KR101041779B1 - Decision-making method for selecting cost-effective optimal retrofit method based on uncertainty - Google Patents

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Abstract

사회기반 구조물의 유지관리를 위한 최적 보강공법 선정과 관련된 의사결정에 있어서, 불확실성을 고려하여 의사결정 인자에 대한 각 대안의 등급을 정량적으로 평가하고, 또한, 정량적 의사결정 및 종합적 의사결정에 의해 합리적으로 보강공법을 선정할 수 있는 의사결정 방법이 제공된다. 비용 효율적인 보강공법 선정을 위한 의사결정 방법은, a) 정량적인 지표로서, 절대적 경제성을 만족하는 대안에 대해 불확실성을 고려한 상대적 경제성을 평가하는 단계; b) 정량적인 지표로서, 절대적 경제성을 만족하는 대안에 대해 불확실성을 고려한 상대적 성능을 평가하는 단계; c) 평가된 상대적 경제성과 상대적 성능을 이용하여 불확실성을 고려한 비용 효율성을 평가하는 단계; d) 정량적인 지표 이외의 정성적인 평가를 수행해야 하는 의사결정 인자를 도출하는 단계; e) 분석적 계층화법을 이용하여 정량적인 의사결정 인자와 정성적인 의사결정 인자의 가중치를 결정하는 단계; 및 f) 가중 평균법을 이용하여 각 대안별 가중 평균값을 계산하고, 이를 의사결정의 지표로 이용하는 단계를 포함하되, 의사결정은 정량적 의사결정 및 종합적 의사결정으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.In decision-making related to the selection of optimal reinforcement methods for the maintenance of infrastructure, quantitative evaluation of each alternative for decision factors in consideration of uncertainty, and rationality by quantitative and comprehensive decision-making. This provides a decision-making method for selecting reinforcement methods. Decision-making methods for selecting cost-effective reinforcement methods include: a) quantitative indicators, comprising: assessing relative economics considering uncertainty for alternatives that meet absolute economics; b) as a quantitative indicator, assessing relative performance taking into account uncertainty for alternatives that meet absolute economics; c) assessing cost effectiveness taking into account uncertainties using the evaluated relative economics and relative performance; d) deriving decision factors for performing qualitative assessments other than quantitative indicators; e) determining the weights of quantitative decision factors and qualitative decision factors using analytical stratification; And f) calculating a weighted average value of each alternative using a weighted average method, and using the weighted average value as an indicator of decision making. The decision making method includes quantitative decision making and comprehensive decision making.

의사결정 방법, 비용 효율성, 불확실성, 최적보강공법 선정, 경제성, 성능 Decision Making Method, Cost Effectiveness, Uncertainty, Optimal Reinforcement Method, Economics, Performance

Description

불확실성 기반의 비용 효율적인 보강공법 선정을 위한 의사결정 방법 {Decision-making method for selecting cost-effective optimal retrofit method based on uncertainty}Decision-making method for selecting cost-effective optimal retrofit method based on uncertainty}

본 발명은 보강공법 선정을 위한 의사결정 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 사회기반 구조물의 유지관리를 위한 최적 보강공법 선정과 관련된 의사결정 방법에 있어서, 불확실성(Uncertainty)에 기반하여 비용 효율적인 보강공법을 선정하는 의사결정 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a decision-making method for selecting a reinforcement method, and more particularly, in a decision-making method related to selecting an optimal reinforcement method for maintenance of a social infrastructure, cost-effective reinforcement method based on uncertainty. It is about the decision-making method of selecting the.

1970년대 이후의 고도 성장기에는 사회기반 구조물에 대한 건설 자체가 주된 관심사였으나, 1990년대 중반 이후에 교량을 비롯한 다중 이용 구조물의 시공 또는 공용 중의 붕괴사고로 인해서 사회기반 구조물의 유지관리에 대한 관심과 인식이 제고되었다.In the period of high growth after the 1970s, the construction itself was the main concern, but after the mid-1990s, the interest and recognition of the maintenance of infrastructure was collapsed due to the collapse of bridges and other multi-use structures during construction or public use. This was uplifted.

이후, 사회기반 구조물의 안전하고 합리적인 유지관리를 위한 많은 노력과 발전이 이루어져 왔는데, 최근 들어 사회기반 구조물의 유지관리 시에 발생할 수 있는 문제의 조치 수준을 넘어서 사전에 수립된 전략을 바탕으로 유지관리하려는 노력이 진행 중이다.Since then, many efforts and developments have been made for the safe and rational maintenance of infrastructures. Recently, maintenance has been based on pre-established strategies that go beyond the measures of problems that may occur in the maintenance of infrastructures. Efforts are underway.

이러한 연구 중 하나로서, 대한민국 특허출원번호 제2006-30899호(출원일: 2006년 04월 05일)에는 "생애주기 성능 및 비용에 기초한 사회기반 구조물의 최적유지관리전략 수립 방법"이라는 명칭의 발명이 개시되어 있다.As one of these studies, Korean Patent Application No. 2006-30899 (filed April 05, 2006) discloses an invention entitled "Method for Establishing Optimal Maintenance Strategy for Infrastructure Based on Life Cycle Performance and Cost". Is disclosed.

선행 발명은, 사회기반 구조물 중 교량의 경우에, 교량정보가 주어지면, 유사 교량의 유지관리 이력의 통계분석을 통해 결정된 부재별 열화인자와 해당 열화인자별 보수보강 대안을 선정하여 신뢰지수 및 상태지수를 도입하여 시간에 따른 성능변화를 추정하는 생애주기 성능평가 단계; 교량정보와 도로이용자 비용 추정을 위해 개발된 회귀모델을 통해 이용자 비용을 추정하며, 교량 유지관리 이력으로부터 부재별 유지관리 비용정보 추정을 위한 분석을 실시하는 생애주기 비용평가 단계; 및 생애주기 성능평가 단계와 생애주기 비용평가 단계의 결과를 이용하여 상충되는 생애주기 성능과 비용간의 다중목적 조합 최적화 문제를 유전자 알고리즘의 적합도함수를 이용하여 자동으로 최적의 tradeoff 해를 제공하는 최적 유지관리 시나리오 생성 단계를 포함하여 이루어짐으로써, 연차별 최적 유지관리 시나리오를 자동으로 또는 관리자의 제약조건에 따라 부재수준뿐만 아니라 시스템수준에서도 제공할 수 있다.In the case of bridges among social infrastructures, the present invention provides a reliability index and state by selecting a deterioration factor for each member and a reinforcing reinforcement alternative for the corresponding deterioration factor determined through statistical analysis of the maintenance history of similar bridges when the bridge information is given. Life cycle performance evaluation step of estimating performance change over time by introducing an index; A life cycle cost estimation step of estimating user costs through a regression model developed for estimating bridge information and road user costs, and performing analysis for estimating maintenance cost information for each member from the bridge maintenance history; And optimally maintain the optimal tradeoff solution automatically using the goodness-of-fit function of the genetic algorithm to resolve conflicting multi-purpose combination optimization problems between the life-cycle performance and cost using the results of the life-cycle performance evaluation stage and the life-cycle cost assessment stage. By including the management scenario generation step, it is possible to provide the annual optimal maintenance scenario automatically or at the system level as well as the absence level according to the manager's constraints.

하지만, 이러한 방법은 향후 특정 기간 동안의 유지관리 전략 수립을 위한 것으로, 현 시점의 유지관리 전략 수립을 위한 것은 아니다. 또한, 전문가가 아닌 초보자가 수행하기에는 그 과정이 매우 복잡하고, 분석하는데 많은 시간이 소요되며, 분석을 위한 전용 해석 프로그램이 필요하기 때문에 국토해양부나 지방의 국도관리사무소와 같은 관리주체의 일선 실무자가 적용하기 힘들다는 문제점이 있다. 또한, 상기 특허에서 제시된 방법은 최적 유지관리 전략을 수립하기 위해 성능과 비용만을 고려하지만, 실무에서는 그와 같은 경우 이외에 수많은 경우가 존재하므로 실무자가 일상적으로 사용하기에는 효율성이 떨어진다는 문제점이 있다.However, these methods are intended to establish a maintenance strategy for a specific period in the future, and are not intended to establish a maintenance strategy at this time. In addition, the process is very complicated for beginners who are not experts, takes a lot of time to analyze, and requires a dedicated interpretation program for analysis. Therefore, front-line practitioners such as the Ministry of Land, Transport and Maritime Affairs and local national road management offices There is a problem that it is difficult to apply. In addition, the method proposed in the patent considers only performance and cost in order to establish an optimal maintenance strategy, but in practice there are a number of cases other than such cases, there is a problem that the practitioner is less efficient for everyday use.

또한, 분석적 계층화법을 통한 가중치 결정이나 가중곱을 통한 평가는 일반적인 의사결정 기법이지만, 각각의 의사결정 인자의 등급의 판단이 정성적으로 이루어지고 있으며, 대안의 비용과 성능을 추정하는데 존재하는 확률적 특성을 반영하지 못하고 있기 때문에 신뢰성이 떨어진다는 문제점이 있다.In addition, the weight determination or weighted product evaluation through analytical stratification is a general decision-making technique, but the determination of the grade of each decision factor is made qualitatively, and the probabilistic exists in estimating the cost and performance of alternatives. There is a problem that the reliability is poor because it does not reflect the characteristics.

