Design of a rational earth volume conversion coefficient is required as the earth volume conversion coefficient may give great influence on construction work volume and construction costs in the civil engineering works where large-scaled earth volume is excavated. However, there are a great deal of difficulties in the calculation of the exact spoil surface earth and Insufficient earth volume by adopting the figures presented on the generally used design specifications which are not the results obtained from the selection tests in calculating the earth volume conversion coefficient. In this connection, it would be desirable to calculate the earth volume conversion coefficient by carrying out large-scaled site test adequate for the relevant environment. In consequence, this study aims at calculating the exact earth volume conversion coefficient of cutting and banking areas of weathering rocks in large-scaled construction sites where land is being developed into home lots. For this, we have excavated the respective 20 sites of the cutting and banking areas in the said site and then calculated the volume after the excavation. As a result, the relative exactness degree of the crossing was calculated at 0.5% in average. The relative exactness degree of 0.5% in the volume may be judged as an exact measurement as it corresponds to 0.17% of the relative exactness degree in the length measurement. We have calculated the exact earth volume conversion coefficient by the use of function ratio as per the wet unit weight and the indoor soil quality test as per volume calculated. And then we have found out minor differences as a result of the comparison and analysis with the earth volume conversion coefficient determined by the dry unit weight test as per sand replacement method. This may be judged as a rational design method for the calculation of earth volume conversion coefficient, as well as high reliability of site test as a precision photogrammetry is adopted for volume measurement of the irregular excavating areas.
모든 건설공사의 기초를 이루는 토공사는 건설기계의 사용으로 오늘날까지 많은 발전을 이루어 왔으나, 공기단축 및 원가절감에 있어 중요한 요소인 토공장비의 적정한 조합시공방안이 체계적으로 정립되어 있지 않고 경험에 의존하여 수행되는 상태로 관련분야에 대한 체계적인 연구가 필요한 실정이다. 합리적인 기계화 토공은 공사에 투입될 장비의 성능 및 특성, 공사의 종류, 규모 및 주위의 여건 등을 사전에 철저히 파악해야 하며, 사용 가능한 몇 가지 규격의 장비를 선정하여 최적조합시공을 계획해야 한다. 이에 본 연구에서는 시스템 다이내믹스 기법을 활용하여 토공작업의 여러 단계 중 기계화 토공장비의 굴착 후 적재 및 운반단계를 대상으로 토공장비의 최적조합시공에 의한 토공량 산정 모형을 구축한다. 이 연구의 결과로 도출되는 토공장비의 최적조합시공모형은 토공계획을 담당하는 관리자가 토공장비의 선정에 있어 최단시간에 합리적인 판단을 하게 해줄 것으로 기대된다.
There are lots of ways to measure earth-volume, but recently Total Station and GPS are more frequently used. According to the advance of science, acquisition and processing of image by camera are also going to make great progress. So that, in this study, we search the efficiency for earth-volume calculation using digital photogrammetry.
본 연구에서는 3차원 지형공간정보를 기반으로 한 정밀한 토공량 모델링을 통해 토목 건설공사의 효율성을 향상시키기 위한 토공량 계산 프로그램인 EWS 프로그램을 개발하였다. EWS 프로그램은 LiDAR DEM을 이용한 정확한 토공량 계산과 건설장비의 단위 작업량을 기반으로 한 토공 공정계획수립이 가능하도록 개발되었다. 또한 계산된 결과를 건설현장에서 보다 직관적인 이해하고 이에 따른 분석 결과를 쉽게 공유할 수 있도록 하기 위해 Google Earth를 이용한 3D 가시화도 지원이 가능하다. 개발된 프로그램의 현장 적용성 검증을 위해 DAS 프로그램과의 토공량 계산 결과 및 토공 이동계획을 비교하였으며, 검증을 위한 대상지역으로 경기도 포천시 신북면 일원의 신포천 변전소 건설현장을 선정하였다. 최종적인 비교 결과, 본 연구에서 개발된 EWS 프로그램을 이용하는 경우 정밀한 3차원 지형공간정보를 통해 정확한 토공량 계산이 가능하며, 보다 합리적인 토량 이동계획 및 토공작업의 수립할 수 있어 건설현장에서의 생산성 향상 효과를 기대할 수 있을 것으로 판단되었다.
