영향요소를 고려한 단지공사의 최적 토공계획법

Abstract

단지 조성을 위한 토공사는 대상 부지의 지형고를 계획고와 맞추기 위한 대규모 토량이동으로 이루어지는 공사로서, 적재-운반-하차-복귀의 단순 작업사이클로 구성되고 대부분 건설장비에 의존하여 이루어지며, 전체 공사비에 20~30%를 차지하는 중요한 공정이다. 토공계획의 궁극적인 목표는 효율적 토공분배를 통해 토공작업에 소요되는 자원 지출을 최소화하여 비용을 절감하고 공기를 단축함에 있다. 단지조성공사 토공계획은 토공계획을 위한 프로그램의 부재로 인한 계획자의 주관적 판단에 의존한 의사결정과 무수히 많은 가능 대안 존재 등으로 인해 계획 작업 반복, 최적 대안 도출 어려움, 장시간 소요 등의 문제가 발생하고 있으며, 이러한 문제로 인해 토공계획 수정을 통한 향상효과가 크지 않을 것이라는 계획자들의 인식이 조사되었다. 이에 본 연구에서는 대규모 단지 조성을 위한 공사 중 토공사 계획 수립을 대상으로 최적 토공계획 수립을 위해 토공계획자를 대상으로 인터뷰를 실시하여 현행 토공계획 프로세스 및 토공계획자의 휴리스틱스를 정립하였고, 도출된 정보를 기반으로 최적화 알고리즘 중 하나인 Simulated Annealing(SA) 알고리즘을 사용하여 토공계획 모델을 구축하였다. 토공계획자를 대상으로 실시한 인터뷰를 통해 현장 내 절․ 성토량 균형 및 최단 운반거리를 계획의 최우선으로 하며, 통합된 절․ 성토 매스를 분할하여 근접 절․ 성토 구역을 연결함으로 운반거리를 감소시키는 곳으로 조사되었다. 또한, 도출된 대안과 기존 대안의 비교를 위해 평균 운반거리를 평가 척도로 사용하는 것으로 조사되었다. 모델 구축을 위한 목적함수로(objective function)는 대안의 응집도(Compactness), 절∙ 성토량 분배(balancing cut-fill volume), 시공성(constructability)을 설정하였으며, 시공성 판단을 위해 퍼지함수를 도입하여 절토부 유형에 따른 작업도를 평가하였다. 제안된 토공계획수립 모델을 검토하기 위해 현재 공사가 진행중인 00 산업단지 조성공사를 대상으로 모델을 적용하여 모델의 검증을 실시하였으며, 현행 대안 평가 척도로 사용되는 평균운반거리가 기존 설계 대안 대비 13.72% 감소하는 것으로 확인되었다. 이를 통해, 제안된 토공계획수립 모델은 현행 작업자의 토공계획 프로세스와 휴리스틱스를 반영하며, 최적 대안을 도출하는 곳으로 판단되어 본 토공계획수립 모델을 통해 효율적 토공계획수립이 가능할 것으로 판단된다.