Enhanced Quality and Safety by Expanding Field Application of System Scaffolding (Based on the Shipbuilding and Plant Industry Sites)

시스템비계의 현장적용 확대 연구로 품질 및 안전제고 (조선 및 플랜트산업 현장을 기준으로)

Abstract

Purpose: This study proposes a way to improve quality and increase safety by studying a method that allows the system scaffolding, which is partly used for high-altitude work at construction sites, to be applied to various types of structures in shipbuilding and plant industry sites. Method: A fact-finding survey was conducted targeting 8 companies, and a plan was established that reflected the opinions of the field survey and the practitioners and experts by analyzing the literature and the Internet survey. Result: Through analysis of related patents, FGI with companies, etc., we discovered the possibility of application expansion through research and development of materials that can be applied to various types and improvement plans for enhancing the professionalism of construction companies. Conclusion: System scaffolding has a high importance in terms of safety, but related research around the world is sluggish. Therefore, it will be possible to meet the demands for quality and safety by enhancing the software expertise and developing and researching user materials that can be applied to various types.

연구목적: 건설 현장에서 고소 작업시 일부 사용하고 있는 시스템비계를 선박건조 및 플랜트 산업현장의 다양한 형태의 구조물에 확대 적용이 가능토록 방법을 연구하여 품질향상과 안전성을 높이는 방안을 제시하고자 한다. 연구방법: 8개 기업을 대상으로 실태조사를 실시하였으며, 문헌이나 인터넷 조사등을 분석하여 직접 현장조사와 실무자, 전문가의 의견을 반영한 방안을 수립하였다. 연구결과: 관련 특허 분석, 업체와의 FGI 등을 통한 분석하고 시공업체의 전문성 제고를 위한 개선 방안과 다양한 형태에도 적용이 가능한 자재의 연구 개발을 통한 적용 확대의 가능성을 발견하였다 결론:시스템비계는 안전측면으로 그 중요성이 높으나 전 세계적으로 관련 연구는 부진한 편이다. 이에 software적인 전문성 제고와 다양한 형태에도 적용이 가능한 사용자재의 개발연구로 품질 및 안전에 대한 요구를 충족할 수 있을 것이다.

서론

연구배경 및 필요성

건설 현장이나 일반 제조업 현장은 작업자의 높은 위치에서의 작업 시, 필요한 특정 장소로의 접근을 위한 임시 구조물을 설치하여 통행 발판 등을 설치하는데 이를 가설비계라고 한다. 이러한 가설비계는 작업자의 안전 통행과 작업을 위한 받침대 역할, 장비나 공구, 자재를 임시 적치하기 위한 장소로 활용되는데 일반 건축물과 중후장대한 조선소 블록 제작 등에 필수적으로 사용된다. 하지만 가설설비라는 특성으로 비계와 관련된 연구가 부진하고 관련 사업주 또한 사업 진출을 가볍게 생각하며, 공사에 임하는 작업자의 진입문턱도 낮아 시공 품질이 떨어질 우려가 매우 높다. 이에 작업자의 숙련도나 주관적 판단에 의한 설치를 회피하여 안전성을 높이기 위한 방안이 연구되어 왔는데 이것이 시스템비계이다. 시스템비계는 2009년경부터 관련 연구 등이 추진되어 왔으나 외부로의 돌출물이 없는 직선, 평면, 수직, 수평 형태의 건축물 등으로만 적용이 가능하여 다양한 형태의 선박건조 현장과 플랜트 산업현장의 적용에는 제한적이었다. 또한 중소건설 현장이나 제조현장에서는 Fig. 1과 같이 가설용 강관비계는 시스템비계에 비해 부품수가 많고 작업자에 따라 품질의 차이가 있는 등, 불안전함을 알 수 있다. 이에 시스템비계의 사용성을 확대하기 위해 Fig. 2와 같이 국토교통부(Comprehensive Guidelines for Fall Prevention at Construction Sites(2019.4.11.))와 고용노동부등의 정부에서는 2013년부터 여러 가지 제약과 동시에 안전 강화를 위한 다양한 장려정책을 제시하고 있으나 공적 발주나 일부 대기업그룹 외의 중소 건설 현장에는 그 확산 속도가 높지 않은 편이다.

Fig. 1. Comparison between steel pipe and system scaffolding

Fig. 2. System scaffold expansion government guide-lines

강관비계의 문제점

Table 1과 같이 강관으로 시공한 비계의 시공사례를 통한 안전관리 연구(Mo, 2019)에 따르면 일정기간동안 관련 법규(Occupational safety and Health Standards Rules(2021. 5. 28.))에 상당한 부적합이 발생됨을 알 수 있다. 또한 문제해결을 위한 상당한 시간이 소요되며 숙련공의 필요성도 높아질 수밖에 없어 인력부족 현상을 더욱 심화시키고 있음을 알 수 있다.

