KR102004651B1 - 배수시설물의 환경부하 평가 시스템 - Google Patents

배수시설물의 환경부하 평가 시스템 Download PDF

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KR102004651B1 KR1020180024878A KR20180024878A KR102004651B1 KR 102004651 B1 KR102004651 B1 KR 102004651B1 KR 1020180024878 A KR1020180024878 A KR 1020180024878A KR 20180024878 A KR20180024878 A KR 20180024878A KR 102004651 B1 KR102004651 B1 KR 102004651B1
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Abstract

일 실시예에 따른 환경부하 평가 시스템은, 주요 아이템의 작업물량을 산출하는 작업물량 산출부; 상기 주요 아이템의 작업물량에 표준자원 DB를 적용하여 주요 아이템의 공종별 자원량을 산출하는 자원량 산출부; 및 상기 주요 아이템의 공종별 자원량에 LCI DB를 적용하여 주요 아이템에 대한 환경 부하량을 산출하는 주요 아이템 환경부하 산출부;를 포함하고, 상기 작업물량 산출부는 설계 초기단계 가용정보를 활용하여 시공 연장을 추정하고, 상기 추정된 시공 연장에 상기 주요 아이템의 표준 단면 또는 형태로부터 산정된 표준작업량을 곱하여 상기 주요 아이템의 작업물량을 산출할 수 있다.

Description

배수시설물의 환경부하 평가 시스템{ENVIRONMENTAL LOAD ESTIMATION SYSTEM OF DRAINAGE FACILITIES}
본 발명은 배수시설물에 대한 환경부하 평가 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 프로젝트의 설계 초기단계에서 가용정보만을 이용하여 LCA 기반의 환경영향 평가를 할 수 있는 환경부하 평가 시스템에 관한 것이다.
온실가스배출과 같은 기후변화의 영향인자에 대한 관심과 우려의 목소리가 커지고 국제적 협력의 중요성이 강조되면서 2015년 12월 각국의 정상들은 지구온도 상승폭을 1.5℃로 제한하는 것을 목표로 하는 파리협정(Paris agreement)을 체결하였다. 이렇듯 기후변화는 이미 특정국가에 국한된 문제가 아니며 인류의 생존을 위협하는 전 지구적 문제로 대두되고 있다.
사회기반시설물로써 건설되는 도로는 시공과정에서 수많은 자재와 장비를 사용하면서 다량의 온실가스를 배출한다. 이러한 도로건설 프로젝트로 인해 발생하는 온실가스를 감축하기 위해서는 도로를 계획하고 설계하는 프로젝트의 초기단계에서 경제성 검토와 함께 환경적 검토가 수행되어야 한다. 즉, 설계 초기단계에서 친환경 자재와 공법 등을 선정하기 위한 의사결정과정에 기초자료를 제공할 수 있는 합리적 환경영향평가 방법론의 개발이 필요한 실정이다.
최근 이러한 환경영향 평가를 정량적으로 수행할 수 있는 방법론으로 국제표준화기구(international organization for standardization)의 환경경영체계인 ISO 14000 시리즈에서 제시하는 LCA가 주목을 받고 있다. 그러나 도로와 같은 건설프로젝트의 경우 설계가 완료되기 전에 LCA 수행을 위한 정보를 확보하는 것이 불가능하여 설계 초기단계에서 환경영향을 평가하는데 사용되지 못하고 있다.
이와 관련하여, Treloar et al.(2004)은 도로건설과 사용을 위한 hybrid LCA 방법론을 제안하였으며, Cass et al.(2011)은 LCA기법을 활용하여 공정의 전과정에서 배출되는 온실가스 배출량을 정량화하기 위한 방법론을 개발하였다. 또한, Yueet al.(2008)은 도로 건설사업에서 환경영향평가를 위한 방법으로 LCA기법이 가장 타당함을 밝혔고, Chowdhury et al.(2010)은 도로 건설공사에 사용되는 자재에 따른 환경영향을 LCA기법을 적용하여 평가하였다. Moon et al.(2014)은 수집된 사례 프로젝트의 환경 부하량을 LCA를 통해 산출하고 이를 원단위로 환산하여 도로시설물 1km를 건설할 때 발생하는 환경 부하량을 제시하였고, Kwon(2008)은 LCA에 의해 사회기반시설물의 환경 부하량을 산출하고 이를 화폐가치로 환산함으로써 환경경제성 평가모델을 제시하였다. 한편, Liu et al.(2013)은 rock-filled댐과 재래식 콘크리트댐의 환경부하를 LCA에 의해 산출하여 비교하였고, Parrish et al.(2014)은 sustainable infrastructure에 대한 LCA를 수행한 바 있다.
전술한 배경기술은 발명자가 본 발명의 도출과정에서 보유하거나 습득한 것으로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에 공개된 공지기술이라고 할 수는 없다.
일 실시예에 따른 목적은 도로의 배수시설물을 대상으로 표준 단면에 기반한 작업물량을 산출하여 프로젝트의 설계 초기단계에서 가용정보만을 이용하여 LCA 기반의 환경영향 평가를 할 수 있는 환경부하 평가 시스템을 제공하는 것이다.
일 실시예에 따른 목적은 도로의 배수시설물 설계 시 환경 부하량이 가장 적은 대안을 선택할 수 있어 탄소배출량 저감에 기여할 수 있는 환경부하 평가 시스템을 제공하는 것이다.
일 실시예에 따른 목적은 작업물량은 표준단면과 대표공종을 이용하고, 시공 연장은 회귀 방정식을 활용하고, 환경 부하량은 LCI DB 및 LCA 기반으로 계산하는 환경부하 평가 시스템을 제공하는 것이다.
