[논문]3차원 지형공간정보모델기반 토공사 계획 및 관리에 미치는 영향요인 관리 애플리케이션 연구

박재우; 윤원건; 김석수; 송재호

doi:10.21289/ksic.2019.22.2.125

3차원 지형공간정보모델기반 토공사 계획 및 관리에 미치는 영향요인 관리 애플리케이션 연구
A Study on 3D Geospatial Information Model based Influence Factor Management Application in Earthwork Plan 원문보기

한국산업융합학회 논문집 = Journal of the Korean Society of Industry Convergence, v.22 no.2, 2019년, pp.125 - 135

박재우 (한국건설기술연구원, 건설정책연구소) , 윤원건 (한국건설기술연구원, 건설정책연구소) , 김석수 ((주)수성엔지니어링 철도부) , 송재호 (금오공과대학교 토목과)

Abstract ▼ AI-Helper

In recent years, the digital transformation age represented by the "Fourth Industrial Revolution", which is a universalization of digitalization across all industries, has become a reality. In the construction sector in 2018, the Ministry of Land, Infrastructure and Transport established the Smart Construction 2025 vision and established the 'Smart Construction Technology Roadmap' aiming to complete construction automation by 2030. Especially, in the construction stage, field monitoring technology using drones is needed to support construction equipment automation and on-site control, and a 3D geospatial information model can be utilized as a base tool for this. The purpose of this study is to investigate the factors affecting earthworks work in order to manage changes in site conditions and improve communication between managers and workers in the earthworks plan, which has a considerable part in terms of construction time and cost as a single type of work. Based on this, field management procedures and applications were developed.

주제어

표/그림 (10)

그림 Fig. 1 Earthworks construction planning stage
그림 Fig. 2 Earthquake risk case
그림 Fig. 3 Deriving influence factors of earthworks work plan
그림 Fig. 4 Filter TLS data and MMS data and save them as one file
그림 Fig. 5 Mapping of geotechnical survey results to 3D geospatial model
그림 Fig. 6 Create and calculate main system cells
그림 Fig. 7 Analysis cell based soil properties and influence factor management data example
그림 Fig. 8 Linking 3D geospatial information model and influence factor management technology
그림 Fig. 9 Earthwork influence factor management process
그림 Fig. 10 Impact Factor Management Application Example

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

본 연구에서는 문헌조사 및 토질, 토공사 전문가 인터뷰를 통하여 토공사 영향요인을 도출하고 작업계획에 활용될 수 있는 분류를 제시하였다.
Lim & Kim(2017)은 건설현장의 토량배분과 각 장비간의 이동경로 제시 및 실시간 작업경로를 안내하는 건설장비 최적운영 시스템을 개발하였다. 이는 글로벌 GIS(Geographic Information System) 정보를 제공하며, 토공운반 생산성을 증대시켜 원가절감 및 장비 효율적 관리에 기여하는 것을 목표로 하였다[9].
따라서, 현장에서 이루어지는 토공사 계획과 의사결정에서는 현장여건 변화에 대한 관리와 관리자와 작업자 간 의사소통이 중요하다. 이에 본 연구는 첫째, 관리자 관점에서 토공사 계획을 지원할 수 있는 작업 영향요인을 도출하고자 하며 둘째, 이를 기반으로 ICT기술을 활용해 실시간으로 정보를 교환 및 공유할 수 있는 현장관리 애플리케이션(Application, 이하 APP)을 개발하고자 한다.

