KR102008962B1 - Optimized asset management system for water supply facilities - Google Patents

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KR102008962B1
KR102008962B1 KR1020180026758A KR20180026758A KR102008962B1 KR 102008962 B1 KR102008962 B1 KR 102008962B1 KR 1020180026758 A KR1020180026758 A KR 1020180026758A KR 20180026758 A KR20180026758 A KR 20180026758A KR 102008962 B1 KR102008962 B1 KR 102008962B1
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facility
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서지원
김기범
형진석
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Abstract

According to the present invention, an optimal asset management system of a water supply facility includes: a data collection unit which obtains data from a GIS management program and a water supply network real-time monitoring and controlling system (SCADA); an input unit which receives the status data of tangible assets of a water supply facility, the asset diagnosis/evaluation data of the water supply facility, and the history data of the water supply facility based on the data of the data collecting unit; and a calculation unit which performs a) the status assessment of the tangible asset of the water supply facility, b) the estimation of the duration period of the tangible asset of the water supply facility, c) the estimation of the reinvestment priority of the tangible asset of the water supply facility, d) the estimation of the lifecycle cost of the tangible asset of the water supply facility, e) the prediction of the future fiscal balance of a water service provider, and f) the optimization of the fiscal balance of the water service provider associated with a future funding plan based on the data inputted in the input unit; and an output unit which outputs the future funding plan and future fiscal balance of the water service provider as a result of the performance of the calculation unit. By the above composition, the present invention has an effect of presenting an optimal asset management plan suitable for the service achievement target and requirements of a water service provider and customers by considering whether an asset management plan is able to achieve the target level of the water service provider wherein the asset management plan is derived through the optimization process in consideration of an optimal fiscal balance derived from optimization technique according to the target flow rate and the future funding plan of the water service provider.

Description

상수도시설의 최적 자산관리시스템{OPTIMIZED ASSET MANAGEMENT SYSTEM FOR WATER SUPPLY FACILITIES}OPTIMIZED ASSET MANAGEMENT SYSTEM FOR WATER SUPPLY FACILITIES}

본 발명은 상수도시설을 최적으로 관리하기 위한 자산관리시스템으로서, 구체적으로는 상수도시설 자산에 대한 현황조사자료, 이력자료, 진단/평가자료를 활용하여 도출된 유형자산의 상태평가 결과 및 내구연한 산정 결과를 바탕으로 연차별 사용가능한 예산 범위 내에서 최적화기법을 통해 최적의 자산관리 계획 수립을 위한 시스템에 관한 것이다.The present invention is an asset management system for optimally managing water supply facilities. Specifically, the status evaluation results and durable calculations of tangible assets derived from the present survey data, historical data, and diagnosis / evaluation data on the water supply facilities assets are calculated. Based on the results, it relates to a system for optimal asset management planning through optimization techniques within the annual budget available.

현재, 노후된 상수도시설물이 계속하여 누적되고 있으며, 노후된 상수도시설물의 누적은 유수율의 저하 및 유지관리비의 증가를 유발한다. 갈수록 증가하는 유지관리비로 인해서 대한민국 수도사업자들의 재정여건은 지속적으로 악화되고 있는 실정이며, 악화된 재정여건으로 인해 노후 상수도시설물의 유지관리에 투자할 자본이 부족한 상태에 이르고 있다. 결과적으로 대한민국의 노후 상수도시설물은 지속적으로 누적되고 있으며, 지속적으로 유지관리비가 증가하는 악순환 구조가 고착화되고 있다. 특히 수도사업규모가 작아 재정수입이 적고, 유수율이 낮은 군지역 수도사업자들은 유지관리를 위해 필요한 비용이 수도요금으로 발생한 수익을 초과하여 지속적으로 수도사업에 적자가 발생하고 있다. 이에 대한민국 정부는 국가적인 차원에서 이와 같은 악순환의 고리를 타파하기 위해 대규모 노후상수도시설 개선사업(지방상수도 현대화사업)을 시작하였다. 종래 기술로는 등록특허공보 제10-1567774호(20151111 공고, 상수도 자산관리 시스템)에서 상수도의 자산을 관리하는 시스템이 개시되어 있다.Currently, the aging water supply facilities continue to accumulate, and the accumulation of the aging water supply facilities causes a decrease in the flow rate and an increase in maintenance costs. Due to the ever-increasing maintenance costs, the financial conditions of Korean water companies continue to deteriorate, and due to the deteriorated financial conditions, the capital for investment in maintenance of old waterworks facilities is in short supply. As a result, Korea's aging water supply facilities continue to accumulate, and a vicious cycle that continues to increase in maintenance costs is being fixed. In particular, small-scale water supply projects with low financial revenues and low flow rates have led to deficits in the water supply business. In response, the Korean government launched a large-scale aging waterworks improvement project (local waterworks modernization project) to overcome this vicious cycle at the national level. In the prior art, there is disclosed a system for managing assets of waterworks in Korean Patent Publication No. 10-1567774 (20151111 publication, Waterworks Asset Management System).