일 실시예에 따른 목적은 주요 아이템의 환경 부하량에 마이너 아이템의 비율을 반영하여 보다 정확하게 전체 환경 부하량을 산출할 수 있는 환경부하 평가 시스템을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 일 실시예에 따른 환경부하 평가 시스템은, 주요 아이템의 작업물량을 산출하는 작업물량 산출부; 상기 주요 아이템의 작업물량에 표준자원 DB를 적용하여 주요 아이템의 공종별 자원량을 산출하는 자원량 산출부; 및 상기 주요 아이템의 공종별 자원량에 LCI DB를 적용하여 주요 아이템에 대한 환경 부하량을 산출하는 주요 아이템 환경부하 산출부;를 포함하고, 상기 작업물량 산출부는 설계 초기단계 가용정보를 활용하여 시공 연장을 추정하고, 상기 추정된 시공 연장에 상기 주요 아이템의 표준 단면 또는 형태로부터 산정된 표준작업량을 곱하여 상기 주요 아이템의 작업물량을 산출할 수 있다.
일 측에 의하면, 상기 작업물량 산출부는 상기 설계 초기단계 가용정보를 독립변수로 하는 회귀 분석을 통해서 상기 시공 연장을 추정하고, 상기 회귀 분석은 상기 주요 아이템의 표준 단면 또는 형태를 구분하여 수행할 수 있다.
일 측에 의하면, 상기 시공 연장은 다음의 회귀방정식에 의해 추정되고,
시공 연장(L) = ∑(BiXi)
이때, Bi는 독립변수의 비표준화계수이고,
Xi는 독립변수 값이다.
일 측에 의하면, 상기 주요 아이템은 복수 개로 마련되고, 상기 복수 개의 주요 아이템 중 일부의 시공 연장은 상기 회귀 분석을 통해 추정되고, 상기 복수 개의 주요 아이템 중 나머지 일부의 시공 연장은 상기 작업물량 산출부에 직접 입력될 수 있다.
일 측에 의하면, 상기 주요 아이템 환경부하 산출부에서 산출된 주요 아이템에 대한 환경 부하량에 마이너 아이템의 비율을 반영하여 전체 환경 부하량을 산출하는 전체 환경부하 산출부를 더 포함하고, 상기 전체 환경부하 산출부에는 아래의 수식이 포함되고,
Figure 112018021103279-pat00001
이때,
EN은 전체 환경 부하량이고,
EM은 주요 아이템에 대한 환경 부하량이고,
RM은 마이너 아이템의 비율이다.
상기 목적을 달성하기 위한 일 실시예에 따른 배수시설물의 환경부하 평가 시스템은, 배수공의 주요 아이템에 대한 작업물량을 산출하는 작업물량 산출부; 상기 배수공의 주요 아이템에 대한 작업물량에 표준자원 DB를 적용하여 배수공의 주요 아이템에 대한 공종별 자원량을 산출하는 자원량 산출부; 및 상기 배수공의 주요 아이템에 대한 공종별 자원량에 LCI DB를 적용하여 배수공의 주요 아이템에 대한 환경 부하량을 산출하는 주요 아이템 환경부하 산출부;를 포함하고, 상기 작업물량 산출부는 설계 초기단계 가용정보를 활용하여 시공 연장을 추정하고, 상기 추정된 시공 연장에 상기 배수공의 주요 아이템에 대한 표준 단면 또는 형태로부터 산정된 표준작업량을 곱하여 상기 배수공의 주요 아이템의 작업물량을 산출하고, 상기 배수공의 주요 아이템은 배수공의 측구, 배수관, 암거 또는 용수개거를 포함할 수 있다.
일 측에 의하면, 상기 작업물량 산출부는 상기 설계 초기단계 가용정보를 독립변수로 하는 회귀 분석을 통해서 상기 시공 연장을 추정하고, 상기 회귀 분석은 상기 배수공의 주요 아이템에 대한 표준 단면 또는 형태를 구분하여 수행되며, 상기 설계 초기단계 가용정보는 행정구역, 공사유형, 도로등급, 차로수, 지형, 설계 속도, 토공부 면적, 토공부 연장, 포장 두께, 도로높이, 도로폭, 평면곡선반경, 최대종단경사 및 용지면적 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일 측에 의하면, 상기 시공 연장은 다음의 회귀방정식에 의해 추정되고,
시공 연장(L) = ∑(BiXi)
이때, Bi는 독립변수의 비표준화계수이고,
Xi는 독립변수 값이다.
일 측에 의하면, 상기 배수공의 주요 아이템은 표준 단면 또는 형태에 의해 구분되고, 상기 측구는 L형 측구, V형 측구 및 U형 측구로 구분되고, 상기 배수관은 종배수관 및 횡배수관으로 구분되고, 상기 L형 측구, V형 측구, U형 측구, 또는 횡배수관의 시공 연장은 상기 회귀 분석을 통해 추정되고, 상기 종배수관, 암거 또는 용수개거의 시공 연장은 상기 작업물량 산출부에 직접 입력될 수 있다.
일 측에 의하면, 상기 주요 아이템 환경부하 산출부에서 산출된 배수공의 주요 아이템에 대한 환경 부하량에 마이너 아이템의 비율을 반영하여 환경 부하량을 산출하는 전체 환경부하 산출부를 더 포함하고, 상기 마이너 아이템은 집수정, 우수받이 및 연결관, 도수로, 맹암거, 수로 보호공 또는 맨홀을 포함할 수 있다.
