1. 서론
1.1 연구의 배경 및 목적
모듈러 건축은 공산 생산 기반의 새로운 건설 공법으로 높 은 생산성과 재활용의 용이성 그리고 우수한 품질로 미국, 영 국, 일본 등 세계 각지에서 빠르게 발전하고 있다(Lawson, 2014). 우리나라에서도 2000년대 초반부터 모듈러 공법을 개발하여 교육시설, 주거시설 등 저층 건축물에 공법을 적용 하였으며, 향후 중·고층 건축물에 적용하기 위해 연구개발 이 활발하게 진행되고 있다(Shin, 2016). 선진국은 이미 모듈 러 건축물이 확대되어 고층화를 이루고 있으며, 미국의 경우 Atlantic Yards B2 Project에 모듈러 공법을 활용해 32층형 모듈러 건축물을 건설하였다. 하지만 프로젝트 초기에 모듈 러 공법의 특성을 고려하지 않은 채 공사가 진행되었고, 현장
시공 단계에서 시공 오차 등과 같은 모듈러 공법의 근본적인 문제로 인해 공사기간이 예정 보다 지연되어 해당 프로젝트 는 큰 손실을 보게 되었다(SKANSKA, 2014). 이처럼 모듈러 프로젝트는 시공단계에서 예측하지 못한 리스크 요인이 발생 할 수 있으므로, 공사 프로세스를 이해하고 공법 특성에 맞는 공사 관리가 이루어져야 한다. 모듈러 건축물을 구성하는 모 듈러 유닛의 경우 공장에서 60~80% 사전 제작 되고 3차원 형상의 프레임이 현장에서 조립되는 특성을 지니고 있기 때 문에, 모듈러 건축물의 중·고층화가 이루어질수록 기존 시 공법에 비해 높은 정밀도가 요구된다(Lawson, 2010). 하지만 아직까지 우리나라는 중·고층형 모듈러 건축 프로젝트를 수 행한 사례가 전무하며, 그동안의 사례에서도 시공 관리가 체 계적으로 이루어지지 않은 채 오로지 현장관리자의 경험과 직관에만 의존하고, 기존 공법과 동일한 방법으로 공사 관리 를 하는 경우가 대부분이었다. 이러한 이유로 정밀 시공이 요 구되는 모듈러 공사에서 시공 오차가 발생할 수 있으며, 이는 추가적인 공사가 발생하는 원인이 되어 결국 프로젝트 일정 지연 및 공사비 상승으로 이어지는 결과를 초래하게 된다. 따 라서 모듈러 공법의 장점인 시간적·비용적 이점을 얻기 위 해서는 모듈러 공사에서 추가 공사나 재시공이 발생하지 않
모듈러 공법의 시공 프로세스 기반 시공 오차 관리 의사 결정 모델
신현규1ㆍ김수영2ㆍ안용한*
1한양대학교 건축시스템공학과·2삼성디스플레이 건설기획그룹
Decision Model of Construction Errors Management Based on Modular Method Construction Process
Shin, HyunKyu
1, Kim, SuYoung
2, Ahn, YongHan
*1 School of Architecture & Architectural Engineering, Hanyang University ERICA
2 SAMSUNG DISPLAY Construction Planning Group
Abstract :
Recently, the development of middle and high-rise building technology using modular construction method has emphasized the importance of site construction error management. The modular construction method is very limited to adjust the construction error in the field because of the factory production characteristics. Therefore, in order to prevent the construction error in advance, a management plan reflecting the characteristics of the modular construction method is required, and it is important to make the decision of the construction participant at each stage. This study analyzed the factor of construction error of modular construction and suggested a decision support model for construction error management based on construction process. The result of this study is expected to be a guideline for the modular construction participant to derive the construction error management plan.
Keywords :
Modular Construction, Modular Method, Construction Errors, Errors Management, Decision Model
* Corresponding author: Yong Han Ahn, School of Architecture &
Architectural Engineering, Hanyang University ERICA, Ansan , South Korea
E-mail: [email protected]
Received September 23, revised November 9, 2017 accepted November 21, 2017
도록 사전에 방지하여야 하며, 주요 공정마다 발생 가능한 시 공 오차에 대하여 관리자의 적절한 의사결정이 필요하다. 하 지만 모듈러 프로젝트 사례를 분석해보면, 기존 일반 공법보 다 정밀한 시공 기준을 요구하고 있으나 콘크리트 공사와 같 이 습식공법이 적용된 공종에서 허용오차 기준 이내로 관리 하는 것이 현실적으로 어려운 것이 사실이다. 따라서 시공 오 차를 관리하기 위해서는 공사 프로세스에 따라 주요 공정을 분석하고 세부 공정마다 사전에 예방할 수 있도록 관리방안 을 마련하거나 시공 오차 발생 이후, 후공정에서 적절히 대응 할 수 있는 의사결정 지원 도구가 필요하다(Lee et al., 2010).
