군 내무생활관, 독신자 숙소 등은 동일한 평면이 반복되면서 대량으로 건설되는 대표적인 공공건축물이다. 이들 건축물들은 향후 군 구조개편시 부대의 이동, 재편에 따라 건축물의 해체 및 재사용 등이 요구되는 경우도 있다. 이러한 이유로 2005년 이래 군 건축물에 대해 철골조 기반의 공업화 건축공법인 모듈러 공법의 도입이 이루어져 왔다. 군 건축물에 모듈러 공법을 적용함에 있어 가장 중요한 요소는 표준화를 통한 공사비 절감, 건축물의 해체 및 재사용의 용이성 등이나 기존의 모듈러 군시설들은 이러한 요구를 만족시키지 못하였다. 본 연구는 향후 많은 수요가 예측되며 표준화된 모델을 적용하기 용이한 군독신자 숙소를 대상으로 식스-시그마 방법론을 이용한 모듈러 건축 시스템을 제안한다. 식스-시그마방법론을 적용하면 개발 단계에서 고객 요구사항을 주요 설계요소인 CTQ에 반영할 수 있고 이를 기반으로 설계 컨셉의 도출이 가능하다. 분석 결과 공사비 절감은 면적당 골조 중량, 재사용 용이성은 공장제작 비율의 지표로 나타낼 수 있음을 확인하였다. 본 연구에서 제안된 BOQ시스템은 기존의 모듈러 시스템에 비해 공장제작비율은 약 80% 향상되고, 면적당 골조의 중량은 기존 모듈러 시스템에 비해 62% 절감되어 충분한 경쟁력을 가지고 있는 것으로 평가되었다.
군 내무생활관, 독신자 숙소 등은 동일한 평면이 반복되면서 대량으로 건설되는 대표적인 공공건축물이다. 이들 건축물들은 향후 군 구조개편시 부대의 이동, 재편에 따라 건축물의 해체 및 재사용 등이 요구되는 경우도 있다. 이러한 이유로 2005년 이래 군 건축물에 대해 철골조 기반의 공업화 건축공법인 모듈러 공법의 도입이 이루어져 왔다. 군 건축물에 모듈러 공법을 적용함에 있어 가장 중요한 요소는 표준화를 통한 공사비 절감, 건축물의 해체 및 재사용의 용이성 등이나 기존의 모듈러 군시설들은 이러한 요구를 만족시키지 못하였다. 본 연구는 향후 많은 수요가 예측되며 표준화된 모델을 적용하기 용이한 군독신자 숙소를 대상으로 식스-시그마 방법론을 이용한 모듈러 건축 시스템을 제안한다. 식스-시그마방법론을 적용하면 개발 단계에서 고객 요구사항을 주요 설계요소인 CTQ에 반영할 수 있고 이를 기반으로 설계 컨셉의 도출이 가능하다. 분석 결과 공사비 절감은 면적당 골조 중량, 재사용 용이성은 공장제작 비율의 지표로 나타낼 수 있음을 확인하였다. 본 연구에서 제안된 BOQ시스템은 기존의 모듈러 시스템에 비해 공장제작비율은 약 80% 향상되고, 면적당 골조의 중량은 기존 모듈러 시스템에 비해 62% 절감되어 충분한 경쟁력을 가지고 있는 것으로 평가되었다.
Military Barracks and Bachelor Officer's Quarters are public buildings representing architectural characteristics with repeating the same room modules. These buildings require easy dismantling and reusing for the next generation' military re-organization. For these reasons, since 2005, the modular c...
Military Barracks and Bachelor Officer's Quarters are public buildings representing architectural characteristics with repeating the same room modules. These buildings require easy dismantling and reusing for the next generation' military re-organization. For these reasons, since 2005, the modular construction has been applied to military buildings. The most important factors required for modular military buildings are standardization, lowcost construction and reusable construction method. However, conventional modular building system have not been matched with these requirements. This study suggests a new modular system for Bachelor Officer's Quarters using Six-sigma design tool. To reflect the voices of customers, market study and surveys were carried out. Through the QFD, the voices of customers were converted into quality characteristics of building system for BOQ. The various design concepts meeting customer's requirement were derived by the QFD and Pugh matrix methodology. The proposed modular building system shows 80% increased factory production rate and 62% decreased weight of steel frame as compared with the conventional modular building system.