일 측에 의하면, 상기 전체 환경부하 산출부에는 아래의 수식이 포함되고,
Figure 112018021103279-pat00002
이때,
EN은 전체 환경 부하량이고,
EM은 배수공의 주요 아이템에 대한 환경 부하량이고,
RM은 배수공의 마이너 아이템의 비율이다.
일 실시예에 따른 환경부하 평가 시스템에 의하면, 도로의 배수시설물을 대상으로 표준 단면에 기반한 작업물량을 산출하여 프로젝트의 설계 초기단계에서 가용정보만을 이용하여 LCA 기반의 환경영향 평가를 할 수 있다.
일 실시예에 따른 환경부하 평가 시스템에 의하면, 도로의 배수시설물 설계 시 환경 부하량이 가장 적은 대안을 선택할 수 있어 탄소배출량 저감에 기여할 수 있다.
일 실시예에 따른 환경부하 평가 시스템에 의하면, 작업물량은 표준단면과 대표공종을 이용하고, 시공 연장은 회귀 방정식을 활용하고, 환경 부하량은 LCI DB 및 LCA 기반으로 계산할 수 있다.
일 실시예에 따른 환경부하 평가 시스템에 의하면, 주요 아이템의 환경 부하량에 마이너 아이템의 비율을 반영하여 보다 정확하게 전체 환경 부하량을 산출할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 환경부하 평가 시스템의 구성을 도시한다.
도 2는 배수공의 주요 아이템별 환경 부하량 분포를 도시한다.
도 3은 일 실시예에 따른 환경부하 평가 시스템을 이용한 배수시설물의 환경부하 평가 과정을 도시한다.
도 4는 작업물량산출체계의 개요도이다.
도 5는 배수공의 주요 아이템별 표준 단면을 도시한다.
도 6은 표준자원 DB의 예시이다.
도 7은 LCI DB의 예시이다.
도 8은 100개 사례에 대한 배수공의 마이너 아이템의 분포를 도시한다.
도 9는 일 실시예에 따른 환경부하 평가 시스템의 정확도 검증 결과를 도시한다.
이하, 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
어느 하나의 실시예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시예에 기재한 설명은 다른 실시예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 일 실시예에 따른 환경부하 평가 시스템의 구성을 도시하고, 도 2는 배수공의 주요 아이템별 환경 부하량 분포를 도시하고, 도 3은 일 실시예에 따른 환경부하 평가 시스템을 이용한 배수시설물의 환경부하 평가 과정을 도시하고, 도 4는 작업물량산출체계의 개요도이고, 도 5는 배수공의 주요 아이템별 표준 단면을 도시하고, 도 6은 표준자원 DB의 예시이고, 도 7은 LCI DB의 예시이고, 도 8은 100개 사례에 대한 배수공의 마이너 아이템의 분포를 도시하고, 도 9는 일 실시예에 따른 환경부하 평가 시스템의 정확도 검증 결과를 도시한다.
도 1을 참조하여, 일 실시예에 따른 환경부하 평가 시스템(10)은 작업물량 산출부(100), 자원량 산출부(200), 주요 아이템 환경부하 산출부(300) 및 전체 환경부하 산출부(400)를 포함할 수 있다.
이하에서는 일 실시예에 따른 환경부하 평가 시스템(10)이 배수시설물의 환경부하 평가 시스템으로 적용된 경우를 예로 들어 설명하기로 한다.
특히, 도로의 배수시설물은 도로에 모인 빗물을 배수시키고 도로면의 안전을 확보할 뿐만 아니라 도로 이 외의 지역에 흐르는 유출수를 배수시키는 기능을 수행한다. 따라서 배수시설물은 설계과정에서 다양한 재료와 형태에 대한 검토가 수행되며 이를 결정하기 위한 의사결정과정을 거치게 된다. 그러나, 설계 초기단계에서 가용정보만을 이용하여 배수시설물의 수많은 재료와 형태에 대한 환경영향을 평가하는 것은 불가능하기 때문에 개선된 배수시설물의 환경부하 평가 시스템이 필요하다.
우선, 건설 프로젝트를 대상으로 전과정평가(LCA, Life Cycle Assessment)를 수행하기 위해서는 각 공종의 작업물량과 그에 따른 자원량에 대한 정보가 확보되어야 한다.
구체적으로, 도로의 배수시설물은 측구(gutter), 암거(culvert), 개거(open channel), 배수관(sewer pipe) 등 다양한 재료와 형태로 구성되어 있으며, 배수시설의 종류에 따라 작업방법 등이 다르게 수행된다. 따라서, 한국에서 수행된 100개의 도로프로젝트 사례를 수집하고 LCA에 의해 각 사례프로젝트의 환경부하를 산출한 후에, 도로 설계에 반영되는 배수시설에 대한 환경부하 특성을 분석하였다. 그 결과, 도로 프로젝트에서 배수시설물 공종의 환경부하는 전체 작업공종에 의해 발생하는 환경부하의 33.68%에 달하는 것을 발견하였다.
특히, 도 2에 도시된 바와 같이, 측구 작업공종이 전체 배수시설물의 작업에 의해 발생하는 환경부하의 절반에 가까운 48.11%를 발생시키며, 측구를 포함한 암거, 개거, 배수관과 같은 상위 4개의 배수시설물이 전체 배수시설물 부하량의 90.59%를 차지하고 있다. 이는 상위 4개 시설물의 환경부하만으로 배수시설물 공종 전체 환경부하의 약 90%를 설명할 수 있음을 나타내는 것이다.