In this study, a new concept in a paddy consolidation project is introduced in that curved parallel terracing with contour-lined layout is adopted in sloping areas instead of conventional rectangular terracing. The contoured layout reduces earth-moving considerably compared to rectangular methods in consolidation projects. The objective of the paper is to develop a combinatorial optimization model using the network theory for the design of contour-lined plots which minimizes the volume of earth moving. The results showed that as the length of short side of plot is longer or the land slope is steeper, the volume of earth moving for land leveling increases. The developed optimization model is applied for three consolidated districts and the resulting optimal earth moving is compared with the volume of earth from the conventional method. The shorter is the minimum length of short side of a polt with increases the number of plots, the less is the volume of earth. As the minimum length of short side is 20 m for efficient field works by farm machinery, the volume of earth moving of optimal plot is less by 21.0∼27.1 % than that of the conventional consolidated plots.
최근 4차 산업혁명이 본격화되고 차세대 ICT 융합 기술이 개발됨에 따라 건설분야 역시 기술변화에 대응하기 위해 다양한 스마트 건설기술이 건설 단계별로 빠르게 도입되고 있다. 특히, 건설현장의 경우 부지설계를 위한 토공량 산출 공정이 설계비용에 큰 부분을 차지하고 있어 공정의 효율화와 정확한 토공량 산출을 위한 관련 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 연구는 건설현장의 지형을 3차원으로 신속하게 구축하고 이를 이용하여 효율적으로 토공량을 산출할 수 있는 방법을 제시하고자 한 것이다. 이를 위해 무인비행체로부터 획득한 대축척의 항공사진을 이용하여 건설현장을 3차원 실사모델로 구축하였다. 이때, 구축한 3차원 실사모델은 체적 산출이 불가한 surface 모델 구조를 가짐에 따라 체적 산출이 가능하도록 3차원의 solid 모델로 구조 변환을 수행하였다. 그리고 변환된 solid 모델을 이용하여 CAD 기반으로 토공량을 산출할 수 있는 방법론을 구상하였다. 정립한 방법론을 적용한 solid 모델로부터 토공량을 자동 산출한 결과, 기존의 현황측량 결과로부터 산출한 토공량과 1.52%의 상대적 편차를 확인할 수 있었다. 추가적으로 방법별 공정 소요시간을 비교분석한 결과 60%의 소요시간 절감을 확인할 수 있었다. 이로부터 본 연구에서 제시한 기법은 토공량 산출을 위한 비용절감은 물론 건설공사 전 공정에서 주기적인 현장의 모니터링 등 스마트 건설관리를 위한 기술로써 활용이 기대된다.
토공량 산출은 건설현장에서 최적 공사비 산정을 위한 데이터로 정확한 토공량은 토목 공사의 설계 단계에서 시공단계까지 고려되어야 하는 중요한 요소이다. 토공량 산출을 위해서는 정확한 지형 자료와 정밀한 토공 부피 계산이 필요하다. 본 논문에서는 짧은 시간에 정확한 지형 파악이 가능하고, 경제성 측면에서도 장점을 갖는 드론 측량 기술을 이용하여 고정밀 토공량 산출 시스템을 도출하였다. 시스템의 정확도 검증을 위해 현장 검증시험을 수행하였으며, 드론을 이용한 토공량 산출 결과와 GPS 측량 장비를 이용한 토공량을 비교·분석하였다. 또한, 새롭게 개발한 토공량 부피 계산 알고리즘을 기존 항공사진측량 소프트웨어(Pix4D) 계산 방식과 비교하여 정확도를 검증하였다.
