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문제 정의
- 건축물의 지하골조 공사는 전체 공사의 원가 및 공기에 직결되는 매우 중요한 공사이므로 본 연구에서는 州 사례를 통하여 건설공사의 품질 및 안전의 확보, 공기단축, 원가절감, 시공성 향상을 꾀할 수 있는 방안을 모색하였다.
- 본 연구는 문헌 조사와 관련 연구를 바탕으로 하여 건축공사의 지하골조공사에 대한 VE 모델을 정의하고, 이를 실제 현장에 적용하여 그 활용성을 검토하여 실제적인 활용모델을 제안하고자 한다. 따라서 본 연구는 지하골조공사의 VE 모델정의와 이 모델의 실제 건설업무에 적용하는 사례연구를 본 연구의 범위로 한다.
- 이때 중요한 것이 초기 단계의 대상선정과 선정된 대안에 대한 아이디어를 제안하고 이를 검토하는 것이라 할 수 있으며, 咨의 대상을 선정하기 위한 모델이나 프레임웍(framework)을 설정하는 것이 그 기본이라 할 수 있다. 본 연구는 이러한 모델을 정의하기 위하여 기존의 연구를 참조하여 각 단계별 모델을 정의하여 제시한다.
- 따라서 본 연구는 공사계획 단계 및 공사 초기 단계에서 건축물의 지하 골조공사에 대하여 현장의 여건에 맞도록 VE (Value Engineering) 기법을 이용하여 공기단축. 원가절감, 시공성 향상을 꾀할 수 있는 대안을 모색할 수 있는 모델을 도출하고 이를 실제 현장에 적용하여 그 타당성을 확인하도록 한다.
- 그러나 무량판구조는 크게 플랫 슬래브 구조와 플랫 플레이트 슬래브 구조의 두 가지로 대별된다. 이중, 플랫 슬래브 구조는 주두를 형성하여 무량판 구조 의 구조적 취약점을 극복할 수 있어 본 연구에서 그 활용을 적극적으로 검토하게 되었다.
제안 방법
- 1차 선정된 설계단계에서의 VE 대안에 대하여 시공 (construction) 차원에서 현장의 여건을 고려하고 시공관리의 주 요영역을 감안하여 적절한 대안을 도출하도록 한다. 시공 차원의 분석항목은 설계 차원에서 제시된 안을 분석하는 틀로서 현실적인 대안을 도출하도록 유도하는 역할을 하게 되는 것이다.
- VE기법은 본질적으로 이론적인 개념이 아니라, 매우 실용적이고 사례기반의 업무개선도구이므로 본 연구에서는 이를 건축물의 지하골조 공사에 적합하도록 VE절차를 모델링하고, 이를 현장의 사례에 직접 응용함으로써 그 타당성을 입증하였다. 즉, 본 연구의 모델을 현장의 사례연구에 적용한 결과, 시공품질 및 안전은 충분히 확보하면서도시공성의 향상 및 민원 감소 의 무형적 효과뿐만 아니라, 약 6억원의 원가절감 효과와 1개월의 공기 절감 효과를 보게 되었다.
- 특히, 건축물 지하 골 조 공사에 대해서는, 건축공사에서 차지하는 비중에 비하여 이에 대한 체계적인 개선연구는 거의 이루어지지 못하고 있는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 실제 사례를 통하여 V也의 적용 방법을 제안하고 이를 정형화하도록 한다.
- 먼저 구조형식 자체의 원가 비교를 위하여 2단계를 설정하여 분석하였다. 먼저, 구조공사의 정미 물량을 산출하여 비교하고, 2단계로는 1단계의 결과를 타 현장의 사례를 참고하여 그 타당성을 평가하였다.
- 먼저 구조형식 자체의 원가 비교를 위하여 2단계를 설정하여 분석하였다. 먼저, 구조공사의 정미 물량을 산출하여 비교하고, 2단계로는 1단계의 결과를 타 현장의 사례를 참고하여 그 타당성을 평가하였다.
- 먼저, 설계(design) 차원에서 설계도서 내의 조건을 검토하여 이들 중 VE의 대상이 될 수 있는 대상을 발견하도록 한다. 이에는 각 실(室)의 조건, 구조형식, 설비형식, 설계기준 등이 포함될 수 있으며, 이들은 건축물의 특성에 따라 약간씩 달라질 수 있다.