따라서, 배수공의 주요 아이템(major item)에 대한 환경부하 추정한 후에 배수공의 마이너 아이템(minor item)은 비율로 반영하는 것이 바람직할 수 있다.
이때, 주요 아이템은 각 대표공종(예를 들어, 토공, 배수공, 포장공 등)을 구성하는 세부공종 중 대표공종 환경 부하량의 90% 이상을 나타내고 설계단계 가용정보를 통해 작업물량의 추정이 가능한 공종을 가리키고, 마이너 아이템은 각 대표공종을 구성하는 세부공종 중 주요 아이템에 해당되지 않는 공종을 가리킨다.
구분 주요 아이템 마이너 아이템
세부공종 측구
횡배수관
종배수관
암거
용수개거
우수받이 및 연결관
도수로
집수정
맹암거
수로 보호공 등
환경부하 점유율 90.59% 9.41%
[표 1]을 참조하여, 배수공의 주요 아이템은 배수공의 측구, 배수관, 암거 또는 용수개거를 포함하고, 배수공의 마이너 아이템은 집수정, 우수받이 및 연결관, 도수로, 맹암거, 수로 보호공 또는 맨홀을 포함할 수 있다.
다시 도 1을 참조하여, 상기 작업물량 산출부(100)는 주요 아이템의 작업물량을 산출할 수 있다.
특히, 도 3 또는 4를 참조하여, 작업물량 산출부(100)는 설계 초기단계 가용정보를 활용하여 시공 연장을 추정하고, 상기 추정된 시공 연장에 주요 아이템의 표준 단면 또는 형태로부터 산정된 표준작업량을 곱하여 주요 아이템의 작업물량을 산출할 수 있다.
이때, 설계 초기단계 가용정보는 다음과 같이 선정될 수 있다.
구분 후보군 선정된 입력변수
정보목록 행정구역, 공사유형, 도로 등급, 차로수, 지형, 설계 속도, 도로 면적, 도로 연장, 포장 재료, 포장 두께, 도로높이, 도로 폭, 평면곡선반경, 최대종단경사, 용지면적 행정구역, 공사유형, 도로등급, 차로수, 지형, 설계 속도, 토공부 면적, 토공부 연장, 포장 두께, 도로높이, 도로 폭, 평면곡선반경, 최대종단경사, 용지면적
도로를 구성하는 시설물 중 교량과 터널은 별도의 배수시설을 보유하고 있으며, 이들의 제원이 도로 배수시설물에 미치는 영향은 극히 미미할 것으로 예상되어, 후보군의 도로면적, 도로연장은 교량과 터널의 연장을 제외한 토공부 면적(area of earthwork)과 토공부 연장(length of earthwork)으로 변경하여 반영하였고, 포장재료(material of pavement)는 목록에서 제외될 수 있다.
또한, 작업물량산출체계는 설계 초기단계 가용정보를 입력변수로 활용하여 배수시설물의 주요 아이템(측구, 암거, 개거, 배수관)에 대한 작업물량을 추정할 수 있는 산출체계로서, 입력변수와 작업물량과의 상관관계를 기반으로 할 수 있다.
즉, 입력변수를 활용하여 회귀방정식으로부터 각 배수시설물의 시공 연장을 산출하고 표준단면으로부터 산출한 단위물량(단위길이당 작업물량)을 적용할 수 있다.
이때, 배수시설물의 시공 연장 산출을 위한 회귀모델은 환경부하 특성분석에 사용한 100개의 사례를 활용하여 입력정보를 독립변수로 하는 회귀 분석을 통해 도출될 수 있다. 회귀 분석은 배수시설물의 특성이 반영되도록 단면 형상과 배수구조물의 형태를 구분하여 수행될 수 있다.
구체적으로, 도 5에 도시된 바와 같이, 측구는 표준 단면의 형상에 따라서 도로 프로젝트에서 많이 사용되는 L형 측구, U형 측구 및 V형 측구로 구분되고, 배수관은 설치 방향에 따라서 횡배수관 및 종배수관으로 구분되고, 암거는 수로 암거 및 통로 암거로 구분될 수 있다.
구분 R R2 수정R2 F 유의확률
측구 L형측구 0.938 0.881 0.806 11.738 2.233×10-10
V형측구 0.945 0.893 0.825 13.237 8.633×10-4
U형측구 0.831 0.691 0.484 3.347 3.925×10-11
횡배수관 0.895 0.800 0.671 6.190 1.353×10-6
종배수관 0.705 0.497 0.161 1.480 0.150
암거 0.919 0.845 0.420 1.988 0.159
용수개거 0.901 0.812 -0.013 0.984 0.568
다중회귀 분석 결과 측구는 [표 3]에 나타낸 바와 같이 단면의 형상에 따라 0.590-0.858의 높은 조정 R2값을 나타냈으며, 배수관은 횡배수관(crossing sewer pipe)이 0.735의 높은 조정 R2값을 보여 유의한 회귀모델로 조사되었다. 측구는 일반적으로 도로와 평행하게 설치되기 때문에 도로의 연장 등과 같은 속성정보와 상관성이 큰 것으로 나타났으며, 횡배수관 역시 도로를 횡단하는 시설물이기 때문에 도로의 높이와 폭원에 대한 영향이 크게 반영이 되었다. 반면 종배수관(vertical sewer pipe), 암거, 개거는 유의확률이 약 15-57%를 나타내 유의하지 못한 회귀모델로 조사되었는데, 종배수관, 암거, 개거는 도로의 속성정보보다 수리분석(hydraulic analysis) 결과가 시공 연장을 결정하는 데 중요한 요소로 작용하기 때문이다.
