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Decision Making Model for Widening Bridge using Decision Tree Technique

Title
Decision Making Model for Widening Bridge using Decision Tree Technique
Other Titles
의사결정수를 이용한 교량확폭에 관한 의사결정모델 개발
Author
박진형
Alternative Author(s)
Park, Jin Hyung
Advisor(s)
조효남
Issue Date
2008-02
Publisher
한양대학교
Degree
Master
Abstract
지난 수십 년간 고도의 경제 성장과 더불어 급격히 증가하는 도로교통량을 수용하기 위해 꾸준하게 도로와 교량의 확장이 이루어지고 있다. 특히, 교량은 기존교량의 확폭과 신설교량의 추가건설을 통해 늘어나는 교통량에 대처하고 있다. 지금까지 대부분의 경우에 도로 및 교량의 확장에 관한 의사결정의 기준이 설계 및 시공 등의 초기비용이나 정치적, 사회적인 요인 등에 영향을 받아 계획을 세우는 경우가 많았다. 실제 교량 계획과 설계에 있어서도 현실적으로 노선선정 후 실제 현장에 건설될 교량의 건설방식 등에 대한 판단이 단순히 기존의 방식 의사결정방식을 따르거나, 전문가의 주관적인 의견에 맹목적으로 의존하는 등의 정성적인 방법에 의해서만 이루어지고 있는 것이 현실이다. 하지만, 최근 들어 관리주체비용 및 간접비용 등을 포함한 설계단계에서부터 유지관리단계까지의 공용간의 총기대발생비용을 고려한 체계적이고 합리적인 의사결정 방법에 대한 관심이 고조되고 있고 이에 발맞추어 준비가 필요한 실정이다. 그렇기 때문에 이러한 교량 계획 및 설계를 정량적인 방법을 통한 합리적인 판단기준을 통한 객관적인 평가를 내릴 수 있는 의사결정모델 등의 방법론 개발이 시급하다고 할 수 있다. 이에 본 논문에서는 의사결정수(decision tree)를 이용한 확률적인 LCC 분석을 통해서 각 대안별 경제성을 평가하고 그 결과를 바탕으로 교량 확장에 대한 최종대안을 선택하는 의사결정모델을 제시하였다. 의사결정수에 필수적이라 할 수 있는 발생사건(event)과 그에 상응하는 결과를 정의하고 각각의 발생확률과 단위발생비용을 산출하여 전체발생비용을 구하였고, 이렇게 구해진 비용을 기존의 생애주기비용분석(Life-Cycle Cost Analysis, LCCA)에 추가적인 발생비용으로 간주하였다. 이는 기존 방식에서는 의사결정에 있어서 중요한 요소이지만 정성적인 방법으로 언급하였을 뿐, 고려하지 않거나 무시하였던 부분을 정량적으로 분석·평가하여 발생손실비용으로 도출하는 방법을 제시하였다. 이렇게 제안된 의사결정수를 고려한 교량 확폭에 관한 의사결정모델의 적용성 평가를 위하여 총연장 80.0m(2@40.0m), 왕복 4차선의 PSC Beam교에 적용시켜 보았다. 이미 적정 교통량을 초과하여 교량 확폭의 필요성이 대두되어 직접접합시공(대안1), 중간콘크리트를 이용한 접합시공(대안2), 그리고 PSC Box교 형식의 교량신설(대안3)의 총 3가지 대안으로 생애주기비용분석을 실시하였다. 먼저, 기존방식을 통한 LCCA 결과 각 대안별 총생애주기비용이 100:109:151의 비율로 대안1이 가장 경제적인 대안으로 선정되었다. 그러나 공용 중인 교량을 대상으로 확폭공사를 시행하기 때문에, 이를 의사결정수를 고려하여 발생손실비용으로 산출하여 그 결과를 LCCA 결과에 반영하면 각 대안별 총생애주기비용이 100:99.5:134의 비율로 대안2가 가장 경제적인 대안으로 선정되었다. 이는 기존방식에서 고려되지 않았던 공용 중 확폭공사로 인해 추가적으로 유지보수비용과 확폭공사 시, 공용 중 추가적인 유지보수공사 시 발생되는 도로이용자비용과 사회-경제적비용 등의 간접비용이 추가적으로 고려되었기 때문이다. 이와 같은 예제교량의 결과에서도 알 수 있듯이, 기존방식에서 고려되지 않았던 각 대안별 특성 등을 의사결정수와 같은 합리적인 방법을 통해 고려한다면, 그 분석결과는 상당한 차이를 보임을 알 수 있었다. 따라서, 본 논문에서 제안된 의사결정수를 고려한 의사결정모델이 공학적인 문제에 대한 의사결정 시 정성적인 평가에 의해 판단되던 사건들을 합리적인 방법을 통한 정량적인 분석을 통해 보다 객관적인 평가를 수행하였다고 판단된다.
Over the last few years, it is undergoing to extending roads and bridges because the traffic volume resulted from economic growth has been increased continuously. Especially, bridges are extended by two ways
widening exist bridges, constructing new bridges. Until now, almost cases of the decision-making for the extending roads and bridges have been determined based on the initial construction cost or political, social factors. It is the facts that the planning and design of bridges which will be constructed in the field is just following the established decision-making flow or blindly depend on taking professional advice which would be the qualitative analysis. However, it is the current of the recent times that a quantitative analysis has focused on the rational analysis considering the expected Life-Cycle Costs occurred in service including the agency and indirect cost from designing to maintaining. So, it is very necessary to introduce the rational decision-making methodology with an objective judgement specification for planning and designing of bridges. This study is proposed that the decision-making model based on the result of estimating the each alternative's economical efficiency with considering probabilistic Life-Cycle Cost Analysis using a decision tree. At first, the occurred event and result of each alternative are defined and the total Life-Cycle Cost are estimated after calculating probabilities and unit expected costs of alternatives. And then it is regarded as the additional expected cost in the existing total Life-Cycle Cost. These methods, which are handled ignored or not considering in company with a qualitative assessment even if they are significant factors for making a decision, are suggested by the quantitative analysis and estimation. These methodology is applied the example PSC Beam bridge whose total length is 80.0 m(2@40.0m) with 4 lanes to confirm the application. Because a traffic volume of this bridge is already exceeded, three alternatives are presented that alternative 1 is the widening bridges with direct joint method, alternative 2 is the widening bridges using closure placement with a little of traffic control, and alternative 3 is new PSC Box bridge construction. As a result of the LCCA with these three alternatives, alternative 1 is selected the most economical with the ratio of A1:A2:A3=100:109:151. As mentioned above, a decision tree is considered about the additional expected loss cost owing to the widening construction work in service of bridge and then, the result of alternative 2 is almost as similar as that of alternative 1 with the ratio of A1:A2:A3=100:99.5:134. It is why the indirect cost like road-user cost and socio-economic cost and additional maintenance costs during widening work and in service of bridge which is not considered before. With the comparison of the LCCA result before and after considering a decision tree, we can know that it shows a sizable difference in considering the economic feasibility whether involving the characteristics of each alternative or not. Therefore, it is concluded that the proposed decision-making methodology using decision tree technique is proper to make a decision of the engineering problems including many uncertain events rationally.
URI
https://repository.hanyang.ac.kr/handle/20.500.11754/146866http://hanyang.dcollection.net/common/orgView/200000407934
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