[논문]가시설 공사 설계VE 대안검토시 모순충돌 해결을 통한 아이디어 창출

홍순헌; 백한기; 문성우

doi:10.6106/kjcem.2013.14.6.030

문제 정의

그러나 건설공사가 가지고 있는 특이성을 고려할 때 건설 공사 설계VE 시 아이디어 창출 활동에 적용하기 위해서는 기술적 요인을 검토하고 건설 공사에 맞도록 조정해야 한다. 따라서 본 논문에서는 설계VE 적용시 건설분야 중 특히 가시설 공사를 대상으로 기술적 요인을 분석하여 모순 충돌의 기본적인 특성을 설계VE시 반영할 수 있도록 시도 했다. 즉, ‘경제성’, ‘편의성’, ‘쾌적성’과 같이 개념적인 요인이 아니라 ‘응력’, ‘모양’, ‘안정성’, ‘강도’ 등 실질적으로 설계시 적용하는 요인을 적용하여 현실적인 적용성을 높일 필요가 있는 것이다.
매트릭스 평가는 기존 설계안과 설계VE 과정에서 창출된 아이디어를 상대적으로 비교 평가하기 위해서 실시했다. 매트릭스 평가에서 아이디어 평가 항목은 안정성, 경제성, 정확성, 시공성, 생산성 그리고 복잡성 등 모순충돌을 발생시키는 기술적 요인을 적용했다.
이와 같은 순서에 따라서 시공할 경우 기초를 확보할 수 없어서 상부에서 하부로 진행해야 한다. 본 가시설 공사는 도로옆 사면지역에 설치하는 난이도가 높은 공사로써, 설계VE에서는 현장 지형, 주변 구조물 현황, 기존 지하 매설물, 지하수, 지반 조건 등 여러 가지 사항이 가져오는 영향을 고려하여 설계기능의 가치를 높일 수 있도록 목표를 세웠다
본 논문에서는 10개 프로젝트의 가시설 공사에 대한 설계 VE 보고서를 대상으로 설계대안 검토시 모순충돌을 어떻게 극복했는지를 조사했다. 조사대상인 VE 보고서는 부산광역시에서 수행한 도로공사와 단지개발 등 일반적인 토목공사에 적용한 설계의 경제성 검토 결과를 담고 있다.
사용되고 있는 방법론은 일반적인 설계VE 워크샵의 과정을 설명하고 있으나, 가장 중요한 아이디어 창출에 대한 세부적인 진행 방법은 제시하지 않고 있다. 본 논문에서는 모순충돌 문제를 바탕으로 체계적인 아이디어 창출방안을 제시했으며, 설계VE에서 간략하게 적용할 수 있도록 했다. 모순충돌 문제를 정의하기 위해서 기술적 요인을 건설분야의 특성에 맞도록 델파이 조사를 통해서 찾 았다.
본 논문에서는 설계VE 과정에서 대안 검토시 모순충돌을 해결하는 과정으로서 체계적인 아이디어 창출 방법론을 제시한다. 설계VE 위원의 전문적인 판단을 효과적으로 적용하기 위해서 아이디어 창출단계를 정의하고, 각 단계별 가이드에 따라서 대안을 검토함으로써 효과적으로 아이디어를 제안할 수 있게 된다.
본 논문은 트리즈의 모순충돌 개념을 바탕으로 아이디어 창출시 적용이 가능한 체계적인 방법론을 제시한다. 일반적인 설계VE 방법론이 포함하는 기능분석과 평가, 아이디어 창출과 평가, 최종 아이디어의 선정과 평가, 그리고 VE 제안서 작성 등 단계 중에서 본 논문에서 제시하는 아이디어 창출 방법론은 특히 아이디어 창출단계에서 적용이 가능한 절차이다.
본 연구에서는 설계VE 대상 가설공사 설계안의 문제점을 찾아보고, 이 문제점을 모순충돌이라는 관점에서 분석하여 모순충돌이 설계기능에 가져오는 영향을 검토했다. 모순충돌은 설계기능에 내재되어 있는 문제영역으로써 아이디어 창출시 설계대안의 최적화를 위해서 극복해야 할 과제이다.
Kim and Yang(2006)은 건설사업시 추진되는 설계VE의 아이디어 발상을 개선하기 위해서 ASIT(Advanced Systematic Inventive Thinking)을 적용했다. 이 논문에서는 용도변경, 복제, 분할, 대칭파괴, 제거 등을 통해서 아이디어 창출 효과를 높일 수 있다고 논의했다. 또한 Lee and Go(2007)는 아이디어 발상시 ASIC의 중요성을 인식하고 설계VE 방법론에 대한 적용 방안을 제시했다.
또 다른 예를 들어서 2단계 작업으로 인하여 반복 작업이 발생하여 시공의 정확성은 좋아지지만 시공성은 나빠지는 모순충돌이 발생한다. 이와 같이 기존 설계안에 대한 모순충돌 사항을 검토함으로써 모순충돌을 해결하기 위한 정보를 찾았다

