[논문]유리창 청소장치의 개념 디자인 및 경제적 타당성 예측

김균태; 전영훈

doi:10.5345/jkibc.2020.20.6.537

유리창 청소장치의 개념 디자인 및 경제적 타당성 예측
A Conceptual Design and Feasibility Analysis of a Window Cleaning Device 원문보기

한국건축시공학회지 = Journal of the Korea Institute of Building Construction, v.20 no.6, 2020년, pp.537 - 543

김균태 (Construction Industry Innovation Center, Korea Institute of Civil engineering and building Technology(KICT)) , 전영훈 (Construction Industry Innovation Center, Korea Institute of Civil engineering and building Technology(KICT))

초록
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유리창 청소작업은 인력의존적이고, 고소에서 불안정한 자세로 수행하여 추락위험이 상존하는 작업이다. 따라서 작업원의 안전도 향상 방안이 시급한 상황이다. 본 연구에서는 건축물 외부 유리창 청소에 대하여 개념설계를 제시하고, 제시된 개념모델에 대한 경제적 타당성을 분석하였다. 제시된 모델은 창틀 등 돌출부를 회피하며, 상하부의 형상이 상이하더라도 대응이 가능하도록 고안하였다. 고안된 개념모델의 경제성을 분석한 결과, 편익비용 비율이 4.48로 1을 크게 상회하였다. 따라서 제안된 유리창 청소장치의 경제적 타당성은 충분할 것으로 기대된다. 본 논문에서 분석한 결과는 유리창 청소장치의 개발, 마케팅 등에 활용될 예정이다.

Abstract ▼ AI-Helper

The window cleaning works are manpower-dependent and are performed in an unstable posture at high altitude, so that there is a risk of falling. Therefore, there is an urgent need to improve the safety of workers. In this study, a conceptual design was proposed for the cleaning of exterior windows of a building, and the economic feasibility of the proposed conceptual model was analyzed. The proposed model is designed to avoid protrusions such as window frames, and to be able to respond even if the shapes of the upper and lower parts are different. As a result of analyzing the economic feasibility of the designed conceptual model, the benefit cost ratio was 4.48, which was significantly higher than 1. Therefore, the economic feasibility of the proposed window cleaning device is expected to be sufficient. The results analyzed in this paper will be used in the development and marketing of the window cleaning device.

주제어

표/그림 (9)

그림 Figure 1. Conventional window cleaning process[5]
그림 Figure 2. Risks of conventional window cleaning work
표 Table 1. Required performance of window cleaning device
그림 Figure 3. Conceptual mode and composition of window cleaning device
그림 Figure 4. Cleaning movement by brush (example)[6]
표 Table 2. Comparison of input cost between conventional and automated methods
표 Table 3. Variables and assumptions for economic analysis
그림 Figure 5. Cash flow for the introduction of window cleaning devices
표 Table 4. Benefit cost analysis of automation method

