최근 국내에서 정착되고 있는 철근 공장가공은 절단손실 감소, 정밀도 향상 등의 장점과 도심지공사 증가, 숙련공 감소 등의 외부 요인으로 향후 비중이 증가할 것으로 예상된다. 그러나 공장가공을 하더라도 정척철근 (Straight rebar)을 사용하면 손실 발생 및 그로 인한 CO2배출 같은 환경 문제가 발생할 수밖에 없다. 이를 해결하기 위한 대안의 일환으로 코일철근(Bar in coil) 도입이 제안되었으나, 코일철근은 국내 미생산, 고가의 장비비 등의 이유로 국내 적용이 거의 전무하다. 또한 코일철근은 완전 자동화에 가까운 방식으로 가공되기 때문에 향후 높은 손실저감률과 가품질이 우수하여 국내 적용이 확대될 것으로 예상되나, 적용타당성 분석에 대한 연구가 부족한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 최근 국내 생산이 시작된 코일철근의 특성과 코일철근 도입이 철근가공 산업에 미치는 영향을 분석, 철근가공 산업 선진화를 위한 기초연구로서 진행한다. 이를 위해 국내 철근가공 산업의 현황을 조사하고, 코일철근 도입시 산업적 측면에서 적용성과 경제적 측면에서 이해관계자의 손익 타당성을 분석하고 향후 연구방향을 제시한다.
최근 국내에서 정착되고 있는 철근 공장가공은 절단손실 감소, 정밀도 향상 등의 장점과 도심지공사 증가, 숙련공 감소 등의 외부 요인으로 향후 비중이 증가할 것으로 예상된다. 그러나 공장가공을 하더라도 정척철근 (Straight rebar)을 사용하면 손실 발생 및 그로 인한 CO2배출 같은 환경 문제가 발생할 수밖에 없다. 이를 해결하기 위한 대안의 일환으로 코일철근(Bar in coil) 도입이 제안되었으나, 코일철근은 국내 미생산, 고가의 장비비 등의 이유로 국내 적용이 거의 전무하다. 또한 코일철근은 완전 자동화에 가까운 방식으로 가공되기 때문에 향후 높은 손실저감률과 가품질이 우수하여 국내 적용이 확대될 것으로 예상되나, 적용타당성 분석에 대한 연구가 부족한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 최근 국내 생산이 시작된 코일철근의 특성과 코일철근 도입이 철근가공 산업에 미치는 영향을 분석, 철근가공 산업 선진화를 위한 기초연구로서 진행한다. 이를 위해 국내 철근가공 산업의 현황을 조사하고, 코일철근 도입시 산업적 측면에서 적용성과 경제적 측면에서 이해관계자의 손익 타당성을 분석하고 향후 연구방향을 제시한다.
The proportion of rebar factory manufacturing which has been settled down in Korea recently seems to increase because of their strength such as high decreasing rate of rebar loss and manufacturing accuracy and the external factors such as an increase of downtown projects and a decrease of skilled wo...
The proportion of rebar factory manufacturing which has been settled down in Korea recently seems to increase because of their strength such as high decreasing rate of rebar loss and manufacturing accuracy and the external factors such as an increase of downtown projects and a decrease of skilled workers. However, factory manufacturing using straight rebars causes a certain amount of rebar loss and an environmental problem including $CO_2$ emissions. To solve these problems, Bar in coil (BIC) has been introduced; however its application is very rare because it has not been produced so far in Korea and manufacturing machines of BIC are very expensive. Also, although BIC's application is expected to expand due to its strengths, few analysis of its application has been conducted. Therefore in this study, analysis of the BIC's characteristics and the influence to the rebar manufacturing industry are conducted for the advancement of rebar work as a basic research. To achieve this, inquiry on the present condition of rebar manufacturing industry in Korea is implemented. Then, the validation of BIC's applications by aspects of industry and the analysis of stakeholders' economical profit and loss are conducted.