이에 본 연구에서는 모듈러 공법의 특성을 반영하여 현장 시 공오차를 관리할 수 있는 의사 결정 지원 모델을 제안하며, 설계단계부터 제작, 시공 단계까지 일련의 과정을 유기적으 로 고려할 수 있는 프로세스 기반의 현장 시공 오차 관리 방 안을 수립하는 것을 목적으로 하였다.
1.2 연구의 범위 및 방법
본 연구에서는 국·내외 모듈러 건축 시공 사례, 문헌조사, 전문가 인터뷰를 바탕으로 모듈러 시공 오차 요인을 분석하 였으며, 현장에서 이루어지는 공사인 시공 단계로 범위를 한 정하여 연구를 수행하였다. 모듈러 건축 시공 단계에서 이루 어지는 공사는 기초 공사 및 코어 공사를 수행하는 ‘현장 작 업 공사’와 모듈러 유닛을 조립하는 ‘모듈러 설치 공사’로 구 분되며, 본 연구에서는 모듈러 유닛이 조립되는 주요 접합부 에서 발생 가능한 시공 오차를 대상으로 연구를 수행하였다.
시공 오차 발생 요인은 기존 모듈러 프로젝트의 시공 사례와 문헌 고찰을 통해 확인하였고, 모듈러 프로젝트를 수행한 경 험이 있는 전문가와 인터뷰를 통해 요인을 도출하였다. 이를 바탕으로 모듈러 공사 공종별 시공 오차 관리 단계를 분석하 고 관리방안 및 대응방안을 구축하기 위한 의사 결정 모델을 제안하였다. 본 모델은 모듈러 공사의 시공 오차를 관리하기 위한 프로세스 기반의 의사 결정 모델이며, RC 공법과 모듈 러 공법이 결합된 모듈러 프로젝트에 한정된 의사 결정 모델 이다. 또한, 본 모델은 Sack (2004)의 절차 중심의 프로세스 구성법과 Chun (2008)이 구축한 의사결정 지원 프로세스를 참조하여 구성되었다.
2. 이론적 고찰
2.1 모듈러 공법의 정의
모듈러 공법의 정의는 국외에서 Off Site Construction, Prefab Construction, Modular Construction, Modern Method of Construction 등 여러 형태의 용어로 사용되고 있 으며, 우리나라도 모듈러 공법(Modular Construction), 탈현 장 건축 공법(Off-Site Construction)이라는 용어로 사용되
고 있다. 모듈러 공법은 입방체로 이루어진 공간에 내장재, 기계설비, 전기배선 등 공장에서 60-80% 사전 제작된 모듈 러 유닛을 현장으로 운반 후 조립하는 공법이라 정의되고 있 으며, 패널라이징(Panelizing), 컨테이너 하우스(Container House)와 구분되는 신공법으로 자리 잡고 있다.
2.2 시공 오차에 관한 기존 연구 고찰
우리나라에서 모듈러 공법이 개발된 이후로 모듈러 공사 의 시공 오차를 직접적으로 다룬 연구가 수행되지 않았다. 하 지만 최근 모듈러 공법을 활용한 중·고층 건축 기술이 개발 되면서 현장 시공 오차 관리의 중요성이 부각되었으며, 설계, 제작 단계부터 현장 시공 오차를 관리하기 위한 연구 개발의 필요성이 제기되었다. 기존 건축공법에 관한 시공 오차 연구 는 다음 Table 1과 같다.
Table 1. Literature Review
Author Contents
Ahn (1990)
This study presents the method of determining and measuring the field survey site to manage the construction error for the dwelling concrete structure and provides the basis for establishing the construction error criterion suitable for Korea
Ahn (1996)
In order to construct the production base for the construction parts, The study analyzed the actual construction errors of the main parts of the installed structures.
Yoon (2010)
This study compared the tolerance criterion of domestic and overseas reinforced concrete structures, and examined the level of the current tolerance standard, and proposed reasonable measurement error measurement method and measuring instrument.
Sorri (2013)
The technical construction error of the modular construction method can be accumulated by the dimensional transformation of the module during the site and transportation. There is limited opportunity to solve such a construction error at the modular construction site. Therefore, This study emphasized the need for active management supervision and proactive management.