Table 1. Number of non-conforming cases of steel pipe scaffolding

연구 목적

건설현장에서 강관비계를 대체하는 시스템비계의 적용이 활발한 것처럼 화학플랜트 단지의 Lay-up된 탱크류와 배관시스템 등이 많은 단품이나 기계품이 많은 현장과 조선업 등의 중후장대 구조물을 제작하는 선박 제조업 등의 현장에서도 시스템비계의 사용율을 높여서 생산성향상과 안전한 현장을 만들어야 한다. 이를 위해 작업의 단순화를 통한 비숙련공의 작업이 가능하게 하면 작업인력의 자질에 대한 유연성을 확보와 부족 인력에 대한 대응도 가능해 질 것이다. 또한 각 작업자별 기능의 차이에 따른 품질의 차이가 없도록 시스템비계의 현장 적용성을 확대하는 방안을 연구하여 시공품질 및 생산성 향상과 안전사고 예방에 기여하는 방안을 제시하고자 한다.

현상분석

앞의 Fig. 1에서 설명처럼 시스템비계는 작업자의 숙련도에 따라 품질과 생산성이 차이 나는 강관비계에 비해 사전에 용접 등으로 구조화된 자재를 사용하므로 작업성이 단순하다. 이로 인해 비숙련자의 작업이 가능하고 균일한 품질이 유지되어 안정성(Fail safe) 과 작업효율을 높일 수 있고 최초 하부구조물을 제외한 나머지 부분은 설치자의 숙련도가 없어도 설치가 쉽게 가능하다. 하지만 Fig. 3처럼 연결부(Disk 또는 Pocket) 의 형태가 용접으로 고정되어 있어 정해진 각도로만 설치가 가능하다. 그래서 Fig. 4에서 보여 지는 것처럼 수평연결부가 90도로 이루어지는 직선형 구조물에 최적화되어 다양한 형태의 구조물에는 적용이 제한적인 상태이다.

Fig. 3. Fixed angle connection parts of various shapes

Fig. 4. Straight scaffolding (Building or deck house of ship)

또한 Fig. 5처럼 원통형 구조물에 직선, 사각형으로의 시스템비계를 적용하므로 인해 각도의 변화에 따라 카바가 추가소요되고 기둥재 또한 2개가 추가로 소요되는 등의 시스템비계의 장점을 살리지 못하는 비효율이 발생되고 있다.

Fig. 5. Circular structure system scaffolding with 4- columns and covers

재해 현황 (비계관련)

Fig. 6과 같이 비계 붕괴 등의 사고로 인한 2019년까지 최근 5년간 비계관련 작업 중 발생한 사망자는 Table 2와 같이 488명으로 전체(2,134명) 대비 22.8%를 점유하며 그 중에서도 강관비계로 기인한 사고가 43.7% 로 가장 높고 시스템비계로 인한 사고는 1.8%로 상대적으로 낮음을 알 수 있다.

Fig. 6. Scaffold collapse accident site

Table 2. Scaffolding fatal accidents for the lst 5 years (단위:명)

연구방법

연구 지표

본 연구는 국내 최초의 원형 시스템비계 연결장치에 대하여 연구하는 것으로 Table 3과 같이 기둥 수량을 2개에서 1개로 감소시키고 물량 감소로 인한 설치/해체 속도 증가와 , 안전성의 제고 효과를 가져오게 한다. 또한 제품 단순화를 통해 비숙련자의 작업 범위를 넓혀 가용 인력 범위 확대와 번선을 이용한 묶음 작업이나 클램프의 볼트조립 작업 등의 배제로 작업자의 근골격계 위험성을 낮추어 건강과 안전성을 확보할 수 있다. 나아가 조선, 해양/육상플랜트, 산업 현장 등의 다양한 제품에도 적용을 확대 가능하도록 유연성을 높이도록 한다.

Table 3. Research performance indicator

위험성평가

신규 연구 결과물인 시스템비계 적용시 곡면부에 나타날 수 있는 사고위험에 대한 위험성평가(Guidelines for Workplace Risk Assessment (Ministry of Employment and Labor Notice No. 2020-53, 2020. 1. 14, 산업안전보건법 제36조. 위험성평가)를 시행하였다. “위험성평가”란 특정 수행 작업에 대하여 절차를 분석하고 각 작업별 행동, 그 밖에 업무에 기인되는 등 근로자의 업무와 관련하여 부상 또는 질병을 일으킬 잠재적 가능성이 있는 모든 유해･위험요인을 파악하고 해당 유해･위험요인에 의한 부상 또는 질병의 발생 가능성(빈도)과 중대성(강도)을 추정･결정하고 감소대책을 수립하여 실행하는 일련의 과정을 거친다. 위험성의 추정은 중대성을 1~4단계, 빈도를 3단계로 분류하여 위험성 평가에 적용하고 Table 4처럼 행렬 조합법을 적용하여 정의하였다.

