최근 건설공사의 기계화로 인한 많은 장비 투입으로 인하여 주변 주민들이 현장 소음에 인한 피해보상을 요구하는 민원이 증가하고 있다. 하지만 현장소음은 예방차원이 아닌 공사 진행과정에서만 제한적으로 관리되며 민원이 발생하고 나서야 대부분의 대처가 이루어지고 있는 실정이다. 또한, 이러한 민원을 해결하기 위해서는 비용과 시간이 과다하게 소요되는데 이는 건설사에 부정적인 영향을 미치게 된다. 이에 본 연구는 착공 전부터 계획된 공사기간과 장비투입 조건을 활용하여 최적 공사비를 찾는 알고리즘을 제안하고 최적 공정표를 도출할 수 있는 스케줄링프로세스 모델을 개발하는 데 그 목적이 있다. 또한, 이를 활용하여 현장관리자가 공사계획 수립 시 소음발생 여부에 따라 민원이 발생할 때 예측되는 비용정보 및 소음제한에 따른 공사비와 공사기간의 변화 정도를 비교 분석함으로써 보다 합리적이고 효율적인 공사 관리를 수행할 수 있도록 한다.
최근 건설공사의 기계화로 인한 많은 장비 투입으로 인하여 주변 주민들이 현장 소음에 인한 피해보상을 요구하는 민원이 증가하고 있다. 하지만 현장소음은 예방차원이 아닌 공사 진행과정에서만 제한적으로 관리되며 민원이 발생하고 나서야 대부분의 대처가 이루어지고 있는 실정이다. 또한, 이러한 민원을 해결하기 위해서는 비용과 시간이 과다하게 소요되는데 이는 건설사에 부정적인 영향을 미치게 된다. 이에 본 연구는 착공 전부터 계획된 공사기간과 장비투입 조건을 활용하여 최적 공사비를 찾는 알고리즘을 제안하고 최적 공정표를 도출할 수 있는 스케줄링 프로세스 모델을 개발하는 데 그 목적이 있다. 또한, 이를 활용하여 현장관리자가 공사계획 수립 시 소음발생 여부에 따라 민원이 발생할 때 예측되는 비용정보 및 소음제한에 따른 공사비와 공사기간의 변화 정도를 비교 분석함으로써 보다 합리적이고 효율적인 공사 관리를 수행할 수 있도록 한다.
According to the expanding of construction machinery works, the number of civil complaints demanding compensations are increasing continuously from surrounding residents due to the noise from construction fields. However, the noise is usually managed restrictedly during the construction phase rather...
According to the expanding of construction machinery works, the number of civil complaints demanding compensations are increasing continuously from surrounding residents due to the noise from construction fields. However, the noise is usually managed restrictedly during the construction phase rather than prevented in advance. So, the efforts to solve the noise problem are occurring only after complaints have been made. Also, excessive cost and time consuming in order to solve the complaints negatively affects to construction companies. Therefore, the purpose of this study is to develop an optimized scheduling process model for controlling the noise in construction field by considering the planned time, cost, and the number of equipment before construction. In addition, this process model is expected to provide a useful information about the cost comparison between the original planned cost plus compensation and the optimized cost considering noise limitation so that the site managers can manage their projects effectively.
According to the expanding of construction machinery works, the number of civil complaints demanding compensations are increasing continuously from surrounding residents due to the noise from construction fields. However, the noise is usually managed restrictedly during the construction phase rather than prevented in advance. So, the efforts to solve the noise problem are occurring only after complaints have been made. Also, excessive cost and time consuming in order to solve the complaints negatively affects to construction companies. Therefore, the purpose of this study is to develop an optimized scheduling process model for controlling the noise in construction field by considering the planned time, cost, and the number of equipment before construction. In addition, this process model is expected to provide a useful information about the cost comparison between the original planned cost plus compensation and the optimized cost considering noise limitation so that the site managers can manage their projects effectively.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
건설장비에서 발생하는 소음으로 인하여 현장에 어떠한 영향이 발생하는지 알아보기 위해 중앙환경분쟁위원회에서 제공하는 과거 10년간의 분쟁사례조정집과 기존 연구문헌 고찰을 통하여 소음 파급효과를 살펴보았다.