회귀모델은 하나의 종속변수와 하나 또는 여러개 독립변수 간의 관계를 분석하는 통계기법으로 두 변수간의 순수한 인과관계를 밝힐 수 있는 가장 유용한 방법론 중 하나이며, 독립변수와 종속변수의 관계를 함수의 형태(회귀방정식)로 나타내기 때문에 독립변수에 따른 종속변수값을 예측할 수 있는 특징을 가지고 있다.
구체적으로, 작업물량 산출부(100)에서는 회귀 분석을 사용하여 설계단계 입력정보를 활용한 작업물량산출의 토대가 되는 배수시설물의 시공규모(시공 연장, 개소)를 추정하는데, 배수시설물의 연장과 설계단계 입력 변수간의 다중회귀 분석을 수행한 결과는 다음과 같다.
입력변수
(독립변수)
비표준화계수(B)
L형측구 V형측구 U형측구 횡배수관
상수(Const.) 25215.614 27298.109 -5269.695 2319.328
행정
구역
(AD)
경기 3232.424 1063.611 1548.698 -190.241
충남 -885.741 823.399 163.183 -611.275
충북 5550.004 1974.210 -471.924 -214.174
전남 9572.976 95.253 485.630 -422.104
전북 991.048 40.469 -382.566 -734.360
경남 -1885.449 704.392 268.590 -637.180
제주 -6273.368 3533.822 5.028 -1591.358
서울 0 0 0 0
도로높이(HR) -16.436 6.015 170.028 27.398
도로
등급
(DR)
국도Ⅰ 11503.077 3987.528 -754.818 709.618
국도Ⅱ 4385.482 1841.658 -746.642 362.157
국도Ⅲ 10234.950 3164.634 565.506 622.292
지형
(GF)
산간 4178.558 2705.004 -141.509 124.324
평지 0 0 0 0
설계속도(DS) -1.632 -200.761 32.369 -16.359
공사유형
(PT)
신설 -2974.294 -201.836 -466.160 -382.485
확포장 0 0 0 0
토공부연장(LR) -0.186 -0.503 -0.004 -0.040
토공부면적(AR) 0.113 0.074 0.009 0.011
포장두께(PVT) -122.687 -90.763 5.783 13.700
차로수(LN) 5843.591 3810.342 130.289 346.769
도로폭(WR) -2337.412 -1278.940 -22.547 -159.048
평면곡선반경(LS) 9.388 5.723 2.538 0.577
최대종단경사(HRC) -136491.714 -78497.283 25452.480 -4446.012
용지면적(CA) 0.013 0.007 0.001 0.001
이때, 시공규모 또는 시공 연장을 추정하기 위해서 사용되는 L형, L형, V형, U형 측구와 횡배수관의 회귀방정식은 다음과 같다.
시공 연장(L) = ∑(BiXi)
이때, Bi는 독립변수의 비표준화계수이고,
Xi는 독립변수 값이다.
[표 4]를 참조하여, 위의 회귀방정식을 풀어서 쓰면 다음과 같이 될 수 있다.
Length = const. + BADXAD + BHRXHR + BDRXDR + BGFXGF + BDSXDS + BPTXPT + BLRXLR + BARXAR + BPVTXPVT + BLNXLN + BWRXWR + BLSXLS + BHRCXHRC + BCAXCA
이때, BAD는 독립변수(설계 초기단계 가용정보) 중 하나인 행정구역의 비표준화계수이고, XAD는 행정구역의 값을 나타낸다. BHR는 도로높이의 비표준화계수이고, XHR은 도로높이의 값을 나타낸다. 이와 마찬가지로, 시공 연장은 도로등급, 지형, 설계속도, 공사유형, 토공부 연장, 토공부 면적, 포장 두께, 차로수, 도로폭, 평면곡선반경, 최대종단경사 및 용지면적에 대하여도 비표준화계수 및 독립변수의 값의 곱으로 나타내질 수 있다.
특히, 회귀 분석은 주요 아이템의 표준 단면 또는 형태를 구분하여 수행될 수 있다. 예를 들어, 회귀 분석은 L형 측구, V형 측구, U형 측구 및 횡배수관에 대하여 개별적으로 수행될 수 있다.
또한, 복수 개의 주요 아이템 중 일부, 예를 들어 L형 측구, V형 측구, U형 측구 및 횡배수관에 대해서는 회귀 분석을 통해서 또는 전술된 회귀 방정식을 통해서 시공 연장이 추정되고, 복수 개의 주요 아이템 중 나머지 일부, 예를 들어 종배수관, 암거 또는 용수개거의 시공 연장은 작업물량 산출부(100)에 직접 입력될 수 있다.
전술된 바와 같이, 작업물량 산출부(100)에서 회귀 분석을 통해서 추정된 시공 연장 또는 작업물량 산출부(100)에 직접 입력된 시공 연장에 주요 아이템의 표준 단면 또는 형태로부터 산정된 표준작업량을 곱함으로써, 주요 아이템의 작업물량(또는 작업량)을 산출할 수 있다.
이때, 표준단면이란 특정 시설물을 대표할 수 있는 한 개의 단면(규격)을 말하며, 표준작업량은 표준단면에 의해 산출되는 단위수량당 세부공종의 작업물량이다. 다시 말하면, 표준작업량은 표준단면의 시설물을 시공할 때 필요한 단위수량당 거푸집작업량, 단위수량당 콘크리트량, 단위수량당 터파기작업량 등을 말한다.
