대기행렬 모형을 활용한 공공 아파트 골조공사의 적정 공사기간 산정기준에 관한 연구

Abstract

여러 동의 건물들로 구성되어 있는 대형 아파트 단지는 규모가 커지고 동이나 세대수가 증가하면 건설공사에 투입되는 자원도 증가한다. 이러한 아파트 건설공사는 다양한 공종들의 작업들이 순차적으로 진행되는 복잡한 프로젝트이다. 특히 모든 작업들이 외부에서 진행되는 골조공사는 비나 눈, 바람 등과 같은 기후의 영향을 많이 받는다. 그럼에도 불구하고 지난 2019년 1월 정부가 훈령으로 제정한 「공공 건설공사의 공사기간 산정기준」은 공사기간을 산정함에 있어 프로젝트의 규모나 설계적인 특성, 작업의 난이도 등이 종합적으로 반영되어 있지 않은 실정이다. 이에 본 연구에서는 국내에 공급된 공공 아파트 건설공사에 대한 실적 데이터 수집을 통해 예정 및 실행 공사기간을 분석하고, 대기행렬 모형을 통해 골조공사의 시공부위별·단위공종별 대기길이, 대기시간, 서버이용률 등에 대한 정량적인 분석을 수행하였다. 먼저, 현재 아파트 골조공사에 적용되고 있는 공사기간 산정기준에 대한 문제점을 살펴보면 다음과 같이 요약할 수 있다. 지하층은 프로젝트의 규모나 작업량이 고려되지 않아 공사 초기단계에 실행 공정이 많이 지연되고 있다. 1층은 갱폼과 알루미늄 폼의 세팅 작업을 포함한 철근이나 기계·전기·통신 작업, 콘크리트 타설 등의 작업기간이 실작업일을 기준으로 18일만 적용된다. 지상층은 해당 단지에서 가장 높은 1개 동의 층수를 기준으로 매 층 동일하게 공사기간이 산정되고 있어 각 층별 작업의 난이도가 공사기간에 반영되지 않고 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 본 연구에서는 사전조사 및 대기행렬 모형에 의한 분석 결과에 기초하여 아파트 골조공사의 공사기간 산정기준을 시공부위별로 구분하여 제안하였다. 지하층은 해당 프로젝트의 동 개수와 지하 층수의 비율에 따라 작업량이 공사기간에 반영되도록 공사기간 산정 기준을 제시하였다. 1층은 1층은 갱폼과 알루미늄 폼 세팅과 검수를 위해 각각 5일식 총 10일을 추가하도록 제안하였다. 그리고 지상층은 전체 층을 저층(2∼3층), 중층(n-5개층), 상층(3개층)으로 구분하여 작업의 난이도를 반영하여 실작업일을 각각 10일, 8일, 9일을 적용하도록 제안하였다. 여기서 중층은 1층을 제외한 해당 단지의 전체 층수를 해당 동수로 나누어 보정한 가상의 층수를 의미한다. 본 연구에서 제안한 방법과 예정 공사기간을 비교한 결과, 5개 프로젝트는 예정 공사기간 보다 제안된 공기가 감소하였고, 3개 프로젝트는 예정 공사기간 보다 제안된 공사사기간이 증가하였다. 지하층의 평균 공사기간은 거의 변화가 없으나 프로젝트별 지하층의 구성 비율에 따라 예정과 제안된 공사기간은 조정되는 것으로 나타났다. 1층은 전반적으로 예정 대비 제안된 공사기간이 약 10일 이상 증가함에 따라 실행 공사기간과 차이가 거의 없어지는 것을 확인하였다. 지상층은 전반적으로 제안된 공사기간이 예정 보다 다소 감소하고 있으나, 전체 공사기간은 제안된 공사기간이 실행 공사기간과의 차이가 줄어들었다. 이를 종합하면, 본 연구에서 제안한 공사기간은 프로젝트의 규모나 설계조건, 작업의 난이도 등이 종합적으로 반영되었다고 판단된다. 본 연구에서 제안한 골조공사의 시공부위별 공사기간을 재산정하여 대기행렬 모형에 적용한 결과에서도 서버이용률이 개선되고, 대기길이가 예정 공사기간보다 짧아 현장에서 발생되는 불필요한 낭비요소가 제거된 것으로 판단된다. 따라서 본 연구는 기존의 경험적 데이터나 모니터링 결과에 의존하여 공사기간을 예측한 선행연구와 달리 실무적인 관점에서 시공부위별 공사기간을 정량적으로 분석하고, 적정 공사기간을 산정할 수 있는 기준을 제안했다는 점에서 의의가 있다. 또한 본 연구에서 활용한 대기행렬 모형은 작업의 흐름에 기초하여 생산시스템의 상태를 정량적으로 분석할 수 있고, 고객과 서버에 대한 기초적인 데이터 수집만으로 정량적인 분석이 가능하므로 다양한 건설공사의 공사기간 분석에 적용할 수 있을 것이다. 뿐만 아니라 대기행렬 모형과 인공지능을 활용한 다양한 연구방법을 융합할 수 있다면 더 합리적인 연구결과가 도출될 수 있을 것으로 기대된다.|Apartment structural work faces various uncertainties as numerous resources are simultaneously invested in several single buildings and the relationship of activities is very complex. Nevertheless, the construction period for apartment structural work is calculated based on the number of floors in the highest building. Therefore, the purpose of this study is to quantitatively analyze the construction period of structural work and to present a standard for calculating the appropriate construction period. This study utilized a queuing model that can quantitatively analyze the construction period by defining customers and servers. The queuing model can analyze the production system such as structure work in a probabilistic approach based on the flow of work. The results of analyzing the construction period using the queuing model are as follows; 1) The scale of the project or the amount of work is not reflected in the construction period for the basement floor 2) The preparation period required to set the gang form and aluminum form on the first floor is not reflected in the construction period 3) The difficulty level from the second floor to the top is not reflected and the same period applies. Therefore, this study proposes a standard for calculating the appropriate construction period for apartment structural work by comprehensively reflecting the project size, work volume, preparation period, and difficulty of work. As a result of recalculating the construction period based on the proposed standard and verifying it through a queuing model, it is judged that unnecessary waste elements generated during the construction stage have been removed as the waiting length has decreased and the server usage rate has increased. This study is different from previous studies that predicted the construction period based on existing empirical data or monitoring results. In addition, this study is highly useful because it quantitatively analyzes the construction period of structural work and proposes a standard for estimating the appropriate construction period. It is expected that more rational research results can be derived if the queuing model applied in this study and various methods by artificial intelligence are fused