기존에 공사의 생산성 향상 및 효율적인 자원 활용을 위한 공정관리 최적화에 관한 체계적이고 과학적인 연구가 많이 진행된 바 있으며, 그 중 비용과 시간의 최적관계를 찾는 TCTO에 관한 연구를 기반으로, 본 연구의 스케줄링 프로세스 모델을 개발하고자 다음과 같이 최근까지 선행 연구를 고찰하였다.
또한, 현장관리자가 소음이 고려되지 않는 공정계획의 예상 공사비(배상액포함)와 소음제한을 고려하여 도출한 최적 공사비를 비교 분석함으로써 합리적인 공정계획을 수립할수 있도록 한다.
마지막으로 본 연구의 결과를 요약, 정리하며 연구의 의의 및 향후 연구 방향에 대하여 제안한다.
본 연구는 착공 전 단계 전부터 현장에서 발생하는 소음을 예측한 후 공사기간과 장비투입 관계를 활용하여 최적 공사비를 찾는 알고리즘 기법으로 최적 공정표를 도출할 수 있는 스케줄링 프로세스 모델을 개발하였다. 또한 본 모델을 활용하여 현장관리자의 의사결정에 도움을 주는 정보를 도출하였고, 사례 검증을 실시하여 본 연구 모델의 유효성과 타당성을 검증하였다.
본 연구에서는 각 건설 관련 장비에서 발생하는 소음도와 일일(day)단위 합성소음도를 산출하여 건설 현장의 소음도를 단일작업뿐만 아니라 일일(day)단위로도 산출하고, 이를 활용하여 소음제한을 고려한 최적 공정표를 도출하는 스케줄링 프로세스 모델을 개발한다.
본 연구에서는 비용-시간의 2가지 조건만 고려된 상관관계 분석이 아닌 비용-시간에 본 연구에서 제한하는 소음을 추가하여 최적관계를 찾는 최적 스케줄링 프로세스 모델을 개발하려 한다.
본 연구에서는 소음-비용-시간의 3가지 조건을 고려하여 최적 대안을 찾고 이를 활용하여 최적 공정표를 도출하고자 하는 데 그 목적이 있다.
사례(1)의 경우는 각 단일작업의 소음도는 법적 기준을 초과하지 않지만, Activity C와 D가 동시에 작업을 진행하는 27일부터 35일 사이에 소음이 법적 기준을 초과하는 구간이 발생하고 이를 기준 미만으로 줄이기 위하여 본 연구에서 제시한 모델로 사례연구를 수행하였다.
위와 같은 정보와 현장 주변 주민의 거주 분포를 분석하여 소음이 초과하여 배상액에 대한 위험요소가 존재하는 기존 공정계획과 기존 공사비보단 공사비가 더 투입되지만, 배상액에 대한 위험요소가 존재하지 않는 공정계획 중 선택 하여 공사를 진행하도록 본 연구의 모델이 현장관리자의 의사결정을 위한 정보를 제공한다.
이를 통하여 현장관리자는 초기 공사계획 수립 시 소음발생을 고려하지 못함에 따라 민원이 발생할 때 예측되는 비용정보와 소음제한을 고려할 때의 공사비, 공사기간의 변화 정도를 상대적으로 비교 분석함으로써 보다 합리적이고 경제적인 공사 관리를 수행할 수 있도록 한다.
또한, 이러한 민원을 해결하기 위해서는 비용과 시간이 과다 하게 소요되는데 이는 건설사에 부정적인 영향을 미치게 된다. 이에 본 연구는 착공 전부터 계획된 공사기간과 장비투입 조건을 활용하여 최적 공사비를 찾는 알고리즘을 제안하고 최적 공정표를 도출할 수 있는 스케줄링 프로세스 모델을 개발하는 데 그 목적이 있다. 또한, 이를 활용하여 현장 관리자가 공사계획 수립 시 소음발생 여부에 따라 민원이 발생할 때 예측되는 비용정보 및 소음제한에 따른 공사비와 공사기간의 변화 정도를 비교 분석함으로써 보다 합리적이고 효율적인 공사 관리를 수행할 수 있도록 한다.
