[논문]교량 공사 프로젝트의 정량적 리스크 평가에 관한 연구

안성진

doi:10.5345/jkibc.2020.20.1.083

교량 공사 프로젝트의 정량적 리스크 평가에 관한 연구
A Study on the Quantitative Risk Assessment of Bridge Construction Projects 원문보기

한국건축시공학회지 = Journal of the Korea Institute of Building Construction, v.20 no.1, 2020년, pp.83 - 91

안성진 (Department of Architectural Engineering, Mokpo National University)

초록
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최근의 교량 건설 프로젝트는 교량 건설의 증가추세에 따라 위험 손실에 대비하기 위해 보다 정교한 리스크 관리 조치와 손실 예측을 요구하고 있다. 본 연구는 교량 건설 사업에 대한 국내 주요 보험사의 과거 보험료 지급 실적을 토대로 실제 교량 건설에서 목적물의 손실을 유발하는 위험 요인을 분석하고, 정량화된 예측 손실 모델을 개발하고자 하였다. 정량적 교량건설 손실모형 개발을 위해 사고 건당 보험지급액을 총공사비로 나눈 손실비율을 종속변수로 선정하였고, 독립변수로는 1)기술적 요인: 상부 구조 유형, 하부 구조 유형, 상부 가설방법, 교량 길이 2) 자연재해요인 : 태풍, 홍수 3) 프로젝트 정보: 공사기간, 총공사비를 채택하였다. 선정된 독립변수 중 상부구조, 가설방법 및 프로젝트 기간이 교량건설 손실 비율에 영향을 미치는 지표로 나타났다. 본 연구 결과로 도출된 리스크 지표와 손실예측 함수는 정부 관련기관, 교량 건설 설계 및 시공사, 보험회사에 정량적 피해 예측 및 위험 평가 서비스를 제공하며, 향후 기초 교량 리스크 평가 개발 연구의 가이드라인으로 활용할 수 있다.

Abstract ▼ AI-Helper

The recent bridge construction projects is demanded more sophisticated risk management measures and loss forecasts to brace for risk losses from an increase in the trend of bridge construction. This study aims to analyze the risk factors that caused the loss of material in actual bridge construction and to develop a quantified predictive loss model, based on the past record of insurance payment by major domestic insurance companies for bridge construction projects. For the development of quantitative bridge construction loss model, the dependent variable was selected as the loss ratio, i.e., the ratio of insurance payout divided by the total project cost, while the independent variable adopted 1) Technical factors: superstructure type, foundation type, construction method, and bridge length 2) Natural hazards: typhoon and flood 3) Project information: construction period and total project cost. Among the selected independent variables, superstructure type, construction method, and project period were shown to affect the ratio of bridge construction losses. The results of this study can provide government agencies, bridge construction design and construction and insurance companies with the quantitative damage prediction and risk assessment services, using risk indicators and loss prediction functions derived from the findings of this study and can be used as a guideline for future basic bridge risk assessment development research.

주제어

표/그림 (10)

그림 Figure 1. Study procedure
표 Table1. Definition of risk in previous researches
표 Table 2. Previous researches for bridge construction project
표 Table 3. Category of risk indicator
그림 Figure 2. Natural hazards factors
그림 Figure 3. Normality test by histogram and Q-Q plot
표 Table 4. Nomality test of dependent value
표 Table 5. Descriptive statistics of the variables
표 Table 6. Summary of the regression model
표 Table 7. Coefficients

