뮌헨 올림피아할레 경기장의 하중 모니터링

요즘에 특히 팝뮤직 등과 같은 콘서트의 규모가 점점 더 커지고 있습니다. 이에 따라서 조명과 음향용으로 아티스트들이 사용하게 되는 장비는 크고 무거운 것이 현실입니다. 지붕이나 조명 통로 구조물에 부속되는 최대 하중에는 한계가 있기 때문에, 이 하중을 효과적을 모니터 할 수 있어야 합니다. 뮌헨의 올림피아할레 경기장의 고유한 지붕 디자인에서 하중을 모니터링 하는 것이 엔지니어들에게 주요한 난관으로 나타났습니다. HBM의 계측 기술로 이러한 문제가 해결되었습니다.

XX차 하계 올림픽 개최 시에, 1972년 뮌헨에 건설된 올림피아파크의 건축물은 베를린에서 개최된 1936 올림픽 경기와는 대조적으로 자유와 민주를 상징화 할 수 있도록 의도되어 설계되었습니다.

프라이 오토와 함께 베니슈 건축 사무소 올림피아파크 건축 그룹에서 설계한 유명 지붕 구조물이 경기장, 올림픽 풀, 올림피아할레 경기자 및 스포스 시설물 사이의 공간까지 걸쳐져 있습니다. 스포츠 시설물은 인공 언덕 및 인공적으로 만들어진 호수와 함께 850,000 m2 공원의 일부입니다. 일부 스포츠 시설물들이 지면 아래에 위치하고 있기 때문에, 대형의 80,000m2 면적의 곡선 지붕이 올림피아파크의 인상적인 포컬 포인트라고 할 수 있습니다. 지붕은 최대 80m 높이에 있는 철탑에 매달린 강철 케이블 구조물이며, 아크릴 유리판으로 덮여 있습니다.

조명을 떠 받치는 지붕 구조물

전체 지붕 구조물에 부착되는 나사 스핀들은 스핀들의 굽힘을 탐지할 수 있는 변형 트랜스듀서로 고정됩니다

네 지점에 매달려 있는, 두 개의 주 대들보와 네 개의 조명 통로가 있는 올림피아할레 경기장의 지붕 구조물 .

1972년 올림픽 경기 동안, 올림피아할레 경기장은 체조와 핸드볼 경기가 열리는 홈경기장이었지만, 현재는 주로 콘서트와 기타 주요 이벤트 등을 개최하고 있습니다. 조명은 특히 주요 콘서트 등에 있어 프로모터들에게는 큰 비용적 부담이 되고 있습니다.

올림피아할레 경기장에는 프로모터들이 자체 기술로 지지할 수 있으며, 천막처럼 덮인 지붕 아래서 동쪽에서 서쪽까지 운영되는, 네 개의 활용 가능한 조명 통로가 있습니다. 이러한 네 개의 조명 통로는 확실하게 움직이지 않게 고정되어 있으며 북쪽에서 남쪽까지 높인 두 개의 주 대들보에 붙어 있습니다. 이 대들보도 움직이지 않게 고정되어 있으며, 천막처럼 덮인 지붕을 지지하는 스탠천(stanchion)에서 강철 케이블을 통해 지지되고 있습니다.

주 대들보와 하중 지지 케이블 사이의 전환은 지지 빔을 통해 작동되는 직경 80mm 또는 110mm인 나사 스핀들을 통해 해결됩니다. 스핀들과 지지 빔 사이에는 니들 베어링이 있으며, 이것은 스핀들이 남-북 방향에서 굽힘 응력에 영향을 받지 않게 해줍니다. 서쪽에서 동쪽까지 이러한 이동성은 이전에 활용을 위해 계획된 것은 아니었으며 따라서 그러한 이동성은 없었습니다.

주 대들보, 조명 통로 및 고정 조명, 음향 및 영상 기술 장비의 전체 구조물은 전체적으로 중량이 약 350톤에 달하며, 케이블로 지지되기 때문에, 그네와 유사하게 움직입니다. 무대가 한 쪽으로 배열되기 때문에 대부분의 기술에 대해 콘서트 상의 규정인 동-서 방향의 고르지 않게 분배된 하중은 전체 통로 구조물에서 이동되며, 따라서 나사 스핀들은 계획되지 않은 굽힘 응력에 영향을 받게 됩니다.

올림피아할레 경기장이 개조되는 동안, 뮌헨 시의 공공기업체인 뮌헨주립제작소(Stadtwerke Munchen)와 건물주들은 운영업체인 Olympiapark GmbH와 함께 건물 내 스핀들의 굽힘 응력을 점검할 모니터링 시스템을 설치하고 통로 위로 분배되는 것뿐만 아니라 이벤트에 맞게 지지하는 기술의 중량을 모니터 할 것을 결정하였습니다.