가설 설정

조사과정에서는 기존 설계VE 보고서에서 제시된 설계VE 결과를 바탕으로 설계안에 내재되어 있는 모순충돌을 찾고, 설계기능 향상시 모순충돌이 어떻게 해결 됐는지 분석했다. 분석시기존 설계VE 보고서는 모순충돌 개념을 사용하지 않았지만 설계VE 전문가는 모순충돌을 해결하는 방향에서 설계대안을 위한 아이디어를 제공했다고 가정했다.

제안 방법

결과적으로 기존 연구와 달리 본 연구에서는 트리즈의 39가지 기술적 요인을 가시설 공사에 맞도록 27가지로 정리했으며, 설계VE에서는 27가지의 가시설 공사관련 기술적 요인을 적용하여 모순충돌 발생을 검토 하도록 했다. 이와 같이 설계기능을 구현 하는데 발생하는 모순충돌을 상황별로 분석함으로써 문제 해결을 위한 방향을 제시할 수 있었다.
Moon et al.는 ASIT에서 제시하는 Unification(통합), Multiplication(복제), Division(분할), Breaking Symmetry (대칭파괴), 그리고 Object removal(객체제거) 등 5개 관점에서 문제해결원리를 적용했으며, 설계기능 개선을 위해서 체계적인 아이디어 창출 절차를 제시했다. 또한 Lee et al.
둘째, 모순충돌에서는 각 문제정의에 대하여 Table 1에 제시되어 있는 기술적 요인에 따라서 모순충돌 사항을 분석하고 좋아지는 측면과 나빠지는 측면을 찾았다. 예를 들어서 가시설 설치와 철거 등 이중 작업 발생으로 인하여 안정성은 좋아 지지만 경제성이 나빠진다는 모순충돌이 발생한다.
따라서 본 사례 분석에서는 모순충돌 테이블은 적용성이 떨어진다고 판단하여 모순충돌 테이블을 사용하지 않았으며, 대신 설계VE 과정에서 전문가의 논의와 검토를 통해서 모순충돌에 대한 문제해결원리로써 설계대안을 제시했다.
매트릭스 평가는 기존 설계안과 설계VE 과정에서 창출된 아이디어를 상대적으로 비교 평가하기 위해서 실시했다. 매트릭스 평가에서 아이디어 평가 항목은 안정성, 경제성, 정확성, 시공성, 생산성 그리고 복잡성 등 모순충돌을 발생시키는 기술적 요인을 적용했다. 평가 항목에 사용된 각 기술적 요인 간 쌍방 비교를 실시하고, 집계 과정을 통해서 가중치를 부여했다.
본 논문에서는 모순충돌 문제를 바탕으로 체계적인 아이디어 창출방안을 제시했으며, 설계VE에서 간략하게 적용할 수 있도록 했다. 모순충돌 문제를 정의하기 위해서 기술적 요인을 건설분야의 특성에 맞도록 델파이 조사를 통해서 찾 았다. 기술적 요인은 설계기능을 구현하기 위한 구체적인 검토 사항이 됨으로써 설계대안 검토시 실질적으로 브레인스토밍을 지원할 수 있었다.
본 논문에서는 체계적인 아이디어 창출방안을 제시하기 위해서 첫째, 트리즈 모순충돌의 개념을 이해하고, 둘째, 델파이 조사를 통해서 가시설 공사에 적용할 수 있는 모순충돌의 기술적 요인을 도출했으며, 셋째, 기존 설계VE 보고서를 분석하여 가시설 공사에서 발행하는 모순충돌의 특성을 분석하고, 넷째, 아이디어 창출 방법론은 수립한 후, 마지막으로 가시설 공사 설계VE에 사례 적용을 통하여 아이디어 창출방안의 효과를 검토했다 (Fig. 1).
본 사례 분석에서 가시설 공사의 설계기능에 대한 아이디어 창출은 Talbe 3과 같이 5단계의 절차로 구성됐다
본 사례분석을 위해서 델파이 조사에 참여했던 5명의 전문가가 참여했으며, 본 논문의 아이디어 창출 방법론 절차에 따라서 설계대안을 검토했다. 실제 워크샵에서는 가시설 공사에 대한 모순충돌 분석표를 사용했으며, 기술적 요인을 사용하여 모순충돌을 분석했다.
