기후요소를 고려한 초고층 건설공사의 타워크레인 양중시간 예측 시뮬레이션 모델 A Study of the Tower Crane Hoisting Time Estimation Simulation Model with Climate Element for the High-Rise Building Construction원문보기
초고층 건물공사에서 타워크레인의 양중계획은 전체 공사의 성패를 좌우할 수 있는 매우 중요한 요소 중 하나이다. 타워크레인의 양중계획에 있어 양중시간은 기본적인 요소 중 하나로 이를 바탕으로 양중부하 및 타워크레인을 선정하기 때문에 양중계획을 위해서는 정확한 양중시간의 예측이 필요하다고 할 수 있다. 현재 초고층 공사의 양중시간 예측은 기존의 실적자료와 시뮬레이션을 이용하여 수행하고 있지만 양중작업에 영향을 미치는 환경적인 요인에 대해서는 충분히 고려되지 못하고 있다. 따라서 본 연구에서는 양중작업에 영향을 크게 미치는 바람을 시뮬레이션에 반영하여 초고층 공사의 타워크레인 양중시간을 예측하는 시뮬레이션 모델을 개발하였다. 시뮬레이션 분석 결과 바람의 영향을 반영한 양중시간은 높이가 올라갈수록 증가하였으며, 초고층부의 경우 기계적 양중시간보다 바람의 영향에 의한 양중 지연시간이 더 크다는 것을 알 수 있었다. 또한 연구 대상지인 서울의 풍속은 4월이 강하고 10월이 약하게 나타났으며, 양중시간을 예측한 결과 둘 간의 큰 차이가 발생함을 알 수 있었다. 이 같은 결과는 향후 초고층 타워크레인 양중계획 시 바람이 양중에 미치는 영향을 예측하고 이를 고려하여 실제 상황과 동일한 양중계획을 세우는데 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
초고층 건물공사에서 타워크레인의 양중계획은 전체 공사의 성패를 좌우할 수 있는 매우 중요한 요소 중 하나이다. 타워크레인의 양중계획에 있어 양중시간은 기본적인 요소 중 하나로 이를 바탕으로 양중부하 및 타워크레인을 선정하기 때문에 양중계획을 위해서는 정확한 양중시간의 예측이 필요하다고 할 수 있다. 현재 초고층 공사의 양중시간 예측은 기존의 실적자료와 시뮬레이션을 이용하여 수행하고 있지만 양중작업에 영향을 미치는 환경적인 요인에 대해서는 충분히 고려되지 못하고 있다. 따라서 본 연구에서는 양중작업에 영향을 크게 미치는 바람을 시뮬레이션에 반영하여 초고층 공사의 타워크레인 양중시간을 예측하는 시뮬레이션 모델을 개발하였다. 시뮬레이션 분석 결과 바람의 영향을 반영한 양중시간은 높이가 올라갈수록 증가하였으며, 초고층부의 경우 기계적 양중시간보다 바람의 영향에 의한 양중 지연시간이 더 크다는 것을 알 수 있었다. 또한 연구 대상지인 서울의 풍속은 4월이 강하고 10월이 약하게 나타났으며, 양중시간을 예측한 결과 둘 간의 큰 차이가 발생함을 알 수 있었다. 이 같은 결과는 향후 초고층 타워크레인 양중계획 시 바람이 양중에 미치는 영향을 예측하고 이를 고려하여 실제 상황과 동일한 양중계획을 세우는데 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
Tower crane hoisting plan is one of the key element for the success of entire High-Rise Building construction. Hoisting time is the basic factor to appropriate hoisting plan which need to the hoisting load estimate and tower crane selection. With this reason, accurate hoisting time is needed to the ...
