[논문]공공부문 성과관리를 위한 도로포장의 서비스수준과 서비스비용 함수 추정

한대석; 이수형; 이상혁; 유인균

doi:10.7855/ijhe.2016.18.4.009

공공부문 성과관리를 위한 도로포장의 서비스수준과 서비스비용 함수 추정
Estimation of a Level of Service and Cost of Service Function for Road Pavements for Performance Management in the Public Sector 원문보기

한국도로학회논문집 = International journal of highway engineering, v.18 no.4 = no.78, 2016년, pp.9 - 18

한대석 (한국건설기술연구원) , 이수형 (한국건설기술연구원) , 이상혁 (한국건설기술연구원) , 유인균 (한국건설기술연구원)

Abstract ▼ AI-Helper

PURPOSES : This study aimed to evaluate the performance of pavement management works and to develop a function for estimating the level of service (LOS) and cost of service (COS) for the systematic and quantitative management of pavement performance in the public sector. METHODS : The International Roughness Index (IRI) was used as the performance index for pavement management. Long-term pavement performance data for a period of 7 years (2007-2014) collected by the National Highway Pavement Management System and historical maintenance budget data published by the South Korean government were used to develop the LOS-COS function. Based on the function, a model for estimating the appropriate budget as well as the network conditions was suggested. RESULTS : There was high degree of correlation between pavement performance and the investment level (R = - 0.74). The developed LOS-COS function suggested that the unit cost to improve the network IRI to 1 m/km was 32.6 billion KRW. Further, the maintenance costs normalized with respect to the LOS levels were LOS-A = 88.2 billion KRW, LOS-B = 55.6 billion KRW, and LOS-C = 23.0 billion KRW. CONCLUSIONS : This study proposes a simple way of developing a LOS-COS function. It also shows how to develop a network budget demand and condition estimation model using the LOS-COS function. In addition, it is the first attempt to evaluate the road maintenance budget in South Korea. It is expected that these results will help in the negotiations between the road managers and budget makers.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

도로의 종단평탄성은 운전자의 승차감·쾌적성·이동성에 영향을 줄 뿐만 아니라, 경제적 관점에서 이용자 및 사회환경비용에 영향을 준다는 연구결과가 제시된 바 있으며, 이를 모형화한 도로투자분석모형(HDM-4)도 개발되어 세계적으로 활용되고 있다(Odoki and Kerali, 2000). 또한, IRI가 교통사고에 영향을 미친다는 연구결과 또한 본 연구에서 IRI를 주요 성과지표로 설정한 이유를 뒷받침한다(Chan et al., 2009).
본 연구는 비교적 손쉽게 LOS-COS 함수를 개발할 수 있는 방법론의 제시, 도출된 LOS-COS함수를 응용한 도로상태/예산수요 예측모형의 개발, 그리고 우리나라에서는 최초로 포장관리에 대한 성과평가를 시도했다는 점에서 연구의 기여도와 독창성이 있다. 본 연구에서 제시한 LOS-COS 함수의 추정방안은 매우 간단하나 함수추정을 위한 장기공용성자료와 예산정보의 수집, 정보의 신뢰성 확보 등 관련정보 수집과정이 매우 까다롭고 많은 노력과 비용이 필요함을 알 수 있었다.
본 연구에서는 도로이용자의 만족요소를 “신속성, 안전성, 쾌적성, 경제성”으로 설정하고, 이를 대표하는 성과지표로 국제종단평탄성지표 IRI를 제안한다.
이에 본 연구에서는 도로분야에서 도로이용자의 서비스수준에 가장 많은 영향을 미치고, 빈번하게 보수되며, 많은 예산이 투입되는 도로포장을 대상으로 투자와 성과의 관계에 대해 정량적으로 분석하고자 하였다. 본 연구에서는 약 30년의 자료가 축적되어 있는 일반국도의 포장상태자료와 국토교통부의 유지보수예산 자료를 활용하여 도로관리의 성과를 파악해 보았으며, 나아가 네트워크수준에서의 LOS-COS함수를 도출하고, 이를 활용한 적정예산수요 및 상태예측 모형을 제시한다.
본 절에서는 연도별 유지보수 관련 투자예산과 네트워크 수준 IRI의 상관성을 분석해 보기로 한다. 예산투자의 효과는 일반국도 포장관리시스템의 특성상 유지보수시기와 상태조사간의 시간차가 발생하기 때문에 y년도의 예산자료를 y+1년도 상태자료와 매칭하여 추이를 비교하였다.
이에 본 연구에서는 도로분야에서 도로이용자의 서비스수준에 가장 많은 영향을 미치고, 빈번하게 보수되며, 많은 예산이 투입되는 도로포장을 대상으로 투자와 성과의 관계에 대해 정량적으로 분석하고자 하였다. 본 연구에서는 약 30년의 자료가 축적되어 있는 일반국도의 포장상태자료와 국토교통부의 유지보수예산 자료를 활용하여 도로관리의 성과를 파악해 보았으며, 나아가 네트워크수준에서의 LOS-COS함수를 도출하고, 이를 활용한 적정예산수요 및 상태예측 모형을 제시한다.
그러나 활용되는 변수에 많은 불확실성이 내재되어 있고 폭넓은 가정을 포함하고 있어 높은 정확성을 보장하기 어렵다. 이에 본 연구에서는 도출된 LOS-COS 함수를 이용하여 상기 3가지 정보를 제공할 수 있는 모형을 제시하기로 한다.

