PDP 기반 xAI 접근법을 활용한 철근콘크리트 기둥의 데이터 기반 내폭 보강 효과 분석

Abstract

본 연구는 기계학습 및 설명 가능한 인공지능(xAI) 기법을 활용하여 폭발 하중을 받는 철근콘크리트 기둥의 보강 단계(Retrofit Level, RL)를 신속하게 평가하는 종합적 프레임워크를 제시한다. 파괴 유형와 보강 요구사항을 예측하기 위한 다단계 기계학습 접근법을 개발하였으며, 이후 부분 의존성 그래프(Partial Dependence Plot, PDP) 분석을 통해 데이터 기반 보강 전략을 수립하였다. 제안된 프레임워크는 두 가지 주요 프로세스로 구성된다: (1) 파괴유형 분류 및 RL 예측을 위한 다단계 기계학습 모델을 활용한 폭발 성능평가, (2) 입력 변수 효과의 체계적 분석을 통한 PDP 기반 보강 전략 개발. RL 예측 모델은 광범위한 폭발 손상 평가 데이터를 바탕으로 학습되었으며, 휨 및 전단 파괴유형에 대해 세 가지 손상 조건(심각, 보통, 경미)에서 검증되었다. PDP 분석 결과, 파괴유형과 손상조건에 따라 서로 다른 보강 특성이 나타남을 확인하였다. PDP 기반 분석을 통해 주철근비 및 전단철근비에 대한 보강 가능 구간과 불가능 구간을 성공적으로 식별하였다.