Ahn (1990)은 공동주택 콘크리트 구조체를 대상으로 시공 오차를 관리하기 위한 현장 조사 부위를 결정, 측정 방법을 제시하고, 우리나라에 알맞은 시공오차 기준을 정립하는 기 반을 마련하였으며, Ahn (1996)은 건축 부품화 생산기반을 구축하기 위해 현장 타설 구조체의 주요 부위별 시공 오차 실 태를 파악하였다. Yoon (2010)은 현장타설 철근콘크리트 구 조체를 대상으로 국내외 허용오차 기준을 비교하고, 현행 허 용오차 기준의 수준을 검토함과 동시에 합리적인 시공오차 측정 방법과 측정기기를 제시하였다. 현재 우리나라에서 개 발된 모듈러 공법에 대한 시공 오차 기준은 모듈러 제작사가 자체적으로 보유한 기준들이 있고, 모듈러 유닛 제작 단계에 서 활용하는 구성 부품에 대한 오차 기준과 현장 시공단계에 적용되는 시공 오차 기준을 모듈러 공사 특기시방서에 명기
하여 Table 2와 같이 제공하고 있다. 그러나 현장에서 모듈러 공사를 수행한 경험이 있는 실무자들의 인터뷰에 따르면, 5
㎜이내의 시공 오차는 현실적으로 현장에서 관리하기 어려운 점이 있으며, 공사 현장 상황에 따라 빈번하게 발생하는 시공 오차를 물리적인 방법으로 해결하기 보다는 시스템적인 차원 에서 관리 방안을 마련하는 것이 필요하다는 의견이 대부분 임을 확인할 수 있었다. 또한, Sorri (2013)은 모듈러 유닛의 제작 오차를 포함한 기술적인 시공 오차는 현장 및 운송 중 모듈의 치수변환에 의해 누적될 수 있고, 모듈러 건축에서는 이러한 시공 오차를 해결할 수 있는 기회가 제한적이므로, 능 동적인 관리 감독과 사전 관리가 필요하다는 점을 강조하였 다. 특히 기존 철골 공사나 철근콘크리트 공사의 경우 현장에 서 접합부 시공시 정밀도를 확보하기 위한 조정이 가능하지 만, 모듈러 공법은 현장에서 접합부의 시공 정밀도를 높이기 위한 수단이 마련되어 있지 않기 때문에 모듈러 건축물의 품 질과 시공성을 높이기 위해서는 시공 오차와 같은 리스크 요 인을 사전에 예측하고 관리하는 것이 매우 중요하다.
2.3 프로세스 기반 리스크 관리 기법
프로세스 기반의 관리 기법은 프로젝트를 관리하기 위한 기법이며, 구조화된 접근 방식이 구현될 경우 프로젝트의 성 공과 지속가능성을 확보할 수 있는 기법으로 새로운 관리 시 스템을 구축하거나 QA/QC/QM을 프로세스 기반으로 관리 할 경우 활용될 수 있다(IAEA, 2015). 프로세스 기반 관리 시 스템을 구현하기 전에는 관리 주체의 역할과 목표를 결정하 여야 하며, 안전, 보건, 환경, 보안, 품질, 경제 및 조직과 관 련된 요구 사항을 확인하고 이해관계자를 포함한 다양한 유 형의 요구 사항을 고려하여야 한다(Fig. 1). 건설사업 관리 관
Fig. 1. Process Based Risk Management Concept by Source of requirements for a process based management system
(IAEA, 2015)
점에서는 이해관계자의 요구에 따라 프로젝트의 시간, 비용, 품질관리를 목표로 리스크 관리 기법이 활용되고 있다. Ahn (2015)은 리스크 관리를 프로젝트의 생애주기 동안 발생하는 불확실한 요소를 정의하고, 평가하여 발생 가능한 위험 요인 에 대하여 대응 방안을 마련하는 과정이라 정의하였다. 그러 나 건설 프로젝트의 전체적인 관점에서 리스크를 관리하는
Table 2. Modular Construction Tolerance Standard
Company A Company B
Field Construction Tolerance Tolerance Tolerance
Slope of Column e ≤ H/1000 or e ≤ 10㎜
Story Height -3mm≤ ΔL ≤ +3mm
Horizontal Degree of Beam e ≤ (L/1000) + 3mm or e ≤10mm
Web Thickness e ≤ 2mm
Flatness of Base Plate e ≤ 2mm
Tilting of the Building e ≤ (H/4000) + 7mm or e 30mm
Curvature of Building e ≤ L/400 or e ≤20mm
Manufacturing Tolerance Tolerance Tolerance
Column/
Square-Beam
Square Size ±2.0㎜ ± 3.0 ㎜
Length -2.0㎜ (After 2nd machining) ± 3.0 ㎜ (After 2nd machining)
Bending ±2.0㎜ ± 3.0 ㎜ /± 5.0 ㎜
Perpendicularity ±2.0㎜ ± 2.0 ㎜
Torsion of Column - δ ≤ 6H/1000 or δ ≤ 5㎜
Slope of Column - e ≤ H/1000 or e ≤ 10mm
Deflection of ㅁ-Shape
Beam - ± 3.0 ㎜
Channel-Beam
Length -2.0㎜ ± 3.0 ㎜
Bending ±2.0㎜ (After 2nd machining) ± 3.0 ㎜ (After 2nd machining)
Perpendicularity ±2.0㎜ ± 2.0 ㎜
Horizontality of Beam - e ≤ (L/1000) + 3mm or e ≤10mm
것은 공사 단계별 개별적인 리스크 요인을 소홀히 할 수 있 으므로, Shin (2015)은 세부 공정에서 발생할 수 있는 리스크 요인을 도출하여 관리하였다. Sack (2004)은 Georgia Tech Process for Product Modeling을 활용하여 프로세스 활동에 대한 자세한 정보 입력 및 출력을 확인할 수 있도록 구성하였 으며, Precast-Prestressed Concrete 공사 절차를 프로세스 화 하였다. Chun (2003)은 설계 관리 위해 협업의 필요성을 강조하였고, 이를 위해 참여자간 의사결정을 적절하게 판단 할 수 있는 의사결정 지원 프로세스를 구축하였다. 본 연구에 서는 모듈러 공사의 시공단계에서 발생할 수 있는 불확실한 시공 오차 리스크를 관리하기 위해 프로세스 기반 관리 기법 을 제안한다. 이는 새로운 시스템이나 공법을 적용하는 프로 젝트에서 프로세스 흐름에 따라, 발생 가능한 위험을 확인하 고, 그에 따라 각 단계별로 관리하여야 하는 공정을 분석하여 대응 방안을 마련할 수 있다. 그러므로 모듈러 공법을 적용하 는 건축 프로젝트에서 현장 시공 프로세스에 따라 발생 가능 한 시공 오차 요인을 분석함으로써, 각 단계별 관리 방안을 제안할 수 있을 것이다.
