[논문]교량 안전성과 공용년수를 고려한 적정 보수보강 예산 배분

선종완; 이후석; 박경훈

doi:10.5762/kais.2017.18.11.130

초록
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교량의 목표 수명 동안 통행 안전성을 유지하기 위해서는 적정한 보수보강 예산의 확보와 확보된 예산의 합리적인 배분이 필요하다. 기존의 단순 교량 규모 기반 예산 배분 방식을 개선하여 다양한 영향인자를 고려한 합리적인 예산 배분 결정 체계를 제안하였다. 전체 교량을 하위 관리주체별로 일정한 관리 수준이 확보되도록 교량의 보수보강 예산을 적정하게 배분하기 위하여 과거 보수보강 이력에 기초한 조치율 모델과 단위 비용 모델을 개발하였다. 제안된 모델을 이용하여 관리주체별 적정 예산 배분 비율 결정 방법을 제안하고 사례 분석을 수행하였다. 교량의 보수보강 예산 배분의 영향 인자로 교량 규모뿐만 아니라 종별 현황과 현재 안전등급, 공용년수가 고려되어야 적정 예산 배분이 이루어지는 것으로 나타났다. 개발된 방법을 활용하여 관리 주체별 예산 소요를 명확하게 반영한 예산 분배를 시행함으로서 불필요한 예산 낭비를 방지하고 예산 배분의 합리적인 근거를 제공할 수 있을 것으로 판단된다.

Abstract ▼ AI-Helper

To maintain traffic safety during the target lifetime of bridges, it is essential to secure an appropriate maintenance budget and allocate that budget appropriately. This paper proposes a reasonable budget allocation system that considers various impact factors to improve the conventional budget all...

To maintain traffic safety during the target lifetime of bridges, it is essential to secure an appropriate maintenance budget and allocate that budget appropriately. This paper proposes a reasonable budget allocation system that considers various impact factors to improve the conventional budget allocation method simply considering the bridge scale. The maintenance action rate model and the unit cost model based on the prior maintenance history were developed to allocate appropriately the bridge maintenance budget for the total bridges of the management organization with the target management level. A method to determine the optimal budget allocation ratio for each management subject was proposed and case analysis was conducted using the proposed model. Proper budget allocation was made considering the bridge types, current safety level, and service life as well as the bridge size as an impact factor of the budget allocation of the bridge. The developed method can prevent budget waste and provide a rational basis for budget allocation by implementing the rational budget distribution.

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문제 정의

본 논문에서는 신뢰도 높은 예산 적정 배분 모델을 개발하기 위해, Fig. 1과 같이 교량 유지관리 현황 분석을 바탕으로 보수보강 예산에 영향을 미치는 주요인자를 도출하고, 주요인자에 따라 관리주체별 소유 교량 현황과 보수보강현황 분석을 통해 보수보강예산 배분모델을 개발하고 이를 활용해 보수보강예산 배분비율을 결정하는 체계로 연구를 수행하였다.
본 논문에서는 기존의 단순 교량 규모 기반 예산배분 방식을 개선하고자 안전등급, 공용년수, 종별 등 다양한 인자를 고려한 합리적인 예산 배분비율 결정 체계를 제안하였다.

가설 설정

기존의 일반적인 예산배분 방식인 관리 교량의 규모(상부구조면적)에 따른 결과와 비교 분석하였다. 차년도에 확정된 예산은 1,000억 원으로 가정하여 하위관리주체별 예산 배분을 결정하였다.