The proportion of rebar factory manufacturing which has been settled down in Korea recently seems to increase because of their strength such as high decreasing rate of rebar loss and manufacturing accuracy and the external factors such as an increase of downtown projects and a decrease of skilled workers. However, factory manufacturing using straight rebars causes a certain amount of rebar loss and an environmental problem including $CO_2$ emissions. To solve these problems, Bar in coil (BIC) has been introduced; however its application is very rare because it has not been produced so far in Korea and manufacturing machines of BIC are very expensive. Also, although BIC's application is expected to expand due to its strengths, few analysis of its application has been conducted. Therefore in this study, analysis of the BIC's characteristics and the influence to the rebar manufacturing industry are conducted for the advancement of rebar work as a basic research. To achieve this, inquiry on the present condition of rebar manufacturing industry in Korea is implemented. Then, the validation of BIC's applications by aspects of industry and the analysis of stakeholders' economical profit and loss are conducted.
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문제 정의
코일철근은 철근공사의 손실률을 줄이고 효율성을 개선할 수 있는 대안이 될 수 있지만 이에 대한 연구는 전무한 상황이다. 따라서 국내 적용 사례가 거의 없는 코일철근의 특성, 산업적∙경제적 측면에서 적용 타당성을 분석하여 철근공사의 효율성 향상을 위한 기초자료를 제공한다는 점에 그 의의를 찾을 수 있다. 따라서 본 연구 결과를 근거로 발주처, 건설사에서 철근 자재 및 가공방법 선정시 의사결정 근거자료로 활용될 것으로 기대된다.
본 연구는 철근가공산업 선진화를 위한 기초연구로서 여러 장∙단점이 있는 코일철근의 국내 건설현장 적용타당성 분석을 실시하였다. 분석을 위해 산업적 측면에서 철근가공 산업의 현황 및 코일철근 적용에 따른 문제점을 조사하였고, 경제적 측면에서 건설사 및 가공공장의 입장에서 손익분석을 실시하였다.
본 연구는 코일철근 적용타당성을 건설사 및 가공공장 측면에서 분석한다. 이를 위해 연구범위를 철근가공 분야 및 손실률 저감과 공장가공 활성화 방안으로 제안된 코일철근으로 한정하며, 연구의 진행절차는 그림 2와 같다.
따라서 적용 현장과 관련 연구가 부족하기 때문에 향후 코일철근에 대한 장∙단점 등 재료적 특성에 대한 연구와 도입에 따른 철근가공 산업의 변화를 예측할 필요성이 있다. 이를 위해 본 연구는 철근가공산업의 이해관계자인 건설사, 가공공장의 입장에서 산업적 측면과 경제적 측면에서 타당성을 분석하여 코일철근의 도입이 누구에게 도움이 될지를 확인하여 국내 도입단계의 적용성을 검증하고, 향후 건설산업에 미칠 효과를 예측하는 기초 연구로서 진행한다. 또한 향후 철근가공산업 선진화를 위해 필요한 연구방향을 제안한다.
제안 방법
1) 기존 문헌과 설문조사를 통해 철근가공 현황, 코일철근 특성 및 장∙단점을 조사한다.
2) 코일철근 적용시 기존 가공방식과 차이점 및 가공산업의 변화를 분석한다.
3) 산업적, 경제적 측면에서 코일철근 도입시 적용 타당성을 분석한다.
3.1.2에서 살펴본 바와 같이 여러 장∙단점을 가진 코일철근의 건설공사 도입에 따른 예상 변화를 조사 정리하였다. 그림 8은 철근공사 관련 업무 프로세스로 이 과정에서 코일철근 도입에 따른 직접적인 변화가 예상되는 물량산출 및 철근가공 단계를 중심으로 조사하였다.
따라서 본 분석에서는 표 12와 같이 년간 5만톤을 가공하는 공장을 대상으로 실시하였다. 또한 타당성 분석을 위한 가정들은 건설사 측면의 타당성 분석시 적용한 가정을 동일하게 적용하고, 인당 철근 가공량은 철근가공공장을 대상으로 조사한 철근량을 적용하였다.