2.4 모듈러 건축 공사 시공 프로세스
모듈러 건축 공사는 설계-제작-시공 3단계의 프로세스로 이루어져 있으며, 일반 건축공사와 달리 제작-시공 단계가 동시에 이루어진다. 여기서 시공 단계를 크게 현장 공사와 모 듈러 공사로 구분할 수 있고, 모듈러 공사는 운반, 양중, 조립 단계로 세분화할 수 있다. 이는 모듈러 프로젝트에 공통적으 로 적용되는 상위 레벨의 프로세스라 할 수 있다. 모듈러 공 사 프로세스 중 본 연구에서는 시공 단계에 해당하는 현장 공 사, 운반, 양중, 조립 공사를 중심으로 연구를 진행하였다. 현 장 공사는 모듈러 설계안과 공법에 따라 달라질 수 있으므 로 본 연구에서는 RC공법과 모듈러 공법이 결합된 프로젝트
로 한정하여 프로세스를 분석하였다. 모듈러 시공 프로세스 는 Fig. 2와 같이 기초 공사, 코어 공사로 이루어진 현장 공사 와 운반, 양중, 조립 단계로 구성된 모듈러 공사로 구분되어 있음을 알 수 있다. 프로세스 기반의 모듈러 공법의 시공 오 차를 관리하기 위해서는 현장 공사 단계와 모듈러 공사 단계 를 구분하여 관리할 필요가 있고, 시공 오차 요인에 따라 어 느 단계부터 사전 관리 방안이 마련되어야 하는지 분석할 필 요가 있다.
3. 모듈러 공법의 시공 오차
3.1 모듈러 공법의 시공오차 발생 요인 분석 모듈러 공법을 활용하는 건설 현장의 시공 오차 발생 요인 을 분석하기 위해 국·내외 모듈러 건축 프로젝트 시공 사례 와 기존 연구 및 문헌을 조사하고 전문가 인터뷰를 통해 시공 오차 발생 요인을 도출하였다(Table 2).
Table 2. Analysis of Error Factors on Modular Construction
Errors Factors Case Study &
Literature Review
Design Error Design Change Manufactural Error Worker Skill Construction Quality Module Quality
Mayra(1994) Matthew(1989).
Johnsson(2009) Joseph(2012) Harrell(2016)
Gayang Modular Project 00 Business Agency Project Gongneung Modular Project Bronx, Modular Housing Project
Atlantic Yards B2 Project
Fig. 2. Modular Construction Process (Shin, 2016)
Table 3. Construction Error Factors of Modular Construction Error
Factor
Management
Factor Description
Design Error
Drawing Information Missing/Difference
The contents of the design are unclear, missing and having errors
Design drawing and construction specifications are different Unrecognized
Modular Attributes
Design drawings that do not reflect the characteristics of the modular construction site
Unassigned Field Workspace
Design without consideration of field workspace
Design Change
Unclear, Missing, Error in Design
The contents of the design are unclear, missing and having errors
Design drawings, construction specifications and bill of quantity are different
Agency Requirement
Deleting a specific type of work, Additional construction, Process plan change, Change of construction method, Changes for proper implementation of other works Applying New
Technology Applying new technology and method Difference in site
condition and design
A design change that differs from the design of the construction site
Manufactural Error
Material Cutting
Importing/Inspecting raw materials, Full-size drawing,
Cutting/Bending of parts, Making gage, Perforating, Painting
Frame Production
Jig Production, Temporary assembly, Bolt tightening , Welding, deck plate construction, concrete pouring, Regular welding
Interior and Exterior Materials
Construction
Insulation, Gypsum board, Window, Moisture proof paper, Finishing work, Exterior Construction
Electricity /Equipment construction
Electric wiring work, installation of facility piping
Module Up and
Down Moving up and Down Modular units
Worker Skill
General Contractor Team
Order, Subcontract, Material, Equipment, Labor, Financial, Quality/
Safety/Environmental Management
Surveying Team
Horizontal, vertical measurement, anchor bolts, modular joint position measurement
Modular Installation Team
Modular unit, installation and assembly team
Subcontracting Team
Reinforced Concrete Construction, Anchor Bolt Construction, Electric / Facility Construction, etc.
