1. 개요

투자 결정을 평가하고 가장 비용 대비 효과적인 개선 대안을 파악하기 위해 생애주기 비용 분석(life-cycle cost analysis, LCCA)는 교량 관리 시스템(bridge management systems, BMSs)에서 필수적인 요소임. 생애주기 비용 분석은 전반적인 의사결정 절차에 대한 결정적인 정보를 제공함으로써 프로젝트의 목적을 달성하는 가장 낮은 비용의 대안을 파악하는데 도움을 제공함.
이 프로젝트의 주요 목적은 개발된 열화 모델(deterioration models)과 네브라스카(Nebraska) 교량에 대한 업데이트된 비용 데이타를 사용하여 여러 유지관리 전략에 대한 생애주기 비용 분석을 수행하는 것임. 교량 상판 오버레이(overlay, 덧씌움) 결정, 신축 조인트(expansion joint) 교체 결정, 그리고 상판 확장 대비 상판 교체 결정에 대해 RealCost 소프트웨어를 사용한 결정론적(deterministic)이고 확률적(probabilistic)인 생애주기 비용 분석이 제시됨. 상판 오버레이 결정에 대해서, 실리카 퓸(silica fume) 오버레이, 에폭시 폴리머(epoxy polymer) 오버레이, 그리고 폴리에스터(polyester) 오버레이가 다양한 구조적 생애에 대해 생애주기 비용의 관점에서 일반적인(즉, 어떤 오버레이도 설치되지 않은) 상판과 비교됨. 신축 조인트 교체 결정에 있어서, 두 가지 대안이 비교됨: 그레이드 빔(grade beam)에서 교대 신축 조인트를 재배치하는 것; 그리고 같은 장소에서 교대 신축 조인트를 재배치하는 것. 상판 확장은 다섯 가지의 다른 교량에서 상판 교체와 비교되었음.

2. 소개

2.1 문제점 인식

미국 교통부(U.S. Department of Transportation, USDOT)에 의하면, 생애주기 비용 분석은 두 가지 이상의 프로젝트 대안 중에서 선택을 하기 위한 종합적인 수단을 제공하는 과학적인 접근방식임. 투자 결정을 평가하고 가장 비용 대비 효과적인 개선 대안을 파악하기 위해 생애주기 비용 분석은 교량 관리 시스템에서 필수적인 요소임. NCHRP 프로젝트 12-43 “교량에 대한 생애주기 비용 분석(Life-Cycle Cost Analysis for Bridges)”는 교량의 생애주기 비용 분석을 실행하는 것에 대한 표준화된 절차와, 기존 교량의 수리나 신규 교량 대안의 평가에 생애주기 비용 분석을 적용하는 것에 대한 가이드라인을 제공하였음. 이러한 절차의 단계는 다음과 같음:

·대안 설정
·시간 결정
·비용 추정
·생애주기 비용 계산
·결과 분석
 

이 분석은 여러 다른 서비스 기간과 비용의 혜택을 제공하는 설계 대안들에 대해 비용 대비 효과적인 비교를 가능하게 함. 생애주기 비용 분석은 교통기관, 소유주, 시설 운영자 및 도로 사용자들에게 관련된 비용을 나타냄. 관련 비용은 초기 건설, 미래의 유지관리 및 수선, 그리고 사용자 비용(시간과 차량 비용)을 포함함. 생애주기 비용 분석의 분석 절차는 프로젝트의 목적을 달성하는 비용 대비 효과적인 대안을 파악할 수 있도록 도와주며, 전반적인 의사결정 절차에 대해 결정적인 정보를 제공할 수 있음. 그러나, 일부 경우에 가장 비용 대비 효과적인 옵션(option)은 가용한 예산, 리스크, 정치적 및 환경적 상황을 고려한 후에 궁극적으로 선택되지 않을 수도 있음. 가장 비용 대비 효과적인 대안의 초기 비용은 종종 훨씬 많을 수 있음. 또한 여러 대안들이 유사한 생애주기 비용 대비 효과성을 가지는 것으로 나타나면, 더 낮은 초기 비용을 가진 대안이 보통 선호됨.

