초록 ▼

□ 연구 목표 및 내용
❖ 최종 목표
￭ PC부재 현장생산은 건설현장에서 확보될 수 있는 가용 공간은 현장생산과 야적으로 이루어짐. 야적면적 확보로 현장생산 적용 여부가 결정됨. PC 현장생산을 위해 야적장 선정, 순차적인 야적장 활용순서, 야적장 내 야적순서 연구가 필요함. 본 연구는 PC부재 현장생산을 위한 빅데이터 기반 야적 배치 리스크관리 시스템 개발을 목표로 함.

❖ 전체 내용
￭ 건설 산업은 공장 생산을 활용하여 시공단계에서 생산성을 향상시킬 수 있는 잠재력을 가지고 있음. 그러나 아직 건설분

□ 연구 목표 및 내용
❖ 최종 목표
￭ PC부재 현장생산은 건설현장에서 확보될 수 있는 가용 공간은 현장생산과 야적으로 이루어짐. 야적면적 확보로 현장생산 적용 여부가 결정됨. PC 현장생산을 위해 야적장 선정, 순차적인 야적장 활용순서, 야적장 내 야적순서 연구가 필요함. 본 연구는 PC부재 현장생산을 위한 빅데이터 기반 야적 배치 리스크관리 시스템 개발을 목표로 함.

❖ 전체 내용
￭ 건설 산업은 공장 생산을 활용하여 시공단계에서 생산성을 향상시킬 수 있는 잠재력을 가지고 있음. 그러나 아직 건설분야에서는 공장에서 부재 제작을 위한 automation or robotics가 보편화되기 어려움. 그 이유는 fabrication은 공장에서의 공간 활용의 한계, 복잡한 인터페이스, 균일하지 못한 품질, 기존 방법에 대한 의존 , 복잡한 스케줄링, 비용 등 여러 어려움이 있기 때문임.
￭ PC 부재의 현장생산은 가공된 철근을 설치, 콘크리트 타설, 양생, 야적의 순서로 진행되는 공장과 동일한 과정임. 현장생산하는 PC부재를 증가시킬 경우 공장생산보다 최대 39.4%의 원가가 절감됨. 그리고 동등한 조건에서 PC부재를 현장에서 생산한다면 공장생산 대비 동등 이상의 품질을 확보할 수 있다. 이에 따라 편의성, 품질, 원가, 공기 등의 측면에서 경쟁력을 갖는 PC부재의 현장생산에 관한 연구가 다수 수행되었음.
￭ PC부재 현장생산을 적용할 경우, 건설현장에서 확보될 수 있는 가용 공간은 현장생산과 야적으로 이루어짐. 야적면적은 생산면적보다 5배 이상 차지하여 상당히 높은 비율을 차지함. 야적면적 확보에 따라 현장생산 적용가능 여부가 결정되므로 중요한 영향요인임. PC부재 현장생산을 위해 현장 내야적장 선정, 순차적인 야적장 활용순서, 야적장 내의 야적순서에 대한 내용 입력이 불가능하고, 이에 대한 구체적인 연구가 필요함. 즉, 야적배치관리에 대한 별도의 기준이 마련되어야 함. 따라서 본 연구는 PC부재 현장생산을 위한 빅데이터 기반 야적배치 리스크관리 시스템 개발을 목표로 함. 개발된 시스템에 의해 환경부하량 및 원가 리스크가 분석되어 최종 의사결정에 반영됨.