국가적 차원의 재정지원 사업이 실시된다고 하더라도 시간이 지나면 노후 상수도시설물이 누적되는 현상이 동일하게 발생한다. 그러므로 대한민국 정부는 선진 외국에서 도입하고 있는 “상수도시설 자산관리”를 제도화함으로써, 노후 상수도시설물에 선제적으로 대응함과 동시에 상수도사업의 지속가능성을 증진시키려 하고 있다. 현재 상수도시설의 자산관리를 체계적으로 수행하기 위한 법제화 및 현장 적용연구가 이루어지고 있으며, 상수도시설 자산관리의 지속성을 고려하였을 때에 최적 자산관리 수립 시스템의 개발은 반드시 필요한 시점이라 할 수 있다. Even if national funding projects are carried out, old water facilities accumulate over time. Therefore, the Korean government intends to institutionalize “waterworks asset management” introduced in advanced foreign countries, to proactively respond to old waterworks facilities and to improve the sustainability of waterworks projects. Currently, legislation and field application research are being conducted to systematically manage asset management of water supply facilities, and considering the continuity of asset management of waterworks facilities, development of an optimal asset management establishment system is essential.

본 발명에서는 상수도시설물에 대한 현황조사자료, 이력자료, 진단/평가자료를 활용하여 도출된 유형자산의 상태평가 결과 및 내구연한 산정 결과를 바탕으로 연차별 사용가능한 예산 범위 내에서 최적화기법(동적계획법(DP, Dynamic Programming), 유전알고리즘(GA, Genetic Algorithm) 등)을 통해 도출된 최적 자산관리 계획 수립 시스템을 개발하는 것을 목적으로 한다.In the present invention, the optimization technique (dynamic planning method) within the budget range available for each year based on the condition evaluation result and the endurance calculation result of the tangible asset derived by using the current survey data, historical data, diagnosis / evaluation data on the waterworks facilities. (DP, Dynamic Programming, GA, Genetic Algorithm, etc.) to develop the optimal asset management planning system derived through.

본 발명은, GIS 관리프로그램과 SCADA(상수도관망 실시간 감시제어시스템)로부터 자료를 취득하는 자료수집부; 상기 자료수집부의 자료에 기초한 상수도시설물의 유형자산 현황자료, 상수도시설물 자산 진단/평가자료, 상수도시설물의 이력자료를 입력받는 입력부; 및 상기 입력부에서 입력된 자료를 기초로 a)상수도시설물 유형자산 상태평가, b)상수도시설물 유형자산 내구연한 산정, c)상수도시설물 유형자산 재투자 우선순위 산정, d)상수도시설물 유형자산 생애주기비용 산정, e)수도사업자의 장래 재정수지 예측, 및 f)장래 자금조달계획과 연계한 수도사업자의 재정수지 최적화를 수행하는 연산부; 및 상기 연산부의 수행결과로 수도사업자의 장래투자계획과 장래 재정수지를 출력하는 출력부;를 포함하는, 상수도시설의 최적 자산관리시스템을 제공한다.The present invention, data collection unit for obtaining data from the GIS management program and SCADA (waterworks pipe network real-time monitoring and control system); An input unit for receiving tangible asset status data of waterworks facilities, diagnosis / evaluation data of waterworks facilities, and historical data of waterworks facilities based on the data collection unit; And based on the data entered in the input section, a) assessing the condition of tangible assets of waterworks facilities, b) estimating the lifespan of tangible assets of waterworks facilities, c) estimating the reinvestment priorities of tangible assets of waterworks facilities, and d) estimating the lifecycle cost of tangible assets of waterworks facilities. e) a calculation unit for performing the water budget optimization of the water service provider in connection with the water budget forecasting of the water service provider; And an output unit for outputting a future investment plan and a future financial balance of the water service provider as a result of the operation of the operation unit.

상기 연산부의 상수도시설물 유형자산 내구연한 산정은, 안전계수 기반 물리적 내구연한 산정모델로서, 아래 식(1)과 같이, 시설물에 잔존하고 있는 강도와 시설물에 작용하는 응력의 비율로 도출하는 안전계수(SF, Safety Factor) 산정 방법을 이용한다.The calculation of the tangible assets of the tap water facilities of the operation unit is a safety coefficient-based physical durability calculation model, and a safety factor derived as a ratio of the strength remaining in the facility and the stress acting on the facility as shown in Equation (1) below. SF (Safety Factor) calculation method is used.