3. 목적

이 프로젝트의 주요 목적은 개발된 열화 모델과 미국 네브라스카 주의 교량에 대한 업데이트된 비용 데이타를 사용하여 여러 다른 유지관리 전략들에 대한 생애주기 비용 분석을 수행하는 것임. 생애주기 비용 분석의 결과는 의사결정자들이 가장 비용 대비 효과적인 개선 활동을 선택하는데 도움이 되도록 여러 사례들로 제시될 것임.

4. 보고서 구성

이 보고서는 다음과 같이 구성되어 있음: 2장은 생애주기 비용 분석 접근방법과 도구들에 대한 문헌 검토를 제시함. 3장은 네브라스카 교량에 대한 생애주기 비용 분석에서 사용된 비용 데이타를 제시함. 4장은 상판 오버레이 결정, 신축 조인트 교체 결정, 그리고 상판 확장 대비 교체 결정에 대한 결정론적인 분석을 제시함. 5장은 4장에서 제시된 똑같은 결정에 대해 확률적인 분석을 제시함. 6장은 연구와 주요 결론을 요약함.

5. 문헌 검토

5.1 생애주기 비용

완전한 생애주기 비용 분석에 대해 두 가지의 주요 비용이 있음: 교통기관 비용과 사용자 비용. 교통기관 비용은 유지관리, 수선 및 교체(maintenance, rehabilitation, and replacement, MR&R) 비용으로 구성됨. 대부분의 정기적인 유지관리 조치는 기관 고유의 인원들에 의해 수행됨. 수선 활동은 설계 기술자들의 도움을 필요로 하는 소규모 및 대규모 수리 활동을 포함하고 시공을 위해 계약자에게 주어짐. 대부분의 수선 활동은 상판과 관련되어 있음. 대규모 수선 활동은 상부구조에 대한 작업을 포함하며 상판 교체를 포함할 수 있음. 다른 한편으로 “교량 교체”는 교량 구조물 전체의 교체를 의미함. 사용자 비용은 주로 교량의 기능적 부실(예를 들어, 높이 제한 및 차선 폐쇄) 때문에 발생함. 이러한 기능적 부실은 우회, 이동시간 연장 및 더 높은 사고율과 같은 요소들 때문에 더 높은 차량 운영비용을 야기함.

교량의 유지관리를 위한 활동을 수행하는데 대한 우선순위를 결정하는 것은 교량 관리에서 가장 어려운 임무임. 유지관리 비용은 교량 개선에 가용한 대부분의 자금을 소비시킴. 따라서, 이러한 활동들에 대한 예산은 주의깊게 할당되어야 하고, 특히 생애주기 비용 분석이 고려될 때는 더욱 그러함. 유지관리 활동에 대한 우선순위를 결정하는 것은 네트워크 차원(예를 들어, 어떤 교량이 수리되야 하는지)과 프로젝트 차원(예를 들어, 주어진 교량에 대해 어떤 수리 전략이 선택되어야 할지) 모두에서 동시적인 평가를 요구하는 다속성 의사결정(multi-attribute decision-making) 문제임.

5.2 가용 생애주기 비용 분석 도구에 대한 검토

프로젝트 차원과 네트워크 차원에서 생애주기 비용 분석을 지원하기 위해 여러 도구가 개발되어 왔음. 이러한 도구들의 대부분은 프로젝트 차원의 분석을 위한 스프레드시트(spreadsheet, 엑셀과 같은) 환경에서 개발된 반면, 프로젝트 및 네트워크 차원의 분석을 위해 개발된 데이타베이스 다모듈 시스템(multi-module systems)은 거의 없음. 이 보고서에서는 Pontis, BLCCA(Bridge Life-Cycle Cost Analysis), RealCost, 캘리포니아 교통부의 편익/비용 분석 도구(Caltrans BCA Tool), 우선순위 경제적 분석 도구(Priority Economic Analysis Tool, PEAT), 와싱턴 교통부의 편익/비용 분석 도구(Washington DOT BCA Tool), 와싱턴 대중교통 생애주기 비용 모델(Washington Transit Life-Cycle Cost Model), Bridgit 등이 소개됨.