전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 사회기반 구조물의 유지관리를 위한 최적 보강공법 선정과 관련된 의사결정에 있어서, 불확실성을 고려하여 의사결정 인자에 대한 각 대안의 등급(Rank)을 정량적으로 평가하는 의사결정 방법을 제공하기 위한 것이다.The technical problem to be solved by the present invention to solve the above problems, in the decision-making related to the selection of the optimal reinforcement method for the maintenance of the infrastructure infrastructure, taking into account the uncertainty of the rating of each alternative to the decision factor (Rank It is to provide a decision-making method for quantitatively evaluating).

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 유지관리 주체의 보강공법 선정에 관한 의사결정 시에 유지관리 주체가 정량적 의사결정 및 종합적 의사결정에 의해 합리적으로 보강공법을 선정할 수 있는 의사결정 방법을 제공하기 위한 것이다.Another technical problem to be achieved by the present invention is to provide a decision-making method by which a maintenance subject can reasonably select a reinforcement method by quantitative decision making and comprehensive decision-making when making a decision regarding the selection of a reinforcing method of a maintenance subject. It is to.

전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명에 따른 불확실성 기반의 비용 효율적인 보강공법 선정을 위한 의사결정 방법은, 정성적 성능 평가부, 비용 효율성 평가 및 공법 선정부로 이루어진 의사결정 시스템에 의해 수행되는 보강공법 선정을 위한 의사결정 방법에 있어서, a) 절대적 경제성을 만족하는 대안에 대해 불확실성을 고려한 상대적 경제성을 상기 정성적 성능 평가부가 정량적인 지표로 평가하는 단계; b) 절대적 경제성을 만족하는 대안에 대해 불확실성을 고려한 상대적 성능을 상기 정성적 성능 평가부가 정량적인 지표로 평가하는 단계; c) 상기 평가된 상대적 경제성과 상대적 성능을 이용하여 불확실성을 고려한 비용 효율성을 상기 비용 효율성 평가부가 평가하는 단계; d) 상기 정량적인 지표 이외의 정성적인 평가를 수행해야 하는 정성적인 의사결정 인자를 상기 공법 선정부가 도출하는 단계; e) 분석적 계층화법(Analytic Hierarchy Process)을 이용하여 상기 상대적 경제성 및 상대적 성능 지표에 따른 정량적인 의사결정 인자와 정성적인 의사결정 인자의 가중치를 상기 공법 선정부가 결정하는 단계; 및 f) 가중 평균법을 이용하여 각 대안별 가중 평균값을 상기 공법 선정부가 계산하고, 이를 의사결정의 지표로 이용하는 단계를 포함하되, 상기 상대적 경제성은 직접비용, 간접비용 및 사용자비용의 합이고, 상기 대안은 보강 공법안이며, 상기 의사결정은 정량적인 성능평가 결과에 따른 정량적 의사결정, 및 상기 정량적인 성능평가 결과와 정성적인 평가 결과의 종합적 의사결정으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.As a means for achieving the above-described technical problem, the decision-making method for selecting the cost-effective reinforcement method based on the uncertainty according to the present invention is performed by a decision system consisting of a qualitative performance evaluation unit, a cost efficiency evaluation and a method selection unit. A decision method for selecting a reinforcement method, the method comprising: a) evaluating a relative economic efficiency considering a uncertainty about an alternative satisfying an absolute economic efficiency as a quantitative index by the qualitative performance evaluation unit; b) evaluating, by the qualitative performance evaluator, a quantitative indicator of the relative performance taking into account uncertainty for an alternative that satisfies absolute economics; c) evaluating, by the cost efficiency evaluator, cost efficiency considering uncertainty using the evaluated relative economics and relative performance; d) deriving a qualitative decision factor for performing a qualitative evaluation other than the quantitative indicators; e) determining, by the method selection unit, weights of quantitative decision factors and qualitative decision factors according to the relative economic and relative performance indices using an analytic hierarchy process; And f) calculating the weighted average value of each alternative using a weighted average method and using the method as an index for decision making, wherein the relative economics are a sum of direct costs, indirect costs and user costs. An alternative is the reinforcement method, wherein the decision is made by quantitative decision according to the quantitative performance evaluation result and comprehensive decision of the quantitative performance evaluation result and the qualitative evaluation result.

여기서, 상기 정량적 의사결정은 절대적 경제성을 만족하는 대안에 대해 상대적 경제성 지표와 성능 지표를 시뮬레이션 기법을 통해 확률적으로 생성한 후, 이를 이용해 보강공법의 비용 효율성을 계산하며, 각 대안의 비용 효율성이 모든 대안의 평균값을 초과할 확률을 계산함으로써 이를 의사결정의 근거로 사용될 수 있다.In this case, the quantitative decision making is performed by generating a relative economic index and a performance index probabilistically through a simulation technique for alternatives satisfying absolute economic feasibility, and then calculating the cost effectiveness of the reinforcement method using the cost-effectiveness of each alternative. By calculating the probability of exceeding the mean value of all alternatives, it can be used as a basis for decision making.

여기서, 상기 절대적 경제성은 각 대안별 예상 소요비용과 배정받은 예산의 비교를 통해 추정되며, 절대적 경제성의 확률 분석은 보강공법별 보강 공사비를 정규분포로 가정하고, 유지관리 주체가 평가하는 대안의 유지관리 비용의 추정 불확실성의 정도를 이용하여 유지관리 예산을 초과할 확률을 계산하는 것을 특징으로 한다.Here, the absolute economic feasibility is estimated by comparing the estimated cost of each alternative with the allocated budget, and the probability analysis of the absolute economic feasibility assumes a normal distribution of the reinforcement construction cost for each reinforcement method and maintains the alternatives evaluated by the maintenance subject. The probability of exceeding the maintenance budget is calculated using the degree of uncertainty in the management cost.

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여기서, 상기 a) 단계의 상대적 경제성의 확률 평가는 예산에 대한 제약조건을 만족하는 대안에 대해 각 대안(보강공법)과 전체 평균과의 상대 비교를 통해 평가될 수 있다.In this case, the probability evaluation of the relative economic efficiency of step a) may be evaluated by comparing each alternative (reinforcement method) with the overall average for the alternatives satisfying the constraints on the budget.

여기서, 상기 b) 단계의 불확실성을 고려한 상대적 성능은 보강공법을 통해 성능을 개선한 사회기반 구조물이 장기적으로 성능을 유지할 수 있는지와 상기 보강공법 자체의 목표 성능 발휘 여부를 통해 평가될 수 있다.Here, the relative performance in consideration of the uncertainty of step b) can be evaluated through whether the infrastructure which has improved performance through the reinforcement method can maintain the performance in the long term and whether the reinforcement method itself exhibits the target performance.

여기서, 상기 c) 단계의 비용 효율성은 불확실성을 고려하여 상기 상대적 성능과 상대적 경제성의 비를 통해 계산될 수 있다.Here, the cost efficiency of step c) may be calculated based on the ratio of relative performance and relative economics in consideration of uncertainty.

여기서, 상기 c) 단계의 비용 효율성의 등급은 상기 절대적 경제성 분석을 만족하는 대안의 평균 비용효과와 각 대안의 비용 효율성을 비교하여 계산될 수 있다.In this case, the cost efficiency grade of step c) may be calculated by comparing the average cost effectiveness of the alternatives satisfying the absolute economic analysis with the cost efficiency of each alternative.

본 발명에 따르면, 사회기반 구조물의 유지관리를 위한 최적 보강공법 선정과 관련된 의사결정에 있어서, 정량적 비용 효율성을 감안하여 최적 의사결정을 지원해줄 수 있다.According to the present invention, in the decision related to the selection of the optimal reinforcement method for the maintenance of the infrastructure, it is possible to support the optimal decision making in consideration of quantitative cost efficiency.

본 발명에 따르면, 유지관리 주체의 보강공법 선정에 관한 의사결정 시 유지관리 주체가 정량적 의사결정 및 종합적 의사결정에 의해 합리적으로 보강공법을 선정할 수 있다.According to the present invention, the maintenance subject may reasonably select the reinforcement method by quantitative decision making and comprehensive decision making when making a decision regarding the selection of the reinforcing method of the maintenance subject.

본 발명에 따르면, 유지관리 주체의 보강공사 관련 의사결정시에 주어진 환경 하에서 최적의 보강공법을 선정함으로써 장기적 측면에서 유지관리 예산을 절감할 수 있다.According to the present invention, it is possible to reduce the maintenance budget in the long term by selecting the optimal reinforcement method under a given environment at the time of decision-making related to the reinforcement work of the maintenance subject.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한 다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein.