본 연구는 철근가공산업 선진화를 위한 기초연구로서 여러 장∙단점이 있는 코일철근의 국내 건설현장 적용타당성 분석을 실시하였다. 분석을 위해 산업적 측면에서 철근가공 산업의 현황 및 코일철근 적용에 따른 문제점을 조사하였고, 경제적 측면에서 건설사 및 가공공장의 입장에서 손익분석을 실시하였다.
코일철근 적용에 따른 경제적 타당성 분석을 위해 아파트(군포당동 L, 김포 H현장)와 주상복합(송도 T 현장)을 대상으로 코일철근 사용전, 후 손실물량 및 자재비를 비교하였다. 분석을 위해 아래 가정을 설정한 후 분석하였으며, 표 9와 같이 현장 3곳의 철근량을 입력하여 분석하였다.
산업적 분석은 전반적 철근가공 산업 여건 조사를 통해 이루어진 반면 경제적 측면 분석은 코일철근 적용과 직접적 관련이 있는 건설사, 가공공장을 대상으로 경제적 타당성을 분석하였다. 분석을 위해 정척철근 및 코일철근 가격, 작업자 인건비, 철근가공 장비비, 인당 철근가공량을 인터뷰와 설문을 통해 조사하였다. 인터뷰는 건설사 견적업무 담당자, 제강사 코일철근 관련 담당자, 가공공장 담당자 및 가공장비 판매처를 대상으로 실시하였으며, 설문조사는 가공공장 관리자를 대상으로 실시하였다.
산업적 분석은 전반적 철근가공 산업 여건 조사를 통해 이루어진 반면 경제적 측면 분석은 코일철근 적용과 직접적 관련이 있는 건설사, 가공공장을 대상으로 경제적 타당성을 분석하였다. 분석을 위해 정척철근 및 코일철근 가격, 작업자 인건비, 철근가공 장비비, 인당 철근가공량을 인터뷰와 설문을 통해 조사하였다.
코일철근 적용 타당성 분석을 위해 산업적, 경제적 측면에서 실시하였다. 산업적 측면 분석을 위해 가공산업 현황 및 문제점을 파악하고, 경제적 측면에서는 코일철근 도입과 관련된 직접적 이해관계자인 건설사 및 가공공장의 입장에서 도입에 따른 손익 분석을 통해 적용 타당성을 판단한다.
전문가인터뷰(’11년 4월 10일부터 6월 15일까지 제강사, 가공공장, 가공기계 수입업체 담당자를 대상으로 실시)를 통해 코일철근의 장∙단점을 조사 정리하였다.
코일철근 적용 타당성 분석을 위해 산업적, 경제적 측면에서 실시하였다. 산업적 측면 분석을 위해 가공산업 현황 및 문제점을 파악하고, 경제적 측면에서는 코일철근 도입과 관련된 직접적 이해관계자인 건설사 및 가공공장의 입장에서 도입에 따른 손익 분석을 통해 적용 타당성을 판단한다.
코일철근 적용에 따른 경제적 타당성 분석을 위해 아파트(군포당동 L, 김포 H현장)와 주상복합(송도 T 현장)을 대상으로 코일철근 사용전, 후 손실물량 및 자재비를 비교하였다. 분석을 위해 아래 가정을 설정한 후 분석하였으며, 표 9와 같이 현장 3곳의 철근량을 입력하여 분석하였다.
한편 철근가공 단계의 변화를 살펴보기 위해 가공공장의 업무프로세스를 살펴보면 그림 9와 같다. 크게 입고, 가공, 출고의 3단계로 진행되는데, 이 과정에서 코일철근 적용에 따라 변화가 예상되는 건설공사 주요 투입요소 중 작업자, 자재 및 장비에 대해 조사하였다.
표 9의 철근량에서 국내 코일철근 생산규격인 D10~16 철근의 30%를 코일철근으로 대체하고 그에 따른 철근물량 및 자재비 변화를 분석하였다.