Military Barracks and Bachelor Officer's Quarters are public buildings representing architectural characteristics with repeating the same room modules. These buildings require easy dismantling and reusing for the next generation' military re-organization. For these reasons, since 2005, the modular construction has been applied to military buildings. The most important factors required for modular military buildings are standardization, lowcost construction and reusable construction method. However, conventional modular building system have not been matched with these requirements. This study suggests a new modular system for Bachelor Officer's Quarters using Six-sigma design tool. To reflect the voices of customers, market study and surveys were carried out. Through the QFD, the voices of customers were converted into quality characteristics of building system for BOQ. The various design concepts meeting customer's requirement were derived by the QFD and Pugh matrix methodology. The proposed modular building system shows 80% increased factory production rate and 62% decreased weight of steel frame as compared with the conventional modular building system.
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문제 정의
또한 향후 군 구조개편 등에 따른 해체 및 재사용에 대한 요구 또한 증가하고 있는 건축물 유형이다. 본 연구는 군 독신자 숙소의 직접적인 내부 고객인 설계사, 모듈제작사, 시공사 및 외부고객인 군시설 담당자, 독신 장교 등을 대상으로 한 VOC에 기반하여 모듈러 BOQ시스템을 개발하였다. 개발 과정에서 QFD, Fugh Matrix등 식스-시그마에서 사용되는 기법들을 이용해 최적의 시스템 설계가 가능하도록 하였다.
본 연구에서는 식스-시그마 방법론을 이용해 모듈러 공법을 이용한 BOQ건축 시스템을 제안하였다. 군 시설 중 독신자숙소는 표준화된 평면의 적용이 용이하면서 향후 시설개선 요구의 증가가 예산되는 건축물이다.
군 독신자 숙소((Bachelor Officer's Quarters ; BOQ)는 표준화가 쉬워 공업화 시스템을 이용한 신공법 적용이 용이한 건축물 유형으로 평가된다. 본 연구에서는 식스-시그마 연구방법론을 이용하여 군 독신자 숙소에 특화된 모듈러 건축 시스템을 개발하였다. 개발 초기 단계에서 고객 요구사항을 주요 설계 지표에 반영하고 이를 기반으로 설계 컨셉을 도출하였다.
제안 방법
11가지 품질 특성 중 상위 6개 항목을 잠재적 CTQ 로 선정하여 현 수준을 파악하고, 개발 목표치를 설정하였다. 표 6은 상위 6개 품질특성의 특성 및 현수준(기존 내무생활관용 모듈 기준)을 나타낸다.
BOQ 모듈 골조 설계와 관련해서는 총 4 종류의 단위 골조를 조합하도록 설계하였다. 표 14와 같이 중복도는 모듈의 측면에 캔틸레버 형식으로 부착하여 현장 작업을 최소화하면서도, 기둥이 중복되는 부위를 없애서 최적 골조설계가 가능하도록 하였다.
본 연구는 군 독신자 숙소의 직접적인 내부 고객인 설계사, 모듈제작사, 시공사 및 외부고객인 군시설 담당자, 독신 장교 등을 대상으로 한 VOC에 기반하여 모듈러 BOQ시스템을 개발하였다. 개발 과정에서 QFD, Fugh Matrix등 식스-시그마에서 사용되는 기법들을 이용해 최적의 시스템 설계가 가능하도록 하였다. 특히 CTQ로 선정된 면적당 골조 중량은 기존 모듈러 시스템의 62% 수준으로 절감되고, 공장제작비율은 80% 향상됨을 확인하였다.
본 연구에서는 식스-시그마 연구방법론을 이용하여 군 독신자 숙소에 특화된 모듈러 건축 시스템을 개발하였다. 개발 초기 단계에서 고객 요구사항을 주요 설계 지표에 반영하고 이를 기반으로 설계 컨셉을 도출하였다. 분석 결과, 공사비 절감은 면적당 골조 중량, 재사용 용이성은 공장제작 비율의 지표로 나타낼 수 있음을 확인하였다.
다음으로 모듈의 공장제작 및 현장설치 프로세스를 설계하였다. 기존 프로세스의 현장 설치 공정 중 7개를 공장제작이 가능하도록 하여 공장 제작율을 극대화 하였다.
다음 단계에서는 표 5와 동일한 방법으로 품질특성-기능 상관관계를 분석하고, 주요 기능별 설계 컨셉을 도출하였다. 품질특성과 기능의 상관 관계표는 표 9와 같다.