먼저, 본 발명의 실시예에 따른 최적 보강공법 선정과 관련된 의사결정 방법은, 크게 2단계, 즉, 정량적 의사결정 과정 및 종합적 의사결정 과정으로 이루어진다.First, the decision making method related to selecting an optimal reinforcing method according to an embodiment of the present invention is largely composed of two steps, that is, a quantitative decision making process and a comprehensive decision making process.

첫 번째 정량적 의사결정은 절대적 경제성을 만족하는 대안에 대해 상대적 경제성(직접비용과 사용자비용의 합)과 대안(보강 공법)의 성능을 시뮬레이션 기법을 통해 확률적으로 추정하고, 이 두 가지 지표를 이용하여 보강공법의 비용 효율성을 계산한 후, 각 대안의 비용 효율성이 모든 대안의 평균값을 초과할 확률을 계산하여 이를 의사결정의 근거로 사용하는 과정이다.The first quantitative decision-making method uses stochastic estimates of the relative economics (sum of direct and user costs) and the performance of the alternatives (reinforcement) for alternatives that satisfy absolute economics. After calculating the cost effectiveness of the reinforcement method, it is the process of calculating the probability that the cost efficiency of each alternative exceeds the average value of all alternatives and using this as the basis for decision making.

두 번째 종합적인 의사결정은 정량적 의사결정 인자(비용-효율) 이외에 사회적 요인, 심미적 요인, 정치적 요인 등과 같은 정성적 의사결정 인자가 있는 경우, 분석적 계층화법(Analytic Hierarchy Process)을 통해 의사결정 인자의 가중치를 결정하고, 유지관리 주체가 정한 정성적 의사결정 인자의 등급(Rank)과 각각의 가중치를 곱하여 가중곱을 계산하고, 각 대안별로 가중곱 값을 모두 합한 후 이 값으로 대안을 평가하는 일련의 과정이다.The second comprehensive decision-making is based on the Analytic Hierarchy Process, where qualitative decision-making factors such as social, aesthetic and political factors are in addition to quantitative decision-making factors (cost-efficiency). A weighted product is determined by multiplying each of the weights by the rank of the qualitative decision factor determined by the maintenance agent and the respective weights, summing the weighted product values for each alternative, and then evaluating the alternatives using these values. It is a process.

다시 말하면, 본 발명의 실시예에 따른 불확실성 기반의 비용 효율적인 보강공법 선정을 위한 의사결정 방법은, 불확실성을 고려한 정량적인 평가 방법에 의해 보강공법의 상대적 경제성, 상대적 성능, 상대적 비용 효율성을 분석하고, 또한, 추가적인 정성적 의사결정 인자가 존재하는 경우, 종합적 판단을 유도하도록 분석 적 계층화법에 의해 가중치를 결정한 후 정성적인 성능평가 결과와 정량적인 평가 결과를 종합하여 의사결정을 수행하게 된다.In other words, the decision-making method for selecting a cost-effective reinforcement method based on uncertainty according to an embodiment of the present invention analyzes the relative economics, relative performance, and relative cost-efficiency of the reinforcement method by a quantitative evaluation method in consideration of uncertainty, In addition, when additional qualitative decision factors exist, weights are determined by analytical stratification to induce comprehensive judgment, and then decision is made by combining qualitative and quantitative evaluation results.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 불확실성 기반의 비용 효율적인 보강공법 선정을 위한 의사결정 방법을 수행하는 시스템의 개략적인 구성도이다.1 is a schematic configuration diagram of a system for performing a decision method for selecting a cost-effective reinforcement method based on uncertainty according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 불확실성 기반의 비용 효율적인 보강공법 선정을 위한 의사결정 방법을 포함하는 상위 시스템은 자산관리 시스템(100)으로서, 자산관리 전략수립 시스템(110), 의사결정 시스템(120) 및 데이터베이스(130)를 포함할 수 있고, 이때, 의사결정 시스템(120)은 비용 효율성 평가부(121), 정성적 성능 평가부(122) 및 공법 선정부(123)로 구성될 수 있지만, 이에 국한되는 것은 아니다. 여기서, 데이터베이스(130)는 시설물 성능이력 데이터베이스(131), 보수보강효과 DB(132), 보수보강비용 DB(133) 및 시설물 자산관리 DB(134)로 구성될 수 있다.Referring to FIG. 1, an upper system including a decision-making method for selecting an uncertainty-based cost-effective reinforcement method according to an embodiment of the present invention is an asset management system 100, and an asset management strategy establishment system 110 and a doctor's decision. And a decision system 120 and a database 130, wherein the decision system 120 includes a cost efficiency evaluator 121, a qualitative performance evaluator 122, and a method selection unit 123. May be, but is not limited to. Here, the database 130 may include a facility performance history database 131, a reinforcement effect DB 132, a reinforcement cost DB 133, and a facility asset management DB 134.

사회기반 구조물(200), 예를 들면, 제1 내지 제N 교량(201, 202, 203)의 점검 및 진단 등을 통해 수집된 자료는 데이터베이스(130) 내부 시설물 성능이력 데이터베이스(131)에 저장되며, 자산관리 시스템(100) 내부의 자산관리 전략 수립 시스템(110)은 데이터베이스(130)에 있는 데이터를 바탕으로 자산관리전략(보강우선순위)을 수립하고, 의사결정 시스템(120)에서는 보강공사가 필요한 시설물에 대해 최적 보강공법, 보강방법, 보강업체 결정 등의 의사결정을 수행하게 된다. 의사결정 시스템(120)의 사용자(유지관리 주체)는 대안에 대한 비용 효율성 평가(121)를 위해 데이터베이스(132, 133)에 대안의 성능, 비용에 대한 통계적인 데이터를 요구 하고 이를 통해 대안의 정량적인 평가가 가능하다. 그 후 정성적 성능평가 인자가 존재할 경우 정성적 성능 평가(122)를 수행하게 되며, 그 후 공법 선정(123)을 수행한 후, 유지관리 주체는 의사결정시스템(120)에서 분석된 결과에 따라 사회기반 구조물(200)을 관리한다.The data collected through the inspection and diagnosis of the social infrastructure 200, for example, the first to Nth bridges 201, 202, and 203 may be stored in the facility performance history database 131 in the database 130. In addition, the asset management strategy establishment system 110 in the asset management system 100 establishes an asset management strategy (reinforcement priority) based on the data in the database 130, and the reinforcement work is performed in the decision system 120. Decision-making such as optimal reinforcement method, reinforcement method, and reinforcement company decision is performed for necessary facilities. The user (maintenance agent) of decision system 120 requests statistical data on the performance and cost of the alternative from the databases 132 and 133 for the cost effectiveness assessment 121 of the alternative, thereby quantifying the alternative. Phosphorus evaluation is possible. After that, if there is a qualitative performance evaluation factor, the qualitative performance evaluation 122 is performed, and after performing the method selection 123, the maintenance subject according to the analysis result of the decision system 120 is performed. Manage the social infrastructure 200.

본 발명의 실시예에 따른 의사결정 시스템(120)은, 사회기반 구조물의 유지관리에 따른 불확실성을 고려한 비용 효율적인 최적 보강공법 선정을 위한 의사결정 방법을 수행하게 되는데, 구체적으로, 1) 정량적 지표로서, 절대적 경제성을 만족하는 대안에 대해 불확실성을 고려한 상대적 경제성을 평가하고, 2) 정량적 지표로서, 절대적 경제성을 만족하는 대안에 대해 불확실성을 고려한 상대적 성능을 평가하며, 3) 상기 수행된 상대적 경제성과 상대적 성능을 이용해 불확실성을 고려한 비용 효율성을 평가하고, 4) 정량적인 지표 이외 정성적인 평가를 수행해야 하는 의사결정 인자를 도출하고, 5) 분석적 계층화법을 이용하여 정량적인 의사결정 인자와 정성적인 의사결정 인자의 가중치를 결정하며, 6) 가중평균법을 이용하여 각 대안별 가중평균값을 계산하고 이를 의사결정의 지표로 이용하며, 이때 정량적인 성능평가 결과와 정성적인 평가 결과를 종합하여 의사결정을 수행한다. 이때, 정량적인 의사결정 인자와 정성적인 의사결정 인자는 의사결정자의 판단에 따라 조절될 수 있다.The decision system 120 according to an embodiment of the present invention performs a decision method for selecting a cost-effective optimal reinforcement method in consideration of uncertainty due to the maintenance of a social infrastructure. Specifically, 1) as a quantitative indicator. Assess the relative economics of uncertainty for alternatives that meet absolute economics, and 2) assess the relative performance of uncertainty for alternatives that satisfy absolute economics, and 3) the relative economics and relative Performance is used to assess cost effectiveness taking into account uncertainties, 4) to derive decision factors that need to be evaluated qualitatively rather than quantitative indicators, and 5) to use quantitative decision factors and qualitative decision making using analytical stratification. 6) Weighted average of each alternative is calculated by using weighted average method. In this case, the decision is made by combining the quantitative performance evaluation results with the qualitative evaluation results. In this case, the quantitative decision factor and the qualitative decision factor may be adjusted according to the decision of the decision maker.

