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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 위의 PMIS와 BIM의 장점을 결합하여 DB를 구성하도록 한다. PMIS와 속성 값에 해당하는 영향요소를 결합하여 현장에 적용시키는 연구는 김현수(2010)에서 가능성을 확인 하였으며, 이광표(2010)의 연구에서 BIM과 공정 관련 정보 및 안전 정보를 연계하는 모델을 제시하였다.
- 본 연구에서는 상용 BIM프로그램으로 설계된 건물 오브젝트가 가지고 있는 기하학적 정보를 추출하고, 이를 비공간적 정보인 위험 영향요소들과 결합하여 유사 재해사례를 검색하는데 사용한다.
- 본 연구에서는 이러한 한계점을 극복하고자, 현장의 조건을 반영하여 질의를 생성하고, 그 결과에 시간∙공간적 정보를 추가한 재해사례 검색시스템을 개발하였다.
- 이를 바탕으로 현장의 조건을 반영하여 질의를 생성하고, 그 결과에 시간∙공간적 정보를 추가한 재해사례 검색시스템을 개발하는 것을 그 목적으로 한다.
제안 방법
- 1) 설문은 AHP를 적용할 수 있도록 쌍대비교 방법을 적용하였다. 설문은 안전관리 경력이 10년 이상의 담당자를 중심으로 수행하였다.
- 입력된 영향요소의 수에 따라 예비계획, 월간계획, 일일계획으로 구분 된 유사 재해사례를 찾을 수 있다. 각각의 재해사례는 BIM 도면에서 추출한 오브젝트와 결합되어 위험원의 좌표와 존치기간을 제공한다.
- 안전에 관련된 재해사례를 시스템 상에서 자동적으로 모든 요소들에 대한 검색을 수행함으로써 위험원을 찾는 것의 효율을 기존 시스템에 비해 높였다. 검색을 통해 얻은 결과는 안전관리자의 업무를 효율적으로 수행할 수 있도록 위험원에 대한 유사과거재해사례, 위험원의 위치(좌표), 위험원의 존치기간이 나타나도록 하였다. 이뿐 아니라 기존 BIM의 활용폭을 공정, 원가, 유지관리 분야 뿐 아니라 안전관리 분야까지 확장 시킬 수 있음을 보여주었다.
- 그 뒤 검색의 종류에 따라 질의문을 생성하고, 이를 내부 표현으로 변환한다. 과거 재해 사례와 현장의 조건 값을 반영한 내부표현을 비교하여 유사도를 계산함으로써 유사재해사례를 추출해낸다.
- 정보 검색 모듈에서는 1차적으로 추출한 BIM 속성 값의 수와 정도에 따라 검색의 종류를 결정하고, 그 종류에 따라 AHP 결과 값을 불러온다. 그 뒤 검색의 종류에 따라 질의문을 생성하고, 이를 내부 표현으로 변환한다. 과거 재해 사례와 현장의 조건 값을 반영한 내부표현을 비교하여 유사도를 계산함으로써 유사재해사례를 추출해낸다.
- 첫째, 기존 안전관리 검색시스템과 BIM에 관하여 선행 연구를 고찰한다. 둘째, 안전관리 검색 시스템을 구축하기 위해 본 연구의 목적에 부합하는 검색 방법을 찾고, BIM과 검색 엔진을 요소기술로 하는 안전관리 추론 모델을 제안한다. 셋째, 모델의 사례 적용을 통해 본 연구에서 제시한 안전관리 추론 모델의 유효성을 확인한다.
- 대부분의 건설현장에서 MS-Excel을 기반으로 공정, 공사비 관리를 하며, 상용 BIM 프로그램에서 오브젝트를 추출할 때, 데이터를 MS-Excel의 스프레드 시트 형식으로 표현이 가능하기 때문에 업무의 효율을 높일 수 있을 것이라 판단하였다. 또한 상용 BIM 프로그램은 ArchiCAD를 사용하여 건축물을 모델링한다. 이 경우 발생할 수 있는 문제점은 모델링 과정에서 대체적으로 철근 배근에 관한 모델링을 하지 않는 경우가 존재하며, 모델링을 한다고 하더라도 프로그램 상의 오브젝트의 수가 과도하게 증가하게 되어, 프로그램의 성능이 현저히 떨어진다.
