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확률론적 생애주기비용-이익분석 기반 수명관리 최적화 기법
Optimum Service Life Management Based on Probabilistic Life-Cycle Cost-Benefit Analysis 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.17 no.4, 2016년, pp.19 - 25  

김선용 (원광대학교 토목환경공학과)

초록
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사회기반시설물을 포함한 구조물은 수명유지 또는 연장을 위하여 적절한 점검과 유지보수가 필수적이다. 이러한 점검과 유지보수는 일반적으로 생애주기비용 평가를 통해 관련 계획이 수립된다. 본 논문에서는 구조물의 생애주기비용과 그 사용으로 인해 발생되는 이익을 고려하는 확률론적 비용-이익분석과 이를 통한 구조물 최적수명 결정 방법을 다루고자 한다. 생애주기비용은 구조물 초기 제작/건설비용, 유지보수 비용과 구조물 파괴로 인한 예상손실을 고려하게 된다. 일반적으로 구조물의 수명연장은 생애주기비용의 증가를 유발하나 사용기간 증가로 인해 발생되는 이익 또한 증가하여, 이를 최적화하는 수명관리에 관심을 가질 필요가 있다. 생애주기 평가에 있어서 유지보수 적용이 구조성능, 구조물 파괴확률 그리고 수명에 미치는 영향을 확률론적 방법을 적용하여 평가하며, 이를 통해 생애주기비용과 이익의 차이를 목적함수로 구성하게 된다. 이 목적함수가 최대가 되는 지점이 설계변수인 구조물 최적수명이 되는데, 최적화문제 구성에 있어서 제한조건의 변화에 따라 유지보수 계획수립도 가능하다. 본 논문에서 다루어지는 구조물 수명관리 최적화기법이 안전성과 효율성을 동시에 고려하는 사회기반시설물 수명관리에 기여할 것으로 기대한다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Engineering structures including civil infrastructures require a life-cycle cost and benefit during their service lives. The service life of a structure can be extended through appropriate inspection and maintenance actions. In general, this service life extension requires more life-cycle cost and c...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에는 구조물의 생애주기비용과 그 사용으로 인해 발생되는 이익을 고려하는 확률론적 생애주기비용-이익분석을 통한 새로운 구조물 최적수명 결정 방법을 제시하고자 한다. 생애주기비용 평가에 있어서 유지보수의 적용이 사용수명과 구조물 파괴확률에 미치는 영향을 확률론적 방법을 적용하여 평가하며, 이를 통해 생애주기비용과 이익의 차이를 목적함수로 구성한다.
  • 본 논문에는 사회기반시설물을 포함하는 구조물의 생애주기비용과 그 사용으로 인해 발생되는 이익분석을 기반으로 하는 최적수명결정 방법을 제시하였다. 구조물의 수명과 이를 바탕으로 하는 파괴확률 그리고 생애주기비용에 포함되는 초기비용, 유지관리비용과 구조물 사용기간 중 발생하는 이익을 고려하여 최적수명을 결정하게 되는데 이를 바탕으로 구조물 수명관리에 적용되는 유지보수 시점도 결정할 수 있음을 보였다.
  • 한정된 예산의 효율적 적용과 사회기반시설물의 수명 연장을 위해서는 최적유지보수 전략수립이 필수적이다[12,13]. 본 논문에서는 구조물의 유지보수에 따른 수명 영향 그리고 생애주기비용-이익 분석을 통합하는 최적수명관리 의사결정도구 방법을 제시한다. Fig.
  • 본 논문에는 구조물의 생애주기비용과 그 사용으로 인해 발생되는 이익을 고려하는 확률론적 생애주기비용-이익분석을 통한 새로운 구조물 최적수명 결정 방법을 제시하고자 한다. 생애주기비용 평가에 있어서 유지보수의 적용이 사용수명과 구조물 파괴확률에 미치는 영향을 확률론적 방법을 적용하여 평가하며, 이를 통해 생애주기비용과 이익의 차이를 목적함수로 구성한다. 이 방법론에서는 목적함수가 최대가 되는 지점이 설계변수인 구조물 최적 수명이 된다.