토목공사에서 토량 측정은 합리적인 공사비 산정에 중요한 요소 중 하나이다. 이전까지 토목공사 현장의 정보를 얻기 위해서 GPS 또는 토탈스테이션을 이용하는 방법을 사용해 왔지만 이러한 방식은 접근이 어려운 지역에는 측정에 무리가 있다. 이에 본 연구에서는 무인항공기를 이용하여 토량을 측정하고자 한다. 경상북도 상주시에 위치한 농촌용수개발사업 저수지 공사현장을 연구대상지로 선정하였으며, GPS를 이용한 측량을 기준으로 하여 토탈스테이션 그리고 UAV를 이용한 측량의 정확도와 측정시간을 비교하는 연구를 진행하였다. GPS를 이용하여 취득한 토량은 $147,286.79m^3$으로 나타났고, 토탈스테이션은 $141,594.07m^3$으로 GPS를 이용하여 구한 토량을 기준으로 96.13% 정확도를 보였다. 그리고 UAV는 GCP를 측정하지 않고 진행하였을 때 $143,997.05m^3$, GCP가 4개일때 $147,251.71m^3$ 그리고 GCP가 7개일 때 $146,963.81m^3$로 나타났고, 각각 GPS로 측량한 토량과 비교하여 97.77%, 99.98%, 99.78%의 정확도를 보였다. 이를 통하여 UAV를 이용한 토량 산정을 실제 현장에서 사용할 수 있음을 확인할 수 있었다.
It is very important for successful construction to estimate the soil volume conversion factor of domestic weathered ground accurately and reasonably. However, it is very difficult to quantify the weathering degree of weathered ground at the field, so that the soil volume conversion factor used in Korea is often dependent upon the standard of foreign countries. Besides, the soil volume conversion factor of domestic weathered ground has been rarely studied and the use and accuracy of the soil volume conversion factor have been questioned persistingly. This study suggests a simple but robust method for estimating the soil volume conversion factor and measuring the weathering degree reasonably, and attempts to establish the utilization of a soil volume conversion factor measurement system based on experimental and analytical results. We made relationship between electrical resistivity and weathering degree presented from weathering index obtained through laboratory tests using field samples, and an estimation method of in-situ weathering degree for granites and a calculation method of soil volume conversion factor using electrical resistivity. And also, we suggested the photogrametry measurement-equipment system for measuring the volume of cargo box and the application plan of stand equipment and RFID for calculating the earth volume and distinguishing buggies in order to design the measurement system for soil volume conversion factor applicable to the field. Ultimately, the Weathered Earth-work Management Program (WEMP) was developed, so field managers may easily obtain the information about earth volume and soil volume conversion factor at the weathered ground.
본 연구는 CAD와 LISP(LIST Processing)을 이용한 도로노선 결정에 있어서의 토공량 산정에 관한 연구이다. 컴퓨터의 비약적인 발전과 산업분야에서의 이용증대는 CAD/CAM/CAE 기술의 발전으로 이어져 자동설계 및 자동제작을 가능케 하고 있으며 또한 토목설계의 자동화도 꾸준히 추진되어 오고 있는 실정이다. 이러한 자동화 작업의 일환으로 본 연구에서는 도로노선 결정시 각 노선의 토공량 산정을 자동화하여 토목설계업무의 효율성을 높이고자 하였다. 연구의 방법으로 지형도에 DTM(Digital Terrain Model) 개념을 도입하여 지형정보를 자동독취할 수 있도록 프로그램화 한 후 이 데이타를 가지고 LISP 언어를 이용하여 체계적인 알고리즘을 만든 후 CAD 시스템과 접목시켜 종·횡단 면적과 토공량을 산정해서 유토곡선을 출력하는 자동설계 시스템을 시험적으로 구축하는 데 그 목적을 두고 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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