- 즉, 여러 공법을 비교 분석하여 본 결과 당 공사 현장에서 가장 유리한 공법은 플랫-슬래브 공법으로 결정이 되었다. 분석의 과정을 살펴보면 지하골조공사의 구조개선에 대한 세 가지 대안에 대하여 전문가들의 자문을 통하여 다섯 등급으로 나누어 평가한 후 이를 평균하여 종합 판정을 내렸으며, 평가대상 항목은 표 5 에서 정의한 시공성, 안정성, 작업성, 원가, 품질 공기 등 여섯 가지로 설정하였다.
- 설계검토 시 주요 요구사항은 천정고 확보 및 차량 동선, 설비사 항으로 요약된다. 이때, 적용 가능한 공법은 전문가의 자문 및 자체 기술 회의를 거쳐 3가지의 안으로 압축하였다. 즉 기존 설계안인 라멘조의 구조형식, 층고를 변경할 수 있는 대안으로서 플랫 슬래브(Flat-Slab) 형식과 플랫 플레이트 슬래브(Flat- Plate-Slab) 형식이 제안되었다.
- 따라서 이러한 문제점을 해결하기 위한 공법의 검토 및 변경이 필요하였다. 이러한 현장의 조건을 토대로 본 연구는 그림 6과 같이 건축물 지하골조공사의 VE 적용모델을 설정하고 연구를 진행하였다. 즉, 원가절감, 공기단축, 시공성 향상이라는 현장의 관리목표를 세우고 먼저 설계도서검토를 통한 설계조건을 분석하고, 가능한 개선 대안을 발견하여 기술적, 관리적 검토를 거친 후, 이를 현장에 적용하는 모델을 구축하였다.
- 이상과 같은 VE 프로세스의 최종단계로서, 기존설계에서 제시된 라멘조의 구조형식을 검토 변경하여 표 6과 같은 플랫 슬래브 형식의 지하골조를 현장에 시공하였다.
- 이상과 같은 V旧분석활동의 결과, 지하골조의 형식으로서 플 맷-슬래브 형식이 제시되었고, 이를 토대로 문제가 된 지하 암반 의 토공사 예측치에 대한 분석을 실시하였다. 본 분석의 결과, 그림 8과 같이, 지하 토공사의 굴착 깊이를 1.
- 일단, 설계도서 및 개선대상을 확인하고, 이와 더불어 현장의 부지 여건을 분석한 다음, 개선안을 도출한다. 이어 도출된 개선안을 평가하고 이를 현장에 적용하도록 한다. 이러한 과정을 통하여 V也의 성공 여부를 측정할 수 있으며, 반복 공사의 경우, 후속 공사에서 이를 참조하여 활용하도록 한다.
- 즉, 미리 정의된 건축공사의 설계 및 시방의 조건과 이러한 설계를 현장에 구축하기 위한 시공 관리적인 측면으로 나누어 网의 대상을 검토할 수 있다. 일단, 설계도서 및 개선대상을 확인하고, 이와 더불어 현장의 부지 여건을 분석한 다음, 개선안을 도출한다. 이어 도출된 개선안을 평가하고 이를 현장에 적용하도록 한다.
- 이때, 적용 가능한 공법은 전문가의 자문 및 자체 기술 회의를 거쳐 3가지의 안으로 압축하였다. 즉 기존 설계안인 라멘조의 구조형식, 층고를 변경할 수 있는 대안으로서 플랫 슬래브(Flat-Slab) 형식과 플랫 플레이트 슬래브(Flat- Plate-Slab) 형식이 제안되었다. 이 3가지의 공법에 대한 비교는 표 3과와 같으며, 이를 토대로 설계차워의 검토를 시작하였다.
- 이러한 현장의 조건을 토대로 본 연구는 그림 6과 같이 건축물 지하골조공사의 VE 적용모델을 설정하고 연구를 진행하였다. 즉, 원가절감, 공기단축, 시공성 향상이라는 현장의 관리목표를 세우고 먼저 설계도서검토를 통한 설계조건을 분석하고, 가능한 개선 대안을 발견하여 기술적, 관리적 검토를 거친 후, 이를 현장에 적용하는 모델을 구축하였다. 본 모델은 그림 3, 그림 4의 VE의 프로세스 모델과 분석 차원 모델을 활용하여 작성하였다.
