[논문]영향변수에 따른 수량변화 분석을 이용한 기본설계단계의 개산견적 모델 개발

손보식; 이현수; 김성태

문제 정의

따라서 본 연구에서는 기본 설계 단계에서 필요한 의사결정에 도움을 줄 수 있는 개산견적 개념모델을 제시하고, 이 모델을 근거로 하여 골조공사비에 대한 프로토타입을 개발하여 기존 견적의 정밀성, 연계성, 유연성을 향상시킬 수 있는 개산견적 모델의 개발을 연구의 목적으로 한다.
골조공사비는 이 수량과 단가의 곱으로 산출되기 때문이다. 따라서 본 절에서는 주요자재 항목의 단가와 주요자재 항목을 시공하기 위한 작업의 노무 단가를 실적 프로젝트에 대한 분석과 건설회사에서 실제 적용 중인 기준 등을 조사하였다.
주상복합건물은 다양한 용도의 공간들로 구성되며, 공간의 필요성에 따라 골조의 구조방식도 조금씩 달라진다. 따라서 본 프로토타입은 이러한 특성을 잘 반영하여 견적이 수행될 수 있도록 설계되었다. 이러한 개념은 다른 BE에 대한 개산견적에서도 효과적으로 활용될 수 있을 것이다.
본 연구에서 제안하는 개산견적 모델의 주요 목적과 용도는 기본설계 단계에서 프로젝트의 공사비를 추정하여 프로젝트의 수주나 입찰 등을 위한 의사결정을 지원하는 것이다. 이러한 목적과 용도에 부합하기 위해서 모델은 기본적으로 견적을 수행하는 기능을 할 수 있어야 한다.
BE별 분류가 추가로 필요하다. 본 연구에서는 국내의 현실에서 용이하게 적용될 수 있도록 BE별 분류를 일부 수정하여 제시한다.
실적 데이터의 분석은 개산견적 모델이 견적을 수행하는데 필요한 기준과 공사비 견적관계함수들을 도출하기 위한 것이다. 실적 데이터 분석 과정은 항목 분석 프로세스, 수량 분석 프로세스, 단가 분석 프로세스의 3개의 부분과 단계로 크게 구성된다.
이러한 개념을 바탕으로 주상복합건물 건축공사의 BE 중에서 공사비 비중이 큰 골조공사비를 대상으로 프로토타입을 개발하였다. 실적데이터를 통해 골조공사의 수량추정 및 단가산정 기준을 도출하였기 때문에 영향변수의 변화에 따른 단계별 적용을 통해 대안분석 및 민감도 분석 등의 시뮬레이션을 할 수 있다.
제안된 개념모델을 프로토타입으로 구현하기 위해, 빌딩공사 중 주상복합 프로젝트의 건축공사비를 대상으로 하여 BE별 건축공사비 중에서 상대적으로 큰 비중을 차지하고 있는 건물의 골조(structure/shell)에 대한 공사비를 추정하는 개산견적 프로토타입을 개발하고자 한다.