계측 기술에 요구되는 사항들

조립 작업을 시작하기 전에, 콘서트의 프로모터는 소위 현장작업계획서에서 어떤 하중이 조명 통로에 적용될 것인지 Olympiapark GmbH에 통보해야 합니다. 이전에, 빡빡한 시간 계획으로 프로모터들이 실행하기에 어려웠던 시간소모적인 개별 계측을 하여 실제 하중을 모니터하는 것만이 가능했습니다.

콘서트 기술에 이전보다 훨씬 많은 비용이 요구되고 전체 구조물이 로드 베어링 용량 한계에 근접하기 때문에, 강제된 하중과 통로 상에 분배 정도를 확인할 수 있도록 모니터링 시스템이 필요합니다. 뮌헨주립 제작소(Stadtwerke München)에서는 Dr. Linse Ingenieure GmbH에게 계획 및 설치뿐만 아니라 관련 시스템의 실행 가능성을 확인하도록 위임했습니다. 이 기업은 엔지니어링 사무소로서 1997년에 설립되었으며, 많은 분야의 토목에 있어 계획, 테스팅 및 자문 능력을 발휘하여 2006년 이후로 독립적인 엔지니어링 기업체로서 현재의 기업 형태로 거래를 해왔습니다.

올림피아할레 경기장의 하중 모니터링에는 계측 기술이 엄청나게 요구됩니다. 변형 여부를 결정하기 위해 고정 변형 게이지를 조명 통로와 스핀들의 지지 장착하여 지지된 중량에 대한 이 공기업체의 원 접근법은 전산 분석 후에 거부되었는데, 그 이유는 500kg의 의도된 계측 정확성이 충분하지 않았기 때문입니다.

"통로 내에서 광범위하게 온도가 변동되는 것이 가장 주요한 문제입니다.“라고 Dr techn. Robert Schmiedmayer(본 사업의 책임자이자 Dr. Linse Ingenieure의 관리 파트너)가 설명합니다. 겨울 몇 달 동안에, 텅 빈 통로 내부 온도는 약 15°C였습니다. 하지만, 스포트라이트 조명이 엄청난 양의 폐열을 생성하기 때문에, 이벤트가 벌어지는 동안 조명 통로 지역의 지배적인 온도는 45°C 정도가 됩니다.

온도 효과 및 제어 상태의 EMC

전반적으로, 네 가지 유형의 퀀텀X MX840A 증폭기가 올림피아할레 경기장 지붕 구조물에 설치됨.

안정적이고 정확한 계측을 위해, Dr. Linse Ingenieure의 전문가가 비교할 수 없을 정도로 엄청난 구조적 솔루션을 설계하였습니다. 조명 통로 지지 지역에서, 이 전문가들은 각기 두 지점의 주 대들보의 아래쪽(압축부)에 있는 변형 트랜스듀서용 두 금속 홀더를 용접하였습니다.

조명 통로상의 하중이 변동하게 되면 금속 홀더를 통해 트랜스듀서로 이동되는 변형과 함께 지지 빔을 변형시키게 됩니다. HBM의 타입 SLB700A 변형 트랜스듀서가 여기에 사용됩니다. 이 트랜스듀서는 스테인리스강으로 만들어진 변형 게이지 풀 브리지와 함께 작용하며 매우 낮은 거의 제로에 가까운 오프셋과 온도 보상에 뛰어난 기능을 보입니다. 계측의 정확성을 높이기 위해, 트랜스듀서는 절연된 하우징으로 고정됩니다. „이 트랜스듀서 덕분에, 일부 경우에 극심한 온도 변동과 이와 연관된 온도 기울기를 최소화하는 것이 가능해졌습니다. 저희는 또한 추가 온도 보상을 실행하기 위해 하우징에 온도 트랜스듀서를 부착했습니다.“라고 Dr Schmiedmayer가 설명합니다.

이 구조물은 주 대들보의 네 개 스핀들의 경우에 훨씬 더 복잡해집니다. 여기서 엔지니어는 나사 스핀들에 정확하게 고정되고 볼트 연결을 통해 장소에 고정되어 있을 수 있는 4분 너트(quadripartite nuts)를 설계했습니다. 각각의 나사 스핀들에 있는 이러한 너트 가운데 두 개는 네 개의 변형 트랜스듀서의 홀더 작용을 합니다. 조명 통로의 상황과는 반대로, 이 변형 트랜스듀서는 평행하게 연결되며, 개별적으로 평가됩니다. 이 덕분에 하중과 함께 발생하고 니들 베어링으로 보상될 수 없는 스핀들의 굽힘이 탐지될 수 있습니다.