대상 데이터
따라서 본 분석에서는 표 12와 같이 년간 5만톤을 가공하는 공장을 대상으로 실시하였다. 또한 타당성 분석을 위한 가정들은 건설사 측면의 타당성 분석시 적용한 가정을 동일하게 적용하고, 인당 철근 가공량은 철근가공공장을 대상으로 조사한 철근량을 적용하였다.
인터뷰와 설문조사는 2011년 5월 10일부터 6월 30일까지 건설사(견적팀 및 현장공무)와 철근가공공장 관리자를 대상으로 실시하였다. 설문조사는 건설사 50개사, 철근가공공장 30개사(답변업체: 건설사 17, 철근가공공장 10)를 대상으로 총 130부의 설문지를 배포하여 이중 총 52개의 설문지가 회수되었으나, 중복 또는 부적절하게 작성된 설문지 9부를 제외한 43부를 분석대상으로 설정하여 유효 회수율은 33%이다. 주요 설문내용 및 결과는 표4와 부록 및 4장.
분석을 위해 정척철근 및 코일철근 가격, 작업자 인건비, 철근가공 장비비, 인당 철근가공량을 인터뷰와 설문을 통해 조사하였다. 인터뷰는 건설사 견적업무 담당자, 제강사 코일철근 관련 담당자, 가공공장 담당자 및 가공장비 판매처를 대상으로 실시하였으며, 설문조사는 가공공장 관리자를 대상으로 실시하였다.
인터뷰와 설문조사는 2011년 5월 10일부터 6월 30일까지 건설사(견적팀 및 현장공무)와 철근가공공장 관리자를 대상으로 실시하였다. 설문조사는 건설사 50개사, 철근가공공장 30개사(답변업체: 건설사 17, 철근가공공장 10)를 대상으로 총 130부의 설문지를 배포하여 이중 총 52개의 설문지가 회수되었으나, 중복 또는 부적절하게 작성된 설문지 9부를 제외한 43부를 분석대상으로 설정하여 유효 회수율은 33%이다.
이론/모형
건설공사 중 철근공사 효율성 및 생산성 개선을 위해 다양한 연구가 진행되어 왔다. 관련 기존 연구를 살펴보면, 손실률 저감 및 생산성 개선을 위해 최적조합 알고리즘, 유전자 알고리즘 등을 사용하였다(김선국 외 1991, 이재열 외 1996, 조훈희 외 1996, 박우열 2004). 또한 철근가공 자동화에 대한 연구는 CAD/CAM기반의 경제성 분석 및 CIC기반의 자동화 연구가 진행되었으며(Navon 외 1996, Dunston 외 2000), 공장가공 활성화 및 현장가공과의 비교 연구(김동진 외 2004, Gul Polat 2006, 조훈희 외 2007)가 진행되었다.
성능/효과
넷째, 정척철근은 얇은 철근가공시 여러 가닥 동시 가공이 가능하나, 코일철근 가공기계는 최대 2가닥까지 동시 작업이 가능하여 대량생산시 생산성이 저하될 수 있다.
넷째, 철근가공시 정밀도가 우수, 가공품질이 향상된다.
다섯째, 기둥의 띠철근 대신 나선철근으로 적용시 콘크리트 구속 성능이 증가하여 횡하중 저항능력이 증가한다.
둘째, 롤로 감긴 철근을 필요한 만큼 잘라서 사용하기 때문에 자투리 철근 발생이 제로에 가깝다.
표 6은 국내 아파트와 주상복합 현장 3곳의 철근 소요량으로 국내 코일철근 생산규격인 D10~16 철근이 65~70%를 차지, 여기에서 비가공 철근과 절단 등 단순가공 철근비율 60~70%를 제외하면 전체 철근 중 20~30%를 코일철근으로 적용 가능하다. 따라서 20~30%의 철근손실률이 0%라면 현 공장가공시 할증률 3%는 2.0~2.5%로 변경 가능하다.