- 먼저 위험 영향요소와 관련된 문헌조사를 통해 1차적으로 27개의 요소를 도출하였고, 통계 기반 자료 조사를 바탕으로 17개의 요소를 도출하였다. 최종적으로 10년 이상 경력의 안전 관리자 42명과의 1차 예비 설문을 통하여 10개의 영향요소를 도출하였고, 상세한 과정은 그림 5와 같다.
- 설문은 안전관리 경력이 10년 이상의 담당자를 중심으로 수행하였다. 배포한 50부의 설문지 중 43부를 회수하였으며, 이중 일관성 지수(Contingency Index : CI)가 0.1 이하인 설문지를 바탕으로 요소 별 가중치를 분석하였고, 그 결과는 표 2와 같다.
- 본 연구에서 제안하는 재해사례 검색시스템의 검증은 KOSHA에서 제공하는 건설중대재해사례 검색시스템과의 비교를 통해서 수행하기로 한다. 검색엔진의 성능을 평가한다면, 다양한 부분을 고려할 수 있다.
- 하지만 기술의 발달로 DB를 처리하는 속도가 향상되었고, 단순한 조회 알고리즘이라도 충분한 성능을 발휘한다. 본 연구에서는 개별 질의를 DB와 일괄 비교하는 방식을 채택하여 검색을 수행한다. 검색을 수행하기 위해서 3가지 DB가 필요하다.
- 앞의 항에서 추출한 10개의 영향요소들이 색인으로 질의를 구성할 때 각각의 가중치를 구하기 위해 Saaty(1980)에 의해 개발된 계층분석기법(analytic hierachy process, 이하 AHP)을 사용한다. 본 연구에서는 정성적인 요소들을 정량적으로 표현할 수 있는 특성을 활용하여, 영향요소의 가중치를 구하는데 사용한다.
- 이 모델에서 가장 중요한 것은 검색결과의 순위화가 아니라 사용자 기호에 근거한 프로파일 작성 부분이다(Manning 외 2008). 사용자 기호에 근거한 프로파일을 작성하기 전 안전 관리자가 필요로 하는 정보를 검색할 수 있는 색인을 프로파일로 사용하며, 그 과정은 다음 절에서 상술하기로 한다.
- 둘째, 안전관리 검색 시스템을 구축하기 위해 본 연구의 목적에 부합하는 검색 방법을 찾고, BIM과 검색 엔진을 요소기술로 하는 안전관리 추론 모델을 제안한다. 셋째, 모델의 사례 적용을 통해 본 연구에서 제시한 안전관리 추론 모델의 유효성을 확인한다.
- 위의 방법으로 개별 영향요소의 유사도를 구한 뒤 사례별 유사도(similarity score, SS)를 구한다. 이 값은 각 건설재해사례의 개별 영향요소에 해당하는 색인 항목에 대한 유사도(SI)에 가중치(M)를 곱한 값을 합산하여 구하며, 식 3과 같이 표현한다.
- 그리고 건설 프로젝트의 불확실성으로 인해 각 시기별로 획득할 수 있는 정보의 양과 수준은 구별된다. 이러한 점을 고려하여 선행연구에서 분석한 기존 재해 검색 시스템의 문제점 중 하나인 안전관리 계획 수립 단계를 포함하지 못하는 것을 해결하기 위해 앞서 추출한 10가지 요소 중 안전 계획 수립 단계별로 가용한 요소들을 분류하였다. 분류는 각 영향요소별 세분류 기준(이현수 외 2009)의 예상 가능성이 높은 경우를 기준으로 정리하였고, 그 결과는 표 1과 같다.