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구의 목적은 노동집약적이고 위험한 작업인 건축물 외부 유리창 청소에 대하여 개념설계를 제시하고, 제 시된 개념모델에 대한 경제적 타당성을 분석하는 것이다.
따라서 작업원 의 안전도 향상 방안이 시급한 상황이다. 본 연구에서는 건축 물 외부 유리창 청소에 대하여 개념설계를 제시하고, 제시된 개념모델에 대한 경제적 타당성을 분석하였다. 제시된 모델은 창틀 등 돌출부를 회피하며, 상하부의 형상이 상이하더라도 대응이 가능하도록 고안하였다.
본 연구에서는 문헌조사와 함께, 현장조사를 수행하여 유 리창 청소작업의 현황과 프로세스를 파악하였다. 현장조사 기간은 2018년 06월부터 10월까지 이며, 작업실사 대상은 경기도 수원 소재 S병원 청소현장, 서울 가락동 소재 H아파트 청소현장, 서울 강남소재 K회관 청소현장이다.
하지만 아직까지 유리창 청소장치에 대한 경제적 타당성 분석이 이루어지지 않아 투자결정 등의 의사결정에 참조자료가 부족한 실정이다. 본 연구에서는 이러한 점에 착안 하여, 건축물 외부 유리창 청소에 대하여 개념설계를 제시하 고, 제시된 개념모델에 대한 경제적 타당성을 분석하였다
본 연구에서는 특정한 유리창을 청소하는 장치의 개념모델을 제시하였다. 제시된 모델은 창틀 등 돌출부를 회피하며, 상하부의 형상이 상이하더라도 대응이 가능하도록 고안하였다.
국내에서 건축물 외부작업의 로봇화에 대한 타당성 분석을 시도한 초기 연구로는 Park and Kim[2]이 있다. 이 연구에 서는 수작업의 효율이 검토하고, 현재까지 개발, 사용되고 있는 외별 도장로봇을 우리나라 대단위 고층 아파트에 활용할 경우에 대한 시공성, 품질, 안전성을 검토한 후, 타당성 분석 모델을 제시하였다[2]. 이 연구는 직접 로봇 개발하고자 하는 시도는 이루어지지 않았으나, 이후 건설로봇에 대한 타당성 분석의 방향을 제시하였다는 의의가 있는 것으로 판단된다.

가설 설정

2)작 업 준비가 완료되면, 달비계 안장과 연결된 로프를 옥상부의 안정된 구조물에 체결한다. 3)로프 걸기(체결)가 끝나면, 작업 원은 안장에 앉기 위해 자세를 잡는다. 4)안장에 앉은 작업원 은 건축물 외벽의 최상단에서부터 아래로 내려가면서 청소작 업(본작업)을 수행한다.
그러나 실제 유리창 청소 시장에서 특정한 창문만 청소하는 경우는 흔하지 않으므로, 본 연구에서는 노무인원을 2명 절감한다는 가정에 무리가 있다고 판단 하였다. 따라서 본 연구에서는 청소 작업원 1인을 절감하여, 200,000원/일을 절감하는 것으로 가정하였다. 이와 같은 현 장 조사 결과를 바탕으로, 재래식 방식과 자동화 방식의 경제 성 분석을 위해 요구되는 기본적인 가정 및 변수를 Table 3과 같이 설정하였다.