분석 결과, 표 10과 같이 코일철근 적용시 손실률은 기존보다 약 0.5% 감소, 자재비는 0.2~0.3% 감소한다. 이는 코일철근이 정척철근에 비해 1.
산업적 측면에서 보면, 공장가공이 방식이 증가추세로 코일철근 도입에 큰 어려움은 없으나 철근유통이 주로 제강사와 건설사의 직거래 방식으로 이루어지고, 대부분의 가공공장이 영세하여 고가의 장비 도입이 코일철근 활성화의 걸림돌로 작용할 것으로 분석되었다. 또한 코일철근은 최근에 국내 생산이 시작된 관계로 정척철근과의 동일한 성능이 확보가 무엇보다 중요하다.
셋째, 공장가공의 경우 대개 가공계획을 미리 세워 가공하는데 설계변경이 빈번할 경우 현장대응 능력이 떨어진다.
셋째, 철근가공 숙련공이 덜 필요하고, 작업자를 줄일 수 있어 인건비 절감이 가능하다.
여섯째, 공장가공 방식으로 선조립 공법과 연계시 공사기간 단축에 유리하다.
첫째, 정척철근은 최대 12m까지 운반 가능하지만 코일철근은 길이 한계가 거의 없다.
한편 경제적 측면에서 보면, 건설 현장과 일정규모 이상의 가공공장을 대상으로 가공비 변경이 없는 것으로 가정한 후 경제적 타당성 분석을 실시한 결과, 코일철근 도입시 약 0.5% 정도 손실률이 감소하였고, 금액 대비 0.2~0.3%의 손실액이 줄어 건설사 이익이 발생하였다. 반면 년간 5만톤을 가공하는 가공공장을 대상으로 경제적 분석을 실시한 결과 신규장비 도입과 손실 감소로 인해 손실이 발생하였다.
후속연구
본 연구의 타당성 분석은 단일 현장 및 단일 가공공장을 대상으로 시행하여 건설사 입장에서 큰 효과를 기대하기 어려워 경제적 타당성이 크지 않을 수 있다. 그러나 건설사 전체적으로 그 손실을 합산하고, 향후 숙련공 감소, 인건비 상승, 탄소세 제도가 본격적으로 시행되면 코일철근의 필요성은 상당히 증가할 것으로 기대된다. 그러나 아직은 코일철근의 국내 도입 단계로 인터뷰 및 설문조사 결과 코일철근에 대한 인식부족과 기존 철근 가공 방식의 변화에 대한 다소 부정적인 입장을 보이는 것으로 조사되었다.
따라서 국내 적용 사례가 거의 없는 코일철근의 특성, 산업적∙경제적 측면에서 적용 타당성을 분석하여 철근공사의 효율성 향상을 위한 기초자료를 제공한다는 점에 그 의의를 찾을 수 있다. 따라서 본 연구 결과를 근거로 발주처, 건설사에서 철근 자재 및 가공방법 선정시 의사결정 근거자료로 활용될 것으로 기대된다.
따라서 적용 현장과 관련 연구가 부족하기 때문에 향후 코일철근에 대한 장∙단점 등 재료적 특성에 대한 연구와 도입에 따른 철근가공 산업의 변화를 예측할 필요성이 있다. 이를 위해 본 연구는 철근가공산업의 이해관계자인 건설사, 가공공장의 입장에서 산업적 측면과 경제적 측면에서 타당성을 분석하여 코일철근의 도입이 누구에게 도움이 될지를 확인하여 국내 도입단계의 적용성을 검증하고, 향후 건설산업에 미칠 효과를 예측하는 기초 연구로서 진행한다.
이를 위해 본 연구는 철근가공산업의 이해관계자인 건설사, 가공공장의 입장에서 산업적 측면과 경제적 측면에서 타당성을 분석하여 코일철근의 도입이 누구에게 도움이 될지를 확인하여 국내 도입단계의 적용성을 검증하고, 향후 건설산업에 미칠 효과를 예측하는 기초 연구로서 진행한다. 또한 향후 철근가공산업 선진화를 위해 필요한 연구방향을 제안한다.