- 즉, 지하골조공사에서 건물 지하층의 주 용도인 주차장으로서의 성능을 확보하기 위한 네 가지의 조건으로서 천정고, 차량동 선, 설비, 환기의 원활성으로 정의하고 이에 대한 대안 평가를 실시하였다. 천정고와 주차 차량 동선의 경우에는 실소요 천정고 를 유지하는 것을 원칙으로 하였으므로 문제가 없었고, 설비의 설치와 환기량의 경우에도 실(室) 용적의 변화가 없어 세 가지의 대안 모두 문제가 없는 것으로 나타났다.
- 지하골조의 플랫-슬래브 시공에 따른 효과를 분석해 보면 다음과 같다 여러 가지 분석기준이 존재할 수 있지만, 건설공사에서 가장 중요시되는 원가와 공기 측면에서 분석을 하였다.
대상 데이터
- 공사 기간은 2002년 6월부터 2004년 7월까지 25개월이다. 구 조는 지하층은 라멘구조이며 지상층(2~10층)은 철근콘크리트 벽식구조, 1층은 반력보(transfer girder)가 위치하고 있다.
- 공사 기간은 2002년 6월부터 2004년 7월까지 25개월이다. 구 조는 지하층은 라멘구조이며 지상층(2~10층)은 철근콘크리트 벽식구조, 1층은 반력보(transfer girder)가 위치하고 있다. 본 현장은 지하 구조물이 대지 경계선에 인접하여 여유 공간 이 부족하고 현장 조건이 충분히 반영되지 않아 공기의 지연이 우려된다.
- 본 연구는 문헌 조사와 관련 연구를 바탕으로 하여 건축공사의 지하골조공사에 대한 VE 모델을 정의하고, 이를 실제 현장에 적용하여 그 활용성을 검토하여 실제적인 활용모델을 제안하고자 한다. 따라서 본 연구는 지하골조공사의 VE 모델정의와 이 모델의 실제 건설업무에 적용하는 사례연구를 본 연구의 범위로 한다. 이때, 사례연구의 대상은 도심지의 건축 현장으로서 지하굴 착 깊이가 15m 이상인 지하골조 공사가 공기 및 원가와 큰 상관관계를 가진 건축공사를 대상으로 한다.
- 따라서 본 연구는 지하골조공사의 VE 모델정의와 이 모델의 실제 건설업무에 적용하는 사례연구를 본 연구의 범위로 한다. 이때, 사례연구의 대상은 도심지의 건축 현장으로서 지하굴 착 깊이가 15m 이상인 지하골조 공사가 공기 및 원가와 큰 상관관계를 가진 건축공사를 대상으로 한다.
- 적용 현장은 D社의 분당 A 현장으로서 경기도 성남시 분당구 정자동의 백궁 정자 택지개발지구에 위치한 오피스텔 현장이며 규모는 지하 4층, 지상 10층 연면적 24, 303평이며 오피스텔 1, 035세대를 건립하는 공사이다. 건물의 구성에 있어서는 지하층은 주차장, 지상 1층은 근린생활시설 및 필로티로 구성되어 있으며 상부 지상층은 오피스텔로 구성된다.
- 지하골조의 시공에는 다양한 검토사항이 존재하고 있어 이를 객관화하는 작업이 선행되어야 한다. 표 1은 건축물의 지하공사의 제한조건을 나열하고 있으며, 본 연구는 이를 기준으로 하여 지하골조공사의 网의 주요 대상 항목을 선정하였다.
이론/모형
- 이로 인하여 시공단계에서는 예상치 못한 문제의 발생 및 공사비 증가요인이 발생하게 된다. 따라서 본 연구는 공사계획 단계 및 공사 초기 단계에서 건축물의 지하 골조공사에 대하여 현장의 여건에 맞도록 VE (Value Engineering) 기법을 이용하여 공기단축. 원가절감, 시공성 향상을 꾀할 수 있는 대안을 모색할 수 있는 모델을 도출하고 이를 실제 현장에 적용하여 그 타당성을 확인하도록 한다.
