[논문]프로젝트 공사기간과 연계된 극 초고층 타워크레인 최적화 선정에 관한 연구

조지훈; 조흥구

doi:10.5345/jkic.2009.9.6.131

프로젝트 공사기간과 연계된 극 초고층 타워크레인 최적화 선정에 관한 연구
An Analysis Of Optimized Super Tall Building Tower Crane Selection Which Related With Project Construction Period 원문보기

한국건축시공학회지 = Journal of the Korea Institute of Building Construction, v.9 no.6 = no.38, 2009년, pp.131 - 139

조지훈 (삼성물산 건설부문 건축기술실) , 조흥구 (삼성물산 건설부문 건축기술실)

초록
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극 초고층 공사에서 합리적인 타워크레인 선정이 필수적이나 현장 실적 자료의 부족과 주관적인 경험에 의한 계획 수립, 체계적인 기준 부재 등으로 계획상 오류나 비효율성이 크다. 특히 극 초고층의 특성 중의 하나인 높이에 따른 영향 요소들에 대한 분석이 미비하여 단순히 장비의 기계적 특성을 가지고 양중 시간을 예측하고 있는 실정이다. 본 연구에서는 양중 계획 시 담당자가 활용하기에 용이하고 체계적인 양중 분석이 가능한 시스템을 개발 하였으며, 현존 최고층인 버지 두바이의 자료를 활용하여 가변형 통계 모델을 개발하였다. 또한 층당 적정 공기 여부를 선정한 장비를 바탕으로 검토 및 의사결정을 가능하게 함으로써 극 초고층 공기 산정 방법의 패러다임을 전환 시켰다는 의미도 있다.

Abstract ▼ AI-Helper

It is critical to select the appropriate type of tower cranes for the construction of super tall buildings. However the selection is often made based on subjective personal experiences due to the lack of historical and analytical data. As a result, planning mistakes and efficiency errors sometimes occur. This research is to develop a system of hoisting analysis for appropriate tower crane selection and to provide a flexible statistical model based on the Burj Dubai project. In addition, this system hassupporting functions that can estimate the target construction period per floor, and a decision-making construction period computation method which is based on the characteristic of the selected tower cranes.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 시스템은 단계별로 검토하는 정보가 전체 모듈에 실시간으로 적용될 수 있도록 하여 각 단계를 순서와 상관없이 클릭해도 변경된 정보가 반영되어 빠른 의사결정이 가능하도록 하였다.
본 연구에서는 6시그마 기법을 바탕으로 공정과 연계된 타워크레인 산정 프로세스를 분석한 후 그 결과를 바탕으로 초고층 특성에 맞는 최적화 안을 도출하는 알고리즘을 개발하고 이를 시스템화 하는 것을 연구 범위로 한다.
초고층 건축물 특성 상 많은 수의 타워크레인 배치에 한계가 있기 때문에 가중되는 양중 부하를 감소하기 위하여 유압을 사용하는 코아 및 기둥 형틀, 철근 선조립 공법, 경량화된 슬래브 형틀 등을 사용하여 층당 공기 단축을 도모하고 있다. 본 연구에서는 Burj Dubai 프로젝트의 실적 자료를 기반으로 층당 공기를 반영한 최적화된 타워크레인을 선정할 수 있는 프로그램을 개발하여 초고층 특성을 반영한 양중 기술력 향상을 목적으로 하고 있다.
양중량 분석에서 1회 양중 시 기준이 되는 단위 시간 산정은 경험치를 기반으로 일률적으로 적용하여 사용하는 문제점을 개선하고자 본 연구에서는 당사가 시공 중인 Burj Dubai (높이 800m 이상)프로젝트를 대상으로 양중 실적자료를 수집하였다.

