1. 서론 (p. 2)

·건설 프로젝트는 본질적으로 복잡하고 역동적인 특성을 가지고 있음

·작업공간은 건설사업의 성공적인 수행에 영향을 미치는 주요한 자원이자 동시에 제약조건중 하나로서 직접적 및 간접적으로 현장작업의 수행이 가능하도록 하는 요소임

·건설작업 현장의 작업공간은 점점 더 중요성이 커지고 있어서 영국과 유럽에서는 이와 관련된 새로운 사업모델이 등장하고 있는데 이들 지역의 물류회사들은 특히 건설사업이 대도시 또는 인구밀집지역 인근에서 수행될 경우 완충공간을 이용하여 공간제약문제를 해결하도록 하고 있음

·더욱이 현대의 건설사업은 고도의 분업화와 전문화 되고 있는 양상을 보여주고 있어서 이러한 경향이 현장 작업의 원자재의 공급 체계에도 반영되고 있음

·건설현장의 공정들은 일반적으로 특정시점에 서로 다른 작업공간을 필요로 하는 다중적인 행위로 수행되는데 즉, 근로자들의 작업 공간, 자재의 적재장소, 기계장비 및 지원시설물 등의 작업이 포함됨

·이러한 다중적인 요소들이 작업공간(AWEs)들의 관리에 대한 문제점을 증대시킴

·작업공간 관리의 중요성은 작업현장의 안전문제와 더불어 생산성에 미치는 영향으로 인해 아무리 강조해도 지나치지 않음

·간트(Gantt)차트, 네트웍 다이아그램 및 CPM 등 현재 사용되는 공정관리 기법들은 이러한 작업공간관리에는 부적절한 것으로 판명되었으며, 따라서 사업관리자는 구조적인 접근방법 뿐만 아니라 현장에서 발생하는 문제점들에 대한 모니터링, 제어, 문제점 도출 및 분석수행을 가능하게 해주는 새로운 기법을 필요로 하고 있음

·지금까지 현장 작업공간(AEWs)관리에 대해 다룬 여러 가지 연구자료가 있음

·이전까지는 "현장작업관리"에 대해 여러 가지 다른 의미로 사용되어 왔음

·본 보고서에서는 이 "현장 작업공간 관리"의 의미를 "작업공간의 확보 및 분배", "작업공간들 간의 상충사항 도출". "작업공간에서의 혼잡상황 도출" 및 "작업공간들에서 발생하는 상충문제의 해결"로 정의함

 

2. 관련문헌 검토 (p. 2)

·대부분 기존 연구 자료에서는 작업공간 배분, 작업공간 관리작업이 수행되는 IT환경에 대해 상당한 한계를 보이고 있으며, 적용한 방법론에 문제해결 전략이 부족함

·더욱이 대부분의 연구에서는 작업공간을 각 개별공정에 대해 별도로 적용함

·이러한 방식은 작업공정이 대단히 많은 모델이나 한 작업장에서 여러 개의 공정이 수행되는 실제적인 시나리오 상에서는 그 효용성이 떨어짐

·더욱이 이전 연구에서는 작업공간을 작업(Activity)대신 객체(Object)에 할당하여 특별한 객체와 연관되지 않는 작업공간 즉, 적재장소(Storage Workspace)등을 고려할 수 없었음

 

3. 작업공간 관리를 위한 “nD 접근기법” (p. 5)

·작업공간을 위해 개발된 본 접근방법은 몇 단계의 구조적 절차를 포함하고 있으며, 각 단계가 증가할수록 여러 가지 알고리즘과 다른 기능들 간의 논리적 작업공정을 상세히 반영하도록 구성됨

1) 최상위 절차

·IFC (정의 spell out) 포맷을 포함하는 다양한 파일형식을 사용하는 BIM 소프트웨어에서 모델데이터를 입수하고 XML (정의 spell out) 포멧의 계획소프트웨어 성과로 부터 공정자료를 입수함

·그 이후 모델데이터와 공정정보들을 서로 연계시켜서 4D 모델을 생성시킴

·이러한 4D 모델이 구축되면 “작업공간 관리작업”을 시작할 수 있음

 

<그림 1. 제안 시스템의 최상위 수준 작업절차 >

2) 작업공간의 생성 및 배분

·이 단계의 절차는 여러 가지 서로 다른 작업공간을 생성하고 배분하는 절차임

·기존 연구에서 사용한 작업공간 분류체계에 대해 사전 검토 후 본 접근방법에서 사용하는 작업공간 분류체계를 제시함

·본 과업에서 작용하는 작업공간의 분류체계는 제조업에서 사용하는 분류체계인 부가가치 공정과 비부가가치 공정으로 구분하는 체계를 도입함

·본 과업제안 접근방법에 대한 작업공간 분류는 다음과 같이 분류함

 

