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교량 성능변화를 고려한 유지관리비용 추계분석 방법 개발

Development of maintenance cost estimation method considering bridge performance changes

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.19 no.12, 2018년, pp.717 - 724  

선종완 (한국건설기술연구원 인프라안전연구본부) ,  이후석 (한국건설기술연구원 인프라안전연구본부) ,  박경훈 (한국건설기술연구원 인프라안전연구본부)

초록
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사회기반시설물의 노후화에 따른 교량 유지관리비용의 급격한 증가에 대비하기 위해서는 미래 발생 가능한 유지관리비용의 예측이 선행되어야 한다. 이를 위해 본 논문에서는 교량 관리주체의 유지관리 현황 분석을 통해 교량의 관리수준을 파악하고, 이를 생애주기에 따른 목표관리수준과 성능향상 한계 값으로 모델링하였다. 이와 함께 교량 안전점수에 따른 보수보강비용 예측모델, 성능열화모델, 평균개축비용단가, 평균 개축시기로 구성된 기존의 비용 및 성능 예측모델과 연계하여, 교량 유지관리비용 추계분석을 위한 방법론 및 절차를 제안하였다. 제안된 방법의 활용성 검증을 위해 특정 관리주체가 관리하는 교량의 규모, 노후화 정도, 현재 관리현황을 고려하여 미래 유지관리비용 추계 분석을 수행하였다. 연차별로 개별 교량 수준의 안전등급과 유지관리 조치에 따른 비용 추정 결과와 이들을 관리주체 수준으로 합산하여 연차별 평균 안전점수, 안전등급 구성비, 점검진단비용, 보수보강비용, 개축비용을 합리적으로 추정할 수 있다. 향후 목표성능관리수준의 변경에 따른 생애주기 예산의 변화를 추정하여 최적의 관리수준을 제안할 수 있을 것으로 판단된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

To prepare for the explosive increase in maintenance costs of bridges according to the aging of infrastructure, future maintenance costs of bridges should be predicted. For this purpose, the management status of bridges was investigated and modeled as the upper limit of the performance level and the...

주제어

표/그림 (12)

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 교량의 성능변화를 고려한 유지관리비용 추계분석 방법을 개발하기 위하여 Fig. 1과 같이, 교량 유지관리 현황 분석을 바탕으로 현재 교량의 관리수준, 평균 개축 시기 등에 대한 분석결과와 점검진단, 보수보강 등 유지관리 이력데이터 분석을 통해 개발된 비용 및 성능 예측 모델을 연계해 교량 유지관리비용 추계분석 방법을 정의하였다. 교량의 기본현황(연장, 폭, 공용기간, 종별 기준, 현재 상태등급)정보와 본 논문에서 제시한 추계분석방법을 적용해 관리주체의 모든 교량에 대한 유지관리비용 추계분석을 위한 절차를 개발하였다.
  • 개축은 기존 교통의 흐름을 유지하며 수행하여야하기 때문에 일반적인 신설공사보다 해체폐기비, 토공, 가시설, 부대시설, 연결도로 가설비 등 많은 비용이 소요된다. 본 논문에서는 대상 관리주체의 2013년 이후 개축된 31개 교량의 단위연장에 따른 평균단가(70.379백만원/m, 4차선기준)를 이용해 개축시기에 도달한 교량의 평균개축비용을 산정하였다[11].
  • 또한 페인트칠된 강재와 아연도금 강재를 사용한 교량의 비교 대안에 대해 확률적 방법에 따라 유지관리 방법, 주기, 시나리오, 할인율의 차이에 따른 생애주기비용비교를 통해 최적의 대안을 선정하는 연구[5]가 수행중이다. 이러한 연구들이 유지관리 단계에서 예산을 효율적으로 집행하기 위한 방안을 찾는데 중점을 두고 있다면, 본 논문은 현재 목표관리수준을 유지하기 위해 필요한 예산 소요를 추정하는데 목적이 있다.
  • 국외의 교량 유지관리 우선순위 결정에 관한 연구[4]에서는 교량의 상태, 구조 안전성, 위치, 네트워크 용량 등의 인자와 휴리스틱 알고리즘 등을 이용해 우선순위를 평가하는 방법을 제안하였다. 이와 같은 방법은 예산이 이미 정해진 시점에 예산의 효율적 이용하기 위한 방법을 찾는 목적으로 수행되는 것으로 본 논문에서 제안한 추계 분석과는 그 목적이 다르다.