이에 본 연구에서는 착공 단계 전부터 현장에서 발생 가능한 작업별 합성소음도를 예측하고, 법적 소음제한 기준에 따라 공사를 수행하되 공사기간과 장비투입 조건에 따른 최적 공사비를 찾는 알고리즘 개발하며, 궁극적으로 최적 공정표를 도출할 수 있는 스케줄링 프로세스 모델 개발을 목적으로 한다.
제안 방법
각 대안별 장비 조합의 장비명, 장비규격, 장비대수와 거리감쇠식을 활용하여 각 대안의 소음도를 측정한다.
각 대안의 소음도 및 장비 대수가 법적기준 및 장비제한대수를 초과할 경우, 그 해당 대안을 최적 대안 선정에서 제외시키기고, 나머지 대안 중에서 최적 대안을 찾기 위해서 복수의 공급지에서 수요지까지 수요–공급량(제한조건) 을 만족하며 비용이 최소가 되는 경로를 찾는 최소비용흐름 문제를 활용하였다.
기존 공정계획에서 측정한 소음도는 65.4dB(A)로 법적 초과기준(65.0dB(A))을 초과하여 1인당 50,000원이라는 소음 피해배상액이 발생하게 되는데 이는 환경부 산하 중앙 환경분쟁조정위원회에서 공개한 배상기준과 본 사례의 초과소음도 및 피해기간을 활용하여 산정하였다.
둘째, 각 장비의 소음측정을 위한 거리감쇠식과 최소비용 흐름문제 및 정수계획법을 활용하여 소음제한을 고려한 최적 스케줄링 프로세스 모델을 개발한다.
본 연구는 착공 전 단계부터 소음을 관리하기 때문에 현장조건이 정확하게 반영되기 어렵다. 따라서 시뮬레이션을 활용한 생산성 측정이 아닌 각 장비의 생산성 측정 공식을 활용하여 생산성을 산정하였다. 다음 (Equation 1)은 여러 건설장비 중 굴삭기의 생산성을 측정하는 수식이다.
본 연구는 착공 전 단계 전부터 현장에서 발생하는 소음을 예측한 후 공사기간과 장비투입 관계를 활용하여 최적 공사비를 찾는 알고리즘 기법으로 최적 공정표를 도출할 수 있는 스케줄링 프로세스 모델을 개발하였다. 또한 본 모델을 활용하여 현장관리자의 의사결정에 도움을 주는 정보를 도출하였고, 사례 검증을 실시하여 본 연구 모델의 유효성과 타당성을 검증하였다.
또한, 이런 정수계획 모형을 풀기 위하여 본 연구에서는 MS-Excel과 선형계획 프로그램 Solver(해 찾기 프로그램)를 활용 프로세스 모델을 구축하고, 이를 활용하기 위해 제한조건 및 변수를 각각 수립한 후 Linear Programing을 선택하여 최적 공정표를 도출하기 위한 해 찾기를 실시한다.
이에 본 연구는 착공 전부터 계획된 공사기간과 장비투입 조건을 활용하여 최적 공사비를 찾는 알고리즘을 제안하고 최적 공정표를 도출할 수 있는 스케줄링 프로세스 모델을 개발하는 데 그 목적이 있다. 또한, 이를 활용하여 현장 관리자가 공사계획 수립 시 소음발생 여부에 따라 민원이 발생할 때 예측되는 비용정보 및 소음제한에 따른 공사비와 공사기간의 변화 정도를 비교 분석함으로써 보다 합리적이고 효율적인 공사 관리를 수행할 수 있도록 한다.
또한, 환경피해 중 소음으로 인하여 발생하는 민원사례의 발생 분포를 분석하기 위해 기존 연구문헌을 조사하였고 그 결과는 다음과 같다[2].
먼저 시공 단계 전에 작성된 내역서를 활용한 각 작업별 물량정보와 표준품셈을 활용한 각 대안의 장비별 생산성 측정 방식을 확인한다.
먼저 착공 전 단계부터 소음을 관리하기 위해 시공계획서를 활용하여 장비명, 규격, 대수 등의 정보가 있는 장비의 투입계획을 확인한다.
본 연구에선 초과여부를 판단하는 변수를 Yij로 결정하고, 각 장비투입 대안의 직접비에 곱하여 소음도와 장비제한 대수의 초과 여부를 판단한다(Equation 6).