Tower crane hoisting plan is one of the key element for the success of entire High-Rise Building construction. Hoisting time is the basic factor to appropriate hoisting plan which need to the hoisting load estimate and tower crane selection. With this reason, accurate hoisting time is needed to the proper hoisting plan. The current hoisting time estimation for High-Rise Building focus on the hoisting cycle time estimation with historical data. However, this method underestimated the external influences like environmental factor. Thus, this paper aims to develop the hoisting time estimation model with discrete event simulation which include the wind influences with certain height. According to the simulation result, the hoisting time which applied wind influence is increasing with height growth. Because of the high speed wind, the upper area of building has more operation delay time than the mechanical operation time. Seoul, the research area, has the most fastest wind speed on April and the least on October. Due to these differences of wind speed, the hoisting time is estimated with significant differences between April and October. This hosting time estimation model would be used for estimating the influence of wind. Moreover, this could apply to make the realistic hoisting plan.
Tower crane hoisting plan is one of the key element for the success of entire High-Rise Building construction. Hoisting time is the basic factor to appropriate hoisting plan which need to the hoisting load estimate and tower crane selection. With this reason, accurate hoisting time is needed to the proper hoisting plan. The current hoisting time estimation for High-Rise Building focus on the hoisting cycle time estimation with historical data. However, this method underestimated the external influences like environmental factor. Thus, this paper aims to develop the hoisting time estimation model with discrete event simulation which include the wind influences with certain height. According to the simulation result, the hoisting time which applied wind influence is increasing with height growth. Because of the high speed wind, the upper area of building has more operation delay time than the mechanical operation time. Seoul, the research area, has the most fastest wind speed on April and the least on October. Due to these differences of wind speed, the hoisting time is estimated with significant differences between April and October. This hosting time estimation model would be used for estimating the influence of wind. Moreover, this could apply to make the realistic hoisting plan.
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문제 정의
관련 연구를 보면 양중 실적자료를 바탕으로 회귀분석, 인공 신경망의 방법을 적용해서 양중시간을 예측하고 있으며, 대부분이 이상적인 상황에서의 양중 사이클 타임을 예측하는 것을 목적으로 하고 있다. 초고층 건물이 대상인 연구의 경우 기존의 실적자료가 없기 때문에 시뮬레이션 방법을 통해 양중시간을 예측하고 있다.
따라서 본 연구에서는 양중시간에 영향을 미치는 영향요인들 중 영향이 큰 풍속을 반영하여 양중시간을 예측하고자 하였으며, 이를 위해 풍속의 연직분포와 월별 강풍이 불 확률을 분석하였고, 이를 시뮬레이션에 적용하여 바람의 영향을 고려한 초고층 공사의 타워크레인 양중시간 예측 모델을 개발하였다. 이는 단순히 자재 1개의 양중 사이클 타임 예측에 머물던 기존의 연구에서 발전하여 다수의 자재를 양중할 수 있고, 높이에 따라 다른 바람의 영향을 양중시간에 양중 높이별로 반영할 수 있으며, 작업하는 시기의 월별 풍속 차이 또한 고려할 수 있어 실제 초고층 건설현장의 양중작업에 가까운 양중시간 예측 모델을 개발하였다는 점에서 기존의 연구와 차별성을 찾을 수 있다.
따라서 본 연구에서는 자재의 양중거리를 계산하여 양중시간을 예측하고 양중 영향요인들 중 영향을 크게 미치는 바람을 반영하여 양중시간을 예측하는 시뮬레이션 모델을 개발하였다. 이를 통해 건물높이별 양중시간을 예측하고 바람이 양중에 미치는 영향을 분석하였으며, 실제 수행된 실적자료와 모델의 결과 값과의 비교를 통해 결과 값의 타당성을 분석하였다.
하지만 바람에 의한 양중정지의 경우 현장의 다양한 상황들로 인해 정확하게 측정하기 어렵고, 바람에 대한 영향은 장비의 가동률에서 다른 요소들과 합쳐서 측정하기 때문에 절별로 분 단위의 정확한 결과를 산출하기는 어렵게 된다. 따라서 본 연구에서는 절별 평균 양중시간 데이터를 가지고 바람을 고려하지 않은 기계적인 양중시간 측정값과 비교를 하였다. 비교 대상 건물은 서울지역에 건설된 높이 264m의 초고층 주상복합 APT로서 전체 69층으로 이루어져 있으며 3개 층이 한절로 총 25절로 되어있다.