Construction Quality
Foundation Work
Smoothness of slab, precision of construction of anchor bolt, bonding between modules
Core Construction
Verticality of core structure, accuracy of construction of core construction, bonding between modules Modular Installation Modular construction precision,
module-to-module bonding Exterior Material
Construction
Exterior material construction precision, module-to-module bonding Equipment
Construction
Equipment piping construction precision, module-to-module bonding
Roof Construction Roof Construction Accuracy, Module Bonding
Module Quality
Frame
Transformation Modular unit frame warpage, distortion Interior
Drop-out
Decreased quality of interior finishing materials
Exterior Damage Exterior finish material breakage, deformation, quality deterioration
본 연구에서는 모듈러 유닛의 주요 접합부에서 주로 발생 하는 시공 오차 발생 요인에 대하여 분석하였으며, 접합 불일 치, 수직 수평의 불일치, 허용오차 이상 벌어진 이격거리, 단 차 발생, 기울어짐 등 여러 가지 형태로 나타날 수 있다는 점 을 확인하였다. 다만 이러한 시공 오차 발생 요인은 매우 복 합적이며 여러 가지 원인들에 의해 나타날 수 있으므로, 이러 한 요인들은 설계 품질, 설계 변경, 제작 오차, 시공 품질, 모 듈러 유닛의 변형, 작업자 숙련도로 총 6가지의 시공 오차 발 생 요인으로 구분하고, 25가지 관리 요인을 분석하여 Table 3과 같이 나타내었다.
3.2 모듈러 공법의 시공오차 관리 요구 사항 모듈러 공법의 시공 오차를 관리하기 위해서는 설계 단계 부터 모듈러 유닛의 주요 접합부의 시공성을 확보하고, 시공 관리를 위한 상세 계획이 마련되어야 한다. 모듈러 공사는 일 반 건축공사에 비해 정밀한 작업이 요구되므로 해당 공법에 경험이 있는 숙련자로 구성된 시공 팀을 확보하는 것이 중요 하고, 모듈러 공법의 특성을 고려한 정밀 측정 방법과 측량 시기 그리고 적합한 검사 방법 및 조정 작업이 필요하다. 그 러나 현장에서 이루어지는 작업들은 외부 환경이나, 작업자 의 숙련도 혹은 재료적 특성에 의해 시공 오차가 빈번하게 발 생하는 것이 현실이다(Kang, 2001; Choi, 2015). 따라서, 이 에 대한 적절한 대응 방안으로써 공장에서 제작되고 있는 모 듈러 유닛의 품질 상태(부재 치수 혹은 접합면 상태 등)를 고 려하여 현장이나 공장에서 적절한 조치를 취하여야 하고, 모 듈러 유닛이 적층됨에 따라 누적되는 시공 오차를 관리할 수 있도록 매 층마다 시공 품질을 점검할 수 있는 수단을 마련하 여야 한다. 또한, 공사 감독자 혹은 모듈러 설치 업체가 시공 오차 발생 여부를 확인하고, 적절한 대응을 할 수 있도록 의 사 결정을 지원하는 관리 체계가 마련되어야 한다.
4. 모듈러 공사 프로세스 기반 시공 오차 관 리 의사 결정 모델
4.1 모듈러 공사 시공 오차 관리를 위한 의사 결 정 프로세스
앞서 분석된 시공 오차 발생 요인은 해당 공정이 착수되기 이전에 관리되어야 모듈러 공사의 시공성이 확보될 것이다.
본 연구에서는 Sacks (2004)과 Chun (2003)이 제안한 프로 세스 모델을 바탕으로 각 공정별 시공 오차 관리를 위한 의사
결정 모형을 제시한다. 이는 공사 착수전 공정에 따라 시공 오차를 유발할 수 있는 작업을 분석하고, 사전에 이를 관리할 수 있는 의사 결정 프로세스를 나타낸다. 비록 본 모델은 개 별 프로젝트의 복잡성을 완벽하게 설명할 수는 없지만, 상위 레벨의 액티비티에 대한 중요한 문제들을 해결하는데 가이드 를 제시해줄 수 있을 것이다.
현장 관리자의 합리적인 의사 결정을 지원하기 위해 다음 과 같은 프로세스로 관리 방안을 도출한다.
1) 프로젝트의 특성 정보를 확인하고, 현장 정보 및 도면 정 보를 수집하고 모듈러 유닛의 주요 접합부를 검토한다. 예를 들면, 코어 구조물의 구조 형태는 RC구조, 철골구조, 모듈러 구조 형태에 따라 기초 형태나 모듈러 유닛 구조 그리고 접합 방식이 달라질 수 있으므로, 각 공법에 대한 특성 정보를 수 집한다.
2) 기존 데이터베이스를 통해 모듈러 공사에서 발생 가능 한 시공 오차 요인을 분석하고, 시공 오차가 발생할 수 있는 주요 접합부와 공정의 특징, 의사결정 참여자에 관한 정보를 수집한다.
3) 의사결정이 필요한 공정을 분석하고, 해당 공정에 참여 하는 의사결정 참여자와 시공 오차 관리 부위를 선정한다. 해 당 부위에 대한 설계 도서, 설계 변경 정보, 측량 정보 및 작 업자 숙련 정보 등을 토대로 시공 오차 관리 방안에 관한 의 사 결정을 지원한다.