그림 11에서 보듯 2000년 이후 공장가공 비율이 점차 증가하여 2010년 국내 소비량 추정치인 900만톤의 약 35%로 보이며, 표 8에서 보듯이 국내 대형건설사의 50%이상이 공장가공방식으로 진행하고 있다. 즉 향후 국내 철근수요가 다소 감소할 것을 감안해도 공장가공량은 4~5백만 톤까지 증가할 것으로 예상된다. 따라서 공장가공이 필수적인 코일철근은 국내 공장가공 비율이 점차 증가하고, 철근 가공공장수도 증가하고 있어 무리 없이 적용될 것으로 예상된다.
향후 학계에서는 코일철근과 정척철근의 생산성 비교, 코일철근을 활용한 다양한 선조립 공법 연구 외에도 고철의 재생산 과정에서 감소하는 CO2량에 대한 구체적 지표개발 등의 연구가 필요할 것으로 사료된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
코일철근이란?
이러한 손실 문제를 해결하기 위해 철근가공도, 배근시공도 작성, 고강도철근 사용 외에 코일철근(Bar in coil) 적용이 대안의 하나로 제안되고 있다(김동진 2004). 코일철근은 타래철근으로도 불리며, 직선형태의 정척철근과 달리 그림 1과 같이 롤 형태로 제작된다. 또한 대구경 원형 기둥의 띠철근을 대신하거나 스티럽, 후프 등 절곡작업이 필요한 부위에 주로 사용 가능한 철근이다. 그 동안 국내에서 생산되지 않고, 고가의 장비비 등의 이유로 일부 현장에서만 수입해서 사용되어 관련 자료와 연구는 부족하다.
철근가공에 관한 연구의 결과는?
그 예로 철근 손실실태 분석, 손실 최소화 방안 및 철근가공방식 개선 연구가 진행되어 왔다. 특히 철근가공에 관한 연구(Gul Polat et al 2006, 조훈희 2007)를 보면 공장가공이 현장가공보다 정밀도 향상, 손실률 저감 등 불확실성 개선 및 효율성이 향상됨을 알 수 있다.
정척(Straight)철근 사용 과정에서 절단 손실, 발생 손실과 함께 부가적으로 발생하는 문제점은 무엇인가?
그러나 공장가공이 여러 현장을 대상으로 자동화로 진행되어도 정척(Straight)철근을 사용하면 절단 손실이 발생할 수밖에 없고, 발생 손실은 고철로 유통되어 재생산 과정을 거친다. 이과정에서 에너지 낭비와 같은 경제적 손실 뿐 아니라 CO2배출과 같은 환경 문제도 부가적으로 발생한다.
지식경제부 기술표준원, '철근의 생산성 및 품질향상 방안과 가공형상 국가표준 및 업체 인증제도 시행'세미나 자료, 2009. 6. 25.
최재휘, 이동훈, 권기덕, 김선국 (2010)," 철근 생산과정의 에너지 사용량 및 CO2 배출량 산출에 관한 연구", 한국생태환경건축학회논문집, 제10권 제4호, pp.101-109.
태연기계, 한국 철근가공의 뿌리, 2007.
Gul Polat, David Arditi, Glenn Ballard and Ugur Mungen(2006), "Economics of on-site vs. off-site fabrication of rebar", Constrction Management and Economics, 24, pp.1185-1198.
Philip S. Dunston and Leonhard E. Bernold(2000), "Adaptive control for safe and quality rebar fabrication", Journal of Construction Engineering and Management, 126(2), pp.122-129.
Ronie Navon, Ya'acov Rubinovitz, Mendi Coffler, "Development of a fully automated rebar-manufactur- ing machine", Automation in Construction 4 (1995) pp.239-253.
Ronie Navon, Ya'acov Rubinovitz, Mendi Coffler(1996), "Fully Automated Rebar CAD/CAM System: Economic Evaluation and Field Implementation", Journal of Construction Engineering and Management, 122(2), pp.101-108.
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