5.3 할인율

공공자금에 대한 적절한 할인율을 선택하는 것은 명확하지 않음. 할인율은 두 가지 목적으로 사용됨: 자금의 기회비용(opportunity cost)을 반영; 그리고 지연된 활동으로 인한 이익 및 불이익을 정량화하는 방법. 일부 분석가들의 논의에 의하면, 민간 지출과 공공 지출의 비교는 공공기관으로 하여금 적어도 민간부분에서 사용된 것 만큼 높은 할인율을 사용하도록 함.다른 제안에 의하면, 공공부분의 지출은 낮은 할인율을 정당화하는 특별한 상태로, 이러한 할인율은 정부가 시장에서 자금을 빌리는 이자율보다 많지 않음. 정부기관은 관리예산국(Office of Management and Budget, OMB)에 의해 발간된 가이드라인을 적용해야 함. 2011년 기준으로, 정부기관들은  30년 기한의 국채(Treasury Notes and bonds)에 대한 이자율에 근거하여 연간 2.7%의 할인율을 사용하도록 되어 있음. 관리예산국의 가이드라인은 생애주기 비용을 계산하는데 3.0%의 할인율을 제안하고 있으며, 이 연구에서도 3.0%의 할인율을 적용하였음.

5.4 분석 기간

일반적으로, 분석 기간은 적어도 하나의 대규모 수선 활동을 포함할만큼 충분히 길어야 함. 일반적으로 연구기간이나 평가기간은 프로젝트의 주요 자산의 경제적 수명에 근거함. 교량에 대해서, 연구기간은 일반적으로 도로포장보다 더 장기간임(40년 이상). 일부 연구는 교량 상판의 지속가능성을 평가하기 위해 60년의 분석기간을 사용하였음. 하지만 교량 프로젝트에 대해 특정한 분석기간은 정해져 있지 않음.

6. 결론

RealCost 소프트웨어를 사용한 결정론적이고 확률적인 생애주기 비용 분석은 세 가지의 다른 결정 사례에 대해 수행되었음: 상판 오버레이 결정, 신축 조인트 교체 결정, 그리고 상판 확장 대비 상판 교체 결정. 상판 오버레이 결정에 대해, 일반 상판, 상태 5에서 일반 상판 위의 실리카 퓸 오버레이, 상태 6에서 일반 상판 위의 실리카 퓸 오버레이, 상태 7에서 일반 상판 위의 에폭시 폴리머 오버레이와 폴리에스터 오버레이가 고려되었음. 신축 조인트 교체 결정에 대해서, 똑같은 장소에서 교대 신축 조인트를 교체하는 것과 그레이드 빔에서 이들을 재배치하는 것이 비교되었음. 상판 확장 대비 상판 교체 결정에 대해서, 다섯 가지의 교량 프로젝트에 대한 분석이 수행되었음. 이러한 사례로부터 주요 결론은 다음과 같이 요약될 수 있음:

1)  상태 6에서 일반 상판 위의 실리카 퓸 오버레이는 일반 상판과 조건 5에서 일반 상판 위의 실리카 퓸 오버레이보다 더 낮은 순 현재가치(net present value)를 가지고 있음.
2)  조건 7에서 일반 상판 위의 에폭시 폴리머 오버레이는 일반 상판, 상태 5와 6에서 일반 상판 위의 실리카 퓸 오버레이, 그리고 상태 7에서 일반 상판 위의 폴리에스터 오버레이보다 더 낮은 순 현재가치를 가지고 있음.
3)  더 비용이 높은 조치를 지연시키기 위해 에폭시 폴리머 오버레이와 폴리에스터 오버레이의 최소 요구 서비스 생애는 11- 14와 17 - 22년임.
4)  똑같은 장소에서 교대 신축 조인트를 교체하는 것은 그레이드 빔에서 이들을 재배치하는 것보다 더 낮은 순 현재가치를 가지고 있음. 하지만 이는 거더의 끝단과 베어링을 더 높은 비율로 열화를 일으킴.
5)  상판 확장은 주어진 교통기관의 비용과 서비스 생애에 대해 상판 교체보다 더 낮은 순 현재가치를 가지고 있음.
6)  확률적인 분석은 결정론적 분석의 결과와 일관된 결과를 만들어냄.
7)  민감도 분석의 결과에 근거해 볼 때, 교통기관의 비용은 결과와 가장 높은 순(+) 상관관계를 가지고 있으나, 서비스 수명과 할인률(discount rate)은 결과와 가장 높은 역(-) 상관관계를 가지고 있음.