 

< 그림 2. 작업공간 관리를 위한 5D 시각화 모델링 환경 >

 

·주 작업공간 - 시설물의 물리적 변화 또는 시설물과 직접 접촉하는 공정과 연계되는 작업공간

·보조작업 공간 - 시설물 건설작업에 직접적으로 연관되지 않는 공정에 대한 작업공간

·객체 작업공간 - 출입문, 창문 및 지붕 등과 같이 시설물 모델에 포함되어 있는 객체들이 차지하는 공간

·안전 작업공간 - 자재의 추락 및 충돌 등과 같은 안전사고를 예방하기 위해 확보하는 2개의 작업공간 사이의 완충공간

 

·일단 작업공간이 생성되고 지정된 후에는 작업계획 상의 1개의 공정 또는 여러 개의 공정과 연계될 수 있음

·이 작업이 완료된 후 “작업공간 상충상황 도출 작업”의 수행을 시작할 수 있음

< 그림 3. 작업공간 생성 및 배분절차 >

 

3) 작업고정 및 작업공간의 상충(Conflict)사항 도출

·본 과업에서 제시한 접근방법은 기존 방법에 비해 상충사항 도출의 정확성 측면에서 상당한 진전을 이룸

·제안 접근방법에서는 교차시험(Intersection test) 를 활용하여 공간적 상충사항을 도출하는 "게임엔진(Game engine)규칙"을 사용함

·시간적 상충사항은 여러 가지 공정이 중첩되도록 공정계획을 수립한 상황에서 발생함

·이러한 시간적 상충상황 검토는 작업공간 상충사항 검토 수행 이전단계에 수행되어야 함

 

<그림 4. 작업공정 및 작업공간의 상충사항 도출 절차 >

 

 

< 그림 5. 순차적 작업공정 상충사항 검토 >

 

< 그림 6. 제안방법에 내제된 작업공정의 상충 발생조건 >

 

·이러한 상충검토 작업중 <그림 6> 에 나타난 6개의 조건이 "거짓(False)" 이라고 나타나게 되면 해당 작업공정은 시간적 상충사항이 없다고 할 수 있음

·만일 검토절차중 시간적 상충사항이 발견되면 “판정식 (2)”를 이용하여 상충의 정도(Severity)를 계산함

·본 과업에서는 현장에서의 공간적 상충공정을 도출하기 위해 직교좌표계의 축방향 6면체를 사용하는 AABB 교차기법을 적용함

·공간적 상충사항이 발견되면 본 시스템은 색체코드를 이용하여 실시간 4D 영상을 출력하게 됨

·이때 상충되는 작업공간은 붉은 색으로 표시되고 비 상충되는 작업공간은 녹색 또는 기본색으로 나타나게 됨

< 그림8. 건설작업공간의 동적 특성 >

 

4) 작업공간 혼잡상황의 도출

·작업공간 혼잡(Congestion)상황은 건설공정 또는 자원활용을 수행하기 위한 작업공간이 필요공간 보다 작거나 제한적일(Limited) 경우에 발생함

·이러한 상황은 작업공간에 대한 시간적 또는 공간적 상충상황이 발생하지 않는 상황에서도 일어날 수 있음

·작업공간의 혼잡 검토절차는 < 그림 9 >에 나타나 있음

·이러한 작업공간 혼잡문제와 연관된 가장 중요한 요소는 현장자원의 수요와 공급임

·작업공간의 혼잡도(Severity of Congestion)를 이용하여 혼잡상황을 정량적으로 측정함

·이러한 혼잡도는 각 공정별로 공정에 할당된 자원에 필요한 작업공간대비 가용한 작업공간의 비율로 표시함

 

·혼잡도를 계산하기 위해서는 현장에서 사용되는 각 자원별 필요공간에 대한 정보가 필요함

< 그림 9 작업공간의 혼잡도 도출을 위한 절차 >

 

5) 작업공간 혼잡 및 중첩문제의 해결

·작업공간 혼잡 및 중첩문제의 해결은 제안하는 접근방법의 가장 마지막 절차임

·이전 단계에서 생성된 데이터들을 사용하여 도출된 상충사항을 해결함

·이러한 문제해결 단계가 작업공간 관리(Management of AEWs)에서 가장 중요한 체계임에도 불구하고 이전의 연구들 대부분에서는 주요 상충문제 도출단계에 치중하거나 이 분야에만 제한되어 있으며 문제해결 단계에 대한 방안은 대단히 부족함