❖ 1단계
❏ 연구 목표
￭ PC부재 현장생산을 위한 야적배치관리 모델 개발을 위한 빅데이터 기반야적배치관리 시스템을 구축함.
❏ 연구 내용
￭ PC 현장생산은 영향요인 간 관계의 복잡성으로 독립변수가 종속변수에일방적으로 영향을 주는 정적분석으로는 규명하는데 한계가 있음. 시스템 다이내믹스는 복잡한 시스템을 이해하는 방법론으로써 인과 관계와 피드백 관계를 중심으로 시간의 흐름에 따른 시스템의 변화를 설명하는 연구방법론으로, 정적분석의 한계를 극복할 수 있음. PC 현장생산은 다양한 요인 중 원가, 공기, 물량, 리드타임, 몰드수, 생산사이클, 크레인 수, 야적면적 등 8가지 영향요인으로부터 주된 영향을 받음. 그 중 물량, 리드타임, 몰드 수, 크레인 수 등 4가지 영향요인이 야적면적에 영향을 줌. 따라서 본 연구에서는 야적면적을 포함한 5가지 영향요인을 중심으로 시스템 다이내믹스를 활용한 연구가 필요함. 야적면적 부족 시 PC부재 현장생산이 불가능하므로 PC 현장생산 관리의 핵심은 현장조건을 반영한 야적면적 산정이다. feedback routine을 통해 야적배치관리 알고리즘을 개발함.
￭ Powersim Studio 10 Expert을 활용하여 빅데이터 기반 야적배치관리 모델을 개발함. 본 연구에서는 실제로 현장생산을 현장에 적용하였을 때 공사에 영향을 미치는 타공사 작업면적을 고려하여 야적면적 산정 모델을 개발함. 코어 시공으로 필요한 거푸집 공사, 콘크리트 공사, 철골공사, 가설시설에 대한 총면적을 합산하여 PC부재 현장생산과 동시에 진행되는 공사의 작업면적을 산정하고 개별적으로 진행되는 철골공사에 대한 면적을 산정함. PC부재 현장생산과 연관되는 공사와 별도 작업면적을 합산하여 총 타공사작업면적을 산정함.

❖ 2단계
❏ 연구 목표
￭ PC부재 현장생산 리스크 분석을 위한 데이터관리 시뮬레이션 모델을 개발함. 이를 기반으로 투입 자재, 장비별 환경부하량을 분석하고 수집된 현장 데이터를 분석함.
❏ 연구 내용
￭ 1단계의 시뮬레이션을 통해 얻은 결과값의 Min-Max에서 가장 적정한 1개의 값을 산정함. 이때 최적의 환경부하량에 대응하는 영향요인의 적정값을 도출할 수 있음. 환경부하량 분석을 위하여 플랫폼을 구축하고 수집된 현장 데이터를 분석함. 야적배치관리의 환경부하량 분석을 위한 애플리케이션은 대상 분야에 대한 전문성과 데이터 분석에 대한 이해도에 따라 결정함. 기존연구의 고찰과 사업 데이터, 그리고 전문가 자문 등 기존 정보와 경험을 객관적으로 반영할 수 있는 시스템을 구성하고 BIM 프로그램을 활용하여 분석 애플리케이션을 구축함.

□ 연구성과
[정량적 성과]
￭ 전문학술지 논문게재 (SCI) 2편, 국제학술대회 초청강연 1건, 학술대회 논문발표 국내 3건, 국외 1건, 학위배출인력 학사 1명 등의 연구 성과를 달성하였음. 참고로, 전문학술지 논문게재 (SCI) 1편이 Review중에 있음.
[정성적 성과]
￭ 생산 및 야적 통합관리 model을 활용하여 물량에 따른 야적면적을 쉽고 빠르게 계산하였음. Simulating the 통합관리 model을 통해 in-situ production은 in-plant보다 최대 20.12% 원가절감이 가능하다는 것을 도출하였음. 또한, 한가지 mold type의 부재를 현장생산 하였을 때, 부재수에 비례하여 reduced cost가 증가된다는 것을 도출하였음. 본 연구를 통해 cost reduction ratio는 최대 23.03%의 절감효과가 있다는 것을 도출하여, 일정비율 이상 증가하지 않는다는 것을 도출하였음.
￭ dynamic simulation algorithm을 활용하여 물량에 따른 생산 및 야적 시뮬레이션을 쉽고 빠르게 수행할 수 있음. 개발된 모델은 in-situ production 의 influence factors를 수치적으로 제어할 수 있음. 즉, 이 모델을 활용하여 project 수행 시 수시로 변경되는 야적면적에 대한 영향요인을 쉽고 빠르게 simulation하여 상황에 따른 적정값을 도출하여 대처할 수 있음.
￭ 현장에서 널리 적용되는 기존의 알고리즘은 labor의 경험에만 의존하여 구체적인 crane work의 방법과 순서는 작업직전 결정됨. 그러나 본 연구는 trajectory distance를 산정하기 위한 수학적 모델을 제시하여 crane work을 미리 계획하고 시뮬레이션할 수 있다. 이 모델은 PC부재 현장생산을 위한 장비 환경부하량 산정에 이용됨.