배수공은 보통 동일한 시설물에 여러 가지의 형식과 규격으로 구분된 단면을 보유하고 있는데 설계단계에서 사용되는 입력정보로는 이러한 형식과 제원을 구분할 수 없다. 따라서, 주요 아이템으로 선정된 각 배수시설물의 표준단면을 선정하고 이를 기반으로 표준작업물량을 데이터베이스화 하여 작업물량산출체계에 적용한다.
배수공의 표준단면은 국토교통부의 국도표준도와 암거표준도를 참조하여 각 시설물별로 국도의 설계과정에서 사용빈도가 높은 형식과 제원을 선정하였다.
배수시설물의 대표형식을 결정하기 위해 사례 데이터의 통계적 분석을 활용하지 않고 도로설계분야 책임자급 실무자의 의견을 참조하였할 수 있으며, 도 5와 같이 배수공 주요 아이템별 표준단면을 선정할 수 있다.
또한, 표준단면에서 시설물의 제원이 결정되었기 때문에 이를 통해서 각 배수시설물의 표준작업량을 산정할 수 있다.
상기 주요 아이템의 표준 단면 또는 형태로부터 산정된 표준작업량은 다음과 같다.
구분 콘크리트
(㎥)
몰탈
(㎥)
거푸집
(㎡)
터파기
(㎥)
되메우기
(㎥)
철근
(ton)
비닐깔기
(㎡)
L형측구 0.343 - 1.104 - 0.200 0.00009 1.400
V형측구 0.410 - 2.298 1.297 0.601 0.00199 1.070
U형측구 0.130 - 0.900 - - - -
횡배수관 0.348 0.00240 - - - - -
종배수관 - 0.00480 - 1.800 1.415 - -
구분 콘크리트 거푸집 철근
(ton)
비계(m2) 동바리(공/m3) 신축이음(m2)
구체(m3) 버림(m3) 3회(m2) 4회(m2) 6회(m2)
수로암거 구체 2.840 0.280 11.131 - - 0.359 4.100 3.920 -
날개벽 9.140 1.119 - 12.532 16.492 0.738 14.444 - -
통로
암거
구체 12.933 0.590 24.690 - - 1.460 9.600 20.250 -
날개벽 16.110 - 61.248 - - 3.339 - - -
용수개거 구체 0.562 0.100 1.920 2.100 - 20.345 - - 0.698
버팀대 0.300 - 2.100 - - 53.303 - 1.050 -
한편, 작업물량 산출부(100)에서 산출된 주요 아이템의 작업물량은 자원량 산출부(200)에 전달될 수 있다.
LCA 기반의 환경 부하량을 산출하기 위해서는 각 작업공종에 투입되는 자원량에 대한 정보를 확보하여야 한다.
이에, 상기 자원량 산출부(200)에서는 작업물량 산출부(100)에서 산출된 주요 아이템의 작업물량에 표준자원 DB를 적용하여 주요 아이템의 공종별 자원량을 산출할 수 있다.
특히, 도 6을 참조하여, 표준자원 DB는 환경 부하량 산출과정에서 해당 공종에 투입되는 자원량을 산정하기 위해 국도설계실무요령(국토교통부, 2013)을 기준으로 단위작업물량당 각 공종에 투입되는 자원량을 도출하고, 양식화함으로써 데이터베이스로 구축한 것이다.
작업물량산출체계로부터 계산된 작업물량을 도 6에 도시된 표준자원 DB의 수량에 적용하면 해당공종의 작업을 위해 투입되는 총 자원량이 산정될 수 있다.
또한, 자원량 산출부(200)에서 산출된 주요 아이템의 공종별 자원량은 주요 아이템 환경부하 산출부(300)에 전달될 수 있다.
상기 주요 아이템 환경부하 산출부(300)는 자원량 산출부(200)에서 산출된 주요 아이템의 공종별 자원량에 도 7에 도시된 LCI DB를 적용하여 주요 아이템에 대한 환경 부하량을 산출할 수 있다.
또한 LCI DB는 국가 LCI DB 또는 Ecoinvent LCI DB를 포함할 수 있다.
한편, 주요 아이템 환경부하 산출부(300)에서 산출된 주요 아이템에 대한 환경 부하량은 전체 환경부하 산출부(400)에 전달될 수 있다.
상기 전체 환경부하 산출부(400)는 주요 아이템에 대한 환경 부하량에 마이너 아이템의 비율을 반영하여 전체 환경 부하량을 산출할 수 있다.
주요 아이템의 환경 부하량에 비율로서 적용할 배수공의 마이너 아이템 비율을 산정하기 위해 본 연구에서 수집된 국도건설사업 사례를 대상으로 배수공 마이너 아이템의 비율분포를 분석할 수 있다.
도 8을 참조하여, 전체 100개의 사례 중 52개의 사례가 3.0%-7.0%의 마이너 아이템 비율을 나타내고 있으며 30% 이상의 마이너 아이템 비율을 나타내는 사례도 12개 달한다. 전체적인 마이너 아이템의 비율은 2.0%-65.0%로써 편차가 상당히 크게 나타났다. 마이너 아이템의 비율이 30% 이상인 사례는 석축쌓기나, 수로이설, 옹벽설치 등과 같은 특이 공종이 포함되기도 하였지만, 횡배수관과 같은 일반적인 배수시설물의 수량이 과다하게 편성된 경우도 나타났다.