사례(3)의 경우는 각 작업의 소음도가 법적 기준을 초과하지는 않지만, Activity C와 D와 E가 같이 진행되는 16일부터 22일 사이에 법적기준을 초과하는 구간이 발생하고 이를 법적기준 미만으로 줄이기 위해 소음제한을 활용한 공정 계획 프로세스 모델을 진행하였다.
사례(3)의 경우는 인원범위가 매우 적은 범위이기 때문에 현장 주변 주민의 거주 분포를 분석 후 소음이 초과하여 배상액에 대한 위험요소가 존재하는 기존 공정계획보다 소음 제한을 고려한 공정관리 스케줄링 모델로 도출한 공정계획을 활용하여 공사를 진행하도록 한다.
위와 같은 목적함수와 변수 및 제한조건으로 수립한 대안중 각 Activity 별 1가지 대안을 선택하고, 이를 활용하여 소음제한을 고려한 최적 공정표를 도출한다.
위와 같이 각 Activity 별 수많은 장비 대안을 수립할 경우 MS-Excel을 활용하여 최적 공정표를 찾는 작업에 제한이 있기 때문에 많은 데이터양의 등록 및 처리에 용이한 가상분석 도구 Solver를 MS-Excel과 함께 활용하여 최적 공정표를 찾는 최적 스케줄링 프로세스 모델을 구축하였다.
이때 최적 대안을 찾는 과정에서 의사결정변수에 정수화 조건이 추가되기 때문에 정수계획법 중 정수화 조건이 붙고 의사결정 변수들이 0 또는 1의 값만을 갖는 0-1 정수계획법(또는 이진 정수계획법)을 활용하여 최적 대안을 찾는 문제를 해결하고자 한다.
첫째, 소음이 건설현장에 미치는 영향을 알아보기 위한 소음 파급효과 분석과 본 모델구축에 필요한 공정관리 최적화 기법 및 정수계획법에 관한 이론적 고찰을 수행한다.
최종적으로 소음제한을 고려한 최적 공정표를 도출한 후 이를 활용하여 현장관리자가 보다 합리적이고 효율적인 공사 관리를 수행할 수 있도록 공사비, 공사기간, 배상액, 공정표 등의 정보를 제공한다.
하지만 사례 (1)과 같이 장비제한이 없는 경우는 현장조건이 반영되지 않았다는 문제점과 최적 대안 산정 과정에서 무조건 적은 장비가 투입되는 대안을 찾기 때문에 현장관리자가 현장조건을 반영하여 장비제한 대수를 선정하고 이를 바탕으로 다시 최적화를 실시해야 하며, 그 결과를 다음 사례(2)와 같이 도출하였다.
하지만 위 자료는 2007년까지의 자료만 조사되었기 때문에 본 연구에서는 중앙환경분쟁위원회에서 제공하는 환경 분쟁조정사례집에서 최근 10년간 발생한 민원 중 소음에 관한 자료를 수집 · 분석하였으며, 그 결과는 다음과 같다.
대상 데이터
사례(1)은 A 중학교 신축공사로써 총 공사기간 중 토공사 기간인 35일로 대상을 한정하였고, 이에 해당하는 공사비용은 190백만 원이며, 공사장과 가장 가까운 민원 신청인과의 거리는 30m, 1일 간접비는 약 2,265,000원이다.
사례(3)은 B 상가 신축공사로써 총 공사기간 중 토공사 기간인 31일로 대상을 한정하였고, 이에 해당되는 공사비용은 204.2백만 원이며 공사장과 가장 가까운 민원신청인과의 거리는 40m이며 1일 간접비는 약 1,120,000원이다.
셋째, 소음제한을 고려한 최적 스케줄링 프로세스 모델의 유효성을 검증하기 위하여 A 중학교 교사 신축공사와 B 상가신축공사를 대상으로 사례연구를 시행한다.
장비 대수 제한은 현장관리자가 현장조건을 반영하여 선정하며 본 사례에는 Activity A, B는 굴삭기2대, 덤프트럭 3대 D와E는 굴삭기5대, 덤프트럭5대로 선정하였다.