AI 본문요약
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문제 정의

제 3자 배상은 목적물 손해배 상과 보상의 범위 및 리스크 관리요인의 차이가 있기에 본 연구에서는 그 범위를 목적물 손해에 대한 배상에 한하며, 유지관리 등에 의한 손실과 리스크는 포함하지 않는다. 본 연구에서는 교량건설 리스크 지표의 분류체계를 자연재해위 험도, 프로젝트 규모, 교량 시공방법으로 구분하여 리스크 측정을 위한 요소를 파악하였다. 이에 본 연구는 정량적인 리스크 분석을 위해 2003-2017년 실제 교량공사 프로젝트 의 건설공사보험 가입대상 중 목적물 손해 배상 183건을 분리하여 데이터를 수집하였다.
본 연구에서는 국내 보험회사의 실제 손해보상 지급금 데 이터 중 교량공사 목적물 피해에 관한 내용을 토대로 교량공 사의 리스크 요인을 분석하고 향후 교량 건설 손실 예측을 위한 피해예측 함수를 개발하고자 한다. 다시 말해 보상금 지급 규모를 통하여 리스크 요인을 도출하고, 도출된 리스크 요인과 프로젝트 대비 손실 비율을 각각 독립변수와 종속 변수로 선정하여 회귀분석을 실시하고 그 상관관계를 파악 하였다.
본 연구에서는 실제 국내 보험회사의 손해보상 지급금 데이터 중 교량공사 목적물에 관한 내용을 토대로 교량 공사의 리스크 요인을 분석하고, 향후 교량 건설 손실 예측을 위한 피해예측 함수를 개발하고자 하였다. 과거 다양한 연구들이 건설 및 교량 공사의 리스크 요인 분석과 그에 따른 정량적 리스크 평가 방법을 제시해왔다.
따라서, 건설프로젝트에서 활용 가능한 최소한의 정보를 바탕으로 잠재적 리스크 요소를 도출하여 손실에 대한 예측 및 분석이 매우 필요한 실정이다. 이러한 배경을 바탕으로 본 연구의 목적은 교량 공사 현장의 착공에서 준공에 이르는 과정에 내재된 리스크를 식별하고, 실제 손실데이터를 반영하여 정량화된 위험지수를 산정 및 제시함으로써 보다 체계적이고 효율적으로 리스크를 최소화하기 위한 기초자료를 제공함에 있다.

제안 방법

교량 건설의 손실 비율로 표현하였다. 교량 건설시 사고에 의한 손실액이 상대적으로 높지 않음에도 총 공사비가 적은 경우에는 손실피해 강도가 클 수 있으며, 이에 반해 사고 손실비용이 높더라도 규모가 큰 대형 프로젝트의 경우 상대적인 손실피해의 정도는 낮을 수가 있다.
본 연구에서는 국내 보험회사의 실제 손해보상 지급금 데 이터 중 교량공사 목적물 피해에 관한 내용을 토대로 교량공 사의 리스크 요인을 분석하고 향후 교량 건설 손실 예측을 위한 피해예측 함수를 개발하고자 한다. 다시 말해 보상금 지급 규모를 통하여 리스크 요인을 도출하고, 도출된 리스크 요인과 프로젝트 대비 손실 비율을 각각 독립변수와 종속 변수로 선정하여 회귀분석을 실시하고 그 상관관계를 파악 하였다. Figure1에 본 연구의 개략적 흐름을 표현하였다.
독립변수로는 교량 상부구조, 경간, 교량하부구조, 상부 가설방법, 태풍, 홍수, 총 공사기간, 및 총 공사비의 8개의 변수를 사용하였다. 분석결과 상부구조, 가설방법 및 공사기간의 3개의 독립변수가 교량공사 손실비율에 영향을 미치는 유의미한 지표로 확인되었다(Table 7).
본 연구는 통계적 근거 제공에 초점을 맞추고 있으므로, 샘플은 히스토그램, Q-Q플롯과 Shapiro-Wilk 테스트에 의해 정규성이 검정 되었다. 종속 변수인 손실 비율은 손실에 비하여 프로젝트의 비용이 극히 크므로 큰 양(+)의 값의 왜도로 0의 값에 치중되어 있으며 자연로그 변환을 통하여 손실비율의 데이터 분포가 정규성을 만족하도록 하였다.
상부구조와 마찬가지로 교량의 길이는 PQ 심사의 난이도 등급의 기준이 되고 있으며, 또한 경간이 긴 교량의 경우 상대적으로 공기와 비용의 증가 및 풍속에 의한 영향으로 리스크가 증가 될 수 있다[24]. 본 연구에서는 50m이하, 100m이하 및 500m이하 의 기준으로 명목척도를 분류하였다.
Kim and Cho[31]는 교량 상부공사의 대표적 특수 공법을 ILM (Incremental Launching Method), FCM (Free Cantilever Method), FSM (Full Staging Method), 및 MSS (Movable Scaffolding System),으로 분류하여 개략공사비 산정모델에 적용하였으며, 이를 통해 상부공사 공법 특성에 따른 차이가 있음을 파악하였다. 본 연구에서는 가설공법에 따른 평균 피해손실 금액에 근거하여 ILM, FCM, FSM, MSS의 명목척도 기준으로 가설방법 분류기준을 마련하였다.
[23] 이러한 규모와 난이도에 의한 구분은 교량공사 리스크 분석의 주요 척도로 고려할 수 있다. 본 연구에서는 상부구조형식을 상부형식 특성에 따른 교량건설 목적물 보상금 분포에 의하여 아치교, PSCI교 및 사장교(Cable-stayed)의 명목척도 순으로 분류하였다.
이에 공사규모에 따른 객관적 손실척도를 파악하기 위하여 종속 변수는 각 사고 케이스에 해당하는 총공사 금액에 대비한 손실금액으로 표현하였으며, 이를 손실 비율이라 칭한다. 본 연구에서는 총 296개의 교량 건설공사 프로젝트의 손실에 대한 보상 지급액과 총공사비를 활용하여 종속변수로 활용하였다. 손실 비율은 다음 식(1)로 표현된다.
수집한 교량건설 프로젝트의 손실기록 정보를 통해 분류한 리스크 지표 체계는 교량구조 형식, 자연해해요소 및 프로젝트 정보로 나누었다. 교량구조형식은 교량 상부구조, 교량경간, 하부구조와 가설방법으로 구성되었고 자연재해 요소는 홍수와 태풍을 포함하며 프로젝트요소는 공사기간과 총공사비를 포함한다.
교량 건설에서 교각의 기초가 중요한 구조적 요인이며, 공사에 중대한 위험 요인과 불확실성이 존재하므로 위험도의 관리가 필요하다[26]. 이에 수집된 데이터 중 교량의 하부 기초형식 정보는 주요 리스크 요인으로 활용하여 시공 난이도와 손실 보상금의 분포의 종합적인 고려를 바탕으로 직접기초, 기성말뚝기초, 현장 타설기초 및 오픈케이스 기초의 명목척도 분류기준을 마련 하였다.
본 연구는 통계적 근거 제공에 초점을 맞추고 있으므로, 샘플은 히스토그램, Q-Q플롯과 Shapiro-Wilk 테스트에 의해 정규성이 검정 되었다. 종속 변수인 손실 비율은 손실에 비하여 프로젝트의 비용이 극히 크므로 큰 양(+)의 값의 왜도로 0의 값에 치중되어 있으며 자연로그 변환을 통하여 손실비율의 데이터 분포가 정규성을 만족하도록 하였다. 또 한 SW 정규성 테스트는 또한 정규 분포의 명확한 증거를 제공한다.