성능/효과
- 실제로 당초 설계안인 라멘구조를 플랫 슬래브 구조로 변경 시 공한 결과, 20%의 원가절감 효과를 가지는 것으로 나타났다. 2 단계로서 지하층 하중 조건이 유사한 인근 상가 신 죽의 사례를 비교한 결과, 플랫 슬래브 구조가 라멘구조의 원가 대비 90% 정도 수준임이 나타났다. 즉, 플랫 슬래브 구조는 라멘조 대비 구 조 설치비용이 10-20% 정도 경제적인 것으로 나타났다.
- 2%로 나타났다. 골조형식의 변경에 따른 골조공사와 토공사의 결과를 종합해 보면, 원가절감은 12.4%에 이르는 것으로 나타났으며, 금액상으로는 6억 원의 절감효과를 가지게 되었다.
- 플랫 슬래브 공법의 현장 적용에 따른 원가 분석 결과는 표 7과 같다. 당초 지하골조공사의 구조형식 변경을 위한 사전검토 결과, 골조공사 단위 비용 자체의 비용 절감 효과가 20%에 이를 것으로 평가되었으며, 골조형식의 변경으로 인한 골조공사의 총 원가절감은 10.2%로 나타났다. 또한, 토공사의 경우, 본 사례의 토 공량 감소 효과는 원가 대비 19.
- 2%로 나타났다. 또한, 토공사의 경우, 본 사례의 토 공량 감소 효과는 원가 대비 19.2%로 나타났다. 골조형식의 변경에 따른 골조공사와 토공사의 결과를 종합해 보면, 원가절감은 12.
- 이상과 같은 V旧분석활동의 결과, 지하골조의 형식으로서 플 맷-슬래브 형식이 제시되었고, 이를 토대로 문제가 된 지하 암반 의 토공사 예측치에 대한 분석을 실시하였다. 본 분석의 결과, 그림 8과 같이, 지하 토공사의 굴착 깊이를 1.1m를 줄일 수 있으며, 지하 2층부터 4층까지는 총 0.9m를 줄이고, 매트 기초에서 0.2m를 줄일 수 있는 것으로 평가되었다. 또한, 이러한 방법이 시공상에도 문제가 없는 것으로 판명되어 지하골조공사의 VE 최종대안으로 제시되었다.
- 본 사례연구의 대상 현장에서 설계단계에서의 공법 선정과정을 살펴보면, 설계의 경우 불확실한 현장의 지질조사 보고서를 근거로 경험과 추정에 의거하여 설계도서에 반영을 하고, 현장의 시공의 경우에도 통상 작업계획이 진행되면서 일련의 가능한 공법들 중에서 범위를 좁혀가는 방식을 채택하고 있다. 이러한 시공단계에서의 방법은 작업계획이 공정계획에 의존하는 경우가 많아, 작업 도중에 제한 조건에 대한 체계적인 고려가 미흡하고 작업계획과정이 주로 일부 기술자들의 경험에 의존하는 경우가 많아 대부분은 설계대로 시공하는 경우가 많다.
- 실제로 당초 설계안인 라멘구조를 플랫 슬래브 구조로 변경 시 공한 결과, 20%의 원가절감 효과를 가지는 것으로 나타났다. 2 단계로서 지하층 하중 조건이 유사한 인근 상가 신 죽의 사례를 비교한 결과, 플랫 슬래브 구조가 라멘구조의 원가 대비 90% 정도 수준임이 나타났다.
- 원가 측면에서도 검토한 결과, 라멘조의 경우, 단위면적당 단가가 149, 560원/m2인데 비하여, 무량판 구조는 121, 057원/W으로 나타나, 기존설계인 라멘조에 비해 20%의 원가절감 효과를 기대 할 수 있었으며, 또한, 토공사의 물량 절감까지 고려한다면 그 이상의 원가절감 효과를 기대할 수 있었다. 지하골조공사의 공정관 리 측면에서도 골조 형상 단순화에 의한 작업성 향상으로 공기 단 축이 예상되고, 특히 동바리 및 슬래브 거푸집 설치에 공기단축 효과가 클 것으로 나타났다.