제안 방법

한편, 본 논문내용의 일관성을 유지하기 위해 2014년도의 상이한 추세에 대한 원인은 향후 연구에서 구체적으로 검토하기로 하며, 이후의 분석에서는 2014년도 자료를 이상치로 간주하고 분석에서 배제하기로 한다. 다음으로 본 연구에서 설정한 LOS등급을 활용하여 예산수준에 따른 네트워크 IRI 상태를 보다 상세히 살펴보기로 한다(Table 7, Fig. 4~5 참조).
실증연구에서는 일반국도를 대상으로 연도별 유지보수예산과 LTPP 자료를 매칭하여 예산과 성과의 상관성을 평가한다. 또한 해당자료를 활용한 LOS-COS 함수 추정, 추정된 함수식을 이용한 적정예산 및 네트워크상태 예측모형을 제시한다.
본 연구는 공공부문의 성과관리를 위한 기반연구로 1)도로포장관리에 대한 성과평가체계, 2)LOS-COS함수추정, 3)네트워크 수준에서의 적정예산 및 상태예측모형을 주요 연구내용으로 하고 있다. 본 연구의 주요연구결과·성과를 요약하면 다음과 같다.
본 연구에서 서비스등급의 임계값은 국내외 선행연구 성과, 자료의 통계적 특성, 전문가/실무자의 의견을 반영하여 결정하였다. 그러나 가장 이상적인 방법은 IRI가 상이한 다수의 구간을 설정하고, 이 도로를 다수의 이용자가 주행한 이후에 평가한 자료를 통계처리하는 방법이다.
본 연구에서 제시하는 모형은 전년도 네트워크 상황에 따라 해당수준을 유지하는데 필요한 임계예산을 계산하고 이보다 많은 예산이 투입되면 상태개선, 그렇지 않을 경우 상태가 악화된다는 개념을 구현한다. 해당모형은 경험적 추정기법으로 이해관계자들의 이해가 용이하며, 추정도 매우 간단하여 높은 활용도를 기대할 수 있다.
로 정식화할 수 있다. 본 연구에서 제시한 모형에 과년도 예산집행실적과 상태자료를 활용하여 연도별 네트워크 IRI상태를 예측하고, 실제 측정치와 추세를 비교해 보았다(Fig. 6 참조).
, 2014). 본 연구에서는 IRI의 서비스등급 설정을 위해 세계은행, OECD보고서, 해외적용사례, 기존연구 등을 폭넓게 검토하였으며(Table 1 참조), 본 연구에서 수집한 7년간의 IRI자료의 확률분포 특성을 3시그마규칙에 대입하여 임계값 설정에 참조하였다 (Table 4, 5참조). 최종적으로는 장기간 실무경험이 누적된 일반국도 PMS전문가, 상태조사 실무자의 의견을 종합적으로 수렴하여 서비스수준체계를 설정하였다 (Table 2 참조).
예산수요추정은 프로젝트수준에서 유지보수 효과와 비용을 시뮬레이션하는 미시적 접근방법, 그리고 네트워크수준에서 LOS-COS간의 함수관계를 도출하는 거시적 방법이 있다. 본 연구에서는 후자의 관점에서 LOS-COS의 함수관계를 도출하기로 한다(Table 8, Fig. 5 참조).