제안 방법

이 연구에서는 인력에 의한 흄관 매설작업의 작업시간과 자원투입을 조사하여, 대상작업을 선 정하였다. 그리고 대상작업을 자동화하기 위한 최적요소기술을 제안하고, 재래식 방식과 자동화 공법간의 경제성을 비교 분석하였다[3].
다음으로 유리창 청소를 위한 주요 요구성능을 설정하여, 유리창 청소장치의 개념모델을 제시한다. 그리고 제안된 개념모델을 바탕으로 하여, 작업원 절감에 따른 편익과 장비 개발 및 운영을 위해 소요되는 비용을 토대 로 유리창 청소장치의 경제성을 분석한다.
이와 같은 연구를 수행하기 위하여 본 연구에서는 우선, 현장조사와 유리창 청소 전문가 인터뷰를 통해 작업프로세스 및 문제점을 분석한다. 다음으로 유리창 청소를 위한 주요 요구성능을 설정하여, 유리창 청소장치의 개념모델을 제시한다. 그리고 제안된 개념모델을 바탕으로 하여, 작업원 절감에 따른 편익과 장비 개발 및 운영을 위해 소요되는 비용을 토대 로 유리창 청소장치의 경제성을 분석한다.
본 연구에서는 수요자 설문조사, 실무자 면담 등을 통하여 요구성능을 설정하였다. 설문조사는 서울 강남구, 마포구, 종 로구, 광진구, 서대문구 내 빌딩 및 상권 밀집지역의 건축물 소유자, 입주자, 관리자 등 297인을 대상으로 하였다.
건설 로봇의 경제성 분 석은 기존 작업과 비교하여 추가적으로 발생하는 비용(cost) 과 자동화 기술을 도입함으로써 발생되는 편익(benefit)을 분석함으로써 가능하다[7]. 본 연구에서는 제안된 유리창 청 소 장치의 개념모델을 대상으로, 해당 장치를 도입함으로써 발생할 수 있는 추가비용 및 편익의 예측을 통해 장치 개발의 경제적 타당성을 분석하였다.
실무자 면담은 유리창 청소작업원, 작업조장, 사장 등을 대상으로 하였다. 설문과정에서 ‘유리창 자동 청소장치에 바라는 기능/의 견’을 주관식으로 적도록 하였다. 그 결과는, 저렴한 렌탈 비용 으로 사용 가능한, 작고 심플한 디자인의 안전한 청소장치로, 주기적으로 빈틈없이 깨끗하게 청소되며, 청소 후에도 물기가 남거나 떨어지지 않고 잔얼룩이 없는 사후관리가 잘 되는 제 품이기를 바란다는 것으로 요약할 수 있다[6].
[4] 이 있다. 이 연구는 본 연구의 선행연구로, 인력에 의한 재래식 유리창 청소 방식과 청소장치에 의한 방식을 비교분석하고, LCC 분석모델을 설정하여 경제성을 분석하였다[4]. 이 연구는 청소장치의 개념디자인이 나오기 전 단계에서 초기투자비, 운영비, 유지관리비, 폐기비, 잔존가치 등을 추정하여 약식으 로 경제성을 예측하였다는 한계가 있다.
[3]이 있다. 이 연구에서는 인력에 의한 흄관 매설작업의 작업시간과 자원투입을 조사하여, 대상작업을 선 정하였다. 그리고 대상작업을 자동화하기 위한 최적요소기술을 제안하고, 재래식 방식과 자동화 공법간의 경제성을 비교 분석하였다[3].
이와 같은 연구를 수행하기 위하여 본 연구에서는 우선, 현장조사와 유리창 청소 전문가 인터뷰를 통해 작업프로세스 및 문제점을 분석한다. 다음으로 유리창 청소를 위한 주요 요구성능을 설정하여, 유리창 청소장치의 개념모델을 제시한다.
본 연구에서는 특정한 유리창을 청소하는 장치의 개념모델을 제시하였다. 제시된 모델은 창틀 등 돌출부를 회피하며, 상하부의 형상이 상이하더라도 대응이 가능하도록 고안하였다. 고안된 개념모델의 경제성을 분석한 결과, 편익비용 비율이 4.

대상 데이터

특정 작업에 대한 자동화 장비 도입의 타당성을 분석하기 위해서는 어떤 개념의 장비인가가 중요하다. 본 연구에서는 업무용 공간에 대하여 특정한 유리창에 청소장치를 부착하여, 해당 유리창을 지속적으로 청소하는 장치를 대상으로 하였다. 그 이유로는, 우선 건축물 전체를 청소하는 장치는 신축시에 설치하는 것이 유리하여, 기존 건축물에는 적용하기 어렵다.
본 연구에서는 수요자 설문조사, 실무자 면담 등을 통하여 요구성능을 설정하였다. 설문조사는 서울 강남구, 마포구, 종 로구, 광진구, 서대문구 내 빌딩 및 상권 밀집지역의 건축물 소유자, 입주자, 관리자 등 297인을 대상으로 하였다. 실무자 면담은 유리창 청소작업원, 작업조장, 사장 등을 대상으로 하였다.
설문조사는 서울 강남구, 마포구, 종 로구, 광진구, 서대문구 내 빌딩 및 상권 밀집지역의 건축물 소유자, 입주자, 관리자 등 297인을 대상으로 하였다. 실무자 면담은 유리창 청소작업원, 작업조장, 사장 등을 대상으로 하였다. 설문과정에서 ‘유리창 자동 청소장치에 바라는 기능/의 견’을 주관식으로 적도록 하였다.
본 연구에서는 문헌조사와 함께, 현장조사를 수행하여 유 리창 청소작업의 현황과 프로세스를 파악하였다. 현장조사 기간은 2018년 06월부터 10월까지 이며, 작업실사 대상은 경기도 수원 소재 S병원 청소현장, 서울 가락동 소재 H아파트 청소현장, 서울 강남소재 K회관 청소현장이다. 조사 결과, 인 력에 의한 재래식 유리창 청소작업의 프로세스는 Figure 1과 같았다.