제안 방법

4) 시공 사례가 없는 극 초고층 프로젝트 검토 시 층별 공기를 양중 장비를 통해 예측 및 검증할 수 있는 이론 및 알고리즘을 개발 하였다.
5) 분석을 통하여 선정된 복수의 타워크레인을 이용하여 해당 프로젝트에서 공기 측면과 경제성 측면을 동시에 검토할 수 있게 하였다.
을 사용하여 프로그램 개발을 진행 하였다. AHP⁴⁾(Analytic Hierarchy Process) 분석을 통하여 개발 방향 및 요구사항 들을 도출하였으며, AHP 분석에서는 정성적인 부분을 누락 시킬 수 있는 가능성이 있기 때문에 추가적으로 QFD⁵⁾(Quality Function Deployment)을 시행하여 개발 범위를 확정하였다. (표1, 표2)
QFD분석 결과를 바탕으로 프로그램 기능 대안을 도출하여 요구된 기능 조건을 충족시키는 최적의 컨셉을 개발하였다. 또한 각각의 컨셉에 대하여 Pugh Matrix⁶⁾ 분석을 통하여 최적안의 컨셉과 디자인 요소를 정의 하였다.
개발된 시스템은 프로젝트별로 분류 및 저장이 가능하며 획일적인 WBS(Work Breakdown Structure)제공을 탈피하여 현장 별 특성을 반영할 수 있도록 하였다.
다음 단계는 층당 물량과 층당 목표 공기를 기준으로 산출된 타워크레인의 대수를 사용자가 초기에 작성한 공정표와 비교함으로써 자원 분배(resource leveling)가 적절하게 반영되어 있는지 검토한다. 이는 산술적인 층별 물량을 기준으로만 장비 대수를 산정 시 발생할 수 있는 오류를 방지해주는 역할을 하게 된다.
산출된 양중 단위 사이클을 기반으로 양중 부하 계산을 하게 되며 공정을 고려한 자원 평준화를 통하여 타워 기종 및 수량을 정하며, 당사에서 기 개발된 PICASSO⁷⁾ 프로그램을 연계하여 복수의 기종을 선정한 후에, 전체 공기 및 경제성을 고려하여 각 기종별로 목표 층당 공기의 한계를 분석하여 최적화된 장비를 선정할 수 있게 된다.
수집된 실적자료를 바탕으로 층당 양중 부하 계산에 기반이 되는 단위 사이클 예측을 위하여 통계적 기법을 사용하여 다중 회귀식 모델을 개발하였다.
그 중 가우스 조단 소거법은 선형 대수에서 나오는 방법으로 행렬을 Upper Triangular Matrix 형태로 만들고, 뒤에서 부터 차례대로 근을 구해낸다. 이 방식은 한 줄 한 줄 진행 되어지는 프로그래밍에 적합하기 때문에 개발된 시스템에 적용을 하였다. 따라서 어떤 데이터가 들어와도 행렬로 변환하여 회귀분석을 통해 양중 시간이 예측이 가능하다.
자료 수집은 센서를 부착하여 운전석에서 PDA로 다운로드를 하는 방식으로 수집되었다. 무선 방식을 도입하지 않은 이유는 건물 높이 상승으로 데이터 케이블 관리, 고층에 따른 노이즈 등으로 데이터의 신뢰성이 낮아질 가능성이 있었기 때문이다.
통계적 모델을 활용하여 분석된 단위 사이클 시간을 각각 의 양중 대상물에 자동으로 적용하여 전체 양중 부하를 계산해 준다. 장비 가동률이 반영된 총 양중시간을 실 작업 일수(Working Day)와 목표 층당 공기를 반영하여 소요되는 타워 크레인 대수를 산출한다.
통계적 모델을 활용하여 분석된 단위 사이클 시간을 각각 의 양중 대상물에 자동으로 적용하여 전체 양중 부하를 계산해 준다. 장비 가동률이 반영된 총 양중시간을 실 작업 일수(Working Day)와 목표 층당 공기를 반영하여 소요되는 타워 크레인 대수를 산출한다.

대상 데이터

무선 방식을 도입하지 않은 이유는 건물 높이 상승으로 데이터 케이블 관리, 고층에 따른 노이즈 등으로 데이터의 신뢰성이 낮아질 가능성이 있었기 때문이다. 수집되는 항목은 6시그마를 통해 분석된 타워크레인 양중에 영향을 주는 인자(factor)들 중 직접 측정으로 분석되는 자료로 한정 하였다. 수집되는 정보의 종류는 높이, 기온, 풍속, 타워크레인 앵글 각도, 반경 등이며, 특히 앵글 각도와 반경 정보는 야적장 위치 정보를 포함하는 의미가 있어 보다 더 정확한 양중 관련 실적자료를 수집할 수 있었다.