4) 시공 오차 관리가 필요한 공정의 전후 공정을 분석하고, 공사 진행 상황에 따라 적절한 관리 방안 혹은 대응 방안을 마련한다. 해당 공정의 참여주체자에게 시공 품질 요구사항 을 명확하게 전달하고, 관리자는 요구사항에 따른 체크리스 트를 작성하여 관리한다. 각 공정에 따른 관리 방안 및 대응 방안을 마련할 때에는 의사 결정 참여자와 함께 시간, 비용, 품질 요소를 고려하여 최적안을 결정한다.
5) 각 공정에 따라 선정된 최적안은 계획된 공사 일정표, 시공 오차 관리 공정, 공사 작업 순서, 시공 오차 관리 방안에 반영하고 모듈러 공사 시공 오차를 효과적으로 관리할 수 있 도록 의사 결정을 지원한다.
4.2 모듈러 공법 프로세스 기반 시공 오차 관리 의사 결정 모델
Fig. 3은 모듈러 공법의 시공 오차 관리를 위한 의사 결정 지원 프로세스를 나타낸다. 프로세스에 따라, 모듈러 공사에 참여자는 모듈러 공사 프로젝트의 정보와 기존 DB 그리고 시 공 프로세스를 바탕으로 시공 오차 관리 계획을 수립한다. 그 리고 각 오차에 대한 대안을 선정할 때에는 Table 3의 의사 결정 모델 예시와 같이 사전 관리 방안과 사후 대응 방안으로 구분하여 의사 결정을 지원할 수 있다.
Fig. 3. Decision-making process for modular construction error management
Table 4. Example of Process-Based Model of Decision Making for Modular Construction Error Management
Code Error Factor Description Stage Activity Function
Verb Noun Idea
1.1 Anchor Bolt Deformation
Deformation of anchor bolt position due to shrinkage curing
of concrete
Proactive
Design
Development Avoid Anchor Bolt
Deformation Structural system change of modular building Anchor Bolt
Installation Mitigate Anchor Bolt
Deformation Fix anchor bolt with Temporary Frame
Reactive
Checking
Anchor Bolt Mitigate Anchor Bolt Deformation
(∂≤ allowable error) Adjustment of Anchor Bolt (∂> allowable error) Repositioning of Anchor Bolt Base Plate
Installation Transfer Anchor Bolt Deformation
Coordination of connection between anchor bolt and modular unit or core column
예를 들면, 기초 공사에서 모듈러 유닛과 접합되는 앵커볼 트가 콘크리트의 수축양생에 의해 위치가 변형될 우려가 있 는 경우, 현 프로젝트의 진행 단계에 따라 여러 가지 다른 대 안을 설정할 수 있을 것이다. 첫째, 설계 단계에서 관리 방안 을 마련할 경우 하부 구조의 시스템을 변경할 수 있을 것이 며, 둘째, 앵커볼트를 설치하고 콘크리트 타설 전 단계에 앵 커 볼트 간 임시 프레임을 설치하여 위치 변형을 방지할 수 있는 방안을 마련할 수 있을 것이다. 만약 앵커볼트의 위치가 변형된 사후 대응 방안에 대해서는 변형 정도에 따라, 재조정 혹은 재설치의 대안을 선정할 수 있으며, 재설치가 불가할 경 우에는 모듈러 유닛과 코어 구조물 간의 접합부를 조정하는 대안을 마련할 수 있다.
이처럼 시공 오차 요인과 프로젝트 착수 단계에 따라, 오차 를 예방하는 관리 방안을 마련하거나, 사후 대응 방안을 마련 하는 의사 결정 지원 모델은 모듈러 공사의 재시공 및 추가공 사를 예방하여 공기가 지연되는 것을 방지할 수 있을 것이다.
4.3 모듈러 공법 프로세스 기반 시공 오차 관리 의사 결정 모델 적용 검토
4.3.1 모듈러 프로젝트 사례 분석
프로세스 기반 시공 오차 관리 의사 결정 모델의 활용성 을 검토하기 위해 모듈러 공사가 진행 중인 프로젝트를 대상 으로 선정하여 분석하였다. 해당 프로젝트는 공동주택에 모 듈러 공법을 적용한 국내 공공 건축물로 철근 콘크리트 구조 와 모듈러 구조로 이루어져있으며, 기초, 필로티 및 코어 부 분은 RC 공법으로 시공되고 필로티 상부에 모듈러 공법이 적 용된 구조이다 4층 및 6층으로 구성된 두 개의 건물에 총 32 개 모듈러 유닛이 설치되었으며, 총 30세대로 구성하고 있다 (Table 5).
