토목 공정 계획은 건설 공정 관리에서 중요한 과제 중 하나이다. 수학적 방법론에 기반을 둔 최적화 기법, 휴리스틱에 기반을 둔 최적화 기법 그리고 행위자 기반의 시뮬레이션 등의 방법론이 건설 공정 관리를 위해 적용되어왔다. 본 연구에서는 가상의 토목 공정 환경을 개발하고, 가상의 토목 공정 환경에서 강화학습을 이용한 시뮬레이션을 통해 토목 공정의 최적 경로를 찾는 방법을 제안하였다. 강화학습에 있어 본 연구에서는 상호작용 하며 서로 다른 행동을 하는 굴삭기와 트럭 에이전트들 에 대해 순차적 학습과 독립적 학습에 기반을 둔 두 가지의 Markov decision process (MDP)를 사용하였다. 가상의 토목 공정 환경에서 두 가지 방법 모두 최적에 가까운 토목 공정 계획을 만들어 낼 수 있음을 시뮬레이션 결과에 따라 알 수 있었으며, 이 계획은 건설 자동화의 기초가 될 수 있을 것이다.
PERT/CPM 공정계획(工程計劃) 기법(技法)이 수많은 사업계획기법(事業計劃技法)으로 이용(利用)된지 20년(年)이 경과하였고 자원제약문제(資源制約問題)를 개선(改善)하는 방법(方法)으로도 연장(延長)되었으나 이런 방법(方法)들이 자원(資源)확보소요시간(recource acquistion lead time)과 통합(統合)하는 공정계획기법(工程計劃技法)으로 정립(定立)하지는 못하고 있다. 이 논문(論文)은 이제까지의 CPM기법(技法)이 지니지 못하고 있는 미비점(未備點)에 MRP(자재소요계획(資材所要計劃)-Material Requirements Planning)기법(技法)을 병합함으로서 계획(計劃)을 보완(補完)하고자 함에 기본목적을 둔다.
건설 공정계획을 수립함에 있어 시뮬레이션의 제한적인 활용은 시뮬레이션 관련 데이터의 수집과 모델 구축의 어려움에 그 원인을 두고 있다. 본 연구에서는 시뮬레이션 관련 데이터 수집과 분석을 통하여 건설 장비 운영 특성 데이터 축적과 데이터 분포 특성 분석 방법론을 제시하였다. 실제 현장에서 측정한 건설 장비 운영 데이터를 확률 통계적 기법을 적용하여 데이터의 분포 특성을 분석하였으며, 이러한 데이터 축적 및 데이터베이스(DB)화는 시뮬레이션 입력 데이터의 지원과 건설 장비 운영 계획에 다시 사용되어 건설 관련 정보의 효율적 활용이 가능하다.
본 연구에서는 컴퓨터 시뮬레이션을 NATM공법 지하철 터널에 적용하여 적절한 장비조합과 작업 시간을 산출할 수 있는 모델을 구축하는 것을 목적으로 하며, 굴착하는 터널길이 즉, 증가되는 갱내 운반거리를 모델에 반영함으로써 현실에 가까운 모델을 구축하였다. 본 연구를 통해 구축된 모델은 지하철 터널공사의 제한 조건을 고려한 합리적인 의사결정도구로 사용하고자 하며, 터널공사 중 장비운용계획에 의한 작업 효율성에 가장 영향이 크다고 판단되는 버력처리 공정을 중심으로 시뮬레이션 기법 적용의 효과를 분석한다. 시뮬레이션 적용에 의한 효과 분석은 기존 관행에 의해 수립된 공사계획의 문제점을 알아보고, 굴착에 따른 갱내 운반거리와 투입되는 덤프트럭의 수의 변화를 통해 작업시간과 장비의 효율을 알아보았다.
일반적으로 건설공사의 품질을 확보하고 불필요한 공기지연을 사전에 예방하기 위해서는 각 공정의 내용을 정확하게 숙지하고 관리하는 일이 중요하다. 더욱 중요한 것은 공사계획에 따른 공정이 원활하게 진행될 수 있도록 각각의 공정에 필요한 사전작업들을 체계화하여 관리하는 것이다. 본 연구에서는 건설공사의 품질확보와 공기지연의 사전예방 등의 효과적인 공사진행을 위해서 아파트공사중 토목공사의 공종별로 필요한 사전작업을 일정별로 구분하여 확인, 검사, 승인 등을 체계적으로 할 수 있도록 하였다. 또한 건설공사 실무자들의 체험적인 방법을 통하여 공정표의 작업일정을 토대로 작업담당자별로 사전작업관리항목을 설정하여 제시하였다.
본 연구는 장래 유입수질 변화로 해수담수화(Desalination) 역삼투압(Seawater Reverse Osmosis) 공정의 전력비 예측 모델을 개발하고 별도의 해수담수화 추가공정이 필요한지 검토하였다. 플랜트 시설은 한번 설치되면 오랜 기간 운영이 되고, 주요 공정의 시설물 변경이 어려우며, 특히 해수담수화 시설의 경우에는 생활용수 및 공업용수를 수요자에 상시 공급함으로서 중간에 추가 시설물을 증설하거나 변경하기가 쉽지 않다. 따라서 해수담수화 시설의 계획 초기부터 현재의 유입수질 및 장래의 수질 변화를 예측하여 해수담수화 공정을 계획하는 것이 필요하다. 금회 검토는 해수온도 및 염분도 변화를 고려하여 서해에 위치한 대산산업단지 해수담수화 시설의 해수담수화 공정 전력비를 예측하였고, 입력 자료(온도 및 염분도)는 국가해양환경정보통합시스템(MEIS, Marine Environment Information System) 22년 과거자료(1997~2018년)를 이용하였다. 개발된 모형에 적용하여, 해수담수화에 필요한 전력비의 변화를 예측할 수 있으며, 이를 바탕으로 해수담수화 시설물 공정계획을 검토할 수 있었다. 금회 연구에서는 장래 수질변화 예측모형의 결과를 기반으로 해수담수화 시설물 공정을 제시하였다는데 의의가 있다.