다음으로 모듈의 공장제작 및 현장설치 프로세스를 설계하였다. 기존 프로세스의 현장 설치 공정 중 7개를 공장제작이 가능하도록 하여 공장 제작율을 극대화 하였다.
단위실 설계 결과 폭을 3.3m로 하고, 공장제작율을 극하화하기 위한 창호 및 매관 새프트를 설계하였다.
이와 같은 방법으로 총 5가지 설계 컨셉안을 도출하였다. 도출된 설계안에 대해서는 Pugh 매트릭스를 이용해 기존 시스템과의 주요 항목별 우열을 평가하였다. 표 11은 Pugh매트릭스를 이용한 최적 설계안 도출 결과를 나타낸다.
본 연구에서는 영국의“T"사의 군모듈러 시스템을 벤치마킹하여 목표 수준을 표 7과 같이 설정하였다.
앞에서 도출된 CTQ에 따라 BOQ시스템을 설계하기 위해서 주요 기능을 도출하였다. 주요 핵심기능은“모듈운송기능”, "모듈조립기능“, ”모듈사용기능“ 등으로 주요 기능별 요구사항은 그림 7과 같다.
표 13은 횡단면 상세 설계 결과를 나타낸다. 앞에서 도출된 설계 컨셉과 같이 상부 모듈에 지붕 프레임을 일체화함으로써, 골조 물량을 최소화하면서 공장제작율을 높일 수 있도록 하였다.
주요 설계기능에 대한 솔루션을 도출하고 이들 솔루션을 조합하여 잠재적 설계 컨셉을 도출하였다. 표 10은 주요 기능별 솔루션을 나타낸다.
첫 번째 항목인 공장 제작율은 최종 설계안에 대한 설계 내역서의 공사비를 기준으로 평가하였다. 비교대상인 기존의 군내무생활관의 공장제작비율이 42%임에 비해, 본 연구 결과 설계된 모듈러 BOQ의 공장제작 비율은 75.
BOQ 모듈 골조 설계와 관련해서는 총 4 종류의 단위 골조를 조합하도록 설계하였다. 표 14와 같이 중복도는 모듈의 측면에 캔틸레버 형식으로 부착하여 현장 작업을 최소화하면서도, 기둥이 중복되는 부위를 없애서 최적 골조설계가 가능하도록 하였다.
최종 설계된 설계안에 대해설계 검증을 실시하였다. 표 8의 CTQ와 추가적으로 공사비를 평가함으로써 개발 시스템의 적합성을 검증하였다. 최종 설계 검증 항목은 및 평가 방법은 표 16와 같다.
데이터처리
최종 설계된 설계안에 대해설계 검증을 실시하였다. 표 8의 CTQ와 추가적으로 공사비를 평가함으로써 개발 시스템의 적합성을 검증하였다.
이론/모형
본 연구는 식스-시그마 방법론을 BOQ시스템 제품 개발 전 과정에 적용하였다. 식스-시그마는 1980년대 모토로라사에서 처음 개발되어 사용되다(Pheng, 2004) 1990년대에 GE사의 잭웰치 등에 의해 전 세계적으로 널리 알려졌고, 1990년대 후반 이후 국내의 다수 제조업 분야의 대기업들이 생산성 향상과 프로세스 개선, 신제품 개발 등에 적용하고 있는 혁신 방법론이다(김세준, 2006).
본 연구에서는 BOQ개발과 관련하여, 고객(군)의 요구도출, 최적의 BOQ설계를 위한 QFD (Quality Function Deployment)방법론 적용 및 CTQ정의, 최적 컨셉안 도출을 위한 Pugh 매트릭스 적용 등 식스-시그마의 대표적인 방법론을 적용하였다.
성능/효과
건식 공법으로 전기 난방 등을 적용하면, 건축+전기+통신+소방공사를 포함한 총 공사비는 RC공사의 약 82% 수준으로 설계목표치에는 약간 미치지 못하지만 상당한 공사비 절감 효과가 있음을 확인하였다. 설비 방식의 차이로 직접적인 비교는 불가능하지만, 이동 및 재사용을 전제로 건식공법을 적용한다는 점에서 본 연구를 통해 개발된 모듈러 BOQ를 적용할 경우, 공사비 절감이 가능할 것으로 평가되었다.