제안 방법

콘크리트의 수량이 많아지면 철근량과 거푸집량이 비례하여 증가할 것이라는 것은 직관적으로도 알 수 있고 통계적 분석 결과로도 널리 알려져 있다. 그러나 본 연구에서는 건물의 골조를 형상과 구조 특성별로 4개의 세부요소로 나누었기 때문에 건물 전체에 대한 일반적인 통계치를 적용하기에는 무리가 있다고 판단하여 다른 영향변수를 찾아보았다.
입력하게 된다. 다음으로 견적하고자하는 BE 별 공사비의 주요 내역항목을 수량 추정 기준 DB에서 검색하여 선정하고, 각 항목의 수량을 수량 추정 기준 DB에 저장되어 있는 수량 영향변수와 관계함수식을 적용하여 도출한다. 주요 내역항목의 단가는 단가 산정 기준 DB에 저장되어 있는 기준에 따라 설정하고 수량에 적용하여 주요항목 공사비를 산출한다.
대부분의 주상복합건물에서는 지상의 저층부인 상업 부분과 기준층 부인 주거부분 사이의 구조적인 변화를 수용할 수 있는 트랜스퍼 거 더 (transfer girder) 부분을 두게 되는 데, 본 연구에서는 이 트랜스퍼 거더의 골조 수량을 지상 저층부 골조 수량에 포함하여 분석하였다. 표 3에서 지상부 일부 또는 전체가 철골철근콘크리트(SRC) 구조로 된 몇 개의 프로젝트는 제외하였다.
이를 개선하기 위해 실적 공사비 정보를 각각 수량과 단가로 분리하여 분석하고, 영향변수에 따른 주요 자원의 수량을 추정하고 단가를 산정하여 이를 합산하는 접근 방법을 수립하였다. 또한 기존의 공종별 공사비 분류체계에 빌딩 구성요소(BE)별과 층별 수량 분류를 추가하는 개념을 정립한 수량변화 분석 기반의 개산견적 모델(Q-BASE Model, Quantity Based Active Schematic Estimating Model)을 구축하였다.
본 연구에서는 이러한 공사비 견적과 설계정보의 관계를 고려하여 설계진행 단계에 따른 견적의 종류와 단계를 기획 및 개념설계 단계의 견적은 개념견적(Conceptual Estimating)으로, 기본설계 단계의 견적은 개산견적(Schematic Estimating)으로, 실시설계 단계의 견적은 상세견적과 실행견적으로 구분하여 정의하였다.
이 산점도를 바탕으로 지하층 및 지상 저층에서와 동일하게 회귀분석을 실시하였다. 회귀분석을 통해 도출된 직선 회귀 식은 다음 식 (10), (11), (12)와 같다.
때문으로 분석되었다. 이를 개선하기 위해 실적 공사비 정보를 각각 수량과 단가로 분리하여 분석하고, 영향변수에 따른 주요 자원의 수량을 추정하고 단가를 산정하여 이를 합산하는 접근 방법을 수립하였다. 또한 기존의 공종별 공사비 분류체계에 빌딩 구성요소(BE)별과 층별 수량 분류를 추가하는 개념을 정립한 수량변화 분석 기반의 개산견적 모델(Q-BASE Model, Quantity Based Active Schematic Estimating Model)을 구축하였다.
이처럼 기본설계 단계에서 파악될 수 있는 설계정보들 중에서 주요 수량 영향변수를 도출하기 위해 단위면적당 자재 수량과 설계 변수들 간의 상관분석을 실시하였다. 표 5의 상관관계 분석 결과, 추정하고자하는 값인 지하 단위면적당 콘크리트, 철근, 거푸집의 수량은 형상계수인 벽바닥비와 0.
주요 내역 구성 항목들의 수량 영향변수를 도출하고 이 영향변수와 수량 사이의 관계함수를 도출한다. 이 관계함수를 통해 주요 내역항목의 수량을 추정하게 된다.

대상 데이터

본 연구에서 제시하는 개산견적 모델은 기본적으로 BE 별 분류체계를 따르고 있으므로 실적 데이터도 이러한 분류체계에 의한 자료이거나 아니 면 최소한 층별로 구분된 자원의 수량정보를 가지고 있어야 한다. 그래서 국내 건설 대기업 A사와 B 사에서 최근 수년 내에 착공된 22개 주상복합 프로젝트의 원가 데이터, 특히 골조공사 수량 데이터를 보유하고 있어 실시설계가 완성된 후의 실제 공사수행을 위한 실행예산의 데이터를 수집하였다. 각 실적 프로젝트의 공사비 데이터와 함께 실시설계도면도 함께 입수하였다.
본 연구는 도급업자(contractor)인 시공자의 기본설계 진행단계에서의 개산견적을 연구의 범위로 하며, 건축공사 프로젝트 (building project)# 대상으로 하되, 제안하는 개산견적 방법을실제적으로 구현하기 위한 프로토타입 개발은 주상복합건물 프로젝트의 골조공사비를 대상으로 수행한다. 또한 모델에서의 공사비는 제간접비2, 를 제외한 직접공사비를 의미한다.
본 연구에서 사용된 실적 프로젝트들 중에서 철근콘크리트 구조로 되어 있으며 골조공사비 내역의 확보가 가능한 9개 프로젝트의 골조공사비 내역을 분석하였다. 먼저 실행예산 내역을 분석하여 주요(내역)항목과 기타(내역)항목3을 구분하여 정리하면 다음 표 3과 같다.
본 프로토타입의 적용 대상은 도심지 주상복합건물의 골조공사비에 한정되어 있다. 주상복합건물은 다양한 용도의 공간들로 구성되며, 공간의 필요성에 따라 골조의 구조방식도 조금씩 달라진다.
프로토타입을 구현하기 위해 실적 프로젝트의 데이터를 수집하였다. 본 연구에서 제시하는 개산견적 모델은 기본적으로 BE 별 분류체계를 따르고 있으므로 실적 데이터도 이러한 분류체계에 의한 자료이거나 아니 면 최소한 층별로 구분된 자원의 수량정보를 가지고 있어야 한다.