여기서, 상기 절대적 경제성은 각 대안별 예상 소요비용과 배정받은 예산의 비교를 통해 추정된다. 즉, 예산은 보강공법의 절대비교 값으로서의 역할과, 보강공사의 가부를 결정하는 제약조건의 역할을 동시에 하며, 절대적 경제성은 예산에 비해 보강공법이 얼마나 경제적인가를 판단하는 지표로 사용된다. 또한, 상기 절대적 경제성은 불확실성 분석을 통해 계산되는데, 이는 시공업체가 추정한 공사비가 여러 가지 불확실성을 내포하고 있기 때문에 개략적인 공사비를 추정하는데 있어 추정에 오차가 존재하므로 예상치 못하게 예산을 초과할 수 있는 확률을 계산한다는 것을 의미한다.Here, the absolute economic feasibility is estimated by comparing the estimated cost of each alternative with the allocated budget. In other words, the budget serves as an absolute comparison value of the reinforcement method and a constraint that determines the adequacy of the reinforcement. Absolute economics are used as an indicator to determine how economical the reinforcement method is compared to the budget. In addition, the absolute economic feasibility is calculated through an uncertainty analysis, because the cost of construction estimated by the contractor includes various uncertainties, so that there is an error in the estimation of the rough construction cost, which may unexpectedly exceed the budget. Means to calculate the probability.

또한, 절대적 경제성의 확률 분석은 공법별 보강 공사비를 정규분포로 가정하고, 유지관리 주체가 평가하는 대안의 유지관리 비용의 추정 불확실성의 정도(표준편차, 변동계수)를 이용하여 유지관리 예산을 초과할 확률을 계산하게 된다. 예를 들면, 수학식 1에 도시된 바와 같이, 예산초과 확률이 10%를 초과하지 않는 대안에 대해 추가적인 분석, 예를 들면, 경제성 평가 및 성능 평가가 수행될 수 있다.In addition, the probability analysis of absolute economic feasibility assumes a normal distribution of reinforcement construction costs by construction method, and exceeds the maintenance budget by using the degree of uncertainty (standard deviation, coefficient of variation) of the maintenance cost of the alternatives evaluated by the maintenance body. Calculate the probability of doing For example, as shown in Equation 1, further analysis, for example, an economic evaluation and a performance evaluation, may be performed for alternatives where the budget excess probability does not exceed 10%.

Figure 112008089256776-pat00001
Figure 112008089256776-pat00001

여기서,

Figure 112008089256776-pat00002
,
Figure 112008089256776-pat00003
는 각 대안의 평균 보강비용과 표준편차를 의미한다. 이때, 다음의 수학식 2에 도시된 바와 같이, 예산초과 확률 10%는 신뢰성지수로 표현하면 1.28에 해당하는 값이다. 그리고 표준정규분포함수
Figure 112008089256776-pat00004
(평균=0, 분산=1인 정규분포함수)는 다음의 수학식 3과 같게 된다.here,
Figure 112008089256776-pat00002
,
Figure 112008089256776-pat00003
Means average reinforcement cost and standard deviation of each alternative. In this case, as shown in Equation 2 below, the probability of exceeding the budget of 10% is a value corresponding to 1.28 when expressed as a reliability index. And standard normal distribution function
Figure 112008089256776-pat00004
(Normal distribution function with mean = 0 and variance = 1) becomes as shown in Equation 3 below.

Figure 112008089256776-pat00005
Figure 112008089256776-pat00005

따라서 유지관리 주체가 입력한 유지관리 예산 및 대안의 평균 가격 및 불확실성 정도를 통해서 평가한 신뢰성지수가 1.28 이하라는 것은 예산초과 확률이 10%를 넘는다는 것을 의미하므로, 이것은 기준치를 만족하지 못하는 값이라고 할 수 있다. Therefore, a reliability index of 1.28 or less, as assessed by the maintenance budget and the average price and uncertainty of the alternatives, means that the probability of budget overrun exceeds 10%. can do.

Figure 112008089256776-pat00006
Figure 112008089256776-pat00006

또한, 상대적 경제성의 확률 평가는 앞선 정부 예산에 대한 제약조건을 만족하는 대안, 예를 들면, 수학식 1 및 수학식 2를 만족하는 대안에 대해 보강공법과 각 대안의 전체 평균과의 상대 비교를 통해 평가될 수 있다. In addition, the probability assessment of relative economics also provides a relative comparison between the reinforcement method and the overall mean of each alternative for alternatives that meet the constraints of the preceding government budget, for example, equations (1) and (2). Can be evaluated.

예를 들면, 각 대안이 전체 대안의 평균을 초과할 확률을 구하고, 이를, 도 2에 도시된 바와 같이, 0~100%의 초과확률을 11 간격으로 분리된 표와 비교하여 각 대안의 경제성 지표를 정량적으로 구할 수 있다. For example, calculate the probability that each alternative would exceed the average of all alternatives, and compare the probability of excess of 0-100% with a table separated by 11 intervals, as shown in FIG. Can be obtained quantitatively.

도 2는 대안의 신뢰성지수, 평균초과확률 및 점수와의 관계를 나타내는 도면이다.2 is a diagram showing the relationship between the alternative reliability index, the average excess probability, and the score.

도 2를 참조하면, 경제성 지표 10은 평균을 초과할 확률이 약 9% 미만임을 의미하고, 경제성지표 5는 평균과 동등한 수준, 경제성지표 0은 대안의 보강비용이 평균 이상일 확률이 약 91%라는 것을 의미한다.Referring to FIG. 2, the economic index 10 means that the probability of exceeding the average is less than about 9%, the economic index 5 is equivalent to the average, and the economic index 0 is about 91% that the probability of reinforcing the alternative is above the average. Means that.

이때, 각각의 대안의 비용이 정규분포라고 가정하면, 보강공법의 통계적 모수(평균값, 분산)는 다음의 수학식 4에 의해 평균값을 계산하고, 수학식 5에 의해 분산을 계산할 수 있다.At this time, assuming that the cost of each alternative is a normal distribution, the statistical parameters (average value, variance) of the reinforcement method may calculate the average value by the following equation (4), and calculate the variance by the equation (5).

Figure 112008089256776-pat00007
Figure 112008089256776-pat00007

Figure 112008089256776-pat00008
Figure 112008089256776-pat00008

이후, 대안이 평균값을 초과할 신뢰성지수는 다음의 수학식 6과 같이 정해지고, 수학식 7 및 수학식 8을 이용하여 각 대안이 평균값을 초과할 확률 및 대안별 등급(Rank)을 각각 계산할 수 있다.Then, the reliability index at which the alternatives will exceed the average value is determined as shown in Equation 6 below, and equations 7 and 8 can be used to calculate the probability of each alternative exceeding the average value and the rank of each alternative. have.

Figure 112008089256776-pat00009
Figure 112008089256776-pat00009

Figure 112008089256776-pat00010
Figure 112008089256776-pat00010

Figure 112008089256776-pat00011
Figure 112008089256776-pat00011

여기서,

Figure 112008089256776-pat00012
, n은 대안의 수를 나타낸다.here,
Figure 112008089256776-pat00012
, n represents the number of alternatives.

한편, 보강공법의 경제성은 직접 공사비뿐만 아니라 보강공사를 수행함으로써 발생하는 간접비용까지 고려하여야 한다. 간접비용의 경우, 보강공사의 수행에 따른 지체 및 정체에 의해 발생하는 차량운행 비용, 통행시간 비용 등으로 구성될 수 있다. 즉, 간접비용은 지체 및 정체에 의해 같은 거리를 통행하는데 기존과 비교하여 많은 시간이 소요되므로, 이를 통행하는 차량에 대한 비용과 차량에 타고 있는 운전자 및 승객의 시간 가치를 화폐로 가치화한 금액이다.On the other hand, the economics of reinforcement method should consider not only direct construction cost but also indirect cost incurred by performing reinforcement work. In the case of indirect costs, it may be composed of vehicle operation costs, travel time costs, etc. caused by the delay and congestion caused by the reinforcement work. In other words, the indirect cost is the amount of money valued by the cost of the vehicle passing through and the time value of the driver and passenger in the vehicle because it takes much time compared to the conventional one to travel the same distance due to delay and congestion. .