특히 CTQ로 선정된 면적당 골조 중량은 기존 모듈러 시스템의 62% 수준으로 절감되고, 공장제작비율은 80% 향상됨을 확인하였다. 결과적으로 기존의 RC BOQ와 비교하여도 충분한 가격경쟁력을 확보하는 것으로 평가되었으며(건축 공사비 기준 약 5% 공사비 절감), 본 연구를 통해 개발된 시스템은 향후 노후된 군 독신자 숙소를 대체할 수 있는 유력한 대안 시스템이 될 수 있을 것으로 평가된다.
두 번째 평가항목인 골조중량은 최종 설계 결과 지붕층을 제외할 경우 기존 모듈러 공법의 약 75% 수준으로 평가되었다. 지붕층을 포함할 경우, 본 설계 결과 지붕층의 골조가 상부모듈에 통합되어 면적당 골조 물량이 60.
모듈러 공법은 표준화된 모듈의 대량 생산을 통해 공사비 절감이 가능하나 기존의 군 공사의 경우 소량 생산으로 인해 RC대비 공사비가 오히려 상승하였고, 전체 공사비 중에서는 골조공사비가 가장 과다하게 소요되는 것으로 분석되었다. 그림 2는 9개의 RC 군시설과 2개의 모듈러 군시설의 공사비를 비교한 그래프로, 유사한 총 공사비 수준에서 모듈러 공법의 골조 공사비가 과다하게 소요됨을 알 수 있다.
분석 결과 Concept 2가 가장 높은 점수를 갖는 것으로 평가되었다.
분석 결과“외장재 접합 기능”, “설비배관 접합 기능”, “운송 및 시공 중 강우 대앙 기능”, “중복도 포함 모듈접합 기능”, “트레일러 적재 기능”등이 높은 우선순위를 갖는 것으로 평가되었다.
개발 초기 단계에서 고객 요구사항을 주요 설계 지표에 반영하고 이를 기반으로 설계 컨셉을 도출하였다. 분석 결과, 공사비 절감은 면적당 골조 중량, 재사용 용이성은 공장제작 비율의 지표로 나타낼 수 있음을 확인하였다.
첫 번째 항목인 공장 제작율은 최종 설계안에 대한 설계 내역서의 공사비를 기준으로 평가하였다. 비교대상인 기존의 군내무생활관의 공장제작비율이 42%임에 비해, 본 연구 결과 설계된 모듈러 BOQ의 공장제작 비율은 75.19%로 공장제작율이 약 80% 향상(33.19% 포인트 향상)된 것으로 평가되었다. 이는 대부분의 설비배관 및 실내 마감공정이 공장에서 이루어졌기 때문으로, 그림 11은 기존 모듈러 시스템과의 공장제작 및 현장설치 프로세스를 비교하여 나타낸다.
건식 공법으로 전기 난방 등을 적용하면, 건축+전기+통신+소방공사를 포함한 총 공사비는 RC공사의 약 82% 수준으로 설계목표치에는 약간 미치지 못하지만 상당한 공사비 절감 효과가 있음을 확인하였다. 설비 방식의 차이로 직접적인 비교는 불가능하지만, 이동 및 재사용을 전제로 건식공법을 적용한다는 점에서 본 연구를 통해 개발된 모듈러 BOQ를 적용할 경우, 공사비 절감이 가능할 것으로 평가되었다.
세 번째 평가 항목인 공사비 비교에서 그림 9의 기존 RC BOQ와 비교하면, 건축공사비만 비교할 경우 설계안이 약 95% 수준으로 약 5%의 공사비 절감이 가능한 것으로 분석되었다. 표 17 및 그림 13은 RC BOQ와 본 연구의 모듈러 BOQ 설계안의 건축공사비를 항목별로 비교한 결과이다.
표 17 및 그림 13은 RC BOQ와 본 연구의 모듈러 BOQ 설계안의 건축공사비를 항목별로 비교한 결과이다. 재료비는 약 34% 증가하지만, 노무비가 56% 감소하여 전체적인 건축공사비는 약 5%의 절감효과가 있음을 볼 수 있다.