본 연구는 건축법에 명시되어 있는 높이 50층 이상 또는 높이 200m 이상의 초고층 건물을 대상으로 하였으며, 바람에 의한 고층부의 양중작업 영향정도를 알아보기 위해 600m 높이의 가상 건물 데이터를 생성한 후 이를 이용하여 분석하였다. 연구지역으로는 국내에서 초고층 건물 공사가 가장 많이 수행되고 있는 서울에 한정하여 연구를 진행하였다.
본 연구에서는 1982년부터 2011년까지 30년 동안 시간 단위로 측정된 기상청의 풍속 데이터를 바탕으로 서울지역의 풍속 분포 및 월별 추이를 분석하였다. 기상청의 데이터는 기준 측정 높이인 10m에서 측정한 값으로 이를 바탕으로 현장 양중정지 기준인 10m/s가 넘는 바람이 부는 시간을 월별로 분석해보면 그림.
본 연구에서는 초고층 건설공사의 타워크레인 양중작업에 영향을 미치는 바람의 높이별 연직분포와 월별 차이, 강풍 발생 확률에 대하여 조사하고, 높이에 따라 증가하는 바람의 특성을 반영한 타워크레인 양중시간 예측 시뮬레이션 모델을 개발하였다. 본 연구는 초고층 건축 공사의 양중계획 수립시 양중시간 예측기초자료로 사용할 수 있을 것으로 사료된다.
가설 설정
Zhang(1999)은 각각 트롤리, 붐, 후크의 이동거리와 크레인의 해당 이동속도를 가지고 시간을 계산하였으며, 붐의 회전의 경우 코사인 2법칙과 역코사인 법칙을 이용해 이동각도를 계산하고 이동시간을 도출하였다. 또한 식에서 타워크레인의 후크와 트롤리, 붐의 동시적 움직임을 고려하고 있었으나 본 연구에서는 타워크레인이 한번에 한가지 움직임만을 수행한다고 가정하고 양중시간을 계산하였다. 그리고 양중작업 중 후크의 상승과 하강은 연속적으로 이뤄지지 않기 때문에 이를 반영하여 모델링하였다.
75m로 하였으며, 절 단위로 시공하는 초고층 공사의 특성을 반영하여 4개 층을 1절로 하며, 1절의 높이는 15m이고, 전체 40절의 자재의 양중을 수행하도록 설정하였다. 양중자재는 철골 기둥 부재로 선정하였으며, 1절당 30개의 철골기둥을 갖고 있다고 설정하였다. 모델에서 양중작업을 수행하는 타워크레인은 1대로 하였으며, 크레인이 복귀 후 대기상태에 있을 때 다음 자재를 묶는 작업이 시작되도록 하였다.
제안 방법
1) 타워크레인의 양중작업에 대한 현황과 문제점을 조사하고 이산사건 시뮬레이션 모델링에 대해 고찰한다.
바람의 영향을 반영한 양중시간 예측 모델 개발을 위해 서울 지역의 높이 600m, 160층의 가상 건물 데이터를 생성하였다. 1개 층의 층고는 3.75m로 하였으며, 절 단위로 시공하는 초고층 공사의 특성을 반영하여 4개 층을 1절로 하며, 1절의 높이는 15m이고, 전체 40절의 자재의 양중을 수행하도록 설정하였다. 양중자재는 철골 기둥 부재로 선정하였으며, 1절당 30개의 철골기둥을 갖고 있다고 설정하였다.
3) 양중작업 프로세스와 풍속 영향요소를 반영하여 양중시간 예측 시뮬레이션 모델을 개발한다.
4) 초고층부의 분석을 위해 가상의 건물 데이터를 생성하고 이를 이용해 바람이 미치는 영향의 정도를 분석한다.
5) 모델의 적합성 판단을 위해 실제 건설되었던 초고층 공사 양중시간 데이터와 비교하여 모델을 검증한다.