가설 설정

  • 개축비용을 산정하기 위한 또 다른 인자는 개축시기이다. 본 논문에서는 Table 1과 같이 기타교량에 대해서는 한국건설기술연구원[11]에서 제안한 준공년도에 따른 평균개축시기를 적용하였으며, 김현배 등[12]에서 조사한 교량구조물 공용수명을 참조하여 1, 2종 등 시설물안전법에 의해 특별히 관리되고 있는 교량에 대해서는 75년, 별도의 특별 관리가 수행되고 있는 특수교(사장교, 현수교, 트러스교, 아치교)는 100년으로 가정하였다.
  • 성능열화모델은 보수보강이 수행되지 않은 기간의 교량 안전등급 이력 정보를 이용해 교량의 연평균 열화율을 산정할 수 있다[11, 13]. 본 논문에서는 한국건설기술연구원[11]을 참고하여 연평균 성능점수 감소율을 1.77/년으로 가정하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
교량과 같은 공공자산의 유지관리비용 추세 분석에 관련된 연구 사례가 많지 않은 이유는? 교량과 같은 공공자산의 유지관리비용 추세 분석은 그 중요성에 비해 정보 접근의 한계, 정책적 영향에 따른 변동성 등으로 연구 사례가 많지 않다. 기존 연구 또한 교량의 성능을 고려하지 않고 단순히 보수보강의 주기, 조치율, 단가 등을 이용한 생애주기비용 분석 또는 그 사례분석과 관련된 연구가 주를 이루고 있다.
교량이 적극적인 관리가 필요한 이유는? 교량은 도로시설물 중 가장 극한적인 환경 및 하중 조건에서 사용되며, 시의적절한 보수보강이 이루어지지 않으면 성능감소와 붕괴확률 증가로 이어지게 된다. 이로 인해 이용자의 불편을 야기하거나 안전을 직접적으로 위협하고, 도로망의 단절로 인한 경제적 손실을 초래할 수 있기 때문에 적극적인 관리가 필요하다.
교량 유지관리 단계에서 수행하는 사업의 종류와 수행하는 내용은 무엇인가요? 교량 유지관리 단계에서 수행하는 사업은 개량사업과 보수보강사업으로 구분할 수 있다. 개량사업은 노후교량 개축, 저등급 교량 성능개선, 통수단면 개선, 내진보강 등과 같이 상위관리주체가 교량 전체에 대하여 우선순위를 평가하고 개별 교량의 우선순위에 따라 조치를 취한다. 보수보강사업은 하위관리주체가 점검‧진단을 통해 발견된 손상 및 열화된 다수의 교량을 조치하기 위해 시행된다.
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참고문헌 (13)

  1. Korea Institute of Civil Engineering and Building Technology(KICT), "Statistics of Roadway Bridge and Tunnel", Ministry of Land, Infrastructure and Transport, 2018. 

  2. Dong-Hyun Lee, Tae-Hyun Jun, Ji-Won Kim, Ki-Tae Park, Yongsoo Kim, "A Study on Macroscopic Future maintenance Investment Scale for National SOC Infrastructure", Journal of the Korea Institute for Structural Maintenance and Inspection, Vol.21, No.4, pp.87-96, 2017. DOI: https://doi.org/10.11112/jksmi.2017.21.4.087 

  3. In Hur, Yong Ku Lee, Jaekyung Yang, Choi, Young Min, Kim, Seung Hyun, "Application of Generally Annual Maintenance Concept for LCC Analysis with a Highway", Technical report of Korea Journal of Construction Engineering and Management, Vol.12, No.5, pp.43-54, 2011. 

  4. Weili Zhang, Naiyu Wang, "Bridge network maintenance prioritization under budget constraint", Structural Safety, Vol.67, pp.96-104, 2017. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.strusafe.2017.05.001 

  5. B. Rossi, S. Marquart, G. Rossi, "Comparative life cycle cost assessment of painted and hot-dip galvanized bridges", Journal of Environmental Management, vol.197, pp.41-49, 2017. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.jenvman.2017.03.022 

  6. Ministry of Land, Infrastructure and Transport, "Special Act on The Safety Control and Maintenance of Establishments", Ministry of Land, Infrastructure and Transport, Act No. 14545, 2017. 

  7. Ministry of Land, Infrastructure and Transport, "Road Act", Ministry of Land, Infrastructure and Transport, Act No. 15115, 2017. 

  8. Korea Infrastructure Safety Corporation(KISTEC), "Detailed Guidelines of Safety Inspection and Precise Safety Diagnosis for Bridges", Ministry of Land, Infrastructure and Transport, 2018. 

  9. Korea Infrastructure Safety Corporation(KISTEC), "Criteria for calculation of safety inspection and performance evaluation costs", Ministry of Land, Infrastructure and Transport, 2018. 

  10. Sun, Jong Wan, Park, Kyung Hoon, Lee, Huseok, "Development of Unit Maintenance Cost Model for Bridge Maintenance Strategy Analysis", Proceedings of Spring Conference of Korea Concrete Institute Vol.30, No.1, pp.331-332, 2018. 

  11. Korea Institute of Civil Engineering and Building Technology(KICT), "Operation of bridge management system in 2016", Ministry of Land, Infrastructure and Transport, 2017. 

  12. Kim, Hyun Bae, Kim, Yong Su, "A Study on the Estimation of Probabilistic Repair?Reinforcement Cycles from Rating Curve of Steel Girder Bridges", Korea Journal of Construction Engineering and Management, Vol.10, No.2, pp.102-110, 2009. 

  13. Ahn, Sang Mi, Lee, Jin Hyuk, Cha, Kyung Hwa, Lee, Kyung Yong, Kong, Jung Sik. "Development and Updating the Bridge Performance Model", Proceedings of Conference of Korean Society of Civil Engineers, pp.199-200, 2016. 

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