)·배관계장도(P&ID)
• 구조도·기계도·전기도
• 시공 상세도
• 수리 계산서 연계

2. 개념 풀이

쉬운 말로 풀면, 정수장을 실제로 짓기 위해 그림으로 정리한 설계 도면 세트다. 기본설계가 시설의 규모와 방식을 정하는 단계라면, 실시설계는 그 결정을 현장에서 시공할 수 있도록 치수와 상세를 확정하는 단계다. 도면 한 장으로 끝나지 않고, 공종별로 나뉜 도면이 하나의 체계를 이룬다.

정식 정의는 다음과 같다. 정수장 실시설계도면은 취수·도수 계통에서 정수 처리시설, 배수지 연결부까지 정수장 전체의 공정 흐름, 시설 배치, 구조 상세, 기계·전기·계장 설비를 공종별 도면으로 표현한 설계 산출물이다.

핵심 용어는 다음과 같다.

• 공정 흐름도(PFD, Process Flow Diagram): 정수 처리 단계의 물 흐름과 주요 설비를 간략히 나타낸 도면이다. 처리 공정의 순서와 물질수지를 보여준다.
• 배관계장도(P&ID, Piping and Instrumentation Diagram): 배관, 밸브, 계측기, 제어 루프를 기호로 상세히 나타낸 도면이다.
• 배치도(Layout): 부지 안에 각 시설물의 위치와 연결 관계를 표시한 도면이다.

이 세 도면은 서로 대응해야 한다. 공정 흐름도에서 정한 처리 순서가 배치도의 위치와 P&ID의 배관 연결에 그대로 반영되어야 한다.

3. 등장 배경과 필요성

상수도 시설은 상수원에서 수돗물을 만들어 수용가까지 보내는 일련의 시스템이다. 정수장은 그 중추 시설이며, 설계가 일관되지 않으면 준공 후 처리 성능과 운전 효율이 함께 떨어진다. 따라서 실시설계 단계에서는 시설 간 연계와 유지관리를 고려한 도면 체계가 필요하다.

상수도 시설 설계의 기본 개념은 장래 수요와 상위 계획에 맞추고, 재해와 사고 시에도 급수 안정성을 확보하는 것이다. 이를 위해 정수장에는 예비 용량을 두고, 시설 전체를 하나의 시스템으로 보아 각 시설을 유기적으로 연결해야 한다. 도면은 이 설계 의도를 시공 단계로 옮기는 수단이다.

또한 시설은 노후화에 대비해 개량과 갱신이 쉬운 배치와 구조를 갖추어야 한다. 도면에는 유지관리를 위한 점검 공간, 설비 교체 경로, 배관 구분이 드러나야 하며, 이는 배치도와 설비 상세도에서 확인된다.

정수장 설계는 여러 공종이 얽힌 작업이다. 토목, 건축, 기계, 전기, 계장이 각자 도면을 그리고 이를 한 묶음으로 맞춰야 한다. 그래서 도면 목록과 공종 구분을 먼저 정하는 것이 실무의 출발점이다.

4. 구성요소·원리·절차

정수장 실시설계도면은 정수장이 원수를 받아 음용수로 만드는 전 과정의 시설을 공종별로 나누어 그린 도면 묶음이다. 도면 구성은 도면 목록, 공통 사항, 공정 계통, 배치, 시설별 상세, 건축·기계·전기·계장 도면으로 이어진다. 답안에서는 계통도로 처리 흐름을 보이고, 배치도로 위치 관계를 보인다.

정수처리 흐름은 일반적으로 침사, 침전, 응집, 여과, 소독 순으로 진행한다. 실시설계 도면은 이 순서를 따라 각 단위시설의 평면·단면·구조 상세를 연결해 보여야 한다. 이때 수리계산과 수위 관계가 도면 간에 일치해야 한다. 원수 도수관로에서 착수정까지의 수위차, 침전지 월류위, 여과지 역세 수위가 대표적이다.

계통도는 처리 순서와 수위 관계를 한 장에 보여주는 도면이다

구성요소를 도면 종류별로 정리하면 다음과 같다.

각 표의 첫 열은 도면 종류이고, 칸에는 그 도면이 답하는 질문을 짧게 적는다. 공통 도면은 모든 공종에 적용되는 기준을 담으므로 가장 먼저 준비한다.

실시설계 도면 작성 절차는 다음과 같다.

• 기본설계 결과와 수리계산서로 단위시설 규모와 수위를 확정한다.
• 공정 계통도와 수위 종단도를 먼저 작성해 시설 간 연결을 고정한다.
• 배치도를 작성해 시설 위치와 도로·연결관을 정한다.
• 시설별 평면·단면·구조 상세도를 그린다.
• 기계·전기·계장 도면을 토목 도면과 좌표·레벨을 맞춰 작성한다.
• 도면 간 치수와 수위를 상호 대조하고 도면 목록을 갱신한다.

수리 원리는 연속방정식과 베르누이 방정식으로 설명한다. 유량 Q [㎥/s], 단면적 A [㎡], 유속 V [m/s] 사이에는 Q = A \cdot V 가 성립한다. 수위 종단도에서는 각 시설의 손실수두를 더해 최종 수위를 구한다.

$H_{total} = \sum h_{f} + \sum h_{m} + h_{s}$

여기서 h_f는 마찰손실수두 [m], h_m은 국부손실수두 [m], h_s는 정수지 최소수위와 관련된 여유수두 [m]이다.

5. 관련 법령·기준·표준

정수장 실시설계도면은 「수도법」 및 같은 법 시행규칙에 따른 수도시설 설치 기준을 따른다. 설계기준은 환경부 고시로 정한 상수도 설계기준과 관련 표준시방서를 적용한다. 설계 기준 번호와 세부 조항은 이 절에서 확정하지 않으며, 도면 목록에는 적용 기준 이름만 기재한다. 도면 치수 표기와 도면 양식은 국가 제도도 KS 제도 통칙을 따른다.

핵심 기준 수치는 다음과 같이 쓴다.

각 표 아래에는 설명 문장을 붙인다. 여과속도는 여과지 면적과 처리 수량을 결정하는 핵심 값이다. 표면부하는 침전지 면적 산정에 쓰이며, 정수지 체류시간은 정수장 배수 안정성과 직결된다. 역세 강도는 여과지 배관과 펌프 용량 도면에 반영된다.

도면 작성 양식은 다음 원칙을 따른다. 축척은 평면과 단면에서 기준 축척을 정하고, 치수는 기준선에서 마감선까지를 표기한다. 공사 범위 밖 부분은 일점쇄선으로 그리고 별도공사로 표기한다. 이 원칙은 건축 제도 통칙의 일반 규칙이며, 정수장 도면에도 같은 방식으로 적용한다.

정수지 체류시간 기준은 유효용량 산정의 기준이다.

6. 유형과 비교

정수장 실시설계 도면은 기능과 표현 방식에 따라 나눈다. 기능으로는 공정 계통도, 배치도, 구조도, 기계·전기 설비도로 나누고, 표현 방식으로는 평면도, 종단면도, 횡단면도, 상세도로 나눈다. 두 기준을 함께 쓰면 한 도면이 어떤 질문에 답하는지 바로 정리된다.

공정 계통 도면은 물의 흐름과 설비 연결을 보여준다. 공정흐름도(PFD)는 단위공정과 물질수지를 블록으로 나타내고, 배관계장도(P&ID)는 배관, 밸브, 계측기를 기호로 상세하게 나타낸다. 블록 흐름도는 가장 단순하고 P&ID는 가장 상세하다.