예를 들면, 도로의 통행량은 시간대별로 다르므로, 차선을 통제하였을 때 발생하는 지체 역시 시간대별로 다를 것이다. 즉, 차량통행이 많은 출퇴근 시간에 보강공사를 수행한다면 보다 많은 간접비용이 발생할 것이며, 차량통행이 적은 심야 시간에 보강공사를 수행한다면 이에 대한 영향이 적을 것이다. 또한, 보수공사의 기간 역시 공법의 특징 및 자원 투자 계획에 따라 다를 것이 자명하다. 이에 대한 고려를 위해서는 유지관리 주체가 보강공사 입찰자로부터 작업계획을 받고, 이를 기존에 개발된 교량 생애주기비용 분석을 위한 사용자비용 산정 프로그램(건설교통부/한국시설안전기술공단, 2004) 또는 전술한 특허출원번호 제2006-30899호 에 개시된 방법 등을 통해 산정할 수 있는데, 전술한 경제성 평가를 위한 구체적인 절차는 도 3과 같다.For example, road traffic varies by time of day, so delays in lane control will also vary by time of day. In other words, if the reinforcement work is carried out during rush hour when the traffic is heavy, more indirect cost will be incurred. In addition, it is obvious that the duration of the renovation work will also depend on the characteristics of the construction method and the resource investment plan. In order to take this into consideration, the maintenance subject receives a work plan from the reinforcement bidder, and the user cost estimation program for analyzing the life cycle cost of the previously developed bridge (Ministry of Construction and Transportation / Korea Facility Safety Technology Authority, 2004) or the aforementioned patent It can be calculated through the method disclosed in the application number 2006-30899, etc., the specific procedure for the economic evaluation described above is as shown in FIG.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 불확실성 기반의 비용 효율적인 보강공법 선정을 위한 의사결정 방법에 있어서 경제성 평가 과정을 구체적으로 예시하는 동작흐름도이다.FIG. 3 is an operation flowchart specifically illustrating an economic evaluation process in a decision method for selecting an uncertainty-based cost-effective reinforcement method according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 의사결정을 위한 분석 순서는 유지보수 예산 배정(S11), 입찰 의뢰(S12), 입찰의뢰서 접수(S13) 및 입찰의뢰서 분석(S14)으로 이루어지는 기본 단계, 및 경제성 분석(S15) 및 의사결정(S16)으로 이루어지는 분석 및 평가 단계가 수행되는데, 본 발명의 실시예에 따른 의사결정 시스템(120)은 상기 유지보수 예산 배정(S11)에 대응하여 예산을 입력(S21)하고, 상기 입찰의뢰서 분석(S14)에 대응하여 업체별 보강 공사비, 불확실성 정도 및 공사계획 등을 수립하며(S22), 전술한 바와 같은 예산초과 확률을 분석하게 된다(S23). 이후, 의사결정 시스템(120)은 대안의 타당성을 확인하여(S24), 전술한 바와 같은 간접비 평가(S25) 및 경제성 평가(S26)를 수행하게 된다.Referring to Figure 3, the analysis sequence for decision making is a basic step consisting of maintenance budget allocation (S11), bid request (S12), bid request receipt (S13) and bid request analysis (S14), and economic analysis (S15) And an analysis and evaluation step consisting of a decision (S16) is performed, the decision system 120 according to an embodiment of the present invention inputs a budget (S21) in response to the maintenance budget allocation (S11), Corresponding to the bid request analysis (S14) to establish the reinforcement construction cost, uncertainty degree and construction plan for each company (S22), and analyzes the budget excess probability as described above (S23). Thereafter, the decision system 120 checks the feasibility of the alternative (S24) and performs the overhead evaluation (S25) and the economic evaluation (S26) as described above.

한편, 불확실성을 고려한 상대적 성능은 보강공법을 통해 성능을 개선한 사회기반 구조물, 예를 들면, 교량이 장기적으로 이러한 성능을 유지할 수 있는지 여부와 보강공법 자체의 목표성능 발휘 여부를 통해 평가된다. 이때, 성능을 개선한 교량이 장기적으로 이러한 성능을 유지할 수 있는지는 열화된 구조물에 보강공법을 적용하였을 때 발휘되었던 성능 향상의 정도가 어느 정도 기간 동안 유지되는지 평가하는 것이 핵심이다. 즉, 목표성능을 초과할 때까지의 기대 잔존 시간(년)을 의미하며, 목표성능을 초과할 때까지의 시간(년)이 각 공법 간 성능평가의 인자가 된다.On the other hand, the relative performance in consideration of uncertainty is evaluated based on whether the infrastructure, for example, the bridge, which has improved performance through reinforcement method, can maintain such performance in the long term, and whether the reinforcement method itself achieves the target performance. At this time, it is key to evaluate how long the performance improvement that is exhibited when the reinforcement method is applied to the deteriorated structure is maintained for the bridge which has improved performance in the long term. In other words, it means the expected remaining time (year) until the target performance is exceeded, and the time (year) until the target performance is exceeded becomes a factor of performance evaluation between the respective methods.

또한, 보강공법 자체의 목표성능 발휘 여부는 목표성능지표가 만족될 가능성을 의미한다. 따라서 목표성능을 정규분포로 가정할 수 있고, 평균적으로 목표성능을 발휘하지만 10%의 불확실성이 있는 경우, 이때, 목표성능 발휘계수(P)는 N(1.0, 0.1)의 형태로 표시할 수 있다. 만약 같은 불확실성을 가지며, 평균적으로 90%의 목표성능만 기대된다고 할 경우, N(0.9, 0.1)의 형태로 나타낼 수 있다.In addition, whether the reinforcement method itself exhibits the target performance means that the target performance index is satisfied. Therefore, if the target performance can be assumed to be a normal distribution and the average performance is achieved but there is an uncertainty of 10%, then the target performance coefficient P can be expressed in the form of N (1.0, 0.1). . If we have the same uncertainty and only 90% of the target performance is expected on average, it can be expressed as N (0.9, 0.1).

이러한 보강공법의 목표성능 발휘 여부와 보강공법의 장기 성능 유지 가능성을 결합하여 하나의 지표로 산정하게 된다. 다시 말하면, 사용자가 입력한 보강공법의 장기성능 유지가능성을 통해 보강공사가 수행된 노후된 교량의 평균 열화율을 계산할 수 있으며, 보강공법의 목표성능 발휘 여부로 평균 열화율 직선의 초기 절편값을 수정해줌으로써 보강공법의 성능을 평균 열화율을 고려한 장기성능 유지 가능성(보장년도)로 모델링할 수 있다. 이러한 과정은 도 4의 절차에 따라 수행되고, 최종적으로 도 5에 도시된 결과를 얻을 수 있다.The indicator combines the performance of the reinforcement method with the target performance and the possibility of maintaining the long-term performance of the reinforcement method. In other words, it is possible to calculate the average deterioration rate of the aged bridge in which the reinforcement work is performed through the possibility of maintaining the long-term performance of the reinforcement method input by the user, and modify the initial intercept value of the average deterioration rate straight line to show the target performance of the reinforcement method. By doing so, the performance of the reinforcement method can be modeled as the possibility of maintaining long-term performance (guaranteed year) considering the average deterioration rate. This process is performed according to the procedure of FIG. 4, and finally the result shown in FIG. 5 can be obtained.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 불확실성 기반의 비용 효율적인 보강공법 선정을 위한 의사결정 방법에 있어서 불확실성을 고려한 상대적 성능 평가를 위해 공용수명 연장량을 산정하는 과정의 동작흐름도이고, 도 5는 도 4의 공용수명 연장량 산정에 따라 보강공법 성능의 확률적 모델링을 예시하는 도면이다.FIG. 4 is a flowchart illustrating a process of estimating the extension of common life for evaluating relative performance in consideration of uncertainty in a decision method for selecting an uncertainty-based cost-effective reinforcement method according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a diagram illustrating the probabilistic modeling of the performance of the reinforcement method according to the calculation of the common life extension amount of 4.

도 4를 참조하면, 불확실성을 고려한 상대적 성능 평가를 위해 공용수명 연장량을 산정하는 과정은, 먼저, 보강공법의 공용 수명 연장량을 입력하고(S41), 노후된 시설물의 평균 열화율을 산정하며(S42), 보강공법 발휘 여부에 따라 수정하게 되는데(S43), 도 5에 도시된 바와 같이, 보강공법의 목표성능 발휘 여부로 평균 열화율 직선의 초기 절편값을 수정하게 된다. 이후, 시뮬레이션(S45)을 통해 공용수명 연장량을 산정하게 된다(S45).Referring to FIG. 4, in the process of calculating the common life extension amount for the relative performance evaluation considering the uncertainty, first, the common life extension amount of the reinforcement method is input (S41), and the average degradation rate of the aged facility is calculated ( S42), but is corrected according to whether the reinforcement method is exhibited (S43), as shown in Figure 5, to modify the initial intercept value of the average deterioration rate straight line whether or not to exhibit the target performance of the reinforcement method. Thereafter, the common life extension amount is calculated through the simulation (S45) (S45).

한편, 본 발명의 실시예에 따른 비용 효율성은 불확실성을 고려하여 앞서 분 석된 상대적 성능과 상대적 경제성의 비를 통해 다음의 수학식 9와 같이 계산된다. 즉, 수학식 9는, 예를 들면, 단위비용을 가지고, 노후된 교량의 수명을 어느 정도 늘릴 수 있는지를 평가하는 지표를 나타낸다.On the other hand, the cost efficiency according to the embodiment of the present invention is calculated as shown in the following Equation 9 through the ratio of the relative performance and relative economics previously analyzed in consideration of the uncertainty. That is, Equation (9) shows, for example, an index for evaluating how long the life of an aged bridge can be extended with a unit cost.