Table 5. Modular Construction Project Overview
Contents
Location Gayang-dong, Gangseo-gu, SeoulUsage Apartment House Land Area 1,436.00㎡
Building Area 371.65㎡
Structure Reinforced Concrete and Modular Construction Scale 2 Buildings, 30 Households (4th /6th Floor) Number of
Modular Units
A type (4*3 +4*4) =28 Units (28 Household) B type (2*2) = 4 Units (2 Household)
4.3.2 대상 프로젝트 시공 단계 액티비티 분석 공사 예정표와 현장 분석 및 공사 참여자 인터뷰를 통해 전 체 공사 액티비티 중 시공 오차관리 공종에 해당하는 액티비 티에 대하여 부분 공종을 도출하였다(Table 6).
Table 6. Construction Phase Activity Analysis of Case Project
Type of Work Work Activity
Field work Construction
Core Construction
Core Structure Construction
Column/Inside wall form installation
External wall form installation Reinforcement placing of beam and bottom plate
Pilot/
Substructure Construction
Transfer girder
Construction Reinforcement placing
Anchor Bolt Landfill
Anchor bolt landfill location survey Indication of landfill location Anchor bolt landfill Anchor bolt fixed in landfill
Check the Anchor bolt Position
Check the anchor bolt position Check for transform Position adjustment
Baseplate Installation
Base plate installation Level detection of base plate Nonshrinkage mortar putting Check base plate horizontal level Nonshrinkage mortar curing
Modular Construction
Transportation
Check Module Module status check and repair Module
Transportation Driver training
Lifting
Crane Setting Securing the crane layout space and safety check
Field Cleanup Securing space for module lifting
Module Acquisition Site module acquisition and status check
Assem bly
Lower modular unit construction
Check base plate horizontal level Modular unit lifting preparation Lifting modular unit Modular unit construction precision inspection
Upper modular unit construction
Inspection accuracy of the lower layer of modular unit
Modular unit lifting preparation Lifting modular unit Modular unit construction precision inspection
4.3.3 프로세스 기반의 시공오차 의사 결정 지원 모 델 제안
앞서 분석된 사례를 바탕으로 본 연구에서 제안하는 의사 결정 지원 모델이 공사 현장에서 시공 오차 관리를 위한 목적 으로 활용될 수 있도록 구성하였으며, 현장 분석과 공사 참여 자 및 전문가 자문을 바탕으로 실용성을 확보하고 세부 공정 에 따라 의사 결정 시점과 대안 결정을 지원할 수 있도록 개 선하였다(Fig. 4, Fig. 5).
Fig. 4. Process-based construction error decision support model for on-site work
Fig. 5. Process-based construction error decision support model for Modular construction work
① 현장 작업 공사
모듈러 공사의 현장 작업 공사는 모듈러 유닛이 공장에서 제작되는 동안 현장에서 이루어지는 기초 공사, 코어 공사를 말하며, 모듈러 유닛과 직접적으로 맞닿는 주요 접합부를 중 심으로 시공 오차 관리 의사 결정 모델을 제안한다(Fig. 4).
본 모델은 모듈러 유닛과 기초 슬라브간 볼트 조립으로 연결 되는 사례를 바탕으로 구성되었으며, 기초 공사의 작업 순서 는 측량, 먹줄, 거푸집, 철근배근, 앵커볼트 매립 위치 측량, 앵커볼트 매립, 템플릿 플레이트 설치, 앵커볼트 매립 고정, 콘크리트 타설 및 양생의 순서로 이루어진다. 주요 관리 포인 트는 앵커볼트를 정확한 위치에 시공하였는지 확인하는 것이 중요하고, 만일 코어 공사가 동시에 진행되는 경우, 앵커볼트 와 코어 접합면에 모듈러 유닛이 동시에 접합되므로 두 접합 면을 모두 고려하여야 한다. 공사 관리자는 Fig. 4에 제시한 공정에서 오차를 측정하여야 하며, 거푸집 공사나 앵커볼트 공사가 진행되는 동안 지속적으로 오차를 확인하여 허용 오 차 기준을 벗어나지 않도록 사전에 관리하여야 한다. 현장에 서 발생하는 시공 오차는 모듈러 공사에 중요한 요소로 작용 하고 있으므로, 허용 오차 이상으로 벗어날 경우에는 모듈러 제작사와 반드시 협의하여 적절한 의사결정이 이루어져야 한 다.
② 모듈러 공사
모듈러 공사는 공장에서 제작된 모듈러 유닛을 현장으로 운반하여 현장에 기 시공된 기초 및 코어부와 조립하는 일련 의 과정을 말한다. 모듈러 유닛은 공장에서 제작되어 현장으 로 운반되는 과정에서 차량진동에 의한 내외장재의 파손이나 프레임의 변형이 일어날 수 있다. 따라서 관리자는 모듈러 유 닛이 공장에서 상차되기 전에 모듈 고정 상태나 포장재 상태 등을 검수하여야 하며, 운전자로 하여금 운반 경로와 안전수 칙을 숙지시켜야 한다. 양중단계에서 현장 시공 오차 발생을 방지하기 위해서는 모듈러 유닛 무게에 따른 적절한 크레인 선정과 위치 선정, 그리고 모듈 무게 중심을 계산한 양중 고 리 위치 및 밸런스 빔 사용이 필요하며, 인양 작업 전 현장에 운반된 모듈의 상태를 점검하여 모듈 품질에 의한 시공 오차 가 발생하지 않도록 방지하여야 한다. 모듈러 공법의 시공 오 차는 조립 단계에 모든 과정의 결과물이 나타날 수 있다. 결 과적으로 시공 오차가 발생했다고 판단할 수 있는 요건은 모 듈러 유닛을 현장에 시공된 구조물과 조립하였을 때, 오차 없 이 원활하게 시공되는가에 대한 결과론적 판단 하에 시공오 차 발생 여부를 판단할 수 있다는 것이다. 따라서 매 층마다 모듈러 유닛이 적층되어 건설되는 모듈러 공법은 최하층의 기초부와 코어부가 만나는 지점에서의 시공 정밀도를 우선적 으로 고려하여야 하며, 조립된 이후에 매 층마다 누적되는 오 차를 관리하여야 하므로, 측정값에 따른 적절한 의사결정이 이루어져야한다.