동시에, 어떠한 계측 리드의 길이도 20m 이상인 것이 없다는 사실을 확인하도록 신중을 기해야 했습니다. HBM QuantumX데이터 수집 시스템의 MX840A 모듈이 증폭기로서 사용되었습니다. 이러한 각각의 소형 증폭기들에는 여덟 개의 채널이 있으며, 계측 리드를 짧게 유지하는 것이 가능해 통로 구조물에 쉽게 설치됩니다. 총 네 개의 증폭기는 중앙 계측 노드로 작용하여 끼워 놓은 광섬유 링크와 함께 계측 데이터를 타입 CX27 게이트웨이 모듈로 전송합니다.

과부하를 나타내는 신호등

CX27 퀀텀X 게이트웨이 모듈은 파워 서플라이, UPS 및 네트워크 구성부품 등과 함께 올림피아할레 조명 로스트럼의 제어 캐비닛에 설치됩니다. 여기서, 계측 데이터가 관련 서버가 있는 뮌헨주립제작소의 컴퓨터 센터에 TCP/IP를 통해 전송됩니다.

계측 노드는 또한 하중 모니터링이 직접 표시되게 합니다. 올림피아할레 내부에서 분명하게 볼 수 있는 커다란 신호등 세트는 도달된 로딩을 나타냅니다. 신호등이 황색 신호로 건너뛰었다면, 계획된 이벤트 하중이나 최대 임시통로 하중의 98%에 도달했다는 사실을 의미합니다. 이 구조물에서 최대 하중에 도달했다면, 신호등은 적색으로 표시됩니다. 이는 무대 작업자들이 즉시 작업을 중지해야 하며 일부 하중을 조명 통로에서 제거해야 한다는 사실을 통로 검사자에게 알려주는 신호입니다.

HBM catman®AP 소프트웨어는 컴퓨터 센터 내 서버에서 작동되며, 하중 모니터링을 구성하고 실행하는데 사용됩니다. 다음의 경우에 이벤트를 위해 허용 가능한 하중을 명시할 수 있습니다.

각 계측점
조명통로
주 대들보
총 하중

올림피아할레에서 신호등이 녹색에서 황색으로 변경되었을 때, 사전 경고 범위는 여기서 구성될 수 있습니다. 계측 주파수(이에 따른 신호등 제어)는 1Hz입니다. 데이터 기록의 경우, 당장의 평균값 및 최대값은 각 사례별로 저장됩니다.

과대하중 상황이거나 시스템 고장의 경우, 시스템 관리자는 이메일과 SMS를 통해 통지 받게 됩니다. 계측된 데이터는 저장되며, 동시에 인터넷을 통해 여러 장소에서 볼 수 있게 됩니다.

높은 계측 정확도

모든 구성요소 및 시스템이 2010년 봄에 설치된 후에, 하중-모니터링 시스템이 교정되었습니다. 이렇게 하기 위해, 최대 3톤까지 서로 다른 하중을 임시통로의 서로 다른 지점에 붙여 놓았습니다. 하중의 2%에 해당하거나 더 작은 하중의 경우 100kg에 해당하는, 계획된 계측 정확도를 달성할 수 있습니다.

Dr Schmiedmayer는 자신이 설계하고 설치한 시스템에 관해 자부심을 갖고 있습니다. "해상도는 매우 좋습니다. 제가 조명 통로에서 작업할 때 계측 데이터에서 볼 수 있습니다. 즉시 인접한 임시통로에 영향을 미치고 전체 계측 범위의 1% 미만을 구성하는 시스템 의존적 변동사항들과 함께 계측된 값에서 이러한 변동사항들을 유발하는 시스템 내 접근 임시통로의 열적 변형과 연관된 변형사항이 발생했을 뿐입니다.”

HBM의 계측 기술 구성요소의 정확성 및 안정성은 여기에서 주요한 역할을 하고 있습니다. 엔지니어가 배우러 왔으며, 뮌헨기술대학에서 시간을 보내면서 이에 대해 감사를 표했습니다. „HBM에서 받은 좋은 조언과 직원들의 도량형적 노하우 또한 제가 잘하고 있다는 생각을 들게 했습니다.“ 이것이 그가 자신의 경험을 쌓아가는 방법입니다.

올림피아할레 경기장이 관련되어 있는 한, 하중 모니터링 시스템이 위치선정에 있어 장점이 되었습니다. 일부 콘서트 프로모터들은 주요 콘서트 투어를 뮌헨에서 시작하려고 합니다. 조명 기술이 뮌헨의 엄격한 시스템에 들어맞기만 한다면, 다른 홀 운영자들은 분명히 콘서트 프로모터가 제공한 정보에 의존할 수 있기 때문입니다.