Figure 112008089256776-pat00013
Figure 112008089256776-pat00013

또한, 비용 효율성도 앞선 경제성 평가 같은 방법으로 절대적 경제성 분석을 만족하는 대안의 평균 비용 효율성과 각 대안의 비용 효율성을 비교함으로써 불확실성을 고려한 비용 효율성을 계산할 수 있다.In addition, cost efficiency can be calculated by considering the uncertainty by comparing the average cost efficiency of the alternatives that satisfy the absolute economic analysis with the cost efficiency of each alternative in the same way as the previous economic evaluation.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 종합적인 의사결정은 정량적인 의사결정 인자(비용-효과) 외에 사회적 요인, 심미적 요인, 정치적 요인 등과 같은 정성적인 의사결정 인자가 있는 경우 분석적 계층화법(Analytic Hierarchy Process: AHP)을 통해 의사결정 인자의 가중치를 결정하고, 유지관리 주체가 정한 정성적인 의사결정 인자의 등급(Rank)과 각각의 가중치를 곱하여 가중곱을 계산하고, 각 대안별로 가중곱 값을 모두 합한 후 이 값으로 대안을 평가하는 일련의 과정을 수행하게 된다.Meanwhile, comprehensive decision making according to an embodiment of the present invention is an analytic hierarchy process when there are qualitative decision factors such as social factors, aesthetic factors, and political factors in addition to quantitative decision factors (cost-effectiveness). : AHP) is used to determine the weight of the decision factor, calculate the weighted product by multiplying each of the weights by the rank of the qualitative decision factor determined by the maintenance agent, and adding up the weighted products for each alternative. This value will lead to a series of procedures for evaluating alternatives.

도 6은 의사결정 인자 사이의 상대 비교를 위한 상대적 중요도의 평가기준을 예시하는 도면이고, 도 7은 분석적 계층화법(AHP)의 계층 구조를 예시하는 도면이다.FIG. 6 is a diagram illustrating an evaluation criterion of relative importance for relative comparison between decision factors, and FIG. 7 is a diagram illustrating a hierarchical structure of an analytical stratification method (AHP).

도 7을 참조하면, 분석적 계층화법(AHP)은 여러 가지의 대안을 동시에 고려 하는 과정에서 발생될 수 있는 일관성 결여사항을 배제하기 위해서 한 번에 두 개의 대상(objects) 또는 기준(criteria)만을 비교하도록 함으로써 결과적으로 전체를 평가하는 방법으로 사용되었으나 본 발명의 실시예에서는 이를 정량적인 의사결정 인자(비용 효율성)와 정성적인 의사결정 인자(미적, 사회적, 정치적 등) 사이의 상대적 중요도(가중치)를 결정하는데 사용하게 된다.Referring to FIG. 7, analytical stratification (AHP) compares only two objects or criteria at a time to rule out inconsistencies that may arise in considering multiple alternatives simultaneously. As a result, it was used as a method of evaluating the whole, but in the embodiment of the present invention, the relative importance (weight) between the quantitative decision factor (cost efficiency) and the qualitative decision factor (aesthetic, social, political, etc.) Will be used to make the decision.

또한, 이러한 분석적 계층화법을 통해 의사결정 인자들 간의 상대비교를 통해 정규화된 가중치를 결정할 수 있다. 의사결정 인자 사이의 상대 비교는 개별 비교법에 의해서 이루어지고, 이때, 개별 비교를 위해서는 비교 매트릭스가 구성되고, 평가를 위해 도 6에 도시된 바와 같은 평가척도가 사용될 수 있다. 이러한 AHP 기법상의 평가척도는 건설사업 관리자가 스스로의 주관적 판단, 경험, 지식 등을 직관적이면서도 자연스러운 방법으로 의사결정에 반영할 수 있다.In addition, this analytic stratification method can be used to determine normalized weights through relative comparison between decision factors. Relative comparisons between decision factors are made by individual comparison methods, where a comparison matrix is constructed for individual comparisons, and an evaluation scale as shown in FIG. 6 can be used for evaluation. Such AHP evaluation scales allow construction managers to reflect their subjective judgment, experience, and knowledge in decision making in an intuitive and natural way.

이후, 비교 매트릭스상의 비교가 끝나면, 다양한 구성요소의 상대적 가중치(weighting factor)를 도출하게 된다. 구체적으로, 바로 상위수준의 요소에 대한 단계별 두성요소의 상대적 가중치는 비교 매트릭스의 값을 벡터 구성요소로 처리함으로써 계산된다. 대안의 가중치 합은 계층구조 최상위 수준에서 최하위 수준까지 이르는 경로(path)를 통해 그 대안과 관련된 각각의 가중치를 합산함으로써 결정된다. 최종적으로 각 대안의 우선순위는 이와 같이 계층구조를 통해서 결정된 가중치를 상위수준 평가기준의 가중치와 곱함으로써 구해질 수 있다. 여기서, 이러한 가중치 결정에 대한 수학적 근거는 "The Analytic Hierarchy Process(Saaty; 1980)"을 참고할 수 있다.After the comparison on the comparison matrix, the relative weighting factors of the various components are derived. Specifically, the relative weights of the two-level constituents for each of the top-level elements are calculated by treating the values of the comparison matrix as vector components. The sum of the weights of the alternatives is determined by summing each weight associated with that alternative through a path from the top level to the bottom level of the hierarchy. Finally, the priority of each alternative can be obtained by multiplying the weight determined through the hierarchy with the weight of the higher level criteria. Here, the mathematical basis for determining the weight may refer to "The Analytic Hierarchy Process (Saaty) 1980".

한편, 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 불확실성 기반의 비용 효율적인 보강공법 선정을 위한 의사결정 방법의 동작흐름도이다.Meanwhile, FIG. 8 is a flowchart illustrating a decision method for selecting a cost-effective reinforcement method based on uncertainty according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 8을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 불확실성 기반의 비용 효율적인 보강공법 선정을 위한 의사결정 방법은, 먼저, 유지관리 예산을 입력하고(S101), 불확실성을 고려한 대안들을 입력한다(S102). 이러한 대안들은 데이터베이스 내에 기정되어 있다.Referring to FIG. 8, in the decision-making method for selecting an uncertainty-based cost-effective reinforcement method according to an embodiment of the present invention, first, a maintenance budget is input (S101), and alternatives considering uncertainties are input (S102). . These alternatives are specified in the database.

이후, 제약조건을 만족하는지 여부를 확인하게 된다(S103). 여기서, 제약조건은 의사결정의 인자와 달리 공법을 적용하는데 절대적인 가부의 지표를 말한다. 예를 들면, 전술한 바와 같이 유지관리 예산의 경우, 제안된 보강공법의 성능이 아무리 우수하다고 해도 유지관리 예산을 초과한다면 적용할 수 없기 때문에 대안에서 제외되어야 한다. 그리고 보강공법이 우수하다고 해도 현재 보수보강업체의 기술수준이 낮아 보강공법을 적용할 수 있는 업체가 없거나, 또한 보강공법 자체가 매우 경제적이나 시방기준이 정비되지 않아 보강기법 적용의 안전성이 확보되지 않고, 이를 구현하기 힘들다면 이러한 공법을 선정하는 것은 타당하지 않을 것이다. 이와 같은 제약사항은 의사결정 시스템이 비용 효율성을 분석하기 전에 이루어지며, 제약사항을 만족한 대안만이 평가대상으로 선정된다.After that, it is checked whether the constraint is satisfied (S103). Here, constraints are indicative of the absolute value of applying the method, unlike the factors of decision making. For example, as mentioned above, the maintenance budget should be excluded from the alternative, because no matter how good the performance of the proposed reinforcement method can be, if it exceeds the maintenance budget. And even though the reinforcement method is excellent, there is no company that can apply the reinforcement method because the technology level of the reinforcement company is low, or the reinforcement method itself is very economical, but the specification of the reinforcement method is not maintained. However, it would not be feasible to select such a process if it is difficult to implement. Such constraints are placed before the decision-making system analyzes the cost effectiveness, and only alternatives that meet the constraints are selected for evaluation.

다음으로, 정성적 성능 평가부가 절대적 경제성을 만족하는 대안에 대해 불확실성을 고려한 상대적 경제성을 평가하고, 또한, 절대적 경제성을 만족하는 대안에 대해 불확실성을 고려한 상대적 성능을 평가한다(S104).Next, the qualitative performance evaluation unit evaluates the relative economics considering the uncertainty of the alternatives satisfying the absolute economics, and also evaluates the relative performances considering the uncertainty of the alternatives satisfying the absolute economics (S104).

다음으로, 상기 비용 효율성 평가부가 상기 수행된 상대적 경제성과 상대적 성능을 이용해 불확실성을 고려한 비용 효율성을 평가하게 된다(S105).Next, the cost efficiency evaluation unit evaluates the cost efficiency in consideration of the uncertainty by using the performed relative economics and relative performance (S105).

다음으로, 상기 공법 선정부가 정량적인 지표 이외 정성적인 평가를 수행해야 하는지를 확인하고(S106), 정성적인 평가를 수행해야 할 경우, 전술한 정성적 의사결정 인자를 도출하여 입력하게 된다(S107).Next, the method selection unit checks whether or not to perform a qualitative evaluation in addition to the quantitative indicator (S106), and if it is necessary to perform a qualitative evaluation, the above-mentioned qualitative decision factor is derived and input (S107).