가상데이터의 모델 적용을 통해 지상에서 600m 높이까지 양중작업을 절 단위로 실행하도록 하였으며, 강풍확률의 경우 연평균 값을 적용하야 수행하였다. 시뮬레이션 결과의 분석은 절별로 시뮬레이션을 100번 반복 수행하여 나온 값들의 평균값을 바탕으로 하였으며, 각 절별로 예측한 양중시간 결과 값은 표 7과 같다.
강풍에 따른 양중정지의 경우 앞서 도출한 자료를 바탕으로 각각의 절의 타워크레인 작업시의 높이에 따른 풍속 증가를 감안하여 강풍 확률을 도출하였고, 10m/s 미만일 경우에 허가를 받아 양중이 시작되도록 하였다. 만일 풍속이 10m/s 이상일 경우 1시간 동안 정지 후에 다시 작업여부를 결정하도록 하였으며, 자재와 타워크레인은 묶인 상태로 대기하도록 하였다.
또한 식에서 타워크레인의 후크와 트롤리, 붐의 동시적 움직임을 고려하고 있었으나 본 연구에서는 타워크레인이 한번에 한가지 움직임만을 수행한다고 가정하고 양중시간을 계산하였다. 그리고 양중작업 중 후크의 상승과 하강은 연속적으로 이뤄지지 않기 때문에 이를 반영하여 모델링하였다. 타워크레인의 전체양중시간(TT), 묶기시간(TH), 풀기시간(TD), 크레인의 이동시간(TV+TA+TW), 복귀시간(TV+TA+TW)의 합과 같게 된다(조창연 2012).
이는 현재 10m/s 이상의 바람을 바탕으로 계획된 양중계획이 상부로 올라가면 분포가 달라진다는 것을 나타내며, 정확한 양중계획을 위해서는 작업 높이에 따라 풍속의 분포가 다르게 적용되어야 한다는 것을 알 수 있다. 따라서 본 연구에서는 높이별로 다른 풍속 값을 적용하기 위해 30년간의 시간별 풍속 데이터를 바탕으로 월별로 발생하는 바람의 빈도를 도출하여 시뮬레이션에 적용하였으며, 적용한 풍속 데이터는 표.3과 같다.
강풍에 따른 양중정지의 경우 앞서 도출한 자료를 바탕으로 각각의 절의 타워크레인 작업시의 높이에 따른 풍속 증가를 감안하여 강풍 확률을 도출하였고, 10m/s 미만일 경우에 허가를 받아 양중이 시작되도록 하였다. 만일 풍속이 10m/s 이상일 경우 1시간 동안 정지 후에 다시 작업여부를 결정하도록 하였으며, 자재와 타워크레인은 묶인 상태로 대기하도록 하였다.
바람 데이터의 경우 과거의 기후 관측 자료를 사용하였고 이를 바탕으로 서울지역의 풍속의 분포 및 월별 차이 조사하였으며, 연직분포에 따라 높이별 풍속을 예측하고 이를 시뮬레이션에 반영하여 높이별 양중시간의 증가 및 월별 양중시간 및 양중지연의 차이를 분석하였다.
본 연구에서는 결속시간과 및 설치 및 풀기시간은 양중계획시 자재별로 적용하는 시간을 사용하였으며, 자재이동과 복귀시간 계산의 경우 Zhang(1999)의 후크 이동시간을 계산하는 방법을 바탕으로 하였다.
초고층 건물에 적합한 양중계획을 세우기 위해서는 양중시간을 정확하게 예측하고 이를 바탕으로 양중부하와 타워크레인의 대수를 결정해야 한다. 본 연구에서는 기존의 다른 양중시간 예측 연구에서 포함하고 있지 않던 작업 높이에 따른 바람의 연직 변화를 고려하였으며, 이를 통해서 양중 높이별로 바람에 의해 양중이 정지하는 시간 및 높이별 순수 양중시간을 예측하였다. 본 모델을 통해 월별 풍속 차이에 따른 양중시간의 차이를 파악할 수 있으며, 다른 지역의 바람 데이터를 적용할 경우 해당지역에서의 양중시간 또한 예측할 수 있다.