대상 데이터

건설공사 보험은 토목 및 건축공사의 발주자, 시공자, 기타 공사관계자가 건설프로젝트 중에 예측하지 못한 사고로 인하여 본 공사 목적물, 공사용 자재, 공사용 장비 등에 입은 공사목적물 손해와 제 3자의 신체나 재산에 대한 배상책임손해를 종합적으로 책임지는 전위험담보 보험이다. 건설공사 보험의 가입 대상은 교량, 항만, 철도, 도로, 빌딩, 터널, 플랜트 및 수자원 관련 공사로 분류되며, 건설프로젝트의 착공시점부터 준공 후 발주자에게 양도까지 총 공사기간 동안의 리스크를 담보하게 된다. 제 3자 배상은 목적물 손해배 상과 보상의 범위 및 리스크 관리요인의 차이가 있기에 본 연구에서는 그 범위를 목적물 손해에 대한 배상에 한하며, 유지관리 등에 의한 손실과 리스크는 포함하지 않는다.
본 연구에서 분석한 총 손실 건수는 183건이며 Table 5는 각 지표의 손실에 대한 기술통계량을 Table 6은 회귀분석모형의 결과를 나타낸다.
본 연구에서는 교량건설 리스크 지표의 분류체계를 자연재해위 험도, 프로젝트 규모, 교량 시공방법으로 구분하여 리스크 측정을 위한 요소를 파악하였다. 이에 본 연구는 정량적인 리스크 분석을 위해 2003-2017년 실제 교량공사 프로젝트 의 건설공사보험 가입대상 중 목적물 손해 배상 183건을 분리하여 데이터를 수집하였다. 수집된 교량공사 데이터의 손실기록은 1) 사고내용 정보: 사고날짜 사고내용 및 주소 2) 교량 건설 프로젝트의 기술정보: 상부구조 하부구조, 가설방법 및 경간 3) 프로젝트 규모: 프로젝트 기간 및 총공사비의 세 가지 요소로 구분된다.