다음으로, 상기 상기 공법 선정부가 분석적 계층화법을 이용하여 정량적인 의사결정 인자와 정성적인 의사결정 인자의 가중치를 결정하고(S108), 다음으로, 가중 평균법을 이용하여 각 대안별 가중 평균값을 계산하여, 대안을 평가하고(S109), 이후, 이러한 대안 평가 결과를 의사결정의 지표로 이용하게 된다(S110). 이때, 정량적인 의사결정 인자와 정성적인 의사결정 인자는 의사결정자의 판단에 따라 조정 또는 조절될 수 있다.Next, the method selection unit determines the weights of quantitative decision factors and qualitative decision factors using an analytic stratification method (S108), and then calculates the weighted average value of each alternative using a weighted average method. In this case, the alternatives are evaluated (S109), and then, the alternative evaluation results are used as an indicator of decision making (S110). In this case, the quantitative decision factor and the qualitative decision factor may be adjusted or adjusted according to the decision of the decision maker.

결국, 본 발명의 실시예에 따른 불확실성 기반의 비용 효율적인 보강공법 선정을 위한 의사결정 방법은, 불확실성을 고려한 정량적인 평가 방법에 의해 보강공법의 상대적 경제성, 상대적 성능, 상대적 비용 효율성을 분석하고, 이후, 추가적인 정성적 의사결정 인자가 존재하는 경우에는 종합적 판단을 유도하도록 분석적 계층화법에 의해 가중치를 결정한 후, 정성적인 성능평가 결과와 정량적인 평가 결과를 종합하여 의사결정을 수행하게 된다.As a result, the decision-making method for selecting a cost-effective reinforcement method based on uncertainty according to an embodiment of the present invention analyzes the relative economics, relative performance, and relative cost-efficiency of the reinforcement method by a quantitative evaluation method considering uncertainty. In the case of additional qualitative decision factors, weights are determined by analytical stratification method to induce a comprehensive judgment, and then decision is made by combining qualitative performance evaluation results and quantitative evaluation results.

한편, 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 불확실성 기반의 비용 효율적인 보강공법 선정을 위한 의사결정 방법에 있어서 의사결정 알고리즘의 구체적인 동작흐름도이다.FIG. 9 is a detailed flowchart illustrating a decision algorithm in a decision method for selecting an uncertainty-based cost-effective reinforcement method according to an embodiment of the present invention.

도 9를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 불확실성 기반의 비용 효율적인 보강공법 선정을 위한 의사결정 방법에 있어서 의사결정 알고리즘은, 먼저, 대안별 보강비용, 교통 조건 및 보강공법 성능을 입력하고(S201), 각 대안별로 대안별 보강비용, 교통 조건 및 보강공법 성능에 따라 시뮬레이션을 수행한다(S202).Referring to FIG. 9, in the decision making method for selecting an uncertainty-based cost-effective reinforcement method according to an embodiment of the present invention, the decision algorithm first inputs reinforcement costs, traffic conditions, and reinforcement method performance for each alternative ( S201), the simulation is performed according to the alternative reinforcement cost, traffic conditions and reinforcement method performance for each alternative (S202).

다음으로, 대안의 평균 보강비용, 평균 간접비, 평균 성능을 산출하고(S203), 각 대안의 평균 비용 효율성을 전술한 바와 같이 평가한다(S204).Next, the average reinforcement cost, average overhead cost, and average performance of the alternatives are calculated (S203), and the average cost efficiency of each alternative is evaluated as described above (S204).

다음으로, 시뮬레이션 횟수를 1회 증가시키고(S205), 다음으로, (평균 - 대안별 시뮬레이션) 값이 0보다 작은지 평가한다(S206).Next, the number of simulations is increased once (S205), and then, it is evaluated whether the value (average-simulation for each alternative) is smaller than zero (S206).

다음으로, (평균 - 대안별 시뮬레이션) 값이 0보다 작다면, Icount를 1 증가시킨다(S207). 이때, (평균 - 대안별 시뮬레이션) 값이 0보다 작지 않은 경우, Icount를 증가시키지 않는다. 여기서, Icount는 각각의 대안이 지닌 통계적 특성을 가지고 시뮬레이션하여 얻어진 여러 샘플들이 S206의 조건식을 통과여부를 지시하는 변수이다.Next, if the (average-alternative simulation) value is less than 0, Icount is increased by 1 (S207). At this time, if the (average-alternative simulation) value is not less than zero, Icount is not increased. Here, Icount is a variable indicating whether or not the various samples obtained by simulation with the statistical characteristics of each alternative pass the conditional expression of S206.

다음으로, 시뮬레이션 수 N이 기설정된 시뮬레이션 수보다 큰지 확인하고(S208), N이 기설정된 시뮬레이션 수보다 큰 경우, Pf = Icount/N으로 설정한다(S209). 이때, N이 기설정된 시뮬레이션 수보다 크지 않다면, 시뮬레이션 횟수를 1회 증가시키는 S205 단계로 되돌아간다.Next, it is checked whether the simulation number N is greater than the preset simulation number (S208). If N is larger than the preset simulation number, Pf = Icount / N is set (S209). At this time, if N is not greater than the predetermined number of simulations, the process returns to step S205 of increasing the number of simulations once.

다음으로, 테이블과 비교하여 점수를 산정하고(S210), 다음으로, 비용 효율적인 보강공법을 선정한다(S211).Next, the score is calculated in comparison with the table (S210), and then, a cost-effective reinforcement method is selected (S211).

한편, 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 불확실성 기반의 비용 효율적인 보강공법 선정을 위한 의사결정 방법에 따라 종합 점수를 산정한 것을 예시하는 도면이다.Meanwhile, FIG. 10 is a diagram illustrating a calculation of a comprehensive score according to a decision method for selecting an uncertainty-based cost-effective reinforcement method according to an embodiment of the present invention.

도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 불확실성 기반의 비용 효율적인 보강공법 선정을 위한 의사결정 방법은, 전술한 바와 같이 결정된 각 평가기준에 대한 가중치와 각 의사결정 기준별 보강방안의 등급(Rank)을 곱하고, 그 값을 대안별로 합하여 종합 점수를 산정하게 된다. 결국, 각 대안은 예산초과확률이 10%를 초과하지 않는 것을 전제로 하여, 대안 3이 정량적인 비용 효율성에 따라 대안 1 및 대안 2에 비해 종합 점수가 높게 판정된 것을 알 수 있다.As shown in FIG. 10, the decision making method for selecting a cost-effective reinforcement method based on uncertainty according to an embodiment of the present invention includes a weighting factor for each evaluation criterion determined as described above, and a reinforcement plan for each decision criterion. The overall score is calculated by multiplying the ranks and adding the values for each alternative. As a result, it can be seen that the alternative score was determined to be higher than the alternative 1 and the alternative 2 according to the quantitative cost efficiency, provided that each alternative does not exceed 10%.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.The foregoing description of the present invention is intended for illustration, and it will be understood by those skilled in the art that the present invention may be easily modified in other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. will be. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is shown by the following claims rather than the above description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be construed as being included in the scope of the present invention. do.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 불확실성 기반의 비용 효율적인 보강공법 선정을 위한 의사결정 방법을 수행하는 시스템의 개략적인 구성도이다.1 is a schematic configuration diagram of a system for performing a decision method for selecting a cost-effective reinforcement method based on uncertainty according to an embodiment of the present invention.

도 2는 대안의 신뢰성지수, 평균초과확률 및 점수와의 관계를 예시하는 도면이다.2 is a diagram illustrating the relationship between an alternative reliability index, an average excess probability, and a score.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 불확실성 기반의 비용 효율적인 보강공법 선정을 위한 의사결정 방법에 있어서 경제성 평가 과정을 구체적으로 예시하는 동작흐름도이다.FIG. 3 is an operation flowchart specifically illustrating an economic evaluation process in a decision method for selecting an uncertainty-based cost-effective reinforcement method according to an embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 불확실성 기반의 비용 효율적인 보강공법 선정을 위한 의사결정 방법에 있어서 불확실성을 고려한 상대적 성능 평가를 위해 공용수명 연장량을 산정하는 과정의 동작흐름도이다.FIG. 4 is a flowchart illustrating a process of estimating a common life extension for a relative performance evaluation considering uncertainty in a decision method for selecting an uncertainty-based cost-effective reinforcement method according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 5는 도 4의 공용수명 연장량 산정에 따라 보강공법 성능의 확률적 모델링을 예시하는 도면이다.FIG. 5 is a diagram illustrating stochastic modeling of the reinforcement method performance according to the calculation of the common life extension amount of FIG. 4.

도 6은 의사결정 인자 사이의 상대 비교를 위한 상대적 중요도의 평가기준을 예시하는 도면이다.6 is a diagram illustrating criteria for evaluating relative importance for relative comparison between decision factors.