- 하지만 실제 철근을 ArchiCAD나 Revit에서 모델링하게 되면 오브젝트의 수가 비정상적으로 많아지고, 이를 맵핑하는 과정이 과도하게 업무를 유발 시킬 가능성이 존재한다. 이를 해결할 수 있는 방법은 구조체를 ArchiCAD나 Revit를 통해 모델링하고, IFC 기준으로 변환 뒤에 추출한 뒤, 철근 배근 전문 모델링 툴인 Allplan에서 불러들여 철근을 모델링한다. 그 뒤에 ArchiCAD나 Revit에서 추출한 정보와 Allplan에서 추출한 정보를 결합한다면 앞서 제시한 단점을 극복할 수 있는 한 방법이 된다.
- 때문에 안전관리자가 직접 위험원이 존재하는 지역과 그에 대한 대책을 연결(mapping)하는 과정이 필요하여 효율성이 낮았다. 이상의 내용을 요약하여 본 연구에 적용하면 위험요소에 대한 질의문(query)을 자동으로 생성하고, 검색을 수행하며, 그 결과 값에 위험요소가 발생할 시점과 장소를 나타내는 것이다.
- 건설 안전관리 분야에서 과거 재해사례를 활용하기 위해 사례기반추론(Case-based Reasoning, CBR)과 DB 구축을 통한 검색시스템 등의 접근법들이 시도되었다(안홍섭 1994, 문명완 외 1997, 문명완과 양극영 1997, 예태곤 1998, 고성석 외 2005, Kartram 1997, Carter and Smith 2006). 이상의 연구들에서 제시한 시스템은 안전 관리자가 현장 조건을 질의문(query)으로 변환하여 과거 유사 재해사례에 대한 검색을 수행한다. 또한 건설 현장에 존재하는 다수의 위험요소의 예방책 및 대응책을 찾기 위해 각각의 경우에 대해 검색을 수행하여야 한다.
- 이 두가지를 평가의 척도로 검증을 진행하기로 한다. 질의의 색인은 건설중대재해사례 중 3건을 뽑아 각각의 단어별로 색인화 하여 수행하였으며, 그 결과는 표 5와 같다.
- 첫째, 기존 안전관리 검색시스템과 BIM에 관하여 선행 연구를 고찰한다. 둘째, 안전관리 검색 시스템을 구축하기 위해 본 연구의 목적에 부합하는 검색 방법을 찾고, BIM과 검색 엔진을 요소기술로 하는 안전관리 추론 모델을 제안한다.
- 먼저 위험 영향요소와 관련된 문헌조사를 통해 1차적으로 27개의 요소를 도출하였고, 통계 기반 자료 조사를 바탕으로 17개의 요소를 도출하였다. 최종적으로 10년 이상 경력의 안전 관리자 42명과의 1차 예비 설문을 통하여 10개의 영향요소를 도출하였고, 상세한 과정은 그림 5와 같다.
대상 데이터
- 포괄적 의미의 건설 재해는 기계적인 위험, 화학적 위험, 전기∙열 등의 에너지 위험, 작업적 위험을 통해 발생하는 원하지 않는 사상 혹은 사건(undesirable event)을 모두 포함한다. 본 연구의 안전관리 검색 시스템은 이중 작업자와 관련된 재해(occupational risk)만을 대상으로 하며, 모델 구축과 검증은 국내 오피스 빌딩과 아파트의 골조공사를 중심으로 실행한다. 연구는 다음과 같은 절차에 따라 진행한다.
- 1) 설문은 AHP를 적용할 수 있도록 쌍대비교 방법을 적용하였다. 설문은 안전관리 경력이 10년 이상의 담당자를 중심으로 수행하였다. 배포한 50부의 설문지 중 43부를 회수하였으며, 이중 일관성 지수(Contingency Index : CI)가 0.
이론/모형
- 가중치를 구하기 위한 설문지는 이현수 외(2009)에서 제시한 설문을 활용한다.1) 설문은 AHP를 적용할 수 있도록 쌍대비교 방법을 적용하였다.
- 본 연구에서는 안전 관리자 중심의 시스템을 구현하기 위해 정보 여과 모델 중 하나인 루팅 모델(routing model)을 도입하기로 한다. 이 모델에서 가장 중요한 것은 검색결과의 순위화가 아니라 사용자 기호에 근거한 프로파일 작성 부분이다(Manning 외 2008).