실증연구에서는 일반국도를 대상으로 연도별 유지보수예산과 LTPP 자료를 매칭하여 예산과 성과의 상관성을 평가한다. 또한 해당자료를 활용한 LOS-COS 함수 추정, 추정된 함수식을 이용한 적정예산 및 네트워크상태 예측모형을 제시한다.
본 절에서는 연도별 유지보수 관련 투자예산과 네트워크 수준 IRI의 상관성을 분석해 보기로 한다. 예산투자의 효과는 일반국도 포장관리시스템의 특성상 유지보수시기와 상태조사간의 시간차가 발생하기 때문에 y년도의 예산자료를 y+1년도 상태자료와 매칭하여 추이를 비교하였다. 두 시계열 자료간의 변화추이, 상관계수 등을 요약하면 Table 6, Fig.
일반국도 PMS에서는 2007년부터 2,300여개 동질성 구간 내 1km 상세조사구간(즉, 대표구간)을 설정하고, 매년 동일구간의 상태정보를 추적조사하여 정보를 누적하고 있다. 이 자료를 시계열로 가공하여 네트워크 IRI 평가에 활용하였다. 한편, 해당연도의 도로관리 예산정보는 국토교통부에서 매년 발행하고 있는 도로업무편람 (MOLIT, 2015)을 참조하였다.
본 연구에서는 IRI의 서비스등급 설정을 위해 세계은행, OECD보고서, 해외적용사례, 기존연구 등을 폭넓게 검토하였으며(Table 1 참조), 본 연구에서 수집한 7년간의 IRI자료의 확률분포 특성을 3시그마규칙에 대입하여 임계값 설정에 참조하였다 (Table 4, 5참조). 최종적으로는 장기간 실무경험이 누적된 일반국도 PMS전문가, 상태조사 실무자의 의견을 종합적으로 수렴하여 서비스수준체계를 설정하였다 (Table 2 참조).
한편, 본 연구에서는 IRI를 중심으로 한 단일지표체계를 제시하였다. 그러나 도로미관과 관련된 균열, 우천시 주행안전과 관련된 소성변형 등 IRI만으로 평가하기 어려운 요소들은 여전히 존재한다.

대상 데이터

0m/km는 적절하다고 판단된다(Table 5 참조). 한편 IRI 1m/km 이하, 5m/km 이상 등 잠재적인 이상치로 의심가능한 자료들을 제거 후 가공하는 방안도 검토하였으나, 해당되는 샘플규모가 매우 작고(IRI 1m/km 이하 0.28%, 5m/km 이상 1.64%), 해당 값도 도로현황에 따라 도출가능영역으로 판단될 수 있으므로, 주관적 자료가공에 대한 논란을 배제하기 위해 원시자료를 그대로 활용하였다.

이론/모형

이 자료를 시계열로 가공하여 네트워크 IRI 평가에 활용하였다. 한편, 해당연도의 도로관리 예산정보는 국토교통부에서 매년 발행하고 있는 도로업무편람 (MOLIT, 2015)을 참조하였다. IRI의 기초통계와 분포 특성은 Fig.