본 연구에서는 다음과 같이 조사한 양중정지 기준 중에서 현재 서울 잠실의 B 건설현장에서 적용하고 있는 최대풍속 10m/s 이상에서 타워크레인의 양중작업이 정지하는 것으로 설정하고, 시뮬레이션을 수행하였다.
본 연구에서는 연구지역으로 도심 시가지인 서울을 선정하였기 때문에 지수법칙을 바탕으로 타워크레인 높이에 따른 바람의 증가를 계산하였으며, 사용된 지수법칙의 식(Dyrbye 1997)은 다음과 같다.
이중 Martinez(1996)가 개발한 STROBOSCOPE(State and Resource Based Simulation of Construction Processes)는 다른 시뮬레이션 툴과 달리 복수의 자원 및 각각의 속성 입력이 가능해 자원의 특성을 반영한 모델링을 할 수 있으며, 작업의 시작시간, 종료시간, 작업의 수행횟수, 시뮬레이션 수행 시간과 같이 시뮬레이션의 상태에 대한 조정이 가능한 특징을 갖고 있다. 본 연구에서는 이런 특성을 가진 STROBOSCOPE를 이용하여 높이별로 다른 강풍 확률을 갖는 바람 요소를 시뮬레이션에 반영하였으며, 이를 바탕으로 총 양중시간을 예측하는 시뮬레이션 모델을 개발하였다. 연구에서 초고층 건설공사 양중시간 예측 시뮬레이션 모델의 개발에 사용된 STROBOSCOPE의 모델링 요소는 표.
본 장에서는 실제 수행된 초고층 공사의 양중 실적자료와 모델을 통해 예측한 결과를 비교하였으며, 모델의 활용방안에 대해 서술하였다.
시뮬레이션을 통해 타워크레인의 높이에 따른 바람의 영향 및 양중시간 파악을 위해 연구 문헌과 실적 자료를 통해 다음의 시뮬레이션 조건을 설정하였다.
앞서 나타낸 양중시간 계산식의 경우 부재의 좌표를 통해 정확한 양중거리 및 시간을 계산할 수 있으나 본 연구는 가상 데이터를 이용해 양중높이의 증가에 따른 바람의 영향정도를 분석하는 것임으로 높이와 바람의 영향을 제외하고 표4의 조건을 통해 모델을 단순화하였다.
비교 대상 건물은 서울지역에 건설된 높이 264m의 초고층 주상복합 APT로서 전체 69층으로 이루어져 있으며 3개 층이 한절로 총 25절로 되어있다. 이중 1절과 2절의 경우 지하층이기 때문에 3절부터 최상부인 25절까지 자재별 평균양중시간을 가지고 비교하였다.
대상 데이터
바람의 영향을 반영한 양중시간 예측 모델 개발을 위해 서울 지역의 높이 600m, 160층의 가상 건물 데이터를 생성하였다. 1개 층의 층고는 3.
본 연구의 연구 대상지역인 서울은 도심지역으로 분포지수는 도심지의 해당 분포지수인 1/3로 설정하였다. 그림.
따라서 본 연구에서는 절별 평균 양중시간 데이터를 가지고 바람을 고려하지 않은 기계적인 양중시간 측정값과 비교를 하였다. 비교 대상 건물은 서울지역에 건설된 높이 264m의 초고층 주상복합 APT로서 전체 69층으로 이루어져 있으며 3개 층이 한절로 총 25절로 되어있다. 이중 1절과 2절의 경우 지하층이기 때문에 3절부터 최상부인 25절까지 자재별 평균양중시간을 가지고 비교하였다.
본 연구는 건축법에 명시되어 있는 높이 50층 이상 또는 높이 200m 이상의 초고층 건물을 대상으로 하였으며, 바람에 의한 고층부의 양중작업 영향정도를 알아보기 위해 600m 높이의 가상 건물 데이터를 생성한 후 이를 이용하여 분석하였다. 연구지역으로는 국내에서 초고층 건물 공사가 가장 많이 수행되고 있는 서울에 한정하여 연구를 진행하였다.