가설 설정

  • 3(a)의 CDF인 P(t(PM)life,3 ≤ t)로 계산된다. 또한 Cben 평가에서는 가용성 Rav = 1과 Cben,un이 매년 일정한 값인 20을 가진다는 가정을 적용 한다. Cfail에서의 Cf가 100일 경우 시간에 따른 생애주기 비용과 이를 구성하는 비용을 Fig.
  • 3에 도식화하였다. 여기서, 예방유지보수로 인한 수명연장 t(PM)ex는 평균 5년과 표준편차 1년을 가지는 로그정규분포를 따른다고 가정한다. 이 CDF는 구조물의 연장된 수명이 특정시간 t보다 작을 확률을 나타내는 것으로, Fig.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
최근 몇 년간 구조물의 수명관리는 어떤 기법이 적용되었는가? 특히, 사용 중인 구조물의 경우 구조적 성능과 수명유지/연장을 위해 생애주기비용(life-cycle cost) 평가를 바탕으로 적절한 유지보수 계획(maintenance intervention)을 수립하고 적용한다[3,4]. 최근 몇 년간 구조물의 수명관리(service life management)는 생애주기비용 평가를 기반으로 한 최적화(optimization) 기법이 적용되어왔다[5,6,7]. 일반적으로 사회기반시설의 생애 주기비용 평가는 구조물의 안전성, 구조적 성능과 가치 평가를 통합하는 기법으로 구조물의 초기 제작/건설비용, 유지보수 비용과 구조물 열화로 인한 성능감소와 파괴에 따른 예상손실을 고려한다.
생애주기비용 평가를 기반으로 한 최적화(optimization) 기법에서 고려하는 것은? 최근 몇 년간 구조물의 수명관리(service life management)는 생애주기비용 평가를 기반으로 한 최적화(optimization) 기법이 적용되어왔다[5,6,7]. 일반적으로 사회기반시설의 생애 주기비용 평가는 구조물의 안전성, 구조적 성능과 가치 평가를 통합하는 기법으로 구조물의 초기 제작/건설비용, 유지보수 비용과 구조물 열화로 인한 성능감소와 파괴에 따른 예상손실을 고려한다. 또한 구조물의 유지보수(maintenance)가 구조성능(structural performance)과사용수명(service life)에 미치는 영향을 고려하게 된다 [8]. 구조물의 성능향상과 수명연장은 생애주기비용의 증가를 유발하나 사용기간 증가로 인해 발생되는 이익 또한 증가하여, 이를 최적화하는 수명관리에 관심을 가질 필요가 있다.
한정된 예산의 효율적 적용과 사회기반시설물의 수명 연장을 위해 필수적인 것은? 한정된 예산의 효율적 적용과 사회기반시설물의 수명 연장을 위해서는 최적유지보수 전략수립이 필수적이다 [12,13]. 본 논문에서는 구조물의 유지보수에 따른 수명 영향 그리고 생애주기비용-이익 분석을 통합하는 최적수명관리 의사결정도구 방법을 제시한다.
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참고문헌 (14)

  1. Sage, A.P., and Rouse, W.B. "Cost-benefit and costeffectiveness analyses and assessments," Chapter 6 in Economic, John Wiley & Sons Inc., New Jersey, U.S., pp. 251-296, 2011. DOI: http://dx.doi.org/10.1002/9781118015490.ch6 

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  3. Garvin, M. J., and Cheah, C. Y. J. "Valuation techniques for infrastructure investment decisions," Construction Management and Economics, Routledge, 22(4), pp. 373-383, 2004. DOI: http://dx.doi.org/10.1080/01446190310001649010 

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  7. Frangopol, D.M., and Maute, K. "Life-cycle reliabilitybased optimization of civil and aerospace structures," Computers & Structures, Elsevier, 81(7), pp. 397-410, 2003. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/S0045-7949(03)00020-8 

  8. IAEA. Safety and Effective Nuclear Power Plant Life Cycle Management towards Decommissioning. IAEA-TECDOC-1305, International Atomic Energy Agency, Vienna, Austria, 2002. 

  9. Cellini, S.R., and Kee, J.E. "Cost-effectiveness and cost-benefit analysis," Chapter 21 in Handbook of Practical Program Evaluation, 3rd edn, Wholey, J.S., Hatry, H.P., and Newcomer, K.E., eds., Jossey-Bass, San Francisco, U.S., pp. 493-530, 2010. 

  10. Carmichael, D.G. Infrastructure Investment: An Engineering Perspective. CRC Press-Taylor & Francis Group, London, U.K, 2014. 

  11. White, V.S., Copinger, D.A., and Reid, R.L. U.S. Nuclear Power Plant Operating Cost and Experience Summaries. NUREG/CR-6577, U.S. Nuclear Regulatory Commission, Washington, DC, 2001. 

  12. NCHRP. Manual on Service Life of Corrosion-Damaged Reinforced Concrete Bridge Superstructure Elements. NCHRP Report 558. Transportation Research Board, National Cooperative Highway Research Program, Washington, DC, 2006. 

  13. Kim, S., Frangopol, D.M., and Soliman, M. "Generalized probabilistic framework for optimum inspection and maintenance planning," Journal of Structural Engineering, ASCE, 139(3), pp. 435-447, 2013. DOI: http://dx.doi.org/10.1061/(ASCE)ST.1943-541X.0000676 

  14. Kim, S., Frangopol, D.M., and Zhu, B. "Probabilistic optimum inspection/repair planning to extend lifetime of deteriorating RC structures," Journal of Performance of Constructed Facilities, ASCE, 25(6), pp. 534-544, 2011. DOI: http://dx.doi.org/10.1061/(ASCE)CF.1943-5509.0000197 

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