성능/효과

재래식 유리창 청소 작업은 다음과 같은 과정 거쳐 수행한다. 1)작업원이 아침에 청소대상 건축물의 옥상으로 출근하 여, 와이퍼, 스폰지봉, 물통 등의 청소 도구를 준비한다. 2)작 업 준비가 완료되면, 달비계 안장과 연결된 로프를 옥상부의 안정된 구조물에 체결한다.
1)작업원이 아침에 청소대상 건축물의 옥상으로 출근하 여, 와이퍼, 스폰지봉, 물통 등의 청소 도구를 준비한다. 2)작 업 준비가 완료되면, 달비계 안장과 연결된 로프를 옥상부의 안정된 구조물에 체결한다. 3)로프 걸기(체결)가 끝나면, 작업 원은 안장에 앉기 위해 자세를 잡는다.
6)물이 묻어있는 유리창을 와이퍼로 긁어낸다. 7)한 개층의 청소가 끝나면, 작업원은 아 래층으로 이동한다. 그리고 청소대상 가장 아래층에 도달할 때까지 5)~7)을 반복하여 수행한다.
제시된 모델은 창틀 등 돌출부를 회피하며, 상하부의 형상이 상이하더라도 대응이 가능하도록 고안하였다. 고안된 개념모델의 경제성을 분석한 결과, 편익비용 비율이 4.48로 1을 크게 상회하였다. 그리고 수익률은 98.
매년 동일하게 발생하는 비용 또는 편익을 현재가치로 변환 하는 것을, 식(1)과 같이, (P/A, i%, n년)의 기호로 표시한다. 그리고 수익률(X)를 보간법으로 구하면, NPW=0을 만족하는 수익률은 약 98.84% 이므로 유리창 청소 전문업체 면담을 통해 설정한 최소기대수익률 10%를 크게 상회하였다.
48로 1을 크게 상회하였다. 그리고 수익률은 98.84%로 유리창 청소 전문업체 면담을 통해 설정 한 최소기대수익률 10%를 크게 상회하였으며, 손익분기점은 약 13.5개월로 분 석되었다. 따라서 제안된 유리창 청소장치의 경제적 타당성은 충분할 것으로 예상된다.
48로 1을 크게 상회하였다. 따라서 제안된 유리창 청소장치의 경제적 타당성은 충분할 것으로 기대된다. 본 논문에서 분석한 결과는 유리창 청소장 치의 개발, 마케팅 등에 활용될 예정이다.
5개월로 분 석되었다. 따라서 제안된 유리창 청소장치의 경제적 타당성은 충분할 것으로 예상된다. 본 연구의 결과인 경제적 타당성 분석 결과는 향후 유리창 청소장치의 설계 및 제작과정에 있어 중요한 기초자료로 제공될 것이다.
작업자 보 수는 작업난이도, 층수, 대상건물의 종류에 따라 크게 차이가 나는데, 통상적으로는 20~60만원/일 수준이나 고층일 때에 는 최대 100만원/일까지도 받는 것으로 확인되었다. 또한 작 업조 구성은 업체별로 청소작업에 대한 품을 적용하여 산정하며, 작업면적에 따라 투입인원을 산정하고 투입인원은 1년~3 년 이하의 초급자, 3년 이상 청소작업의 경험을 보유한 숙련 자 등 작업의 난이도를 고려하여 작업조 구성원을 조정하는 것으로 파악되었다
이러한 작업비용은 준공청소와 일반청소에 따라 면적 당 단가가 상이한데, 일반적으로 준공 청소는 평균 550~600원/평(아파트 준공청소 800원/평)이 고, 일반청소는 평균 300~350원/평 수준이었다. 작업자 보 수는 작업난이도, 층수, 대상건물의 종류에 따라 크게 차이가 나는데, 통상적으로는 20~60만원/일 수준이나 고층일 때에 는 최대 100만원/일까지도 받는 것으로 확인되었다. 또한 작 업조 구성은 업체별로 청소작업에 대한 품을 적용하여 산정하며, 작업면적에 따라 투입인원을 산정하고 투입인원은 1년~3 년 이하의 초급자, 3년 이상 청소작업의 경험을 보유한 숙련 자 등 작업의 난이도를 고려하여 작업조 구성원을 조정하는 것으로 파악되었다
추가비용으로는 장치 제작비용 및 유지관리 비용이 있다. 전문가 면담결과, 개념도에서 도출된 소요모터의 종류 및 갯 수, 기계기구 구조, 청소툴 등의 부품가격을 감안할 때 로봇 제작비용은 10,000,000원을 넘지 않을 것으로 예상되었다. 이 때, 청소대상 유리창이 수평적으로 동일층에 매우 길게 배치되어 있더라도 로봇비용은 거의 증가하지 않는 데, 레일 만 길게 설치하면 한 대의 청소장치가 레일을 따라 청소하게 되기 때문이다.
현장조사 결과, 청소작업 비용은 업체에서 면적당으로 계 산하는 것으로 확인되었다. 이러한 작업비용은 준공청소와 일반청소에 따라 면적 당 단가가 상이한데, 일반적으로 준공 청소는 평균 550~600원/평(아파트 준공청소 800원/평)이 고, 일반청소는 평균 300~350원/평 수준이었다.