Table 4. Risk estimation

이렇게 시스템비계에 대한 위험성평가를 실시할 경우 발생 가능한 사고에 대한 사전 예방 및 대비로 사용자들의 선호도를 높여 시스템비계의 적용확대에 도움이 될 수 있음을 알 수 있다. 위험성평가를 실시하는 항목은 연구 결과물인 “발판/띠장 및 조절발판(카바)”, “변위 난간 (길이 조절)” 등의 2종에 대하여 실시하였다.

시스템비계 적용을 위한 비계 시공 기업체 사업주 대상 실태 설문조사

시스템비계에 대한 이해도와 장기적인 전망 등을 알아보도록 시스템비계 적용을 위한 H조선소 내 비계시공 기업체 전체 사업주 8개사 대상 설문조사를 실시하였으며 그 결과는 Table 5와 같았다. 이는 측정 문항의 적용성이 높으면 적용성 확대에 대한 정 (+)의 영향을 미칠 것이다.

Table 5. A survey on scaffolding business owners

FGI(Focus Group Interview)

설문조사는 총 16문항으로 구성하였고 설무조사 결과 중 2명 이상의 반대의견 (6개 항목, A2, A4, B2, B3, D3, D4 항목) 을 대상으로 의견을 확인하는 Focus Group Interview 를 1회 실시하였으며 그 결과는 다음과 같다.

(대상자 8명중 6명 참석하여 토론)

A2: 시스템비계는 직선, 곡면 모두 가능하다

- 현재는 직선만 가능. 개발된 형태를 제시하였을 때 의견이 바뀌어 적용을 해보겠다는 의견임.

A4: 시스템비계는 바닥이 평탄하지 않아도 된다

- 평탄해야 작업성이 좋다. 하지만 기존의 강관비계와 유사 조건으로서 하단부에서 조정이 가능하므로 무시해도 좋다는 의견임

B2: 시스템비계는 숙련자가 적어도 된다

- 강관비계는 5명 1개조 작업 시 (통상 20명이 한 개의 그룹으로 4개조 분산 작업) 4명의 숙련자 필요하나 시스템비계는 3명 1개조로 1명만 숙련자 필요

B3: 시스템비계는 자재종류가 단순하여 작업이 쉽다

- 시스템비계 기본 자재는 그 규격이 정해져있어 인식과 취급이 쉽다. 강관비계는 신규 자재의 경우는 규격이 어느 정도 정해져 있으나 사용하면서 변형되어 상당한 종류로 취급이 되면 부속품이 많은 편이다.

D3: 시스템비계는 강관비계보다 저렴하다

- 자재비만 고려 할 때는 비싸다. 하지만 생산성과 시공 속도, 품질, 안전측면 등의 종합적으로 평가 시는 시스템비계가 약 30%의 절감을 가져 온다

D4: 시스템비계는 인력수급이 쉬워 선호 한다

- 시스템비계는 취급이 단순하고 시공이 쉬워 비숙련자 작업이 가능하여 신규 인력 유입에 많이 유리하다.

문제점 또는 제약사항 요약

시스템으로의 신규 적용으로 인한 변화에 대한 거부감과, 주장이 강한 숙련자의 목소리로 인해 진입이 어려움이 있었고 사용이 불가해지는 기존 자재로 인한 재고 증가 및 신규자재 구매 시 초기 시설투자비용 필요해 지는 것이 제약으로 나타났다 (일부 기업을 제외한 대부분의 비계 시공업체는 영세함). 또한 시스템비계의 종류가 다양하여 선택의 어려움과 함께 호환성이 문제로 대두되었으며 곡면부 등의 특이 형상 구조물에 적용 유연성이 낮음을 지적하였다. 또한 클린사업장 적용 시 지원금이 원청(발주자)에 지원되므로 작업 주체인 시공업자들은 관심이 낮음이 나타났다.

연구 및 분석 결과

곡면부 적용 가능한 발판/띠장 및 조절발판(카바)

Storage / Ball Tank 처럼 원형 구조물에 시스템비계 적용시 (Temporary Facility Design Standards (KDS 21 00 00) Fig. 7과 같이 기둥재를 1개소 절감하여 물량 감소에 따라 작업자의 작업시간도 줄어듦에 따라 안전성이 높아지는 효과를 가져왔다. 그림의 ①번과 ③ 번은 Fig. 8 변위조절 띠장 연결품과 변위 조절에 따른 모서리 부 cover 이다. 또한 Fig. 9은 각도 변경 시 사용되는 모서리 부 길이 조절 난간이다.