- 이러한 측면에서 세 가지의 공법을 비교 검토한 결과, 표 4와 같이 각 공법 모두 설계조건을 충족하여 사용 가능한 것으로 판명되었다.
- 이는 VE 개성의 결과, 경암층에 대한 터파기량을 줄인 결과이며, 이로 인하여 당해 현장의 원활한 공기 및 공정관리를 추진하게 되었다. 즉 당초 계획 대비 약 1개월가량의 공기 단축 효과가 있었던 것으로 판정이 되었다. 상세 공기별로는 토공사에서 15일의 공기단축을 이루었으며, 골조공사에서 15일의 공기단축을 실현한 것으로 판정이 되었다.
- VE기법은 본질적으로 이론적인 개념이 아니라, 매우 실용적이고 사례기반의 업무개선도구이므로 본 연구에서는 이를 건축물의 지하골조 공사에 적합하도록 VE절차를 모델링하고, 이를 현장의 사례에 직접 응용함으로써 그 타당성을 입증하였다. 즉, 본 연구의 모델을 현장의 사례연구에 적용한 결과, 시공품질 및 안전은 충분히 확보하면서도시공성의 향상 및 민원 감소 의 무형적 효과뿐만 아니라, 약 6억원의 원가절감 효과와 1개월의 공기 절감 효과를 보게 되었다. 이러한 절감 효과는 본 사례 연구의 현장에 국한된 것이 아니라, 국내 건축 현장에서 공통적으로 적용할 수 있는 골조공사에 대한 VE 적용의 결과이므로 향후 연구에서는 이러한 방법 및 모델에 대한 보다 폭넓은 연구가 필요하다고 판단된다.
- 즉, 여러 공법을 비교 분석하여 본 결과 당 공사 현장에서 가장 유리한 공법은 플랫-슬래브 공법으로 결정이 되었다. 분석의 과정을 살펴보면 지하골조공사의 구조개선에 대한 세 가지 대안에 대하여 전문가들의 자문을 통하여 다섯 등급으로 나누어 평가한 후 이를 평균하여 종합 판정을 내렸으며, 평가대상 항목은 표 5 에서 정의한 시공성, 안정성, 작업성, 원가, 품질 공기 등 여섯 가지로 설정하였다.
- 2 단계로서 지하층 하중 조건이 유사한 인근 상가 신 죽의 사례를 비교한 결과, 플랫 슬래브 구조가 라멘구조의 원가 대비 90% 정도 수준임이 나타났다. 즉, 플랫 슬래브 구조는 라멘조 대비 구 조 설치비용이 10-20% 정도 경제적인 것으로 나타났다.
- 원가 측면에서도 검토한 결과, 라멘조의 경우, 단위면적당 단가가 149, 560원/m2인데 비하여, 무량판 구조는 121, 057원/W으로 나타나, 기존설계인 라멘조에 비해 20%의 원가절감 효과를 기대 할 수 있었으며, 또한, 토공사의 물량 절감까지 고려한다면 그 이상의 원가절감 효과를 기대할 수 있었다. 지하골조공사의 공정관 리 측면에서도 골조 형상 단순화에 의한 작업성 향상으로 공기 단 축이 예상되고, 특히 동바리 및 슬래브 거푸집 설치에 공기단축 효과가 클 것으로 나타났다. 또한, 암반 굴착 깊이 축소, 최하층 기초두께 축소 등으로 공기의 단축도 기대할 수 있었다.
- 즉, 지하골조공사에서 건물 지하층의 주 용도인 주차장으로서의 성능을 확보하기 위한 네 가지의 조건으로서 천정고, 차량동 선, 설비, 환기의 원활성으로 정의하고 이에 대한 대안 평가를 실시하였다. 천정고와 주차 차량 동선의 경우에는 실소요 천정고 를 유지하는 것을 원칙으로 하였으므로 문제가 없었고, 설비의 설치와 환기량의 경우에도 실(室) 용적의 변화가 없어 세 가지의 대안 모두 문제가 없는 것으로 나타났다.
- 골조 형상 단순화에 의한 작업성 향상으로 공기가 단축되었다. 특히 동바리 및 슬래브 거푸집 설치에 공기단축 효과가 큰 것으로 나타났다.