제안 방법

보수보강 예산의 적정 분배를 위한 사례분석을 위하여 2016년 교량 현황조서[6]를 이용해 Table 3과 같이 교량 6,910개소를 선정하였다. 해당 교량은 권역별로 5개 하위관리주체에 의해 관리되며, 대상 교량의 규모, 안전등급, 공용년수 등을 분석하였다.
시특법 대상 여부, 안전등급, 공용년수에 따라 보수보강 수행 교량의 현황을 분석하였다. 시특법의 1, 2종 교량은 주기적으로 용역에 의한 정밀 점검 또는 안전진단을 수행하고, 그 결과 열화·손상이 발견된 경우 2년 이내 조치를 취해야 한다.
따라서 유지관리 업무 중 발견된 열화·손상을 조치하기 위해 예산을 요구하고 배정받아 공사를 수행했던 통계 현황에 따른 조치비용모델을 이용해 하위관리주체별로 차년도 조치비용을 추정하고 그 비율을 예산배분 결정 모델로 정의하였다.
식 (4)의 단위 비용모델 UC(·)은 교량의 단위면적당 보수보강비용으로 1, 2종 여부, 공용년수, 안전등급의 함수이다. 보수보강조치율은 Fig. 6의 분석 결과를 바탕으로 1, 2종 교량과 기타교량으로 구분하여 4차 다항식으로 모델링하였으며, Table 4는 다항식의 계수값을 나타내고 있다. Fig.
교량 및 터널 현황조서[6]를 통해 수집한 관리주체별 교량 현황과 본 논문에서 제안한 예산배분비율 모델을 이용해 차년도 보수보강예산 배분을 수행하였다. 기존의 일반적인 예산배분 방식인 관리 교량의 규모(상부구조면적)에 따른 결과와 비교 분석하였다.
전체 교량을 일정 권역별(하위관리주체)로 구분하여 일정한 관리수준이 확보되도록, 교량의 보수보강 예산을 적정하게 배분하기 위하여 과거 보수보강 이력에 기초한 조치율모델과 단위비용모델을 개발하였다. 제안된 모델을 이용하여 하위관리주체별 적정 예산배분비율 결정 방법론을 제안하고 사례분석을 수행한 결과, 교량의 보수보강 예산 배분의 영향인자로 교량 규모뿐만 아니라 종별 현황과 현재 안전등급, 공용년수가 고려되어야 적정예산 배분이 이루어지는 것으로 나타났다.

대상 데이터

보수보강 예산의 적정 분배를 위한 사례분석을 위하여 2016년 교량 현황조서[6]를 이용해 Table 3과 같이 교량 6,910개소를 선정하였다. 해당 교량은 권역별로 5개 하위관리주체에 의해 관리되며, 대상 교량의 규모, 안전등급, 공용년수 등을 분석하였다.

데이터처리

교량 및 터널 현황조서[6]를 통해 수집한 관리주체별 교량 현황과 본 논문에서 제안한 예산배분비율 모델을 이용해 차년도 보수보강예산 배분을 수행하였다. 기존의 일반적인 예산배분 방식인 관리 교량의 규모(상부구조면적)에 따른 결과와 비교 분석하였다. 차년도에 확정된 예산은 1,000억 원으로 가정하여 하위관리주체별 예산 배분을 결정하였다.