데이터처리

종속변수(단위 사이클 타임)를 예측하기 위해 독립변수가 최소한 2개(양중 높이, 양중 무게) 이상이 사용되기 때문에 다중 회귀분석을 이용하였다. 다중 회귀 분석은 종속변수와 독립변수들의 구체적인 함수관계를 규명하는 방법으로, 역행렬을 이용하여 회귀식을 도출한다.

이론/모형

QFD분석 결과를 바탕으로 프로그램 기능 대안을 도출하여 요구된 기능 조건을 충족시키는 최적의 컨셉을 개발하였다. 또한 각각의 컨셉에 대하여 Pugh Matrix⁶⁾ 분석을 통하여 최적안의 컨셉과 디자인 요소를 정의 하였다.
본 연구는 6 시그마 기법 중 DMADV³⁾을 사용하여 프로그램 개발을 진행 하였다. AHP⁴⁾(Analytic Hierarchy Process) 분석을 통하여 개발 방향 및 요구사항 들을 도출하였으며, AHP 분석에서는 정성적인 부분을 누락 시킬 수 있는 가능성이 있기 때문에 추가적으로 QFD⁵⁾(Quality Function Deployment)을 시행하여 개발 범위를 확정하였다.

성능/효과

1) 극 초고층 프로젝트는 규모상 제한된 정보를 가지고 초기 검토를 진행해야 되는데 본 시스템을 활용 시 비교적 정확한 양중 장비 및 공기 예측이 가능하다.
2) 극 초고층에서 양중 부하에 직 간접적으로 영향을 주는 요인들을 당사에서 시공 중인 Burj Dubai 실적 자료를 활용하여 예측의 정확도를 높였다.
3) 실적 자료 활용에 있어서 고정된 통계 모델이 아닌 사용자가 입력하는 정보에 반응하는 변동형 통계모델을 사용하였으며, 특히 현장 데이터를 축적하여 상위층의 층당 공기를 정확히 예측할 수 있는 기능도 있다.
따라서 본 시스템에서는 ‘물량 예측’이라는 항목을 만들어 사용자가 지정한 층의 물량을 기반으로 전체 층의 층별, 부위별 물량을 자동으로 산출해 주는 기능을 가지고 있다.
수집되는 항목은 6시그마를 통해 분석된 타워크레인 양중에 영향을 주는 인자(factor)들 중 직접 측정으로 분석되는 자료로 한정 하였다. 수집되는 정보의 종류는 높이, 기온, 풍속, 타워크레인 앵글 각도, 반경 등이며, 특히 앵글 각도와 반경 정보는 야적장 위치 정보를 포함하는 의미가 있어 보다 더 정확한 양중 관련 실적자료를 수집할 수 있었다.
사용자가 층당 3일 사이클을 목표로 한 층은 60층이며 H30 기종일 경우에는 58층까지, MD 365B 기종은 69층까지 가능함을 알 수 있다. 이는 상대적으로 저가인 H30기종을 사용 시 목표한 3일 사이클 달성에 가능하며, MD 365B 기종을 사용 시 장비 가격은 상승하지만 3일 사이클을 9개층 정도 더 진행하여 달력일로 12일 정도 공기 단축이 가능함을 의미한다. 이러한 정보를 바탕으로 프로젝트 상황에 가장 적합하고 목표한 전체 공기에 가장 경제적인 장비를 선정 할 수 있다.