Fig. 7. Assembly part of scaffolding/horizontal pipe applicable to curved parts

Fig. 8. Scaffolding and control braces & corner cover

Fig. 9. Length adjustable handrail

위험성평가(연구결과물 2종 대상)

연구 결과물인 시스템비계 적용 시 곡면부에 나타날 수 있는 사고위험에 대한 위험성평가 (산업안전보건법 제36조(위험성평가)를 Fig. 10과 같이 “곡면부 발판/띠장 및 조절발판(Cover)”에 대하여 실시하였다. 본 위험성평가는 연구 결과물에 대하여 모든 유해･위험요인을 파악하고 해당 유해･위험요인에 의한 부상 또는 질병의 발생 가능성(빈도)과 중대성(강도)을 추정･결정하고 감소대책을 수립하여 실행하는 일련의 과정을 거쳤다. 위험성의 추정은 앞장의 Table 4처럼 행렬 조합법을 적용하여 정의하였다.

Fig. 10. Risk assessment (Installation of flexible angle connectors and curved scaffolding covers)

결론

시스템비계는 안전측면으로 그 중요성이 높음에도 불구하고 전 세계적으로 관련 연구는 부진한 편이다. 이에 “산업안전보건 기준에 관한 규칙”을 기준으로 시스템비계와 연관된 전문성 제고와, 다양한 형태에도 적용이 가능한 연결재의 연구 결과는 품질 및 안전에 대한 요구를 부분적으로나마 충족할 수 있을 것이다. 금번 연구를 기반으로 좀 더 진보적인 시스템비계의 연구개발에 초석이 되었다고 자신한다. 또한 본 연구를 통해 외형적으로 단순 형태 건축분야에서 벗어나 조선해양산업 및 플랜트산업에서도 아래와 같이 분야별 적용성을 높이는 효과를 기대할 수 있다.

1) 조선산업 분야: 선박은 건조시 거의 대부분을 본체에 임시 부재를 용접하여 Bracket과 Bolting하고 발판을 조립하는 형태여서 용접으로 인한 선체 손상, 재도장 하는 등의 품질 저하가 발생되고 있다. 이러한 조선용 비계는 유연성 있는 연결재의 연구 결과로 용접이 없는 단순한 시스템비계로의 대체가 가능하다. 예를 든다면, 거주구 (Deck house)의 외부 벽체 및 내부 전면 발판 설치 부위를 강관비계로부터 대체 적용하고 Navigation Deck의 하단부 등은 Hanger type 으로 적용하며, 선체 외판 (Hull Side Wall) 부위는 길이 방향 중앙 수직 평면부에 적용이 가능하다. 본 구역은 현재 곤돌라나 고소차등으로 적용중이나 장비 사용의 위험성을 감안하다면 시스템비계 적용의 검토도 효과적 일 것이다. 또한 선체 Keel laying시 블록간 연결부나 대형 선박의 각종 탱크 (LPGc용 운반용 탱크 및 LNG 연료탱크)의 제작 및 단열재 도포시 적용도 충분히 가능하다.

2) 플랜트산업 분야: 플랜트분야는 장치산업의 특성상 기계장치등의 돌출 장애물이 곳곳이 자리하고 있고 형태가 곡면, 원형등으로 이루어 진 곳이 많아 시스템비계의 적용은 어려울 수도 있다. 하지만 조금씩 그 적용 범위를 확장해 나간다면 훨씬 빠른 속도로 정착이 될 수 있을 것이다.

이처럼 시스템비계의 적용 확대는 적은 인원소요, 비숙련자 작업을 가능하게 하여 저출산 고령화로 인한 경제활동 인구의 감소 등에도 대처가 가능하게 하는 등, 산업현장의 가설비계에 대한 인식 변화와 안전문화 정착에 크게 기여할 것이다.

연구의 한계 및 향후 연구과제

현재 국내 시스템비계는 앞 장의 Fig. 3과 같이 다양한 연결부 형상처럼 각 제조사 특유의 모델로 생산을 하고 있다. 이 때문에 각 현장에서 사용하는 자재별 호환성이 없는 상태로 연구 결과물의 적용이 지연되거나 확장이 어려울 수도 있다. 이에 국내 자재부터 표준화를 실시하여 자재별 호환성을 유지한다면 시스템비계의 적용이 좀 더 빨라지고 관련 법규에 의한 가설품 인증비용이나 대량 생산에 의한 제조원가도 많이 절감될 것이라고 기대된다. 또한 표준화를 통해 시공하는 작업자들의 숙련성도 증가되어 생산성향상과 부품의 안전성도 증가될 것이라고 기대되며 더 나아가 우리나라가 국제표준을 선점하는 기회가 될 수 있을 것이다.