공정관리의 원활한 수행은 프로젝트의 성패와 직접적인 관계를 가지고 있다. 이에 최근에 효율적인 공정관리업무를 수행을 위해 새로운 공정관리기술의 도입에 대한 필요성이 제기되고 있다. 따라서 본 연구는 도로건설 현장의 공정관리 업무 및 활용기법의 현황을 조사 분석하여 문제점 및 린 건설이론의 현장 적용정도를 파악하였다. 그리고 공정관리 측면에서 린 건설도입방안을 도출함으로써 도로 현장의 효율적인 공정관리를 위한 개선방안을 제시하였다. 이는 현장에서 효율적인 공정계획을 수립하는데 도움이 될 것이며 추후 현장 현황을 고려한 공정관리 시스템 개발을 위한 기초연구로 유용할 것으로 사료된다. 또한 이러한 개선방안 및 도입방안을 현장에 적용하여 성과를 분석하는 연구가 추후에 수행되어져야 할 것으로 기대한다.
최근 건설사업은 건축, 토목, 기계, 전기, 조경 등의 모든 분야를 포함하는 복합 건설사업으로 추진되고 있고 대형화, 고층화 되어감에 따라 반복공정이 증가하게 되면서 작업 연속성 확보를 통한 목표공기를 달성하는 TACT 공정관리기법이 대두되고 있다. TACT기법은 반복작업의 자원을 효율적으로 활용하기 위해 작업과 작업이 단절되지 않도록 일정한 작업흐름을 유지할 수 있지만 CPM기법에 의해 수립된 네트워크가 아니기 때문에 전진계산, 후진계산, Critical Path 관리, 여유시간을 알 수 없어 체계적인 공정관리라 할 수 없다. 본 연구에서는 공동주택의 마감공사 TACT 공정계획을 기존의 엑셀(Excel), PDM기법 기반의 공정관리소프트웨어인 Primavera(P6), 새로운 공정관리기법 BDM기법 기반의 공정관리소프트웨어인 Beeliner로 작성 및 운영하는 방법들을 비교분석함으로써 BDM기법에 의한 TACT 공정계획 수립 및 운영상 적용성을 제시하고자 한다.
증강현실(Augmented Reality, AR) 기술은 현실 환경을 기반으로 컴퓨터에서 생성한 가상의 객체정보를 중첩해봄으로써 가상현실 상에서 느낄 수 없는 실감형 모델을 구현하는 기술이다. 본 연구에서는 토목공사 철근배근 작업에 증강현실 기술을 적용하는 방법론과 시스템 시제품을 구성하여 철근공사 작업의 증강현실 적용성을 검증하고 있다. 토목공사 현장의 여러 작업들 중에서 철근공사는 절차화된 매뉴얼방식보다는 숙련공의 경험적 방식에 의해 작업이 진행되는 대표적 공정이다. 이러한 공정에 증강현실을 적용하면 당초 계획도면과 비교하여 누락된 철근배근 및 상이한 배근 상태를 시각화하여 계측할 수 있으므로 시공성을 향상시킬 수 있다. 구축된 시스템은 3차원으로 모델링 된 철근객체를 실제 시공현장에 중첩하여 시각화함으로써 철근 조립공정들의 작업 이해도를 높이고, 검측단계에 활용함으로써 철근조립작업에서 발생할 수 있는 하자와 재작업으로 인한 비용증가를 억제할 수 있을 것이라 기대된다.
린 건설에서 권장하는 프로세스 개선 기법은 다양하지만 상세공정 단위에서 신뢰도를 측정하고 작업 지연 사유를 분석하여 현장에서 자체적으로 지속적 개선체계를 구축하는 것이 가장 기본이 된다고 할 수 있다. 국내에도 린 건설에 관한 활발한 연구가 진행 중이나 린 건설이 지향하는 일일 관리 방식을 실제 적용한 사례는 드물다. 이에 본 연구에서는 국내 건축, 토목 및 플랜트 현장에 일일 작업 관리 방식을 각각 2주씩 적용하였다. 그 결과 3개 현장의 PPC는 평균 79%였으며, 2일 기준 PAT는 16%였다. 외국과 비교 시 PAT 점수가 유난히 낮았고, 이는 국내에서 전체 프로세스를 참여 주체들간에 협력하여 기획하고 개선해 나가는 작업이 미흡한 것으로 해석되었다. 작업 지연 사유의 주된 이유는 '계획 변경' 및 '준비 작업'이 가장 많은 것으로 나왔으며 외국과 비교 시 상대적으로 높은 것으로 드러났다. 이는 상세 단위에서의 계획 능력이 약한 것으로 해석이 되었으며, 계획한 작업을 실천하려는 의식 또한 부족한 것으로 보였다. 산업차원에서는 국내에서 널리 인식하고 있는 제도적, 구조적 문제점들이 린 건설을 도입하는 데에도 역시 걸림돌로 드러났으며, 이에 따라 선진기법의 도입과 동시에 선진 발주 및 계약 방식의 적용이 병행해야 한다는 것이 드러났다. 본 연구는 린 건설이라는 선진기법을 통해 상세공정 단위에서 분석을 한 결과 구체적인 문제점들이 발견되었고, 그 문제점들의 원인과 린 건설에서 사용하는 측정치들을 사용하여 정량적인 데이터로서 외국과 비교를 함으로서 국내 현장 운영의 현주소를 파악했다는 데에 그 의의를 둔다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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