데이터처리

상관분석을 통해 선택된 영향변수인 벽바닥비와 지하 연면적당 콘크리트, 철근, 거푸집의 수량과의 관계함수를 도출하기 위해 대표적인 모수추정 방법의 하나인 회귀분석을 활용하여 관계함수를 도출하기로 한다. 앞의 그림 9의 산점도에 나타난 바와 같이 종속변수와 독립변수간의 관계가 선형을 보이고 있음을 알 수 있고, 선형관계를 적합 시키기에 편리한 단순 선형회귀모형으로 가정하여 함수관계를 파악하는 것이 적합하다고 판단하였다.
형태이다. 실적 프로젝트 개요의 설계 정보 중에서 기초 골조의 주요 자재 항목 수량에 영향을 주는 주요변수를 분석하기 위해 상관 분석을 실시하였다. 상관분석 결과, 대부분의 설계변수와 기초두께의 상관관계 계수s가 ±0.
이 산점도를 바탕으로 지하층에서와 동일하게 회귀분석을 실시하였다. 회귀분석을 통해 도출된 직선회귀식은 다음 식 (7), (8), ⑼ 와 같다.

이론/모형

수 있을 것으로 판단된다. 이러한 개념을 바탕으로 제안 모델을 Q-BASE (Quantity Based Active Schematic Estimating) Model로 정의한다.

성능/효과

회귀분석을 통해 도출된 직선회귀식은 다음 식 (4), (5), ⑹ 과같다. 도출된 3개의 회귀직선식이 유의확률" 0.01 이하로 모두 유의한 것으로 판단되었고 회귀식의 설명력을 보여주는 결정계수(R2)도 약 0.7 정도로 전체의 변동을 잘 설명하고 있는 것으로 판단된다.
또한, 프로토타입의 전산화를 통해 제안 모델의 장점인 대안 분석, 민감도 분석 등의 시뮬레이션 기능을 훨씬 빠르고 용이하게 구현할 수 있게 한다. 제안 모델이 수량과 단가를 구분하여 영향변수에 따라 수량을 추정하고 단가를 산정하여 두 값을 곱하여 공사비를 산출하는 견적 방법을 적용하고 있기 때문에 영향변수의 값을 조정하여 단계별로 입력해 봄으로써 대안분석 또는 민감도분석 등의 시뮬레이션이 가능하다.
표 3에서 지상부 일부 또는 전체가 철골철근콘크리트(SRC) 구조로 된 몇 개의 프로젝트는 제외하였다. 상관분석 결과, 지상저층 골조 수량도 지하층과 유사하게 형상 계수인 벽바닥비와 0.85 이상의 강한 양의 상관관계가 있는 것으로 나타났다. 이러한 상관관계를 산점도를 통해서 파악해보면 다음 그림 11과같다.
실적데이터를 통해 골조공사의 수량추정 및 단가산정 기준을 도출하였기 때문에 영향변수의 변화에 따른 단계별 적용을 통해 대안분석 및 민감도 분석 등의 시뮬레이션을 할 수 있다. 이를 통해 개산견적의 정밀성을 향상 시킬 수 있고 제안 모델이 BE나 시스템의 설계 대안 변화에 따른 수량과 구성항목의 변화를 평가하여 상세견적의 연계성을 확보 할 수 있다. 또한 시장 및 설계 대안의 변화에 따른 공사비 민감도를 시뮬레이션함으로써 정보가 부족한 개산견적에서 리스크에 대응(유연성)할 수 있다.
제외되었다. 지상 기준층 주거부 연면적당 골조의 자재 수량에 영향을 미칠 수 있다고 예상되는 영향변수들을 도출하기 위한 상관분석 결과, 지하층 및 지상 저층과 유사하여 형상계수인 벽바닥비와 0.85 이상의 강한 양의 상관관계가 있는 것으로 나타났다. 이러한 상관관계를 산점도를 통해서 파악해 보면 다음 그림 12와 같다.
8 이상의 강한 양의 상관관계가 있는 것으로 나타났다. 철근과 거푸집 수량은 일반적으로 알려진 바와 같이 콘크리트 수량과 상관관계가 큰 것으로 나타났지만, 벽바닥비와 더 큰 상관관계가 있는 것으로 나타나 벽바닥비를 영향변수로 선택하는 것이 적합하다고 판단하였다. 이러한 상관관계를 산점도를 통해서 파악해 보면 다음 그림 10과 같다
변수들 간의 상관분석을 실시하였다. 표 5의 상관관계 분석 결과, 추정하고자하는 값인 지하 단위면적당 콘크리트, 철근, 거푸집의 수량은 형상계수인 벽바닥비와 0.8 이상의 강한 양의 상관관계가 있는 것으로 나타났다. 철근과 거푸집 수량은 일반적으로 알려진 바와 같이 콘크리트 수량과 상관관계가 큰 것으로 나타났지만, 벽바닥비와 더 큰 상관관계가 있는 것으로 나타나 벽바닥비를 영향변수로 선택하는 것이 적합하다고 판단하였다.