두 번째 평가항목인 골조중량은 최종 설계 결과 지붕층을 제외할 경우 기존 모듈러 공법의 약 75% 수준으로 평가되었다. 지붕층을 포함할 경우, 본 설계 결과 지붕층의 골조가 상부모듈에 통합되어 면적당 골조 물량이 60.51kg/m2 수준으로 기존 공법의 62% 수준으로 절감됨을 확인하였다. 그림 12는 지붕층을 포함했을 때 기존의 모듈러 시스템과의 단위면적당 골조 중량을 비교하여 나타낸다.
상세 설계 결과 최종 BOQ설계안은 그림 10과 같다. 최종 BOQ설계안은 그림 9의 20인실 RC BOQ와 동일한 규모를 가지며, 28개의 모듈러 유닛을 조합하여 시공이 가능하다.
개발 과정에서 QFD, Fugh Matrix등 식스-시그마에서 사용되는 기법들을 이용해 최적의 시스템 설계가 가능하도록 하였다. 특히 CTQ로 선정된 면적당 골조 중량은 기존 모듈러 시스템의 62% 수준으로 절감되고, 공장제작비율은 80% 향상됨을 확인하였다. 결과적으로 기존의 RC BOQ와 비교하여도 충분한 가격경쟁력을 확보하는 것으로 평가되었으며(건축 공사비 기준 약 5% 공사비 절감), 본 연구를 통해 개발된 시스템은 향후 노후된 군 독신자 숙소를 대체할 수 있는 유력한 대안 시스템이 될 수 있을 것으로 평가된다.
평가 결과“해체 용이성”, “공사비 절감”, “현장공기 단축”등이 가장 높은 우선순위를 갖는 것으로 평가되었다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
군 내무생활관, 독신자 숙소 등은 무엇으로 사용되기도 하는가?
군 내무생활관, 독신자 숙소 등은 동일한 평면이 반복되면서 대량으로 건설되는 대표적인 공공건축물이다. 이들 건축물들은 향후 군 구조개편시 부대의 이동, 재편에 따라 건축물의 해체 및 재사용 등이 요구되는 경우도 있다. 이러한 이유로 2005년 이래 군 건축물에 대해 철골조 기반의 공업화 건축공법인 모듈러 공법의 도입이 이루어져 왔다.
군 내무생활관, 독신자 숙소 등은 어떤 건축물인가?
군 내무생활관, 독신자 숙소 등은 동일한 평면이 반복되면서 대량으로 건설되는 대표적인 공공건축물이다. 이들 건축물들은 향후 군 구조개편시 부대의 이동, 재편에 따라 건축물의 해체 및 재사용 등이 요구되는 경우도 있다.
군 건축물에 모듈러 공법을 적용함에 있어 가장 중요한 요소는 무엇인가?
이러한 이유로 2005년 이래 군 건축물에 대해 철골조 기반의 공업화 건축공법인 모듈러 공법의 도입이 이루어져 왔다. 군 건축물에 모듈러 공법을 적용함에 있어 가장 중요한 요소는 표준화를 통한 공사비 절감, 건축물의 해체 및 재사용의 용이성 등이나 기존의 모듈러 군시설들은 이러한 요구를 만족시키지 못하였다. 본 연구는 향후 많은 수요가 예측되며 표준화된 모델을 적용하기 용이한 군독신자 숙소를 대상으로 식스-시그마 방법론을 이용한 모듈러 건축 시스템을 제안한다.
참고문헌 (10)
조봉호, 김홍진, 고광호, "모듈러 건축 시스템의 기술개발 동향 및 적용사례,"한국강구조학회지, Vol.19, No.1, pp112-119, 2007
Alaa Hassan, Ali Siadat, Jean-Yves Dantan, Patrick Martin, "Conceptual process lanning-an improvement approach using QFD, FMEA and ABC methods" Robotics and Computer-Integrated Manufacturing, Vol.26, No. 4, pp.392-401, 2010.
Akao, Yoji. "Development History of Quality Function Deployment". The Customer Driven Approach to Quality Planning and Deployment. Minato, Tokyo 107 Japan: Asian Productivity Organization. pp.339-351, 1994
J.A. Johnson and H. Gitlow,, S. Widener, E. Povovich, "Designing New Housing at the University of Miami: A "Six-sigma"DMADV/DFSS Case Study", Quality Engineering, Vol 18, No.3, pp.299-323, 2006
Low Sui Pheng and Mok Sze Hui, "Implementing and Applying Six-sigma in construction", Journal of construction Engineering and Management, ASCE, pp. 482-489, 2004
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