Figure 112018022886616-pat00001
(1)
Figure 112018022886616-pat00001
(One)

상기 시설물 잔존강도는 상수도관로 매설 후 연차별 부식비율에 따라 아래 식(2)로 계산된다.The residual strength of the facility is calculated by the following equation (2) according to the annual corrosion rate after laying the water pipe.

Figure 112018022886616-pat00002
(2)
Figure 112018022886616-pat00002
(2)

상기 식(1)과 식(2)를 이용하여 시간에 따른 안전계수 변화를 예측하고, 안전계수가 1 미만이 되는 시점을 시설물의 내구연한이 종료되는 시점으로 판단한다.Using the above equations (1) and (2) to predict the change of the safety coefficient over time, and determines the time when the safety coefficient is less than 1 as the end of the endurance of the facility.

상기 연산부의 상수도시설물 유형자산 내구연한 산정은, 사고이력 기반 통계적 내구연한 산정모델로서, 아래 식(3)의 선형모델, 식(4)의 거듭제곱모델, 식(5)의 지수모델, 식(6)의 코호트모델 중 어느 하나를 이용한다.The calculation of the tangible assets of tap water facilities of the operation unit is an accident history-based statistical durability calculation model, which is a linear model of equation (3), a power model of equation (4), an exponential model of equation (5), and equation ( Use any one of 6) cohort models.

Figure 112018022886616-pat00003
(3)
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(3)

Figure 112018022886616-pat00004
(4)
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Figure 112018022886616-pat00005
(5)
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Figure 112018022886616-pat00006
(6)
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(6)

상기 연산부의 상수도시설물 유형자산 재투자 우선순위 산정은, 대상지역의 데이터 확보 수준의 정도를 기준으로 우선순위 산정을 달리하며, The calculation of the priority of reinvestment of tangible assets of tap water facilities of the operation unit is based on the degree of data acquisition level of the target area, and the priority calculation is different.

상기 데이터 확보수준이 상대적으로 낮은 경우에는, 상수도 공급과정의 상단부에 위치한 시설부터 우선순위를 부여하며(취수시설-도수시설-정수시설-송수시설-배수시설 순서로 우선순위를 부여), 동일 공급과정 내에서는 유형 자산 취득금액이 높은 순서에 따라 우선순위를 부여하고,If the data acquisition level is relatively low, priority is given to the facilities located at the top of the water supply process (priority in the order of intake, water, water, water, and water) and the same supply. Within the process, priority is given to the acquisition of tangible assets in the highest order.

상기 데이터 확보 수준이 높은 경우, 상수도시설물 유형자산의 재투자 우선순위는 물 공급 리스크가 높은 순서로 결정하며, If the data acquisition level is high, the priority of reinvestment of tangible assets of waterworks facilities is determined in order of high water supply risk.

상기 물 공급 리스크는 아래 식(7)에 나타낸 바와 같이 시설물에 파손이 발생할 확률과 시설물에 파손이 발생했을 시 피해범위의 곱으로 산정하고, The water supply risk is calculated by multiplying the probability of damage to the facility and the damage range when the facility is damaged as shown in Equation (7) below.

시설물에 파손이 발생했을 시 피해범위는 공급 부족수량 또는 공급 부족에 따른 피해보상비용을 통해 산정한다.In case of damage to the facility, the extent of damage is estimated by the amount of supply shortage or compensation for damages due to supply shortage.

Figure 112018022886616-pat00007
(7)
Figure 112018022886616-pat00007
(7)

상기 연산부의 상수도시설물 유형자산 생애주기비용 산정은,The life cycle cost of tangible assets of tap water of the operation unit is

상수도시설물의 운영 및 재투자(시설물의 개량)에 소요되는 비용을 고려하여 아래 식(8)과 같이 생애주기비용을 산정하는 도출한다.Taking into account the costs of operating and reinvesting waterworks (improvement of facilities), the life-cycle cost is estimated as shown in Equation (8) below.

Figure 112018022886616-pat00008
(8)
Figure 112018022886616-pat00008
(8)

상기 연산부의 수도사업자의 장래 재정수지 예측은, The future fiscal balance forecast of the water service provider of the operation unit,

급수수익, 국고보조금, 금융기관차입금으로 이루어지는 3가지 수익부 항목과, 유지관리비, 유형자산취득, 금융기관차입금 상환금으로 이루어지는 3가지 지출부 항목을 통해 장래 재정수지를 예측하며,We forecast the future financial balance through three categories of revenues consisting of water supply income, government subsidies, and financial institution borrowings, and three categories of expenses consisting of maintenance expenses, acquisition of tangible assets, and repayment of financial institution borrowings.