- 또한, 표 5와 같이 구조역학상 라멘조와 마찬가지의 성능을 낼 수 있다. 현장에 적용 가능한 공법은 단순한 3개의 공법을 비교하여 본 결과, 유사공법인 플랫-슬래브와 플랫-플레이트-슬래브 중에서 플랫-슬래브가 원가 및 품질 측면에서 유리한 것으로 판단되었다.
후속연구
- 건설산업의 고부가가치화를 위해서는 경험적이며 주관적인 관리방식에서 벗어나 계획적인 원가절감에 의한 방법과 기능의 향상에 의한 방법 및 효율적인 추가 원가투입에 의하여 더 높은 기능 향상을 실현함으로써 부가가치를 높이는 방법을 추구하여야 할 것이다. 특히 건축공사에서 골조공사는 전체 공정 및 원가에 영향을 크게 미치는 주요 공정으로서 철저한 공사관리 계획과 관리가 요구되는 부분으로서 생산 활동 및 공사 방식 선정의 효과를 크게 볼 수 있는 항목이라 할 수 있다.
- 특히 건축공사에서 골조공사는 전체 공정 및 원가에 영향을 크게 미치는 주요 공정으로서 철저한 공사관리 계획과 관리가 요구되는 부분으로서 생산 활동 및 공사 방식 선정의 효과를 크게 볼 수 있는 항목이라 할 수 있다. 따라서 공사계획 단계에서 설계도서와 현장 조건을 면밀히 분석하여 품질, 안전을 확보하면서 공기단축, 원가절감, 시공성 향상을 꾀할 수 있는 대 안 개발이 필요할 것이다.
- 또한, 이러한 일련의 과정을 통해 적절한 대안의 공법이 채택되었다고 하더라도 시공 도중에 미처 고려하지 못한 제한조건이 도출되는 경우, 공법 재변경과 안전사고 등의 원인이 되는 경우가 많아 현장에서의 체계적인 접근이 필요한 것이 발견되었다. 따라서 향후 연구에서는 기존에 수행되었던 지하골조공사의 제한조건을 주요공종별로 관리, 분류하여 공법선정을 위한 체계적인 모델 구축이 요구된다.
- 이러한 절감 효과는 본 사례 연구의 현장에 국한된 것이 아니라, 국내 건축 현장에서 공통적으로 적용할 수 있는 골조공사에 대한 VE 적용의 결과이므로 향후 연구에서는 이러한 방법 및 모델에 대한 보다 폭넓은 연구가 필요하다고 판단된다. 또한 본 연구의 V压 기법의 성공적 적용 사례 및 모델은 유사한 건축현장에서 지하골조공사의 공기 및 원가개 선 및 착안시에 유용하게 사용될 수 있으므로 본 연구의 결과를 실질적으로 활용하기 위해서 VE기법의 체계적 적용방안과 플랫-슬래브 구조 및 기타 공법에 대한 연구, 지하골조공사 공법 선정의 기준 마련 등에도 추후 계속적인 연구가 필요하다.
- 즉, 본 연구의 모델을 현장의 사례연구에 적용한 결과, 시공품질 및 안전은 충분히 확보하면서도시공성의 향상 및 민원 감소 의 무형적 효과뿐만 아니라, 약 6억원의 원가절감 효과와 1개월의 공기 절감 효과를 보게 되었다. 이러한 절감 효과는 본 사례 연구의 현장에 국한된 것이 아니라, 국내 건축 현장에서 공통적으로 적용할 수 있는 골조공사에 대한 VE 적용의 결과이므로 향후 연구에서는 이러한 방법 및 모델에 대한 보다 폭넓은 연구가 필요하다고 판단된다. 또한 본 연구의 V压 기법의 성공적 적용 사례 및 모델은 유사한 건축현장에서 지하골조공사의 공기 및 원가개 선 및 착안시에 유용하게 사용될 수 있으므로 본 연구의 결과를 실질적으로 활용하기 위해서 VE기법의 체계적 적용방안과 플랫-슬래브 구조 및 기타 공법에 대한 연구, 지하골조공사 공법 선정의 기준 마련 등에도 추후 계속적인 연구가 필요하다.
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