(2009)는 설계VE 효과를 높이기 위해서 기능분석과 아이디어 제안시 평가 방법에 대한 연구를 수행했다. 본 연구자들은 설계기능에 대한 분석과 평가 과정을 단순화하고, 아이디어 개발을 위한 질문 영역을 개발하여 적용했다. 아이디어 발상을 위한 질문영역은 ‘역할’, ‘재료’, ‘공정’, ‘동력’, ‘대체’, ‘응용’, ‘흐름’, ‘방향’, ‘속도’, ‘온도’ 등 기능 향상을 위한 항목을 포함한다.
본 논문에서는 설계VE 과정에서 대안 검토시 모순충돌을 해결하는 과정으로서 체계적인 아이디어 창출 방법론을 제시한다. 설계VE 위원의 전문적인 판단을 효과적으로 적용하기 위해서 아이디어 창출단계를 정의하고, 각 단계별 가이드에 따라서 대안을 검토함으로써 효과적으로 아이디어를 제안할 수 있게 된다. 이러한 방법은 단순히 전문가의 즉흥적인 아이디어와 판단에 의존하는 것이 아니라 아이디어 창출과정을 체계적으로 처리함으로써 새로운 설계대안에 효과적으로 접근하도록 지원할 수 있을 것이다.
본 사례분석을 위해서 델파이 조사에 참여했던 5명의 전문가가 참여했으며, 본 논문의 아이디어 창출 방법론 절차에 따라서 설계대안을 검토했다. 실제 워크샵에서는 가시설 공사에 대한 모순충돌 분석표를 사용했으며, 기술적 요인을 사용하여 모순충돌을 분석했다.
기존 트리즈에서 사용하는 기술적 요인과 비교하여 가시설 시설물에서는 유동물체가 없으므로 해당되는 사항을 삭제하고, 비용의 중요성을 강조하기 위해서 경제성이 추가됐다. 이와 같이 델파이 조사결과에 따라서 본 논문에서는 가시설 공사를 대상으로 적용하도록 무게, 길이, 면적, 부피, 힘, 응력, 모양, 안정성, 강도, 내구성 등 27가지의 기술적 요인을 도출했다.
결과적으로 기존 연구와 달리 본 연구에서는 트리즈의 39가지 기술적 요인을 가시설 공사에 맞도록 27가지로 정리했으며, 설계VE에서는 27가지의 가시설 공사관련 기술적 요인을 적용하여 모순충돌 발생을 검토 하도록 했다. 이와 같이 설계기능을 구현 하는데 발생하는 모순충돌을 상황별로 분석함으로써 문제 해결을 위한 방향을 제시할 수 있었다.
평가 항목에 사용된 각 기술적 요인 간 쌍방 비교를 실시하고, 집계 과정을 통해서 가중치를 부여했다. 이후 기존 설계안과 설계VE 과정에서 창출된 아이디어를 1부터 5점 척도를 사용하여 평가했으며, 가중치를 적용하여 보정된 평가치를 구했다. 기존 설계안과 설계VE 과정에서 창출된 아이디어 각각에 대하여 집계하여 최종 성능 점수를 계산했다.
조사대상인 VE 보고서는 부산광역시에서 수행한 도로공사와 단지개발 등 일반적인 토목공사에 적용한 설계의 경제성 검토 결과를 담고 있다. 조사과정에서는 기존 설계VE 보고서에서 제시된 설계VE 결과를 바탕으로 설계안에 내재되어 있는 모순충돌을 찾고, 설계기능 향상시 모순충돌이 어떻게 해결 됐는지 분석했다. 분석시기존 설계VE 보고서는 모순충돌 개념을 사용하지 않았지만 설계VE 전문가는 모순충돌을 해결하는 방향에서 설계대안을 위한 아이디어를 제공했다고 가정했다.
최종 설계대안은 모순충돌 해결의 결과 도출된 각 개별 신규 설계대안을 취합하여 제시한 것으로써 각각의 문제 정의에 대하여 제시된 개별 아이디어를 취합하여 찾은 결과이다. 최종 설계대안에서는 가시설과 기성옹벽을 대체하여 합벽식 옹벽을 설치하고, 2단으로 되어 있는 옹벽을 1단으로 처리함으로써 최적화된 설계기능을 가지도록 했다. Table 4의 결과는 본 논문에서 제시하는 체계적 아이디어 창출절차가 설계원안과 비교하여 다양한 발상을 도울 수 있다는 것을 보여준다.
최종 설계대안을 도출한 후 제시된 대안에 대하여 매트릭스 평가를 실시했다(Fig. 3). 매트릭스 평가는 설계VE 검토시 설계 원안과 개선안을 비교하고, 비교 결과 성능과 비용의 개선 정도를 보여주기 위해서 적용된다(Stewart 2006).