□ 연구성과의 활용 계획 및 기대 효과
[과학기술적 측면]
￭ 건설현장 리스크 간의 연관관계 분석 : 현장생산 리스크 관리의 개념적 모델 및 수학적 모델을 제시하고, 리스크 요인의 인과지도를 작성할 수 있다. 리스크를 최소화하고 이를 관리하여 현장생산 적용을 위한 이론을 제공하며 리스크 요인 간 연관관계를 규명할 수 있음. 수시로 변경되는 현장여건에 따른 연관관계 변동이 발생하면, 이를 반영하여 리스크 요인을 재정의함.
￭ 건설현장 리스크 정량화 : 개발된 모델의 운용 프로세스를 제시하였고, 이는 야적배치관리 알고리즘의 각 단계에서 리스크 대응 시 활용 가능함. 또한, 선정된 리스크 요인을 식별하여 모델 운용을 통해 리스크 분석할 수 있음. 이를 통해 리스크 발생 시 제시한 대안이 공사에 미치는 영향정도를 검토할 수 있음을 확인하였음.
[경제산업적 측면]
￭ 원가절감 효과 : 72개의 PC 기둥을 현장생산으로 생산한 경우 공장생산과 비교하여 기둥 1개당 20%의 비용이 절감되었음. 이때 공장생산과 현장 생산 비용은 기둥 1개당 각기 2,787USD와 2,320USD로 산정되었음. 그러나 기존 계획에 따라 240개 PC 기둥부재를 현장 생산하였을 경우 공장 공급가격 대비 39.4%의 공사비가 절감 가능한 것으로 분석되었음.
￭ 시공환경을 고려한 건물설계 : 일반적으로 비록 아무리 동일한 PC columns 및 beams을 설계하더라도 철근 배치가 동일한 PC 부재로 설계되지 않는다. 따라서 부재가 설계도와 동일하게 제작, 확인 및 설치되기 위해서는 아직 인력에 의한 작업이 필요함. 그러므로 실제로 추후 현장생산을 적용하기 위해서는 크기 및 철근 상세가 동일한 PC 부재로 설계가 요구됨.
[사회적 측면]
￭ 국가정책 확보 : 빅데이터는 2018년 과학기술정보통신부에서 발표한 제4차 산업혁명을 위한 5대 주요기술 중 하나로 선정되었음. 아직 한국은 선진 기술을 보유한 미국을 모방하는 수준이며 빅데이터를 활용하여 실질적인 문제해결 및 이윤 창출은 미흡한 실정으로, 전문가, 논문, 특허 평가 등에서 타국가에 비해 낮은 수준임. 본 연구를 통해 한국도 건축시공의 빅데이터 분야에서 월등한 기술을 보유하는데 기여할 것임.
￭ 친환경적이고 효율적인 건설현장으로의 인식 개선 : 건설사업은 타 산업과 비교하여 환경저해 산업으로 간주되고 있음. 그러나 본 연구를 통해 건설현장에 환경친화적 현장관리가 적용되어 깨끗하고 친환경적 건설현장 구현에 이바지할 수 있을 것임.

(출처 : 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 요약문 ... 2
• 목차 ... 5
• 1. 연구과제의 개요 ... 6
• 1) 연구개발과제의 최종 목표 ... 6
• 2) 연구개발과제의 필요성 ... 6
• 2. 연구과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 6
• 1) 주요 연구 변경사항 ... 6
• 2) 연구과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 6
• 3. 연구과제의 수행 결과 및 목표 달성 정도 ... 8
• 1) 연구수행 결과 ... 8
• 2) 목표 달성 수준 ... 11
• 3) 목표 미달 시 원인 분석 ... 11
• 4) 중요 연구변경 사항 ... 11
• 4. 연구성과의 관련 분야에 대한 기여 정도 ... 11
• 5. 연구성과의 관리 및 활용 계획 ... 12
• 6. 다음 단계 연구계획 ... 12
• 1) 연구 목표 및 내용 ... 12
• 2) 연구 추진전략 ... 13
• 3) 연구 추진일정 및 기대성과 ... 14
• 4) 다음 단계 연구비 사용계획 ... 14
• 5) 연구 성과의 활용방안 및 기대효과 ... 15
• 끝페이지 ... 31