이론/모형

자연재해의 위험은 재보험사의 자연재해 평가 네트워크(NATHAN)를 이용하여 홍수, 태풍의 지표에 의해 산정되었다. 전세계자연재해지도시스템은홍수, 폭풍, 지진과 같은 자연 재해에 관하여 특정 장소의 특성을 정확하게 평가하기 위해 만들어졌다.

성능/효과

219)의 순으로 나타났다. 공사 기간이 긴 프로젝트일수록 손실 비율이 감소하며, 교량 상부구조형식과 가설공법의 명목척도의 변화(증가)에 따라 손실비율이 증가함을 나타낸다. 베타계수 (Beta Coefficient)는 모든 설명변수와 종속변수를 표준화하여 변환 후 측정한 계수 단위를 통일시킨 표준화된 값이기 때문에 서로 비교를 할 수 있다.
분석결과 상부구조, 가설방법 및 공사기간의 3개의 독립변수가 교량공사 손실비율에 영향을 미치는 유의미한 지표로 확인되었다(Table 7). 또한 독립변수 중 경간, 하부구조, 프로젝트 규모는 유의확률이 0.05이상으로 손실률과 관련성이 유의미하지 않은 것으로 파악되었다. Table 6의 교량공사 손실비율의 회귀분석에서 수정된 R² 값은 0.
본 연구에서 도출된 교량 리스크 분석 시 사용될 수 있는 지표는 상부 형식 가설 공법 및 공사 기간으로 나타났다. 상부구조는 아치교, PSCI교, 현수교의 순의 명목척도 기준이 유의미한 것으로 파악되었으며 PQ심사 기준 등급에 의한 분류와 유사함을 나타낸다.
독립변수로는 교량 상부구조, 경간, 교량하부구조, 상부 가설방법, 태풍, 홍수, 총 공사기간, 및 총 공사비의 8개의 변수를 사용하였다. 분석결과 상부구조, 가설방법 및 공사기간의 3개의 독립변수가 교량공사 손실비율에 영향을 미치는 유의미한 지표로 확인되었다(Table 7). 또한 독립변수 중 경간, 하부구조, 프로젝트 규모는 유의확률이 0.
교량 건설의 주요 발주 주체인 중앙부처, 지자체 및 정부투자기관 등은 건설생산성 향상을 위한 신기술의 개발뿐만 아니라 그에 따른 리스크 관리의 기법의 전반적 개선이 요구되며 국가가 주도하는 계획하는 기본적인 교량 건설 계획 정보를 바탕으로 향후 발생하는 손실에 대한 예측을 수립함으로써 재정적 리스크에 대한 대비를 가능하게 한다. 이 연구에서 제시된 지표 및 손실 함수 개발 프레임을 사용하여 건설사나 보험회사의 경우에도 보유한 최소한의 정보를 바탕으로 재정적인 손실의 예측을 도울 수 있다. 특히 보험회사 및 재보험회사는 이 연구의 리스크 지표를 손실 예측 모델을 재구성하는데 사용할 수 있다.