후속연구

이를 통해 설계와 원가 관련 의사결정 지원과 리스크 대응에 효과적으로 활용될 수 있을 것이다. 결국 프로토타입은 제안 모델의 장점들을 실제적으로 구현해 줌으로써 제안 모델이 기존 모델을 개선할 수 있음을 증명하는데 있어 중요한 역할을 할 것이다.
있는 개산견적 방법이다. 그러나 제안 모델의 실효성과 타당성을 검증하기 위해서는 제안 모델과 기존 모델을 비교 적용한 사례 분석이 향후 연구로 수행되어야 할 것이다. 또한 제안 모델의 범용성을 충분히 입증하기 위해서는 다양한 건물 유형과 구조 방식에 대한 실적 정보의 체계적인 축적과 분석이 필요하다.
그리고 기존의 공종별 분류체계에 따른 공사비 정보에 BE별분류 정보를 추가하여 공사비 실적 정보를 축적함으로써, 이 실적 공사비 정보를 분석 및 활용하여 구축되는 개산견적 모델이 형상 및 개략 치수의 변화, 공간 및 층별 용도 변화, BE별 구조나 자재 및 시스템의 변화 등의 설계 대안 변화에 능동적으로 대응할 수 있을 것으로 판단된다. 이러한 개념을 바탕으로 제안 모델을 Q-BASE (Quantity Based Active Schematic Estimating) Model로 정의한다.
이는 수량산출 단계에서 분류코드를 추가한다면 적용에 큰 어려움은 없을 것이다. 따라서 두 분류가 전산화된 코드체계에 의해 연계된다면 공사비 정보가 기존 체계보다 더욱 다양하고 유용하게 활용되어 건설산업의 원가 경쟁력 향상에 기여할 것이다.
그러나 제안 모델의 실효성과 타당성을 검증하기 위해서는 제안 모델과 기존 모델을 비교 적용한 사례 분석이 향후 연구로 수행되어야 할 것이다. 또한 제안 모델의 범용성을 충분히 입증하기 위해서는 다양한 건물 유형과 구조 방식에 대한 실적 정보의 체계적인 축적과 분석이 필요하다. 이를 통해 제안 모델을 건축공사비 개산견적 시스템으로 발전시킬 수 있을 것이다.
본 연구에서 제시하는 개산견적 모델은 기본적으로 BE 별 분류체계를 따르고 있으므로 실적 데이터도 이러한 분류체계에 의한 자료이거나 아니 면 최소한 층별로 구분된 자원의 수량정보를 가지고 있어야 한다. 그래서 국내 건설 대기업 A사와 B 사에서 최근 수년 내에 착공된 22개 주상복합 프로젝트의 원가 데이터, 특히 골조공사 수량 데이터를 보유하고 있어 실시설계가 완성된 후의 실제 공사수행을 위한 실행예산의 데이터를 수집하였다.
이를 종합해보면 결국 골조공사비의 5개의 주요 내역항목의 단가는 실적 프로젝트의 데이터를 직접 분석하는 것보다는 각 회사의 실제 적용 기준을 조사하여 설정하는 것이 용이할 것으로 판단된다. 대부분의 건설회사는 자재 공급업체나 협력업체와의 분기나 연간계약 등을 통해 실제 적용할 단가 기준을 설정하여 적용하고 있다.
제안 모델이 수량과 단가를 구분하여 영향변수에 따라 수량을 추정하고 단가를 산정하여 두 값을 곱하여 공사비를 산출하는 견적 방법을 적용하고 있기 때문에 영향변수의 값을 조정하여 단계별로 입력해 봄으로써 대안분석 또는 민감도분석 등의 시뮬레이션이 가능하다. 이를 통해 설계와 원가 관련 의사결정 지원과 리스크 대응에 효과적으로 활용될 수 있을 것이다. 결국 프로토타입은 제안 모델의 장점들을 실제적으로 구현해 줌으로써 제안 모델이 기존 모델을 개선할 수 있음을 증명하는데 있어 중요한 역할을 할 것이다.
또한 제안 모델의 범용성을 충분히 입증하기 위해서는 다양한 건물 유형과 구조 방식에 대한 실적 정보의 체계적인 축적과 분석이 필요하다. 이를 통해 제안 모델을 건축공사비 개산견적 시스템으로 발전시킬 수 있을 것이다.
제안된 프로토타입을 활용하기 위해서는 기존의 공종별 공사비 분류체계에 BE별 또는 층별 자원의 수량 분류를 추가해야 한다. 이는 상세설계에 따른 소요 자원 수량산출 과정이 공간 개념에 따라 BE와 부위별로 수행되므로 이 과정에서 분류코드 정도만 추가해 준다면 쉽게 연계될 수 있을 것이다.

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