대상 데이터

설계VE 시 모순충돌을 해결하여 아이디어를 창출하는 과정을 설명하기 위해서 옹벽 설치 가시설 공사를 대상으로 사례분석을 실시했다 (Fig. 2). 기존 설계에 따르면 설계상 옹벽설치 공사는 상부 1단 굴착부터 시작하여 굴착, 가시설 설치, 기성 옹벽 설치, 앵커 설치, 배면 다짐, 가시설 철거 등의 순서로 시공하며, 이 후 상부 2단에 대하여 같은 순서로 시공한다.
전문가 5명은 토질 및 기초 2명, 시공 2명 그리고 구조 1명으로 구성됐으며, 모두 10년 이상의 현장경험과 기술사 또는 박사학위 소지자이다. 전문가 5명은 델파이 조사와 본 논문의 사례분석에서 전문가 역할을 수행했다.
델파이 조사를 통해서 전문가 5명의 의견을 수렴했다. 전문가 5명은 토질 및 기초 2명, 시공 2명 그리고 구조 1명으로 구성됐으며, 모두 10년 이상의 현장경험과 기술사 또는 박사학위 소지자이다. 전문가 5명은 델파이 조사와 본 논문의 사례분석에서 전문가 역할을 수행했다.
본 논문에서는 10개 프로젝트의 가시설 공사에 대한 설계 VE 보고서를 대상으로 설계대안 검토시 모순충돌을 어떻게 극복했는지를 조사했다. 조사대상인 VE 보고서는 부산광역시에서 수행한 도로공사와 단지개발 등 일반적인 토목공사에 적용한 설계의 경제성 검토 결과를 담고 있다. 조사과정에서는 기존 설계VE 보고서에서 제시된 설계VE 결과를 바탕으로 설계안에 내재되어 있는 모순충돌을 찾고, 설계기능 향상시 모순충돌이 어떻게 해결 됐는지 분석했다.

데이터처리

이후 기존 설계안과 설계VE 과정에서 창출된 아이디어를 1부터 5점 척도를 사용하여 평가했으며, 가중치를 적용하여 보정된 평가치를 구했다. 기존 설계안과 설계VE 과정에서 창출된 아이디어 각각에 대하여 집계하여 최종 성능 점수를 계산했다.
매트릭스 평가에서 아이디어 평가 항목은 안정성, 경제성, 정확성, 시공성, 생산성 그리고 복잡성 등 모순충돌을 발생시키는 기술적 요인을 적용했다. 평가 항목에 사용된 각 기술적 요인 간 쌍방 비교를 실시하고, 집계 과정을 통해서 가중치를 부여했다. 이후 기존 설계안과 설계VE 과정에서 창출된 아이디어를 1부터 5점 척도를 사용하여 평가했으며, 가중치를 적용하여 보정된 평가치를 구했다.