후속연구

본 연구의 결과인 경제적 타당성 분석 결과는 향후 유리창 청소장치의 설계 및 제작과정에 있어 중요한 기초자료로 제공될 것이다. 또한 개발 이후 단계에서 마케팅 자료로도 활용될 예정이다.
따라서 제안된 유리창 청소장치의 경제적 타당성은 충분할 것으로 기대된다. 본 논문에서 분석한 결과는 유리창 청소장 치의 개발, 마케팅 등에 활용될 예정이다.
따라서 제안된 유리창 청소장치의 경제적 타당성은 충분할 것으로 예상된다. 본 연구의 결과인 경제적 타당성 분석 결과는 향후 유리창 청소장치의 설계 및 제작과정에 있어 중요한 기초자료로 제공될 것이다. 또한 개발 이후 단계에서 마케팅 자료로도 활용될 예정이다.
이 연구는 본 연구의 선행연구로, 인력에 의한 재래식 유리창 청소 방식과 청소장치에 의한 방식을 비교분석하고, LCC 분석모델을 설정하여 경제성을 분석하였다[4]. 이 연구는 청소장치의 개념디자인이 나오기 전 단계에서 초기투자비, 운영비, 유지관리비, 폐기비, 잔존가치 등을 추정하여 약식으 로 경제성을 예측하였다는 한계가 있다.
특정한 유리창을 청소하기 위해서는 작업반장 1명, 작업원 1명, 로프, 와이퍼, 스폰지 등이 사용된다. 한편 본 연구에서 제안한 장치의 경우, 한번 설치하고 나면 작업반장이나 청소 작업원이 필요하지 않으며, 와이퍼 등은 재료·경비는 재래식 방식과 동일하게 소요될 것으로 예상된다. 따라서 Table 2와 같이 단순계산하면, 재래식 방식에서는 400,000원/일, 장비 를 도입할 경우에는 50,000원/일의 비용이 소요되며, 자동화 방식을 도입할 경우 350,000원/일의 비용을 절감할 수 있을 것으로 예상할 수 있다.

참고문헌 (7)

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Park KJ, Kim MH. A study on the feasibility of introducing robotics to the exterior painting works of highrise apartment houses. Journal of the Architectural Institute of Korea. 1992 Mar;8(3):167-76.
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Kim YS, Lee JH. A conceptual model and technical·economical feasibility analysis of apartment exterior wall painting robot. Journal of the Architectural Institute of Korea. 2006 Sep;22(9):139-50.

저자의 다른 논문 :

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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