[논문]터널 버력처리 공정의 시뮬레이션 모델 구축에 관한 연구

김경민; 서형범; 김경주

문제 정의

또한 간설 주요 공정에 대한 시뮬레이션 모델을 구축하여 유사 공종에 대해 최소한의 수정으로 시뮬레이션 적용이 가능하다. 따라서 본 연구에서는 현장 장비 운영 데이터 축적과 주요 공정에 대한 시뮬레이션 모델의 적용성을 검증하여 건설 공정계획 수립시 시뮬레이션의 활용도를 높이고자 한다.
본 연구에서는 시뮬레이션 모델의 구축을 위해서 복잡한 건설현장의 다양한 상황을 표현하는데 있어 필요한 여건을 제공하는 사건중심(Event Oriented)의 시뮬레이션모델링 기법을 적용하여 실제 터널 벼력처리 공정을 대상으로 시뮬레이션 모델을 구축하였다.
표 2와 같이 실제 수행된 현장 프로세스 및 데이터의 시간 값을 속도로 계산한 후 분류된 구간별로 속도 데이터들의 평균, 표준편차 및 변동계수(COV)를 구하여 통계적 수치로써 나타내었다. 작업 차량간 부선 교신을 통하여 차량 간 거리 및 위치를 파악함으로써 갱내 진출입 차량 간의 양방향 丑행 발생 시 이농 특성도 분석하고자 하였다.

제안 방법

2) 트럭의 투입은 사갱입구에서 약 2분 간격으로 실시한다(현장 상황 반영 : 트럭의 투입 시간은 횡갱간이농 시간을 초과하지 않으며, 순차적으로 한 대씩 투입).
각 구간별 지연 시간(Delay time)은 표 2와 같이 현장에서 측정한 시간 데이터를 속도로 변환한 후 그 값들의 평균값 (평간 속도)을 이용하여 도출된 시간값을 입력하였으며 막장에서의 로딩 시간 역시 측정값들의 평균 로딩 시간 값을 입력하였다. 이는 실제 현장을 시뮬레이션으로 재현함에 있어 구축된 모델의 적정성을 검증하기 위함이다.
각 사건의 상태 변화와 사건 간의 상관관계 정의를 통하여 버력처리 시스템의 시뮬레이션 모델을 구축하였으며, 사건 중심의 시뮬레이션 모델링을 지원하는 소프트웨어 (SIGMA, 1992)를 이용하여 모델을 구축하였다(그림 2). 각 구간별 지연 시간(Delay time)은 표 2와 같이 현장에서 측정한 시간 데이터를 속도로 변환한 후 그 값들의 평균값 (평간 속도)을 이용하여 도출된 시간값을 입력하였으며 막장에서의 로딩 시간 역시 측정값들의 평균 로딩 시간 값을 입력하였다.
본 연구에서는 영동선~도계간 철도이설공사 현장의 버력 처리 공정을 대상으로 하여 사건중심(Event Oriented) 의시뮬레이션 모델을 구축함으로써 현장 특성을 구현하였다. 현장 측정 데이터와 시뮬레이션 결과를 비교 .
현장 측정 데이터와 시뮬레이션 결과를 비교 . 분석하여 시뮬레이션 모델링의 현장 재현에 대한 적정성을 검증하였다. 구축된 시뮬레이션 모델은 현장 여건 변화를 반영하여 유사한 공정에 최소한의 수정을 통해 적용할 수 있음은 물론, 언급된 방법론을 이용하여 새로운 시뮬레이션 모델링의 구축 또한 가능할 것이다.
사갱입구에서 출발하는 작업 차량에 탑승하여 구간별 이동 시간, 횡갱 내 대기 시간, 버력의 로딩 작업을 위한 대기 시긴-, 로딩 시긴-, 로딩 작업 후 구간 별 막장 이탈 시간 그리고 임시 사토장에서의 적재된 버력의 덤핑 시간을 측정하였다. 표 2와 같이 실제 수행된 현장 프로세스 및 데이터의 시간 값을 속도로 계산한 후 분류된 구간별로 속도 데이터들의 평균, 표준편차 및 변동계수(COV)를 구하여 통계적 수치로써 나타내었다.
시뮬레이션 모델의 적정성을 검증하기 위하여 버력 처리공정의 측정 데이터와 시뮬레이션 결과 데이터를 비고「분석하였다. 버력량 80况을 처리하는데 소요된 시간은 현장 측정은 약 174분이고, 시뮬레이션 결과는 약 177분으로 거의 유사하게 나타났다.
시뮬레이션은 반복적으로 수행되는 토목 공사를 시간, 비용 측면에서 효율적으로 계획할 수 있도록 지원할 수 있을 뿐만 아니라, 건설 공사에 필요한 장비 운영 계획의 수립에 있어서 중요한 도구를 제공한다. 실제로 현장은 굴착량에 따라서 트럭 이농 거리 및 횡갱의 수 등의 조건이 변화되므로 시뮬레이션을 활용한 장비 운영 계획을 실시함으로써 보다 신뢰성 있는 의사 결정 자료를 제공할 수 있을 것이다.