·그러나 제안하는 방법에서는 일단 작업공간의 상충 및 혼잡상황 도출작업이 완료되면 해당 문제를 제거하거나 감소시킬 수 있는 해결전략을 수행할 수 있도록 되어 있음

·이러한 절차는 비록 해당 절차가 자가 학습기능을 가지고 있음에도 불구하고 사업계획 담당자들이 문제해결 절차를 수행하면서 여러 가지 대안을 적용할 수 있도록 함

·해당절차에 사용되는 전략들은 상충되는 공정에 대한 작업개시일 변경, 상충공정의 작업지속기간 변경, 작업공간 규모의 변경 및 작업공간의 물리적 위치 변경 등임

 

4. 사례분석 (p. 16)

·본 연구에서 제안하는 기법을 “nD Planning System” 이라고 하는 IT tool 에 적용하여 활용함

·해당 tool은 건설사업이 시작되기 이전에 건설사업의 "작업공간관리"를 실시간으로 시연해 볼 수 있도록 해줌

·사례분석을 위한 대상사업은 영국 북동부지역의 “BAM Nuttal”사에서 시공하는 복합 소각로 시설에 적용함

·이 분석은 대상사업 건설계획 중 71개의 공정에 대해서만 제한적으로 적용하였으며 여기에 전체 1,474개의 요소가 관련됨

·<그림 11> 에 소각로 시설의 2D/3D 도면이 제시됨

·이 복합 소각로 모델은 IFC 형식을 사용하는 BIM(Revit) 소프트웨어에서 추출하였고, 공정계획 정보는 XML 형식을 적용한 공사관리 프로그램(프리마베라)로 부터 입수함

 

<그림 10. 소각로 사업의 5D 모델 >

< 그림 17. 2 가지의 중첩공정과 연계된 2개의 작업공간 중첩사항의 도출 >

 

·사례분석결과 상기 제안된 기법의 적용성 및 실제 nD Planing 환경에서의 시법적용사업은 타당성이 충분하며 작업공간의 상충문제를 도출함으로서 현장 생산성, 효율성 및 안전성 향상에 상당한 개선이 확보됨을 파악함

 

5. 결론 (p. 21)

·본 연구는 건설공사의 계획 및 공정수립에서 "작업공간(AEWs)관리"에 대한 대단히 중요한 사항을 다룸

·이전 연구 사업에서는 이러한 작업공간의 상충문제를 안전사고 위험뿐만 아니라 생산성 저하도 야기할 수 있다고 결론 내림

·본 연구에서는 이러한 작업공간관리 모델을 보다 발전시키고, 어떻게 작업공간들을 확보하고 배분하고 관리하는지와 관련된 실질적인 방안을 제공함

·본 연구에서 제안한 방법은 "작업공간 관리"를 현행 공정계획 프로그램(CPM) 및 4D/5D 환경 하에서의 BIM을 사용하여 통합작업환경 관리를 통해 수행할 수 있도록 하고 "작업공간 관리"절차를 실시간으로 사전에 시각적인 재현이 가능하도록 함

·본 기법은 또한 작업공간을 확보하고 배분하는 개선된 방안을 제시하고 상충문제를 도출하고 해결하는 방안을 제시함

·사례분석 대상사업으로 복합 소각로 사업을 선정하여 제안한 기법에 대한 적용성을 시험하고 관련 IT tool을 개발함

·사례분석을 통해서 제안된 기법과 관련 IT tool은 타당성을 충분히 확보하고 있음을 확인하였고 작업공간 관리를 실시간으로 수행하여 건설현장 작업공간의 동적특성을 반영하여 관리가 가능하다는 사실을 보여줌

·제안된 기법과 이 기법의 5D 계획 환경 하에서의 성공적인 시범적용작업은 주요한 성과이며 이는 nD 사업관리의 궁극적인 가업영역이 사업계획자들에게 건설사업이 개시되기 이전에 여러 가지 다른 건설공법 대안을 시연할 수 있도록 하는 원칙선상에 있음을 보여주고 있음

·모든 작업공간들이 3차원 좌표계와 평행한 입방체 형상을 하고 있다는 가정은 제안된 기법의 주요 한계점들 중 하나임

·그러나 보다 현실적인 영역표시 기법과 간섭확인 기법이 추후 연구에서 도출되고 적용되어 상기 제안된 기법의 정확도를 개선시킬 수 있을 것으로 판단함