도 7은 분석적 계층화법(Analytic Hierarchy Process: AHP)의 계층 구조를 예시하는 도면이다.FIG. 7 is a diagram illustrating the hierarchical structure of the Analytic Hierarchy Process (AHP).

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 불확실성 기반의 비용 효율적인 보강공법 선정을 위한 의사결정 방법의 동작흐름도이다.8 is an operation flowchart of a decision method for selecting a cost-effective reinforcement method based on uncertainty according to an embodiment of the present invention.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 불확실성 기반의 비용 효율적인 보강공법 선정을 위한 의사결정 방법에 있어서 의사결정 알고리즘의 구체적인 동작흐름도이다.9 is a detailed flowchart illustrating a decision algorithm in a decision method for selecting a cost-effective reinforcement method based on uncertainty according to an embodiment of the present invention.

도 10은 본 발명의 실시예에 따른 불확실성 기반의 비용 효율적인 보강공법 선정을 위한 의사결정 방법에 따라 종합 점수를 산정한 것을 예시하는 도면이다.10 is a diagram illustrating a calculation of a comprehensive score according to a decision method for selecting an uncertainty-based cost-effective reinforcement method according to an embodiment of the present invention.

< 도면부호의 간단한 설명 ><Brief Description of Drawings>

100: 자산관리 시스템 110: 자산관리 전략수립 시스템100: asset management system 110: asset management strategy planning system

120: 의사결정 시스템 121: 비용 효율성 평가부120: Decision Making System 121: Cost Effectiveness Assessment Unit

122: 정성적 성능 평가부 123: 공법 선정부122: qualitative performance evaluation unit 123: construction method selection unit

130: 데이터베이스(DB) 131: 시설물 성능이력 DB130: database (DB) 131: facility performance history DB

132: 보수보강효과 DB 133: 보수보강비용 DB132: reinforcement effect DB 133: reinforcement cost DB

134: 시설물 자산관리 DB 200: 사회기반 구조물134: Facility asset management DB 200: Infrastructure

201, 202, 203: 교량201, 202, 203: bridge

Claims (8)

정성적 성능 평가부, 비용 효율성 평가부 및 공법 선정부로 이루어진 의사결정 시스템에 의해 수행되는 보강공법 선정을 위한 의사결정 방법에 있어서,In the decision method for selecting the reinforcement method performed by the decision system consisting of a qualitative performance evaluation unit, a cost efficiency evaluation unit and a method selection unit, a) 절대적 경제성을 만족하는 대안에 대해 불확실성을 고려한 상대적 경제성을 상기 정성적 성능 평가부가 정량적인 지표로 평가하는 단계;a) evaluating, by the qualitative performance evaluator, a quantitative indicator of the relative economics taking into account uncertainty about an alternative that satisfies absolute economics; b) 절대적 경제성을 만족하는 대안에 대해 불확실성을 고려한 상대적 성능을 상기 정성적 성능 평가부가 정량적인 지표로 평가하는 단계;b) evaluating, by the qualitative performance evaluator, a quantitative indicator of the relative performance taking into account uncertainty for an alternative that satisfies absolute economics; c) 상기 평가된 상대적 경제성과 상대적 성능을 이용하여 불확실성을 고려한 비용 효율성을 상기 비용 효율성 평가부가 평가하는 단계;c) evaluating, by the cost efficiency evaluator, cost efficiency considering uncertainty using the evaluated relative economics and relative performance; d) 상기 정량적인 지표 이외의 정성적인 평가를 수행해야 하는 정성적인 의사결정 인자를 상기 공법 선정부가 도출하는 단계;d) deriving a qualitative decision factor for performing a qualitative evaluation other than the quantitative indicators; e) 분석적 계층화법(Analytic Hierarchy Process)을 이용하여 상기 상대적 경제성 및 상대적 성능 지표에 따른 정량적인 의사결정 인자와 상기 정성적인 의사결정 인자의 가중치를 상기 공법 선정부가 결정하는 단계; 및e) determining, by the method selection unit, a weight of the quantitative decision factor and the qualitative decision factor according to the relative economic and relative performance indicators using an analytic hierarchy process; And f) 가중 평균법을 이용하여 각 대안별 가중 평균값을 상기 공법 선정부가 계산하고, 이를 의사결정의 지표로 이용하는 단계f) calculating the weighted average of each alternative using a weighted average method and calculating the weighted average value of each alternative and using this as an index for decision making; 를 포함하되,Including, 상기 상대적 경제성은 직접비용, 간접비용 및 사용자비용의 합이고, 상기 대안은 보강 공법안이며,The relative economics is the sum of direct costs, indirect costs and user costs, the alternative is a reinforcement scheme, 상기 의사결정은 정량적인 성능평가 결과에 따른 정량적 의사결정, 및 상기 정량적인 성능평가 결과와 정성적인 평가 결과의 종합적 의사결정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 불확실성 기반의 비용 효율적인 보강공법 선정을 위한 의사결정 방법.The decision making method is a decision method for selecting a cost-effective reinforcement method based on uncertainty, characterized in that the decision making is performed based on a quantitative decision based on a quantitative performance evaluation result and a comprehensive decision on the quantitative performance evaluation result and a qualitative evaluation result. . 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 정량적 의사결정은 절대적 경제성을 만족하는 대안에 대해 상대적 경제성 지표와 성능 지표를 시뮬레이션 기법을 통해 확률적으로 생성한 후, 이를 이용해 보강공법의 비용 효율성을 계산하며, 각 대안의 비용 효율성이 모든 대안의 평균값을 초과할 확률을 계산함으로써 이를 의사결정의 근거로 사용하는 것을 특징으로 하는 불확실성 기반의 비용 효율적인 보강공법 선정을 위한 의사결정 방법.The quantitative decision-making process generates stochastic economic and performance indicators probabilistically through simulation techniques for alternatives that satisfy absolute economic feasibility, and then calculates the cost-effectiveness of the reinforcement method. A decision method for selecting a cost-effective reinforcement method based on uncertainty, which is used as a basis for decision making by calculating a probability of exceeding an average value of. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 절대적 경제성은 각 대안별 예상 소요비용과 배정받은 예산의 비교를 통해 추정되며, 절대적 경제성의 확률 분석은 보강공법별 보강 공사비를 정규분포로 가정하고, 유지관리 주체가 평가하는 대안의 유지관리 비용의 추정 불확실성의 정도를 이용하여 유지관리 예산을 초과할 확률을 계산하는 것을 특징으로 하는 불확실성 기반의 비용 효율적인 보강공법 선정을 위한 의사결정 방법.The absolute economic feasibility is estimated by comparing the estimated cost of each alternative with the allocated budget, and the probability analysis of the absolute economic feasibility assumes a normal distribution of the reinforcement construction costs for each reinforcement method, and the maintenance costs of the alternatives evaluated by the maintenance agent. A decision method for selecting a cost-effective reinforcement method based on uncertainty, wherein the probability of exceeding the maintenance budget is calculated using the estimated degree of uncertainty. 삭제delete 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 a) 단계의 상대적 경제성의 확률 평가는 예산에 대한 제약조건을 만족하는 대안에 대해 각 대안(보강공법)과 전체 평균과의 상대 비교를 통해 평가되는 것을 특징으로 하는 불확실성 기반의 비용 효율적인 보강공법 선정을 위한 의사결정 방법.The probability evaluation of the relative economic feasibility of step a) is a cost-effective reinforcement method based on uncertainty, which is evaluated by comparing each alternative (reinforcement method) and the total average with respect to the alternatives satisfying the budget constraint. Decision making method for selection. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 b) 단계의 불확실성을 고려한 상대적 성능은 보강공법을 통해 성능을 개선한 사회기반 구조물이 장기적으로 성능을 유지할 수 있는지와 상기 보강공법 자체의 목표 성능 발휘 여부를 통해 평가되는 것을 특징으로 하는 불확실성 기반의 비용 효율적인 보강공법 선정을 위한 의사결정 방법.The relative performance in consideration of the uncertainty of step b) is evaluated based on whether the social-based structure having improved performance through the reinforcement method can be maintained in the long term and whether the target performance of the reinforcement method itself is achieved. Decision-making method for selecting cost-effective reinforcement methods 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 c) 단계의 비용 효율성은 불확실성을 고려하여 상기 상대적 성능과 상대적 경제성의 비를 통해 계산되는 것을 특징으로 하는 불확실성 기반의 비용 효율적인 보강공법 선정을 위한 의사결정 방법.The cost efficiency of step c) is calculated based on the ratio of the relative performance and relative economics in consideration of the uncertainty, the decision method for selecting a cost-effective reinforcement method based on the uncertainty. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 c) 단계의 비용 효율성은 상기 절대적 경제성 분석을 만족하는 대안의 평균 비용효과와 각 대안의 비용 효율성을 비교하여 계산되는 것을 특징으로 하는 불확실성 기반의 비용 효율적인 보강공법 선정을 위한 의사결정 방법.The cost-effectiveness of step c) is calculated by comparing the average cost effectiveness of the alternatives satisfying the absolute economic analysis with the cost efficiency of each alternative.
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