대상 데이터

영주방향 현장의 버력처리 시스템은 사갱입구로부터 막장까지의 거리에 따른 작업 효율성을 고려, 백호우와 덤프트럭을 이용한 장비조합으로 구성되어 있다. 또한, 12시간을 단위로 일일 두'- 차례 발파 및 굴착이 이루어지며 버력처리 공정은 전체 공정의 35%로써 가장 큰 비중을 차지하고 있어 시뮬레이선모델 구축의 대상으로 선정하였다. 현장 현황과 터널 굴착 주기 및 막장에서의 교행 프로세스는 그림 1에 나타내었으며, 표 1에서는 버력처리 공정이 이뤄지는 구간을 운행 조건에 따라서 분류하였다.
본 연구에서 적용한 현장은 영동선 농백산~도계간 철도이설 건설공사로서 총 연장 16.2初 인 장대 터널이며, 구간의 높이차로 인해 루프형으로 설계되었다. 영주방향 현장의 버력처리 시스템은 사갱입구로부터 막장까지의 거리에 따른 작업 효율성을 고려, 백호우와 덤프트럭을 이용한 장비조합으로 구성되어 있다.
표 2와 같이 본선 내부 진출입 구간(C.L.~대기지점(또는 10횡갱)까지의 진입구간 및 막장~C.L.까지 이탈구간) 에서획득한 데이터를 시뮬레이션 모델링 구축에 있어서 입력데이터로 활용하였다.

데이터처리

표 2와 같이 실제 수행된 현장 프로세스 및 데이터의 시간 값을 속도로 계산한 후 분류된 구간별로 속도 데이터들의 평균, 표준편차 및 변동계수(COV)를 구하여 통계적 수치로써 나타내었다. 작업 차량간 부선 교신을 통하여 차량 간 거리 및 위치를 파악함으로써 갱내 진출입 차량 간의 양방향 丑행 발생 시 이농 특성도 분석하고자 하였다.
구현하였다. 현장 측정 데이터와 시뮬레이션 결과를 비교 . 분석하여 시뮬레이션 모델링의 현장 재현에 대한 적정성을 검증하였다.

성능/효과

그림 3에 나타내었다. 1회 굴착의 버력량을 처리하는데 소요된 전체 시간은 약 174분으로써, 구성 비율은 진입 시이동시간 14.9%, 회귀 시 이동시간 159%, 교행에 의한 지체 시간 7.7%, 로딩을 위한 소요시간 61.5%로 나타났다. 시뮬레이션 데이터로부터 얻어진 분석 결과는 표 4와 그림 4 와 같이 전체 소요시간은 약 177분이며, 구성 비율은 진입 시 이동시간 14.
3) 각 횡갱에서 트럭의 진행은 다음 횡갱이 휴지 (IDLE) 상태에서만 진입 가능 : 작업 초기에 트릭은 일정 간격으로 투입되어 막장(1번 트럭, 로딩 작업 수행) - 대기소(2번 트럭) - 8횡갱(3번 트릭) - 7횡갱(4번 트럭) - 6횡갱(5번 트럭) - 5 횡 갱(6번 트럭)에서 대기하며, 막장에서의 로딩 작업이 끝나면 1번 트럭이 지나가는 횡갱의 차량이 다시 막장 방향으로 한 횡갱씩 진행하게 된다.
4) 막장 방향 차량과 야적장 방향 차량의 旬행 발생 시 야적장 방향 차량 우선통과, 막장 방향 차량은 횡 갱에서 대기한다.
버력량 80况을 처리하는데 소요된 시간은 현장 측정은 약 174분이고, 시뮬레이션 결과는 약 177분으로 거의 유사하게 나타났다.
5%로 나타났다. 시뮬레이션 데이터로부터 얻어진 분석 결과는 표 4와 그림 4 와 같이 전체 소요시간은 약 177분이며, 구성 비율은 진입 시 이동시간 14.6%, 회귀 시 이동시간 15.6%, 교행에 의한 지 체시간 9.6%, 로딩을 위한 소요시간 60.2%로써 현장 측정 결과와 거의 일치하는 것으로 분석되었다.
하여 적재 차량에 의해 횡갱에서 대기한 시간으로써, 백호우의 작업 휴지 시간으로 발생하게 된다. 처음 6대의 트럭이 진입하여 각 대기 장소에서 로딩 대기열을 이루는데, 첫 번째 트럭이 로딩 대기열이 '0'이 되기 전에 덤핑 후 로딩 장소에 도착하는 것이 백호우의 작업 효율을 높이는 것으로 분석되었다.

후속연구

분석하여 시뮬레이션 모델링의 현장 재현에 대한 적정성을 검증하였다. 구축된 시뮬레이션 모델은 현장 여건 변화를 반영하여 유사한 공정에 최소한의 수정을 통해 적용할 수 있음은 물론, 언급된 방법론을 이용하여 새로운 시뮬레이션 모델링의 구축 또한 가능할 것이다.
있어서 중요한 도구를 제공한다. 실제로 현장은 굴착량에 따라서 트럭 이농 거리 및 횡갱의 수 등의 조건이 변화되므로 시뮬레이션을 활용한 장비 운영 계획을 실시함으로써 보다 신뢰성 있는 의사 결정 자료를 제공할 수 있을 것이다.

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