데이터처리
가상데이터의 모델 적용을 통해 지상에서 600m 높이까지 양중작업을 절 단위로 실행하도록 하였으며, 강풍확률의 경우 연평균 값을 적용하야 수행하였다. 시뮬레이션 결과의 분석은 절별로 시뮬레이션을 100번 반복 수행하여 나온 값들의 평균값을 바탕으로 하였으며, 각 절별로 예측한 양중시간 결과 값은 표 7과 같다.
따라서 본 연구에서는 자재의 양중거리를 계산하여 양중시간을 예측하고 양중 영향요인들 중 영향을 크게 미치는 바람을 반영하여 양중시간을 예측하는 시뮬레이션 모델을 개발하였다. 이를 통해 건물높이별 양중시간을 예측하고 바람이 양중에 미치는 영향을 분석하였으며, 실제 수행된 실적자료와 모델의 결과 값과의 비교를 통해 결과 값의 타당성을 분석하였다.
이론/모형
이때 지표면에 따른 분포지수는 Dyrbye (1997)가 제시한 지수법칙 식에서 적용하고 있는 값을 바탕으로 하여 적용하였으며, 시골 및 해안지역의 경우 1/7, 도시 교외의 경우 1/4.5, 도심 중심지는 1/3 값으로 하였다.
성능/효과
가동률 산정 방법을 보면 기상청의 과거 자료를 바탕으로 최대풍속 10m/s 이상인 일수를 연간 작업시간에서 제외하여 계획을 세우는 방법을 쓰고 있으며, 바람으로 인해 연간 총 9일간 양중작업을 수행하지 못한다고 예상하고 해당기간을 양중 소요시간에 제외하고 있다.1) 하지만 기상청 풍속 데이터의 경우 풍속 측정 기준높이인 지상 10m 높이에서 측정한 자료로서 실제 공사 건물의 맨 위에 설치되어 있는 타워크레인에 영향을 미치는 풍속과는 속도의 차이가 발생하게 되어 기존의 타워크레인 양중계획시 고려한 영향보다 더 큰 영향을 받게 된다. 따라서 정확한 양중계획을 세우기 위해서는 작업높이의 증가에 따른 풍속의 변화를 반영하여 양중시간 예측을 수행해야 한다고 할 수 있다.
절별로 비교해 보면 최상부인 40절에서 바람의 영향을 반영하지 않았을 때와 바람의 영향을 고려한 양중시간은 약 2배 정도의 차이가 나는 것을 알 수 있었다. 또한 가장 바람이 강한 4월과 제일 약한 10월의 강풍확률을 적용하여 비교하면 4월의 경우 40절의 단위 자재 양중시간은 연평균보다 19분이 더 소요되는 것으로 나타났으며, 10월의 단위 자재 양중시간은 연평균보다 16분 적게 것으로 나타났다.
본 모델을 통해 월별 풍속 차이에 따른 양중시간의 차이를 파악할 수 있으며, 다른 지역의 바람 데이터를 적용할 경우 해당지역에서의 양중시간 또한 예측할 수 있다. 또한 기존의 연구가 단위 양중시간만을 예측하는데 그쳤지만 본 모델은 양중자재의 종류와 각 자재별 특성, 양중물량을 사용자가 설정하여 수행할 수 있어 건물의 특성에 맞는 양중시간의 예측이 가능하기 때문에 모델의 적용 범위가 기존의 다른 예측 시뮬레이션 모델보다 크다고 할 수 있다.
시뮬레이션 결과 바람의 영향을 고려하지 않고 작업높이 증가에 따른 양중거리의 증가만을 반영한 순수 양중시간의 경우 실적 데이터와 매우 유사하게 나타나는 것을 알 수 있었다. 바람에 대한 영향을 고려할 경우에는 최상부에서는 10분 정도 차이가 났으며, 7절까지는 추세가 동일하지만 이후로 양중시간 차이가 발생하고, 절별로 다른 공사시기로 인해 증감이 발생하는 것을 알 수 있었다. 하지만 양중 높이별 바람에 의한 양중정지 시간 데이터가 부족하여 연구에서 도출한 바람을 고려한 양중시간에 대한 정확한 검증을 수행하지 못한 한계가 있다.