5. 결 론
모듈러 건축의 공장 제작률이 높아지고 중·고층화가 이루 어질수록 모듈러 공법에 대한 높은 시공 정밀도가 요구되고 있다. 그러나 현장에서 모듈러 시공 오차 관리가 체계적으로 이루어지지 않고 있는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 모듈 러 공법의 시공 오차를 관리하기 위한 프로세스 기반의 의사 결정 모델을 제안하였다. 이에 따라, 다음과 같은 결론을 도 출하였다.
1) 본 연구에서는 모듈러 공법을 활용한 프로젝트를 대상으 로 연구를 수행하였다.
2) 연구의 범위는 현장 작업 공사와 모듈러 공사로 구분하 였다. 현장 작업 공사는 RC 공법으로 이루어진 기초공사와 코어 공사로 구분하였고, 모듈러 공사는 운반, 양중, 조립 단 계를 분석하였다.
3) 모듈러 공법에서 발생하는 시공 오차 요인을 분석하기 위해 사례조사와 문헌 조사를 수행하였으며, 전문가 인터뷰 를 통해 6가지의 시공 오차 요인으로 분류하였다.
4) 시공 오차 발생 요인에 따라, 어떤 공정에서 시공 오차 를 관리할 수 있는지 판단하기 위해 모듈러 공법이 수행되는 공사 프로세스를 분석하였다.
5) 본 연구를 통해 분석된 시공 오차 요인과 공사 프로세스 를 바탕으로 모듈러 공법의 시공 오차 관리를 위한 의사 결정 프로세스와 프로세스 기반의 의사 결정 지원 모델을 제안하 였다.
6) 모델의 활용성을 분석하기 위해 모듈러 공법이 적용된 프로젝트를 분석하여 시공 오차 관리가 필요한 공정을 분석 하였으며, 그 공정을 현장 작업 공사와 모듈러 공사로 구분 하여 개선된 프로세스 기반 시공 오차 관리 의사 결정 모델을 제안하였다.
본 연구에서 제안하는 프로세스 기반의 시공 오차 관리 의 사 결정 모델은 모듈러 공사에 참여하는 관리 주체가 공사 수 행 일정에 따라, 어느 시점에 관리자를 투입시켜야 하는지 무 엇을 관리하여야 하는지 그리고 어떠한 의사 결정을 하여야 하는지 가이드라인을 제시해줄 수 있는 모델이다. 본 연구결 과의 적용 범위는 RC공법과 모듈러 공법이 결합된 모듈러 프 로젝트에 한정되어 있으므로, 향후에는 PC 공법이나 철골공 법과 결합된 모듈러 공법 혹은 전면 모듈러 공법에 대한 시공 오차 관리 방안과 관련된 추가적인 연구가 필요할 것으로 판 단된다. 본 연구의 결과물은 모듈러 공법을 활용한 시공 관리 기법의 기반을 될 수 있고, 이를 바탕으로 모듈러 공법의 시 공품질이 개선될수록 모듈러 건축물이 고품질의 시공 기술로 정착될 수 있을 것이라 판단한다.
감사의 글
본 연구는 2017년 국토교통부 주거환경연구사업 모듈러 건 축 중고층화 및 생산성 향상 기술개발의 연구비 지원에 의한 결과의 일부임(과제번호: 17RERP-B082884-04).
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요약 :
최근 모듈러 공법을 활용한 중·고층 건축 기술이 개발되면서 현장 시공 오차 관리의 중요성이 부각되었다. 모듈러 공법은 공 장 생산 특성 때문에 현장에서 시공 오차를 조정하는 것이 매우 제한적이다. 따라서 시공 오차를 사전에 예방하기 위해서는 모듈 러 공법 특성을 반영한 관리 방안이 필요하며 각 단계별 공사 참여자의 의사 결정이 중요하다. 이에 본 연구에서는 모듈러 공사 시 공 오차 요인을 분석하고, 시공 프로세스 기반의 시공 오차 관리 방안 의사 결정 지원 모델을 제안하였다. 본 연구의 결과물은 모 듈러 공사 참여자가 시공 오차 관리 방안을 도출하는데 가이드라인 역할을 할 수 있을 것이라 기대한다.
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