제안 방법

또한, 이 모델 안에서 토질속성 셀(CELL)이 만들어지고 절⋅성토, 작업난이도, 장비 이동 난이도, 토질속성변화, 작업 영향요인 변화 등을 실시간으로 전송받아 업데이트가 가능하도록 개발하였다.
또한, 이를 기반으로 건설 현장의 토질 속성 기본정보, 위험요소 등 변화요소를 체크⋅관리하는 APP 개발을 수행하였다.
(2008)는 굴삭기를 중심으로 토공사 작업 영향요소를 분석하였으며, 크게 지표수 및 지하수, 토사의 종류 등이 포함된 토질의 상태, 강우일수 및 강우량 등의 기상조건과 지장물 및 운반로 등의 공사현장 상황으로 분류하여 제시하였다. 본 연구에서는 기존 연구 및 관리기준 문헌[11, 12, 13] 검토를 통해 작업계획 영향요인을 정리하였다.
본 연구에서는 우선 3D 레이져 스캐너(Terrestrial Laser Scanner, TLS), MMS(Mobile Mapping System), 드론 등으로 현장에서 취득한 제각각인 수천에서 수억 점의 3차원 포인트 클라우드(Point cloud) 데이터를 세계측지계(GRS80)로 정합하여 정밀도를 향상시킨 ‘월드맵(World map)’으로 저장하고 서버로 시공관련 정보들을 관리할 수 있게 데이터를 처리⋅저장하는 기능을 개발하였다(Fig.4. 참조).
암이 발견)하는 요인이 가장 영향력이 크며, 시공계획에 영향을 미치는 요인은 실제 현장에서 실시간 피드백이 가능한 정보인지 관점에서도 검토가 필요한 것으로 나타났다. 본 연구에서는 이러한 문헌조사 및 전문가 인터뷰 등을 종합하여 토공 영향요인을 크게 지질조건, 경사, 작업 경로 주변 여건, 장애물, 계획도로/기존도로 현황과 기타 민원의 카테고리로 분류하여 제시하였으며, 내용은 다음 Fig. 3과 같다.
토공사 관리자 및 작업자 관점에서 위험사건을 발생시키고 작업계획에 영향을 미치는 요인들은 문헌조사 및 전문가 조사를 통해 도출하였으며, 이를 위해 국내 대형 토목 및 건축 구조물 토공사의 설계⋅시공 경험 10년 이상의 설계 및 시공 전문가 6명을 대상으로 대면 인터뷰 조사를 수행 하였다.
토공사 작업계획 영향요인들은 전체 메인 시스템(PC)에서 총괄적으로 관리되나, 현장에서 관리자가 실시간으로 파악/입력할 수 있도록 클라우드 서버와 앱(APP)기반 시스템을 개발하였다.
현장에서의 토질속성 클라우드 서버 전송 기능은 작업자가 토질속성을 체크하고 수정해 실시간 클라우드로 전송할 수 있도록 하였으며, 수정데이터의 적용 영역은 직선 또는 다각형으로 지정하고 처리해 자동으로 업로드가 가능하도록 개발하였다.

성능/효과

마지막으로 현장에서 설계 자료와 크게 다른 상황이 발생(예. 암이 발견)하는 요인이 가장 영향력이 크며, 시공계획에 영향을 미치는 요인은 실제 현장에서 실시간 피드백이 가능한 정보인지 관점에서도 검토가 필요한 것으로 나타났다. 본 연구에서는 이러한 문헌조사 및 전문가 인터뷰 등을 종합하여 토공 영향요인을 크게 지질조건, 경사, 작업 경로 주변 여건, 장애물, 계획도로/기존도로 현황과 기타 민원의 카테고리로 분류하여 제시하였으며, 내용은 다음 Fig.
여기서, 굴삭기와 로더의 버킷용량(q값), 버킷계수(k)는 작업계획에 영향을 줄 수 있는 변수가 된다. 즉, 실제 현장에서 토공사 시공측면에서 체적 환산계수(f)는 공사운반시와 성토반입물량 산출시 활용될 수 있으며, 현장에서 엔지니어의 판단 또는 간단한 테스트에 의해 실시간으로 결정되어 활용될 수도 있는 것으로 확인되었다.
토질 및 토공사 유경험 전문가 인터뷰 결과 토공사 작업 절차시 준비 작업에서 실제 지질조사(토질) 내용에 대한 검토를 바탕으로 정확한 데이터 기반의 시공계획이 이루어져야 함을 알 수 있었다. 하지만, 실제로는 이러한 정보기반으로 체계적인 업무가 수행되지 못하고 있는 한계점이 제시되었다.