성능/효과

가시설 공사를 대상으로 한 사례분석 에서는 모순충돌을 기반으로 하는 체계적인 아이디어 창출 방안의 혜택을 찾을 수 있었으며, 첫째, 기술적 요인을 통하여 설계기능을 구체화하고, 둘째, 모순충돌 분석표를 작성하여 브레인스토밍의 효과를 얻고, 셋째, 좋은 점과 나쁜 점을 함께 검토하여 최종 설계대안의 최적화를 얻을 수 있고, 마지막으로 기존 설계VE 방법론에 추가하여 브레인스토밍의 한 과정으로 간략히 적용할 수 있다는 것을 알 수 있었다.
본 설계 VE 적용사례에서는 ‘사면붕괴를 방지한다‘의 기능을 구현하기 위해서 기존 설계안으로 ’가시설+기성옹벽설치‘가 제시 되어 있었으나, 모순충돌을 해결하는 과정으로써 아이디어를 창출하여 ’합벽식 옹벽을 1단으로 설치‘하게 됐으며, 새로운 아이디어를 통하여 설계가치가 향상될 수 있었다. 결과적으로 기능구현을 위해서 제시되어 있는 설계안을 검토하고, 내재되어 있는 다수의 모순충돌을 해결함으로써 최종 설계대안을 취합하여 구할 수 있다는 것을 보여준다.
모순충돌 문제를 정의하기 위해서 기술적 요인을 건설분야의 특성에 맞도록 델파이 조사를 통해서 찾 았다. 기술적 요인은 설계기능을 구현하기 위한 구체적인 검토 사항이 됨으로써 설계대안 검토시 실질적으로 브레인스토밍을 지원할 수 있었다.
매트릭스 평가 결과 기존 가시설+기성옹벽 설치안은 2.33이었으나 신규 합벽식 옹벽 설치안은 3.77로 평가 되어서 옹벽설치의 설계성능이 개선됐다는 것을 보여줬다. 본 설계 VE 적용사례에서는 ‘사면붕괴를 방지한다‘의 기능을 구현하기 위해서 기존 설계안으로 ’가시설+기성옹벽설치‘가 제시 되어 있었으나, 모순충돌을 해결하는 과정으로써 아이디어를 창출하여 ’합벽식 옹벽을 1단으로 설치‘하게 됐으며, 새로운 아이디어를 통하여 설계가치가 향상될 수 있었다.
검토 대상인 가시설 공사는 영구적인 구조물을 시공하기 위해서 임시로 설치하는 구조물로서 대부분 토목과 건축공사에서 공통으로 적용되며, 시공후 제거되는 임시 구조물이기 때문에 원가 절감의 효과가 크게 나타난다. 본 논문에서 분석된 10개 프로젝트는 모두 가시설 공사를 포함하고 있으며, 토목공정 중 예산측면에서 큰 비중을 차지했다 (Table 2).
본 설계 VE 적용사례에서는 ‘사면붕괴를 방지한다‘의 기능을 구현하기 위해서 기존 설계안으로 ’가시설+기성옹벽설치‘가 제시 되어 있었으나, 모순충돌을 해결하는 과정으로써 아이디어를 창출하여 ’합벽식 옹벽을 1단으로 설치‘하게 됐으며, 새로운 아이디어를 통하여 설계가치가 향상될 수 있었다.
이와 같이 설계VE 수행시 방법론은 중요한 역할을 차지하고 있으나, 이중 특히 주목해야 할 것은 설계VE 방법론의 핵심인 아이디어 발상에 대한 연구의 중요성이라는 점이다. 본 연구에서 제시하는 아이디어 창출절차는 기존 연구와 차별하여 건설분야 가시설 공사의 특성을 반영하며, 설계기능이 가지는 모순충돌을 이해하고, 모순충돌을 해결 하는 과정으로서 아이디어 창출 활동을 지원 한다는 특징을 가진다. 따라서 본 아이디어 창출절차는 설계VE에 적용하기 쉽도록 적용성을 높이며, 기존 설계VE 방법론에 접목 하여 실제 설계VE 워크샵에 적용될 수 있을 것이다.
셋째, 모순충돌 해결을 위한 신규 설계대안에서는 모순충돌을 해결할 수 있는 방안으로써 새로운 아이디어를 제시 했다. 예를 들어서 안정성은 좋아지지만 경제성이 나빠지는 모순충돌을 개선하기 위해서 가시설 자재로 사용한 H-빔을 영구 구조물로 활용하는 아이디어를 제시했다.