본 결과에 따르면 600m 높이의 양중작업은 작업 시기에 따라서 양중시간이 최대 1.6배 차이가 나타날 수 있는 것으로 보이며 상층부의 공사시기를 조절함에 따라 양중작업 효율의 증대를 가져올 수 있을 것으로 사료된다.
본 연구에서는 기존의 다른 양중시간 예측 연구에서 포함하고 있지 않던 작업 높이에 따른 바람의 연직 변화를 고려하였으며, 이를 통해서 양중 높이별로 바람에 의해 양중이 정지하는 시간 및 높이별 순수 양중시간을 예측하였다. 본 모델을 통해 월별 풍속 차이에 따른 양중시간의 차이를 파악할 수 있으며, 다른 지역의 바람 데이터를 적용할 경우 해당지역에서의 양중시간 또한 예측할 수 있다. 또한 기존의 연구가 단위 양중시간만을 예측하는데 그쳤지만 본 모델은 양중자재의 종류와 각 자재별 특성, 양중물량을 사용자가 설정하여 수행할 수 있어 건물의 특성에 맞는 양중시간의 예측이 가능하기 때문에 모델의 적용 범위가 기존의 다른 예측 시뮬레이션 모델보다 크다고 할 수 있다.
본 시뮬레이션 모델을 통해 나온 높이별 양중시간을 보면 600m 높이로의 양중은 자재 당 평균 79분 정도 소요되며, 바람에 의해 41분의 대기시간이 발생하고 양중작업은 38분이 소요되는 것으로 나타났다. 또한 바람이 가장 세계 부는 4월과 가장 약한 10월의 양중시간을 보면 약 35분 정도의 차이가 나는 것을 알 수 있었다.
시뮬레이션 결과 바람의 영향을 고려하지 않고 작업높이 증가에 따른 양중거리의 증가만을 반영한 순수 양중시간의 경우 실적 데이터와 매우 유사하게 나타나는 것을 알 수 있었다. 바람에 대한 영향을 고려할 경우에는 최상부에서는 10분 정도 차이가 났으며, 7절까지는 추세가 동일하지만 이후로 양중시간 차이가 발생하고, 절별로 다른 공사시기로 인해 증감이 발생하는 것을 알 수 있었다.
절별로 비교해 보면 최상부인 40절에서 바람의 영향을 반영하지 않았을 때와 바람의 영향을 고려한 양중시간은 약 2배 정도의 차이가 나는 것을 알 수 있었다. 또한 가장 바람이 강한 4월과 제일 약한 10월의 강풍확률을 적용하여 비교하면 4월의 경우 40절의 단위 자재 양중시간은 연평균보다 19분이 더 소요되는 것으로 나타났으며, 10월의 단위 자재 양중시간은 연평균보다 16분 적게 것으로 나타났다.
풍속 연직분포 식을 통해 변환한 결과 기상청 기준 높이에서 측정한 3m/s의 경우 높이 375m에서 양중정지 풍속인 10m/s에 도달하는 것으로 나타나며, 5m/s 바람의 경우 높이 80m에서 10m/s로 증가하는 것을 알 수 있다. 이는 375m 높이에서는 기준높이의 3m/s 바람에 타워크레인이 작업할 수 없는 것을 의미하고, 높이가 80m인 경우에는 기준높이의 5m/s 바람에 양중작업이 정지해야 한다는 것을 의미한다.
후속연구
하지만 본 연구를 검증하는데 한계가 있었다. 따라서 향후 높이별 양중 시간 및 양중정지 시간 데이터를 바탕으로 충분한 검증이 필요하다.