이론/모형
본 연구의 모델 구축에 정수계획법과 해 찾기 프로그램을 활용하는 이유는 복잡한 여러 의사결정 상황이 정수변수나 0-1 변수로 의사결정이 가능하고 이러한 정수계획 모형은 해 찾기 프로그램으로 모형화가 가능하기 때문에 본 연구에서 제시하는 모델 구축에 이를 활용하였다[6].
성능/효과
각 Activity의 기존공정계획과 최적화된 장비투입대수를 살펴보면 소음도가 법적초과 기준보다 적게 산출된 Activity A와 B는 법적초과기준과 장비대수 제한을 고려하여 장비대수가 기존 공정계획보다 증가하였다.
건설소음 분쟁조정 처리 결과에 대한 당사자 간 배상률은 꾸준한 증가추세의 양상을 보이고 있으며, 피해요구액 또한 증가하는 경향을 보이고 있다. 또한, 피해 대상이 사람 뿐만 아니라 축산물의 피해 보상을 요구하는 목소리도 점차 높아지고 있다.
다음으로 공사비용을 비교 분석한 결과, 기존 공사비보다 최적 공사비가 초과하였으며 이에 따른 배상액 인원범위는 64명임을 확인할 수 있다.
사례검증 결과 소음도가 초과한 기존 공정표에서 소음도가 초과하지 않는 공정표와 최적공사비, 최적공사기간, 최적 장비대수를 도출하였고, 이를 분석하여 현장관리자의 의사결정을 위한 정보를 도출하여 현장에서 민원의 위험요소 없이 공사를 진행할 수 있는 가능성을 확인할 수 있었다. 또한, 본 연구의 모델 구축에서 활용한 방법론을 통해 최적 공기 산출 시 사용자가 원하는 제한조건을 활용하여 목적에 맞는 공정계획 수립이 가능함을 보여주었다.
먼저 환경피해 종류별 구성비와 소음으로 인하여 피해가 많이 발생하는 공사장 현황에 대한 자료를 수집하여 분석한결과[1], 여러 많은 민원 중 다른 환경 피해(수질, 대기 등) 와 비교하여 볼 때, 소음으로 인한 피해가 86%로 큰 비중을 차지하고 있으며, 그 중 76%가 건축, 토목공사장에서 발생 하는 결과로 확인되었다.
본 연구의 모델을 활용하여 산정한 최적 공사비는 170백만 원이며 시공 전 계획된 공정계획보다 소음이 초과하지 않으면서 공기를 5일 단축하였고, 이에 따른 총 투입장비대수는 굴삭기는 11대, 덤프트럭은 25대가 감소하였다.
사례검증 결과 소음도가 초과한 기존 공정표에서 소음도가 초과하지 않는 공정표와 최적공사비, 최적공사기간, 최적 장비대수를 도출하였고, 이를 분석하여 현장관리자의 의사결정을 위한 정보를 도출하여 현장에서 민원의 위험요소 없이 공사를 진행할 수 있는 가능성을 확인할 수 있었다. 또한, 본 연구의 모델 구축에서 활용한 방법론을 통해 최적 공기 산출 시 사용자가 원하는 제한조건을 활용하여 목적에 맞는 공정계획 수립이 가능함을 보여주었다.
소음피해로 인한 민원 신청 후에 개연성이 인정되어 배상액을 지급한 경우는 전체 민원 건수 중 70%에 달하며, 배상액의 평균은 약 35백만원 정도임을 확인하였다.
위와 같은 소음관리용 공정관리 의사결정 정보를 통해 소음이 법적기준을 초과하지 않으면서 공사비와 공사기간이 감소한 정보를 확인할 수 있었다.
이에 따라 장비의 대수가 증가한 Activity A와 B는 공사 기간이 감소하였고 장비의 대수가 감소한 Activity D는 공사기간이 증가하였기 때문에 기존 공기보다 최적공기가 1일 증가하는 결과를 얻을 수 있었다.
후속연구
끝으로 본 연구결과를 활용할 경우 소음이 초과하지 않는 최적 공정계획을 수립함으로써 민원으로 인한 배상액을 발생시키지 않을 수 있는 방법을 제시하였으며, 이는 공사를 진행하는 건설사의 입장에서 민원 발생으로 추가되는 비용을 감소시킬 수 있을 것으로 기대된다. 또한, 향후에는 소음뿐만 아니라 다른 환경피해(진동, 분진)도 본 연구에서 개발한 모델을 활용해서 관리가 가능할 것으로 생각한다.