후속연구

본 연구에서 제시하는 아이디어 창출절차는 기존 연구와 차별하여 건설분야 가시설 공사의 특성을 반영하며, 설계기능이 가지는 모순충돌을 이해하고, 모순충돌을 해결 하는 과정으로서 아이디어 창출 활동을 지원 한다는 특징을 가진다. 따라서 본 아이디어 창출절차는 설계VE에 적용하기 쉽도록 적용성을 높이며, 기존 설계VE 방법론에 접목 하여 실제 설계VE 워크샵에 적용될 수 있을 것이다.
그러나 건설공사의 다양성을 고려했을 때 표준화된 모순충돌 테이블은 현실적인 실용성이 떨어지게 된다. 모순충돌 테이블을 적용하기 보다는 설계기능에서 발생하는 모순충돌을 관찰하고 이에 대응하기 위한 문제 해결 방안으로써 대안을 제시하는 것이 실무에서 활용성과 적용성이 향상될 것으로 판단된다.
그러나 이러한 과정은 기존 설계VE Job Plan에 비하여 시간이 많이 소요됨으로 현실적으로 모든 설계기능에 적용하기 보다는 주요 설계기능에 대하여 선택적으로 적용하는 것이 타당할 것이다. 향후 연구에서는 다양한 설계기능에 적용함으로써 설계기능의 모순충돌을 찾을 수 있을 것이고, 모순충돌을 이해함으로써 설계의 가치를 더욱 향상시킬 수 있을 것이다.

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	국토교통부의 설계VE 업무 매뉴얼은 어떤 단계를 거쳐 실행되는가?	국토교통부의 설계VE 업무 매뉴얼은 1) 준비단계, 2) 분석단계, 그리고 3) 실행단계로 구분되어 있다. 첫째, 준비단계에서는 관련 자료수집, 발주자 및 사용자 요구사항 분석, VE 대상선정 등의 업무를 수행한다. 둘째, 분석단계에서는 기능분석, 아이디어 창출, 아이디어 평가, 대안 구체화, 제안 등의 업무를 수행한다. 그리고 셋째, 실행단계에서는 대안의 실행과 결과에 대한 조사 및 후속 조치 등 업무를 수행한다.
	설계VE 위원은 어떤 역할을 하는가?	설계VE 과정에서 아이디어 창출은 주로 설계VE에 참여 하는 설계VE 위원에 의하여 수행된다. 설계VE 위원은 설계VE 과정에 참여하여 설계기능을 검토하고 아이디어를 창출하여 개선된 설계대안을 제공하는 역할을 한다. 이때 설계VE 위원은 경험과 지식을 바탕으로 여러 가지 대안을 검토하고 아이디어 평가를 평가하여 새로운 대안을 제시하게 된다.
	SAVE International에서 제공하는 설계VE방법론은 어떻게 구성되는가?	SAVE International(2005)에서 제공하는 설계VE 방법론은1) 사전분석 크샵, 2) 정보분석, 3) 기능분석, 4) 아이디어 창출, 5) 아이디어 평가, 6) 아이디어 개발, 7) 아이디어 제안, 8) 아이디어 적용, 9) 사후 워크샵 등으로 구성된다. SAVE International에서 제공하는 방법론의 특징은 기능분석을 실시한 후 기능분석 결과를 기준으로 아이디어 창출 활동이 전개 된다는 점이다.

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