후속연구

다음으로 토공사 현장에서 가장 중요한 것 중 하나가 작업로 즉, 가도의 계획이며, 이때 다양한 장비들과 작업자가 안전하게 이동하고 작업을 수행할 수 있는 적정 구배, 회전각 등이 고려되고, 변화가 일어날 경우 이러한 점들을 고려하여 공사에 영향을 주는 정도를 분석할 수 있어야 한다. 여기서 가도는 장비 및 차량이 안전하게 운행할 수 있도록 견고하게 설치하며, 도로와 작업장이 인접했을 경우 방책을 설치하고 배수를 위해 적정 경사를 두거나 배수시설을 설치해야 한다.
본 연구에서 개발한 월드 맵 기반 토공사 3차원 지형공간정보 모델은 실시간 지점 토질속성 및 토공사 영향요인 관리 기술의 기반정보를 제공하여 메인 시스템과 현장 앱의 실시간 정보연계로 공사정보 통합관리 서비스를 제공할 수 있다.
이러한 다양한 정보들의 공유는 클라우드 서버 시스템을 통해 가능하며, 최근 5G 통신기술의 확대로 고용량 데이터가 실시간으로 빠른 처리가 가능할 것으로 판단된다.
즉, 본 시스템에서는 굴삭기 등 장비기반 토공사 작업계획에 직⋅간접적으로 영향을 미치게 되는 토질변화, 함수비, 트래피커빌리티(콘지수), 사면 및 장애물 유⋅무 등 정보들이 현장에서 작업경로 주변 여건 변화에 따라 앱 기반으로 기록/검토되어 서버에 실시간으로 저장되고 계획에 활용될 수 있다.
즉, 시공초기단계부터 입력된 설계정보와 시공 계획 정보에 기반해 현장 작업을 진행하게 되며, 현장 여건의 변화에 따라 토질속성정보와 작업영향요인들을 실시간으로 서버에 입력/처리하여 관리자와 작업자간 의사소통에 활용될 수 있을 것이 다. 향후에는 개발된 시스템을 실제 다양한 현장 여건에서 적용함으로써 생산성 향상 정도를 정량적으로 검증하는 후속 연구가 진행되어야 할 것이다.
특히, 대형 토공사 현장에서 운영되고 있는 중장비를 효과적으로 관제하기 위해서는 현장지반에 대한 정밀한 3차원 계측이 필요하며, 본 연구에서 제시하고자 하는 정밀한 3차원 지반지형 모델기반 업무 플랫폼에서는 작업계획 관련 기본적인 데이터 관리가 가능할 것으로 판단하였다.
즉, 시공초기단계부터 입력된 설계정보와 시공 계획 정보에 기반해 현장 작업을 진행하게 되며, 현장 여건의 변화에 따라 토질속성정보와 작업영향요인들을 실시간으로 서버에 입력/처리하여 관리자와 작업자간 의사소통에 활용될 수 있을 것이 다. 향후에는 개발된 시스템을 실제 다양한 현장 여건에서 적용함으로써 생산성 향상 정도를 정량적으로 검증하는 후속 연구가 진행되어야 할 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	건설 산업은 어떤 특징을 가지는가?	건설 산업은 제조업 등 기타산업과 달리 경험적 판단 및 직관적 판단에 의하여 작업이 수행되는 특징을 가지고 있다. 특히, 토공사는 작업 대상 환경이 매우 가변적임에 따라 토량 배분 및 운반 계획 등 작업 계획에 대해 숙련된 작업자의 역할이 중요하다[11].
	토공사에서 굴착 작업시 위험성으로는 어떠한 것들이 있는가?	토공사에서 굴착 작업시 위험성은 크게 인적요인, 물적 요인, 작업방법, 기계장비로 구분할 수 있으며, 특히 장비반입 시 인적요인은 굴삭기 운전원의 운전미숙에 의한 전도재해, 충돌재해가 있으며, 작업방법으로는 장비 하역시 안전 작업절차 미준 수에 의해 하역 중 장비전도가 있다[12].
	토공사 계획과 의사결정에서 의사소통이 중요한 이유는?	또한, 대형 시설물 공사의 경우 여러 영역에서 동시다발적으로 굴착, 운반 등 작업이 진행되므로 현장 여건의 변화가 매우 크며. 모든 공종의 기반이 되는 반면 강우 및 기온 등 기상 조건 영향이 크므로 공사기간이 매우 타이트하게 관리되고 있다.

참고문헌 (13)

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상세보기
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KOREA INSTITUTE of CIVIL ENGINEERING and BUILDING TECHNOLOGY(KICT), Standard of Construction Estimate, (2019).

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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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