일반적인 배수시설물이 과다하게 편성된 경우는 특이한 경우라기보다 수리계산에 의한 결과물이기 때문에 마이너 아이템 비율 산정에서 완전히 배제하는 것은 바람직하지 않다고 판단된다. 따라서 전체 사례의 중간값을 마이너 아이템의 비율로써 산정하는 것이 합리적이라 판단된다. 중간값을 통해 최종 산정된 배수공의 마이너 아이템 비율은 6.07%이며, 이러한 마이너 아이템 비율이 배수공 전체의 환경 부하량을 산출하는데 사용될 수 있다.
그러나 마이너 아이템 비율은 이에 국한되지 아니하며, 경우에 따라 마이너 아이템 비율이 다르게 적용될 수 있음은 당연하다.
또한, 전체 환경부하 산출부(400)에서는 아래의 수식이 포함될 수 있다.
Figure 112018021103279-pat00003
이때,
EN은 전체 환경 부하량이고,
EM은 주요 아이템에 대한 환경 부하량이고,
RM은 마이너 아이템의 비율이다.
이와 같이 일 실시예에 따른 환경부하 평가 시스템(10)은 작업물량 산출부(100), 자원량 산출부(200), 주요 아이템 환경부하 산출부(300) 및 전체 환경부하 산출부(400)를 포함하여, 특히 배수시설물의 전체 환경 부하량을 산출할 수 있다.
이때, 시공연장의 정확도와 표준단면에 의해 산출되는 작업물량의 정확도는 최종적으로 추정되는 환경 부하량의 정확도에 영향을 주는 가장 주요한 요인이라 할 수 있다.
따라서, 일 실시예에 따른 환경부하 평가 시스템(10)(또는 개발된 모델)의 정확도를 평가하기 위해 수집된 100개의 도로프로젝트 데이터 중 10개를 임의로 선정하여 일 실시예에 따른 환경부하 평가 시스템(10)에 적용하여 전체 환경 부하량을 추정하고, 직접 LCA를 수행하여 산출한 환경 부하량을 비교하였다.
다시 말해서, 배수공 모델의 검증은 우선 회귀모델로부터 추정되는 시공연장과 표준단면에 의해 산출되는 작업물량의 정확도를 평가하고 이들로부터 최종적으로 연산되어 도출되는 배수공의 환경부하량에 대한 정확도를 평가한다.
10개의 검증사례에 대한 기본입력정보를 입력하여 회귀모델로부터 추정된 형식별 측구와 횡배수관의 연장(단위: m)과 설계도서에 반영된 연장(단위: m)을 비교한 결과 다음과 같다.
No. L형측구 V형측구 U형측구 횡배수관
설계 모델
산출
설계 모델
산출
설계 모델
산출
설계 모델
산출
1 30,526 29,295 16,562 12,579 519 769 2,441 2,504
2 15,472 15,525 13,050 13,138 49 59 510 519
3 26,278 19,122 8,477 7,596 1,978 1,169 2,208 1,747
4 19,768 19,544 4,339 7,980 1,635 1,159 1,845 1,668
5 13,209 12.789 4,057 5,819 85 1,202 849 764
6 48,403 50.302 28,596 28,116 4,224 4,283 3,677 3,783
7 18,908 18,380 9,435 7,567 2,511 2,480 1,001 1,272
8 5,988 11,338 4,567 6,286 4,475 2,608 858 761
9 34,065 28,176 12,591 12,632 2,687 2,046 2,179 2,033
10 28,181 35,185 9,216 11,116 2,851 2,185 2,276 2,538
[표 7] 및 도 7을 참조하여, 일 실시예에 따른 환경부하 평가 시스템(10)의 정확도를 검증한 결과, 최소 0.12%에서 최대 33.90%의 절대오차율을 나타내 평균 13.39%의 오차와 10.45%의 표준편차를 보이는 것으로 조사되었다. 이는 회귀모델의 추론과정을 통해 산출한 작업물량을 사용하여 환경부하량을 추정하였음에도 비교적 우수한 정확도를 나타내는 것으로서, 일 실시예에 따른 환경부하 평가 시스템(10)이 설계 초기단계에서 환경적 검토를 수행하데 유용하게 사용될 수 있는 모델임을 나타내는 것이다.
결론적으로, 일 실시예에 따른 환경부하 평가 시스템(10)은 환경부하량을 직접 산출하기 위한 정보가 부족한 설계 초기단계에서 가용정보만을 이용한 도로 배수시설물의 LCA 기반 환경부하 평가모델을 제시할 수 있고, 아이템의 환경 부하량에 마이너 아이템의 비율을 반영하여 보다 정확하게 전체 환경 부하량을 산출할 수 있으며, 도로의 배수시설물 설계 시 환경 부하량이 가장 적은 대안을 선택할 수 있어 탄소배출량 저감에 기여할 수 있다.