- 따라서 다양한 요소를 복합적으로 고려해야 재해의 발생을 예방할 수 있다. 본 연구에서는 이현수 외(2009)의 연구에서 제시한 위험 영향요소를 사용하며, 연구의 방법은 다음과 같다.
- 앞의 항에서 추출한 10개의 영향요소들이 색인으로 질의를 구성할 때 각각의 가중치를 구하기 위해 Saaty(1980)에 의해 개발된 계층분석기법(analytic hierachy process, 이하 AHP)을 사용한다. 본 연구에서는 정성적인 요소들을 정량적으로 표현할 수 있는 특성을 활용하여, 영향요소의 가중치를 구하는데 사용한다.
성능/효과
- 개발한 시스템을 통해 안전 관리자에게 단계별 재해 예방대책을 수립하기 위한 계획을 세우는데 도움을 줄 수 있다. 안전에 관련된 재해사례를 시스템 상에서 자동적으로 모든 요소들에 대한 검색을 수행함으로써 위험원을 찾는 것의 효율을 기존 시스템에 비해 높였다.
- 본 연구에서 제안하는 검색방법은 KOSHA의 재해사례 검색에 비해 전반적으로 정확도와 재현율이 높음을 알 수 있으며, 색인이 많을수록 재현율이 KOSHA 시스템에 비해 높음을 알 수 있다.
- 개발한 시스템을 통해 안전 관리자에게 단계별 재해 예방대책을 수립하기 위한 계획을 세우는데 도움을 줄 수 있다. 안전에 관련된 재해사례를 시스템 상에서 자동적으로 모든 요소들에 대한 검색을 수행함으로써 위험원을 찾는 것의 효율을 기존 시스템에 비해 높였다. 검색을 통해 얻은 결과는 안전관리자의 업무를 효율적으로 수행할 수 있도록 위험원에 대한 유사과거재해사례, 위험원의 위치(좌표), 위험원의 존치기간이 나타나도록 하였다.
- 검색을 통해 얻은 결과는 안전관리자의 업무를 효율적으로 수행할 수 있도록 위험원에 대한 유사과거재해사례, 위험원의 위치(좌표), 위험원의 존치기간이 나타나도록 하였다. 이뿐 아니라 기존 BIM의 활용폭을 공정, 원가, 유지관리 분야 뿐 아니라 안전관리 분야까지 확장 시킬 수 있음을 보여주었다.
후속연구
- 우선 PMIS 등의 풍부한 데이터원이 없을 경우 자료의 입력에 많은 노력이 필요하며, 상용 BIM 가시설물을 지원하지 않기 때문에 이 부분에 대한 내용이 부족하다. 그리고 보다 효율적인 위험원의 인지를 위하여 오브젝트의 좌표뿐만 아니라 시각적으로 인지할 수 있는 3D 모델과 검색시스템과의 연동이 필요할 것으로 예상된다. 또한 발생한 재해 사례에 대한 정확한 저장기준 혹은 분석 기준이 있어야 한다.
- 또한 건설 현장에 존재하는 다수의 위험요소의 예방책 및 대응책을 찾기 위해 각각의 경우에 대해 검색을 수행하여야 한다. 따라서 이러한 연구들은 검색 결과의 효용성은 확보하였지만, 결과를 도출하는 과정에서 효율성이 확보되지 못하였다는 한계점이 존재한다.
- 재해 사례 검색 시스템이 주로 안전 관리자가 사용한다는 점을 고려한다면, 안전 관리자가 필요한 질의를 시스템 상에서 생성하고 이를 검색하는 것이 효율적이다. 또한 검색 결과에 위험원의 위치 혹은 좌표가 표현 된다면 안전 관리 활동에 더욱 도움이 될 것이다.
- 기존의 재해사례는 실제 안전관리에 활용하기에는 정보가 충분하지 않을 수 있다. 향후 연구를 통해 위의 문제점들을 해결하고, 더욱 축적된 재해 사례를 바탕으로 서버를 구성한다면, 재해 예방에 더욱 도움이 될 것이다.
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