후속연구

개발된 정량화 모델은 기존에 축적된 손실 데이터가 부족 한 상황에서 최소한의 정보를 활용하여 향후 예측 가능한 리스크에 대한 방지대책 및 손실 보상에 대한 근거를 제공하 며 정량적 리스크 모델 개발 방안을 제시한다.
건설사들은 교량의 구조와 공법 및 적정 공사기간의 산정을 토대로 교량 공사에 발생 가능한 최대 손실을 평가함으로써 안전성과 경제적 이점을 최대화하는 기존 설계의 지침 개선에 활용할 수 있다. 궁극적으로 본 연구의 모델 개발 프레임과 이를 통해 도출된 리스크 지표는 교량 사업의 계획과 설계 시 위험관리 및 안전 점검 수행 단계의 중점적 관리를 위한 기초 핵심 자료를 제공함으로써, 현장에서 위험지표에 따라 인력과 비용을 효율적으로 분배하고, 손실 발생의 위험성을 사전에 진단하는데 효과적으로 사용될 수 있다.
이는 일반 건설과 플랜트 건설 프로젝트에서의 경우도 유사하게 나타났다[32]. 그러나 도출된 지표는 보험 지급액, 즉 손실과의 상관관계는 존재하지만, 인과관계에 관하여는 설명할 수 없으므로 추가적 조사를 통한 세부적 리스크 예방 대책 마련에 관한 후속 연구가 요구된다.
본 연구 결과의 활용은 교량건설의 특성을 반영한 효과적 리스크 대응 방안의 수립과 신속한 리스크 관리, 손실의 예방 및 최소화에 기여할 것으로 기대된다. 교량 건설의 주요 발주 주체인 중앙부처, 지자체 및 정부투자기관 등은 건설생산성 향상을 위한 신기술의 개발뿐만 아니라 그에 따른 리스크 관리의 기법의 전반적 개선이 요구되며 국가가 주도하는 계획하는 기본적인 교량 건설 계획 정보를 바탕으로 향후 발생하는 손실에 대한 예측을 수립함으로써 재정적 리스크에 대한 대비를 가능하게 한다.
이 연구에서 제시된 지표 및 손실 함수 개발 프레임을 사용하여 건설사나 보험회사의 경우에도 보유한 최소한의 정보를 바탕으로 재정적인 손실의 예측을 도울 수 있다. 특히 보험회사 및 재보험회사는 이 연구의 리스크 지표를 손실 예측 모델을 재구성하는데 사용할 수 있다. 보험사는 특정 교량의 잠재적 위험을 측정하는 자체 모델을 재구성하여 예측 가능한 최대 손실을 추정하여 리스크를 평가하고 그 결과를 보험료의 기본 요율산정에 대한 핵심적 자료로 활용할 수 있다.
향후 보다 다양한 리스크 지표의 개발과 정량적 리스크 예측 모델의 정확도 향상을 위해 정부 기관 및 디자인과 엔지니어링을 담당하는 건설 주체는 손실의 발생 시 더욱 폭넓고 정교한 손실기록 데이터베이스 구축시스템을 마련하고 데이터를 축적할 수 있는 기술적, 제도적 기반을 수립하기 위한 지속적인 노력이 필요할 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	정량적 교량건설 손실모형 개발을 위해 독립변수로 무엇을 채택하였는가?	본 연구는 교량 건설 사업에 대한 국내 주요 보험사의 과거 보험료 지급 실적을 토대로 실제 교량 건설에서 목적물의 손실을 유발하는 위험 요인을 분석하고, 정량화된 예측 손실 모델을 개발하고자 하였다. 정량적 교량건설 손실모형 개발을 위해 사고 건당 보험지급액을 총공사비로 나눈 손실비율을 종속변수로 선정하였고, 독립변수로는 1)기술적 요인: 상부 구조 유형, 하부 구조 유형, 상부 가설방법, 교량 길이 2) 자연재해요인 : 태풍, 홍수 3) 프로젝트 정보: 공사기간, 총공사비를 채택하였다. 선정된 독립변수 중 상부구조, 가설방법 및 프로젝트 기간이 교량건설 손실 비율에 영향을 미치는 지표로 나타났다.
	최근의 교량 건설 프로젝트는 교량 건설의 증가추세에 따라 위험 손실에 대비하기 위해 무엇을 요구하고 있는가?	최근의 교량 건설 프로젝트는 교량 건설의 증가추세에 따라 위험 손실에 대비하기 위해 보다 정교한 리스크 관리 조치와 손실 예측을 요구하고 있다. 본 연구는 교량 건설 사업에 대한 국내 주요 보험사의 과거 보험료 지급 실적을 토대로 실제 교량 건설에서 목적물의 손실을 유발하는 위험 요인을 분석하고, 정량화된 예측 손실 모델을 개발하고자 하였다.
	전통적 리스크 분석 방법에 비해 정량적 리스크 평가 방법의 특징은 무엇인가?	전통적 리스크 분석 방법론은 정성적 분석의 영역에 머물렀으며 이는 리스크 예측과 정밀성의 한계를 지니고 있다. 이에 반해 정량적 리스크 평가 방법은 수학적 및 통계적 방법으로 리스크를 검토 및 분석 하여 더 정교한 정확한 리스크 평가 및 예측을 기대할 수 있다. 건설 및플랜트산업은보험이나 금융 등의 다른산업에 비하여 고위험 산업임에도 불구하고 리스크 평가에 대한 태도와 적용은 다소 저조하다고 보고되고 있다[13].

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

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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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