본 연구에서는 초고층 건설공사의 타워크레인 양중작업에 영향을 미치는 바람의 높이별 연직분포와 월별 차이, 강풍 발생 확률에 대하여 조사하고, 높이에 따라 증가하는 바람의 특성을 반영한 타워크레인 양중시간 예측 시뮬레이션 모델을 개발하였다. 본 연구는 초고층 건축 공사의 양중계획 수립시 양중시간 예측기초자료로 사용할 수 있을 것으로 사료된다.
또한 바람이 가장 세계 부는 4월과 가장 약한 10월의 양중시간을 보면 약 35분 정도의 차이가 나는 것을 알 수 있었다. 이와 같은 결과를 통해 초고층 양중계획 시 바람에 대한 고려가 필수적이며, 작업시기에 따라 양중시간의 차이가 크게 난다는 것을 알 수 있었으며, 이를 바탕으로 적절한 타워크레인의 양중계획을 세울 수 있을 것으로 사료된다. 하지만 본 연구를 검증하는데 한계가 있었다.
추후 연구에서는 타워크레인과 CPB(Concrete Placing Boom)와 같은 다른 장비와의 간섭에 의해 양중이 정지되는 부분과 복수대의 타워크레인의 작업 상황을 반영하는 모델을 바탕으로 양중시간 및 일별 양중횟수를 예측하여 양중계획에 반영하는 연구가 진행되어야 할 것으로 보인다.
이와 같은 결과를 통해 초고층 양중계획 시 바람에 대한 고려가 필수적이며, 작업시기에 따라 양중시간의 차이가 크게 난다는 것을 알 수 있었으며, 이를 바탕으로 적절한 타워크레인의 양중계획을 세울 수 있을 것으로 사료된다. 하지만 본 연구를 검증하는데 한계가 있었다. 따라서 향후 높이별 양중 시간 및 양중정지 시간 데이터를 바탕으로 충분한 검증이 필요하다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
초고층 건물공사에서 타워크레인의 양중계획은 어떤 요소중 하나인가?
초고층 건물공사에서 타워크레인의 양중계획은 전체 공사의 성패를 좌우할 수 있는 매우 중요한 요소 중 하나이다. 타워크레인의 양중계획에 있어 양중시간은 기본적인 요소 중 하나로 이를 바탕으로 양중부하 및 타워크레인을 선정하기 때문에 양중계획을 위해서는 정확한 양중시간의 예측이 필요하다고 할 수 있다.
양중작업에 영향을 크게 미치는 바람을 시뮬레이션에 반영하여 초고층 공사의 타워크레인 양중시간을 예측하는 시뮬레이션 모델을 개발한 이유는 무엇인가?
타워크레인의 양중계획에 있어 양중시간은 기본적인 요소 중 하나로 이를 바탕으로 양중부하 및 타워크레인을 선정하기 때문에 양중계획을 위해서는 정확한 양중시간의 예측이 필요하다고 할 수 있다. 현재 초고층 공사의 양중시간 예측은 기존의 실적자료와 시뮬레이션을 이용하여 수행하고 있지만 양중작업에 영향을 미치는 환경적인 요인에 대해서는 충분히 고려되지 못하고 있다. 따라서 본 연구에서는 양중작업에 영향을 크게 미치는 바람을 시뮬레이션에 반영하여 초고층 공사의 타워크레인 양중시간을 예측하는 시뮬레이션 모델을 개발하였다.
양중계획을 위해서는 정확한 양중시간의 예측이 필요한 이유는 무엇인가?
초고층 건물공사에서 타워크레인의 양중계획은 전체 공사의 성패를 좌우할 수 있는 매우 중요한 요소 중 하나이다. 타워크레인의 양중계획에 있어 양중시간은 기본적인 요소 중 하나로 이를 바탕으로 양중부하 및 타워크레인을 선정하기 때문에 양중계획을 위해서는 정확한 양중시간의 예측이 필요하다고 할 수 있다. 현재 초고층 공사의 양중시간 예측은 기존의 실적자료와 시뮬레이션을 이용하여 수행하고 있지만 양중작업에 영향을 미치는 환경적인 요인에 대해서는 충분히 고려되지 못하고 있다.
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