후속연구

6) 6시그마 기법을 적용하여 연구 범위 및 개발 방향 등을 합리적으로 분석하여 추진함으로써 연구자의 주관적 오류를 최소화 하였으며 보다 체계적인 연구를 진행 할 수 있었다.
공정과 연계된 타워크레인 선정 시스템 개발 결과를 바탕으로 당사에서 기 개발된 타워크레인 안전성 검토 프로그램인 OptiCRANE¹¹⁾과 연동을 시켜 양중 장비에 대한 다각적인 검토가 가능한 패키지를 개발할 예정이다.
기존 연구방식에서는 실적자료를 기반으로 한 양중물 대상별로 그룹핑 한 사이클 시간을 일률적으로 전체 건축물을 동일한 시간을 적용하지만 본 시스템은 사용자가 입력하는 정보를 근간으로 실시간으로 작성되는 회귀모델을 사용하기 때문에 좀 더 정확한 분석 자료를 제공한다.
또한 3D 기반의 설계 프로젝트들이 가속화 되고 있는 현실을 반영하여 BIM(Building Information Modeling)기술을 도입하여 타워 크레인 최적 위치 선정, 골조 및 후속 공정과의 간섭 사항 검토가 가능하도록 개발할 예정이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	초고층 건축물 시공 시 가장 중요한 기술은 무엇인가?	초고층 건축물 시공 시 필요한 요소기술 중 가장 중요한 기술은 양중 기술이며, 특히 수직 물류를 담당하고 있는 타워크레인의 적정성 여부는 전체 프로젝트 공기 준수에 지대한 영향을 준다고 할 수 있다.
	전체 프로젝트 공기 준수에 지대한 영향을 주는것은 무엇인가?	초고층 건축물 시공 시 필요한 요소기술 중 가장 중요한 기술은 양중 기술이며, 특히 수직 물류를 담당하고 있는 타워크레인의 적정성 여부는 전체 프로젝트 공기 준수에 지대한 영향을 준다고 할 수 있다.
	양중 계획 시 담당자가 활용하기에 용이하고 체계적인 양중 분석이 가능한 시스템의 적용 효과 및 성과는 무엇인가?	1) 극 초고층 프로젝트는 규모상 제한된 정보를 가지고 초기 검토를 진행해야 되는데 본 시스템을 활용 시 비교적 정확한 양중 장비 및 공기 예측이 가능하다. 2) 극 초고층에서 양중 부하에 직 간접적으로 영향을 주는 요인들을 당사에서 시공 중인 Burj Dubai 실적 자료를 활용하여 예측의 정확도를 높였다. 3) 실적 자료 활용에 있어서 고정된 통계 모델이 아닌 사용자가 입력하는 정보에 반응하는 변동형 통계모델을 사용하였으며, 특히 현장 데이터를 축적하여 상위층의 층당 공기를정확히 예측할 수 있는 기능도 있다. 4) 시공 사례가 없는 극 초고층 프로젝트 검토 시 층별 공기를 양중 장비를 통해 예측 및 검증할 수 있는 이론 및 알고리즘을 개발 하였다. 5) 분석을 통하여 선정된 복수의 타워크레인을 이용하여 해당 프로젝트에서 공기 측면과 경제성 측면을 동시에 검토할 수 있게 하였다. 6) 6시그마 기법을 적용하여 연구 범위 및 개발 방향 등을 합리적으로 분석하여 추진함으로써 연구자의 주관적 오류를 최소화 하였으며 보다 체계적인 연구를 진행 할 수 있었다.

참고문헌 (6)

강경인, 서덕석, 남시대, 고층 건축물의 양중계획 합리화에 관한 연구. 대한건축학회 학술발표 논문집. 제16권 제1호 pp.447-450. 1996.4
김정진, 최인성, 초고층 건축공사의 양중계획 시스템에 관한 연구, 한국건축시공학회 논문집, 제5권 제4호, pp.121-129, 2005.12

원문보기 상세보기
이현수, 채희동, 장명훈 고층 건축공사의 타워크레인 계획 프로세스개발, 대한건축학회 논문집, 제18권 제6호, pp.119-126, 2002.6
C.M Tam, W.T Leung, D.K Liu, Nonlinear Models for Predicting Hoisting Times of Tower Cranes. Journal of Computing in Civil Engineering, pp.76-81, 2002

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W.T Leung, C.M Tam, D.K Liu, Comparative study of artificial neural networks and multiple regression analysis for predicting hoisting times of tower cranes. Building and Environment , pp.457-467, 2001

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W.T Leung, C.M Tam, Models For Assessing Hoisting Times of Tower Cranes. Journal of Construction Engineering and Management, pp.385-391, 1999

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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