성능/효과

최근의 안전등급은 구역 II(A등급 44%, B등급 55%, C등급 1%)가 가장 높게 나타나고 있으며, A등급의 비율이 낮고 C등급의 비율이 높은 구역 I의 안전등급이 낮은 것을 알 수 있다. A등급을 95점, B등급을 85점, C등급을 75점으로 나타내어 전체 교량에 대한 평균적인 안전등급을 표현하고 있는 평균안전점수 역시 같은 결과를 보여주고 있으며, 전체적으로 85점 이상의 높은 안전성을 확보하고 있는 것을 알 수 있다.
하위관리주체별로 사용기간에 따른 현황을 살펴보면, 구역 II, III, IV에 최근 10년 내 건설된 교량이 많으며 20년 이상 된 교량의 비율은 구역 I, II에 많은 것을 알 수 있다. 전체적인 평균 공용년수는 13.01년이며, 구역 II와 V가 상대적으로 평균공용년수가 높게 나타났다.
구역 I은 Fig. 3∼5로부터 1, 2종 교량의 비율은 77.8%로 규모를 고려한 예산배분비율과 유사하지만, 안전등급 구성비와 공용년수가 상대적으로 다른 구역에 비해 높아 제안된 방법에 의한 예산이 증가한 것으로 판단된다.
단순 규모만을 고려한 기존 방법에 비해 제안된 방법은 교량의 규모뿐만 아니라 점검·진단 수준을 고려한 종별 현황, 준공 후 공용이력, 현재 안전등급 등 다양한 인자들이 반영된 합리적인 대안을 제공하게 된다. Fig. 9에서 확인할 수 있듯이 구역 I은 단순 면적비를 고려한 예산 배분에 비해 제안된 방법에 의한 예산배분율이 높아졌으며, 구역 II와 IV는 낮게 나타났으며, 구역 III과 V는 유사한 비율을 보이고 있다.
기존의 교량 유지관리 및 보수보강 현황 분석을 통해 1, 2종 교량이 기타교량에 비해 주기적인 점검진단에 의해 조기에 보수보강이 이루어지며 상대적으로 투입비용의 단가가 낮게 나타났다. 생애주기 측면에서 예방적 관리가 수행되는 1, 2종 교량의 수명이 기타교량에 비해 길어질며 생애주기비용 또한 감소할 것으로 판단된다.
기존의 교량 유지관리 및 보수보강 현황 분석을 통해 1, 2종 교량이 기타교량에 비해 주기적인 점검진단에 의해 조기에 보수보강이 이루어지며 상대적으로 투입비용의 단가가 낮게 나타났다. 생애주기 측면에서 예방적 관리가 수행되는 1, 2종 교량의 수명이 기타교량에 비해 길어질며 생애주기비용 또한 감소할 것으로 판단된다.
전체 교량을 일정 권역별(하위관리주체)로 구분하여 일정한 관리수준이 확보되도록, 교량의 보수보강 예산을 적정하게 배분하기 위하여 과거 보수보강 이력에 기초한 조치율모델과 단위비용모델을 개발하였다. 제안된 모델을 이용하여 하위관리주체별 적정 예산배분비율 결정 방법론을 제안하고 사례분석을 수행한 결과, 교량의 보수보강 예산 배분의 영향인자로 교량 규모뿐만 아니라 종별 현황과 현재 안전등급, 공용년수가 고려되어야 적정예산 배분이 이루어지는 것으로 나타났다.