끝으로 본 연구결과를 활용할 경우 소음이 초과하지 않는 최적 공정계획을 수립함으로써 민원으로 인한 배상액을 발생시키지 않을 수 있는 방법을 제시하였으며, 이는 공사를 진행하는 건설사의 입장에서 민원 발생으로 추가되는 비용을 감소시킬 수 있을 것으로 기대된다. 또한, 향후에는 소음뿐만 아니라 다른 환경피해(진동, 분진)도 본 연구에서 개발한 모델을 활용해서 관리가 가능할 것으로 생각한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
본 연구에서 모델 구축에 정수계획법과 해 찾기 프로그램을 활용하는 이유는?
본 연구의 모델 구축에 정수계획법과 해 찾기 프로그램을 활용하는 이유는 복잡한 여러 의사결정 상황이 정수변수나 0-1 변수로 의사결정이 가능하고 이러한 정수계획 모형은해 찾기 프로그램으로 모형화가 가능하기 때문에 본 연구에서 제시하는 모델 구축에 이를 활용하였다[6].
소음제한을 고려한 최적 공정표를 도출하여 어떠한 정보를 제공할 수 있는가?
최종적으로 소음제한을 고려한 최적 공정표를 도출한 후 이를 활용하여 현장관리자가 보다 합리적이고 효율적인 공사 관리를 수행할 수 있도록 공사비, 공사기간, 배상액, 공정표 등의 정보를 제공한다.
본 연구에서 개발한 최적 공정표를 도출할 수있는 스케줄링 프로세스 모델을 활용한 사례검증 결과는?
사례검증 결과 소음도가 초과한 기존 공정표에서 소음도가 초과하지 않는 공정표와 최적공사비, 최적공사기간, 최적 장비대수를 도출하였고, 이를 분석하여 현장관리자의 의사결정을 위한 정보를 도출하여 현장에서 민원의 위험요소 없이 공사를 진행할 수 있는 가능성을 확인할 수 있었다. 또한, 본 연구의 모델 구축에서 활용한 방법론을 통해 최적 공기 산출 시 사용자가 원하는 제한조건을 활용하여 목적에 맞는 공정계획 수립이 가능함을 보여주었다.
참고문헌 (9)
Song JY. Noise a Construction Sites and Vibration Management a Best Casebook. Sejong : Ministry of Environment (KR);2012 Mar. 4 p. Report No.: 11-1480000-001217-01
Jung EJ, Kim JS. A Case Study of Dispute Mediations on Construction Noise and Vibration Damages for Environmental Dispute Mediation - Focused on the 1993-2004 Years. Proceeding of Korean Society for Environmental Engineers ; 2006 Oct No. - ; Gyeongju, Korea. Seoul (Korea) : Korean Society of Environmental Engineers ; 2006. p. 987-92.
Roh S, Lee HS, Park MS, Ryu HG. Focused on High-rise Building Finishing Work : Scheduling Method by Using Genetic Algorithms to Solve time-cost Trade-off Problems. Journal of the Architectural Institute of Korea Structure & Construction. 2006 Jun;22(6):157-64.
Park UY, An SH. A Study on Optimization Model of Time-cost Trade-off Analysis Using Praticle Swarm Optimization. Journal of the Korea Institute of Building Construction. 2006 Jun;8(6):91-8.
Maeng JC. Development of Progress Management Decision Making Model Considering Time-cost Trade off. [Master's Thesis]. [Seoul (Korea)]: Korea University; 2011. 88 p.
Hong SJ, Choi BD, Lee IS, Lee YJ, An SJ. Introduction to Management Science : A Modeling and Case Studies Approach with Spreadsheets. Seoul: Hankyungsa; 2012. 63 p.
Kim JS. Noise and Vibration Control. 4th ed. Seoul: Sejinsa 2013. 31-49 p.
Atilla D, David A, Gul P. Multi Resource Leveling in Line-of-balance Scheduling. Journal of Construction Engineering and Management. 2013 Sep;139(9):1108-16.
Hegazy T, Kassab M. Resource Optimization Using Combined Simulation and Genetic Algorithms. Journal of Construction Engineering and management. 2003 Dec;129(6):698-705.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.