성능/효과

3시그마 규칙을 통해 분포의 특성을 구체적으로 살펴보면, 1-시그마(68%)의 임계값은 IRI 1.81~3.26m/km, 2-시그마(95.5%) 수준은 1.37~4.66m/km 수준으로 나타나 본 연구에서 설정한 LOS의 A등급과 E등급의 각 임계값 1.5m/km, 5.0m/km는 적절하다고 판단된다(Table 5 참조). 한편 IRI 1m/km 이하, 5m/km 이상 등 잠재적인 이상치로 의심가능한 자료들을 제거 후 가공하는 방안도 검토하였으나, 해당되는 샘플규모가 매우 작고(IRI 1m/km 이하 0.
2와 같이 정규분포에 근사함을 확인할 수 있다. 경험적으로 관리되고 있는 아스팔트 포장도로의 IRI 범위가 1~5수준으로 인식되고 있는 것을 감안할 때, 해당구간에 포함되는 자료는 98.37%로 데이터의 신뢰도는 확보되었다고 할 수 있다(Table 4 참조).
78억/년 수준으로 분석되었다. 또한 분석기간 7년간의 평균 네트워크 IRI 2.56m/km을 유지하는데 필요한 예산추정액은 536.6억/년으로, 실제 예산집행액의 평균인 536.9억/ 년과 거의 동일한 수준으로 나타나 추정모형이 자료의 특성을 잘 반영하고 있음을 알 수 있다.
3(a)를 살펴보면 전반적으로 예산감소에 따라 네트워크 서비스수준도 동반 하향하는 추세를 보여주고 있다. 또한 특정연도의 예산수준에 따라 상태도 민감하게 반응하여, 두 변수간의 상관계수 R값도 -0.74로 통계적으로 상당히 유의한 수준으로 나타났다. 그러나 Fig.
본 연구에서 제시한 LOS-COS 함수의 추정 및 활용방안은 매우 간단하다. 그러나 함수추정을 위해서는 장기간에 걸쳐 수집된 장기공용성자료, 그리고 순수하게 보수에만 사용된 예산의 취합정보가 필요하다.
본 연구는 비교적 손쉽게 LOS-COS 함수를 개발할 수 있는 방법론의 제시, 도출된 LOS-COS함수를 응용한 도로상태/예산수요 예측모형의 개발, 그리고 우리나라에서는 최초로 포장관리에 대한 성과평가를 시도했다는 점에서 연구의 기여도와 독창성이 있다. 본 연구에서 제시한 LOS-COS 함수의 추정방안은 매우 간단하나 함수추정을 위한 장기공용성자료와 예산정보의 수집, 정보의 신뢰성 확보 등 관련정보 수집과정이 매우 까다롭고 많은 노력과 비용이 필요함을 알 수 있었다.