이상과 같이 본 발명의 실시예에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 청구범위뿐 아니라 이 청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
10: 환경부하 평가 시스템
100: 작업물량 산출부
200: 자원량 산출부
300: 주요 아이템 환경부하 산출부
400: 전체 환경부하 산출부

Claims (11)

  1. 주요 아이템의 작업물량을 산출하는 작업물량 산출부;
    상기 주요 아이템의 작업물량에 표준자원 DB를 적용하여 주요 아이템의 공종별 자원량을 산출하는 자원량 산출부; 및
    상기 주요 아이템의 공종별 자원량에 LCI DB를 적용하여 주요 아이템에 대한 환경 부하량을 산출하는 주요 아이템 환경부하 산출부;
    를 포함하고,
    상기 작업물량 산출부는 설계 초기단계 가용정보를 활용하여 시공 연장을 추정하고, 상기 추정된 시공 연장에 상기 주요 아이템의 표준 단면 또는 형태로부터 산정된 표준작업량을 곱하여 상기 주요 아이템의 작업물량을 산출하고,
    상기 작업물량 산출부는 상기 설계 초기단계 가용정보를 독립변수로 하는 회귀 분석을 통해서 상기 시공 연장을 추정하고, 상기 회귀 분석은 상기 주요 아이템의 표준 단면 또는 형태를 구분하여 수행되고,
    상기 주요 아이템은 복수 개로 마련되고,
    상기 복수 개의 주요 아이템 중 일부의 시공 연장은 상기 회귀 분석을 통해 추정되고, 상기 복수 개의 주요 아이템 중 나머지 일부의 시공 연장은 상기 작업물량 산출부에 직접 입력되는 환경부하 평가 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 시공 연장은 다음의 회귀방정식에 의해 추정되고,
    시공 연장(L) = ∑(BiXi)
    이때, Bi는 독립변수의 비표준화계수이고,
    Xi는 독립변수 값인 환경부하 평가 시스템.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 주요 아이템 환경부하 산출부에서 산출된 주요 아이템에 대한 환경 부하량에 마이너 아이템의 비율을 반영하여 전체 환경 부하량을 산출하는 전체 환경부하 산출부를 더 포함하고,
    상기 전체 환경부하 산출부에는 아래의 수식이 포함되고,
    Figure 112018021103279-pat00004

    이때,
    EN은 전체 환경 부하량이고,
    EM은 주요 아이템에 대한 환경 부하량이고,
    RM은 마이너 아이템의 비율인 환경부하 평가 시스템.
  6. 배수공의 주요 아이템에 대한 작업물량을 산출하는 작업물량 산출부;
    상기 배수공의 주요 아이템에 대한 작업물량에 표준자원 DB를 적용하여 배수공의 주요 아이템에 대한 공종별 자원량을 산출하는 자원량 산출부; 및
    상기 배수공의 주요 아이템에 대한 공종별 자원량에 LCI DB를 적용하여 배수공의 주요 아이템에 대한 환경 부하량을 산출하는 주요 아이템 환경부하 산출부;
    를 포함하고,
    상기 작업물량 산출부는 설계 초기단계 가용정보를 활용하여 시공 연장을 추정하고, 상기 추정된 시공 연장에 상기 배수공의 주요 아이템에 대한 표준 단면 또는 형태로부터 산정된 표준작업량을 곱하여 상기 배수공의 주요 아이템의 작업물량을 산출하고,
    상기 배수공의 주요 아이템은 배수공의 측구, 배수관, 암거 또는 용수개거를 포함하고,
    상기 주요 아이템 환경부하 산출부에서 산출된 배수공의 주요 아이템에 대한 환경 부하량에 마이너 아이템의 비율을 반영하여 환경 부하량을 산출하는 전체 환경부하 산출부를 더 포함하고,
    상기 마이너 아이템은 집수정, 우수받이 및 연결관, 도수로, 맹암거, 수로 보호공 또는 맨홀을 포함하는 배수시설물의 환경부하 평가 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 작업물량 산출부는 상기 설계 초기단계 가용정보를 독립변수로 하는 회귀 분석을 통해서 상기 시공 연장을 추정하고, 상기 회귀 분석은 상기 배수공의 주요 아이템에 대한 표준 단면 또는 형태를 구분하여 수행되며,
    상기 설계 초기단계 가용정보는 행정구역, 공사유형, 도로등급, 차로수, 지형, 설계 속도, 토공부 면적, 토공부 연장, 포장 두께, 도로높이, 도로폭, 평면곡선반경, 최대종단경사 및 용지면적 중 적어도 하나를 포함하는 배수시설물의 환경부하 평가 시스템.
  8. 삭제
  9. 제7항에 있어서,
    상기 배수공의 주요 아이템은 표준 단면 또는 형태에 의해 구분되고,
    상기 측구는 L형 측구, V형 측구 및 U형 측구로 구분되고,
    상기 배수관은 종배수관 및 횡배수관으로 구분되고,
    상기 L형 측구, V형 측구, U형 측구, 또는 횡배수관의 시공 연장은 상기 회귀 분석을 통해 추정되고, 상기 종배수관, 암거 또는 용수개거의 시공 연장은 상기 작업물량 산출부에 직접 입력되는 배수시설물의 환경부하 평가 시스템.
  10. 삭제
  11. 제6항에 있어서,
    상기 전체 환경부하 산출부에는 아래의 수식이 포함되고,
    Figure 112019034419904-pat00005

    이때,
    EN은 전체 환경 부하량이고,
    EM은 배수공의 주요 아이템에 대한 환경 부하량이고,
    RM은 배수공의 마이너 아이템의 비율인 배수시설물의 환경부하 평가 시스템.
KR1020180024878A 2018-02-28 2018-02-28 배수시설물의 환경부하 평가 시스템 KR102004651B1 (ko)

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KR20220059020A (ko) 2020-11-02 2022-05-10 (재)한국건설생활환경시험연구원 블랙아이스 발생 평가 장치
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KR20120124246A (ko) * 2011-05-03 2012-11-13 (주)도명이엔씨 건설공사의 환경부하량 산출 장치 및 방법, 그리고 그 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 기록매체
KR101735072B1 (ko) * 2016-02-19 2017-05-15 중앙대학교 산학협력단 토목 시설물의 사업기획단계 환경 부하량 산정 장치 및 방법

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