후속연구

일반적으로 교량 유지관리 단계에서 수행하는 사업은 크게 노후교량 개축, 저등급 교량 성능개선, 통수단면 개선, 내진보강과 같이 상위관리주체가 전국 단위 교량 전체에 대하여 개별 교량의 우선순위에 따라 조치를 수행하는 개량사업과, 하위관리주체가 점검 진단을 통해 발견된 손상 및 열화된 다수의 교량을 조치하기 위한 보수보강 사업으로 구분할 수 있다. 본 논문은 보수보강 사업만을 대상으로 하며, 개발된 모델은 특정시점의 제한된 표본을 이용해 개발되었으므로 최근 유지관리 현황이 유지된다는 가정 하에 차년도 배분비율을 추정하는 용도로 사용될 수 있다.
최근 Shim 등(2016)은 주어진 예산 범위 내에서 바닥판 손상비율 또는 보수보강비용의 최소화 등 단일목적함수로 최적화 문제를 정의하거나 비용과 성능 두 요소 모두를 목적함수로 하는 다중목적 최적화 문제를 정의하여, 어떤 교량을 보수보강 할 것인지를 결정하는 연구가 수행되었다[4]. 하지만 이러한 연구는 각 개별 교량의 현재 상태 및 보수보강 조치 후 상태, 조치에 필요한 비용 등을 미리 정의할 수 있을 때 사용 가능하며, 본 논문의 연구 내용과 같이 모든 보수보강 대상이 기 결정되지 않은 시점에는 적용이 곤란하다는 한계가 있다.
이를 정리하면 Table 5와 같다. 제시된 모델의 계수는 특정 관리주체에 대해 한정된 기간 동안 수집된 표본을 이용해 개발된 것으로 예산배분모델의 신뢰도를 높이기 위해 매년 추가로 수집되는 정보를 이용해 갱신이 필요하다.
반대로 구역 II와 IV는 안전등급이 양호하고 공용년수가 높지 않아 예산배분비율이 감소하였으며, 구역 III과 V는 규모를 고려한 예산배분비율에 안전등급이나 공용년수가 미치는 영향이 적은 것을 알 수 있다. 예산의 총액을 제한한 상태에서 하위관리주체별 예산배분비율을 결정하는 사례를 제시하였으나, 예산 제약이 없는 상태에서는 관리주체별 목표관리수준(안전등급점수, C등급 이하 비율 등)을 고려한 최적 예산수준을 결정하는데 제안된 방법을 활용할 수 있을 것이다.
제안된 적정 예산배분 결정 방법론을 바탕으로 하위 관리주체별로 유사한 관리수준을 유지할 수 있는 적정 예산배분의 당위성을 확보할 수 있으며, 합리적인 예산 배분 근거를 제공하여 의사결정의 신뢰도를 높여줄 수 있을 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	확보된 예산의 배분 방법에 사용하고 있는 인자는?	예산의 배분과 관련하여 기존에 가장 일반적으로 사용하고 있는 방법은 교량 규모, 즉 하위관리주체별 소유하고 있는 교량 개수나 연장, 상판면적 등 규모 관련된 인자를 이용해 단순 규모비율로 총 예산을 배분하는 것이다. 이러한 방법에서 교량의 사용기간인 공용년수(service life)를 고려하여 최근 준공된 교량의 일부는 제외하기도 한다.
	교량의 적극적인 관리가 필요한 이유는?	교량은 도로시설물 중 가장 극한적인 환경조건에서 사용되며, 적기에 보수보강하지 못함으로서 발생되는 성능감소와 그에 따른 붕괴확률 증가는 국민의 안전을 직접적으로 위협할 수 있고 도로망 단절과 같은 경제적 손실과 국민 불편을 초래할 수 있기 때문에 적극적인 관리가 필요하다. 교량을 합리적이며 안전하게 관리하기 위해서는 적정한 보수보강 예산의 확보가 필요하다.
	기존에 일반적으로 사용하는 예산 배분 방법이 하위관리주체별로 관리하는 교량의 어떤 점을 고려하지 못하는가?	이러한 방법에서 교량의 사용기간인 공용년수(service life)를 고려하여 최근 준공된 교량의 일부는 제외하기도 한다. 하지만 이러한 방법은 각 하위관리주체별로 관리하고 있는 교량의 안전성, 노후도, 보수보강 여부 등 다양한 인자를 고려하지 못한다는 단점이 있다.

참고문헌 (6)

Se-Ryang Kim, Yun-Sik Kim, Chang-Taek Hyun, and Chae-Gyung Cho, Development of Operation & Maintenance Cost Estimating Model for Facility Management of Buildings, Journal of the Architectural Institute of Korea Structure & Construction, vol. 29, no. 1, pp. 11-21, 2013.
Seichang Oh, Jungwoo Lee, Kyujin Lee, and Keechoo Choi, Prioritization of Intermodal Transportation Facilities with Considering the Budget Rate Constraints of Focal Terminal Types, Journal of the Korean Society of Civil Engineers, vol. 30, no. 4D, pp. 361-368, 2010.
Seongho Kim, Deterioration Evaluation of Railway Line Segments Using Analytic Hierarchy Process, Journal of the Korean Society for Railway, vol. 14, no. 6, pp. 569-574, 2011. DOI: https://doi.org/10.7782/JKSR.2011.14.6.569

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Hyung Seop Shim and Seung Hyun Lee, Balanced Allocation of Bridge Deck Maintenance Budget Through Multi-objective Optimization, KSCE Journal of Civil Engineering, vol. 21, no. 4, pp. 1039-1046, 2016.
Ministry of Land, Transport and Maritime Affairs(MLTM), Detailed Guidelines of Safety Inspection and Precise Safety Diagnosis for Bridges, Korea Infrastructure Safety Corporation, 2010.
Korea Institute of Civil Engineering and Building Technology(KICT), Statistics of Roadway Bridge and Tunnel, Ministry of Land, Infrastructure and Transport(MOLIT), 2016.

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