후속연구

그러나 가장 이상적인 방법은 IRI가 상이한 다수의 구간을 설정하고, 이 도로를 다수의 이용자가 주행한 이후에 평가한 자료를 통계처리하는 방법이다. 그러나 해당 자료는 전략적으로 설계된 대규모 현장조사가 필요하며, 별도의 연구프로젝트와 논문을 통해 보다 심도있게 다루어져야 할 필요가 있다.
1834, 신뢰수준 90%에서 9개의 샘플이 요구되는 것으로 분석되었다. 본 연구에서 활용한 샘플은 총 7개로 향후 지속적인 자료가공을 통한 통계적 유의성을 확보할 필요가 있다. 다만, 함수의 특성상 사용한 샘플들이 “시간”이라는 속성을 가지고 있어 단순히 통계적인 의미에서만 모형의 신뢰성을 판단하는 것은 무리가 있다.
그러나 도로미관과 관련된 균열, 우천시 주행안전과 관련된 소성변형 등 IRI만으로 평가하기 어려운 요소들은 여전히 존재한다. 특히 이 두 포장지표는 일반국도포장관리시스템과 한국형포장설계법에서 활용되고 있어 향후 연구를 통한 서비스 지표로의 확대 적용이 필요하다.
다만 도로균열과 관련된 도로미관, 소성변형과 관련된 우천 시 주행안전 등 IRI만으로 평가하기 어려운 사항들에 대한 보완적 지표로서 충분한 활용가능성이 있다. 특히 이 두 포장지표는 일반국도포장관리시스템과 한국형포장설계법에서 활용되고 있어 향후 연구를 통한서비스 지표로의 확대적용이 필요하다고 판단된다.
본 사례는 투자와 성과관리를 위해서는 정보의 신뢰성 확보가 매우 중요하다는 점을 시사한다. 한편, 본 논문내용의 일관성을 유지하기 위해 2014년도의 상이한 추세에 대한 원인은 향후 연구에서 구체적으로 검토하기로 하며, 이후의 분석에서는 2014년도 자료를 이상치로 간주하고 분석에서 배제하기로 한다. 다음으로 본 연구에서 설정한 LOS등급을 활용하여 예산수준에 따른 네트워크 IRI 상태를 보다 상세히 살펴보기로 한다(Table 7, Fig.
한 예로 모형 개발에 너무 오래된 정보를 활용하면 도로연장의 변화, 유지보수재료/설계기준의 변화, 물가상승 등 최신 경향을 모형에 담아내기 어렵다는 한계가 있다. 향후 연구에서는 모형개발/업데이트에 활용될 샘플의 정상성과 시간적 규모에 관한 연구가 필요하다고 판단된다.
이들은 모두 도로관리 목표에 영향을 미치고 있으며, 매년 유지보수 예산을 필요로 한다. 향후 연구에서는 종합적인 관점에서의 목표경영을 위해 도로시설물 전반에 걸친 성과지표와 LOS체계, 그리고 LOS-COS함수가 개발되어야 할 필요가 있다. 또한 자산유형별 가중치 설정, 리스크 분석체계 도입 등 예산수요들 간의 경쟁관계에 대한 균형을 도모할 수 있는 자산관리 분석도구의 개발이 필요하다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	본 연구에서 밝힌 IRI를 중심으로 한 단일지표체계의 한계점은?	한편, 본 연구에서는 IRI를 중심으로 한 단일지표체계를 제시하였다. 그러나 도로미관과 관련된 균열, 우천시 주행안전과 관련된 소성변형 등 IRI만으로 평가하기 어려운 요소들은 여전히 존재한다. 특히 이 두 포장지표는 일반국도포장관리시스템과 한국형포장설계법에서 활용되고 있어 향후 연구를 통한 서비스 지표로의 확대 적용이 필요하다.
	국제평탄성규격의 단점은?	현재 ASTM에서 규정하고 있는 국제평탄성규격은 전문조사장비가 없이는 조사가 불가능하다는 단점이 있다. 한국의 경우 포장관리시스템(Pavement Management System; PMS)의 도입 초기(1989년)에는 캐나다의 ARAN장비차량을 수입하여 조사에 활용하였으나, 최근에는 장비차량의 국산화에 성공하여 일반국도, 고속국도는 물론 시가지도로(서울시)에도 폭넓게 활용되고 있다(KICT, 2015; EX, 2012; Lee et al.
	도로투자란?	도로투자는 초기건설비+유지관리비용으로 구분될 수 있으며, 이를 통해 생산되는 성과는 신속하고, 안전하며, 쾌적한 도로서비스라 할 수 있다. 지속가능한 도로서비스 제공을 위해서는 도로이용자가 요구하는 서비스수준을 정량화하여 측정·관리해야 하며, 그에 상응하는 예산 수요를 추정하여 목표달성은 물론, 이면에 숨겨진 재무 리스크에 대비할 수 있어야 한다.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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