연차별 급수수익은 아래 식(9)로, 연차별 국고보조금은 아래 식(10)으로 계산한다.Annual revenue is calculated by Equation (9) below, and annual government subsidies are calculated by Equation (10) below.

Figure 112018022886616-pat00009
(9)
Figure 112018022886616-pat00009
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Figure 112018022886616-pat00010
(10)
Figure 112018022886616-pat00010
10

연차별 금융기관차입금은 아래 식(11)로 계산한다.Annual financial institution borrowings are calculated by Equation (11) below.

Figure 112018022886616-pat00011
(11)
Figure 112018022886616-pat00011
(11)

연차별 유지관리비는 아래 식(12)로 계산한다.Annual maintenance fee is calculated by Equation (12) below.

Figure 112018022886616-pat00012
(12)
Figure 112018022886616-pat00012
(12)

연차별 유형자산 취득에 소요되는 비용은 아래 식(13)로 계산한다.The cost of acquiring tangible assets by year is calculated by the following equation (13).

Figure 112018022886616-pat00013
(13)
Figure 112018022886616-pat00013
(13)

연차별 금융기관차입금 상환금은 아래 식(14)로 계산한다.Annual repayment of financial institution borrowings is calculated by the following equation (14).

Figure 112018022886616-pat00014
(14)
Figure 112018022886616-pat00014
(14)

연차별 금융기관차입금 상환시 고려할 이자는 아래 식(15)로 계산한다.The interest to be considered in annual repayment of financial institution borrowings is calculated by the following equation (15).

Figure 112018022886616-pat00015
(15)
Figure 112018022886616-pat00015
(15)

상기 연산부의 장래 자금조달계획과 연계한 수도사업자의 재정수지 최적화는, 장래 자금조달계획에 따라 분석기간 동안 수익과 지출의 균형을 맞출 수 있는 최적의 재정수지를 도출하는 것을 의미하며, 아래 식(16)과 같이 금융기관차입금 상환금(차입금과 이자의 합)의 최소화를 목적함수로 하는 최적화기법을 적용하여 최적의 재정수지를 도출하며, 상기 최적화기법은 비선형계획법 또는 선형계획법을 적용한다.Optimizing the fiscal balance of the water service provider in connection with the future financing plan of the operation unit means deriving an optimal fiscal balance that can balance the profits and expenses during the analysis period according to the future financing plan. The optimal financial balance is derived by applying an optimization technique that aims to minimize the repayment of debt from financial institutions (the sum of borrowings and interest), and the optimization technique applies nonlinear planning or linear planning.

Figure 112018022886616-pat00016
(16)
Figure 112018022886616-pat00016
(16)

상기 수익과 지출의 균형을 맞추는 최적의 재정수지 도출을 위한 제약조건으로,As a constraint for deriving an optimal fiscal balance that balances the revenue and expenditure,

급수수익 산정시 고려하는 수도요금은 분석기간 동안 일정하게 증가한다는 식(17)과, 국고보조금은 분석기간 동안 일정하게 감소한다는 식(18)을 제약조건으로 사용한다.Equations (17) that the water rate considered in calculating water supply revenues increase constantly during the analysis period and equations (18) that the government subsidies decrease uniformly during the analysis period are used as constraints.

Figure 112018022886616-pat00017
(17)
Figure 112018022886616-pat00017
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Figure 112018022886616-pat00018
(18)
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(18)

본 발명은 상기 구성에 의해, 수도사업자의 목표 유수율 및 장래 자금조달계획에 따라 최적화기법에 따라 도출된 최적의 재정수지를 고려하여 최적화 과정을 통해 도출된 자산관리 계획이 수도사업자의 목표수준을 달성할 수 있는지를 고려함으로써, 수도사업자 및 소비자의 서비스 달성 목표 및 요구수준에 적합한 최적의 자산관리 계획을 제시하는 효과가 발생한다.According to the present invention, the asset management plan derived through the optimization process in consideration of the optimal fiscal balance derived according to the optimization technique according to the target flow rate and the future funding plan of the water service provider is the target level of the water service provider. By considering whether this can be achieved, the effect of presenting an optimal asset management plan suitable for the service provider's service achievement goals and requirements is generated.

도 1은 본 발명 일 실시예에 따른 수도사업자의 장래 자금조달계획과 연계한 재정수지 최적화 흐름도이며,
도 2는 본 발명 일 실시예에 따른 상수도시설의 최적 자산관리시스템의 전체적인 흐름도이며,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 상수도시설물 유형자산 내구연한 산정방법 중 사고이력 기반 통계적 내구연한 산정모델의 예시이며,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 물 공급 리스크 산정 결과 기반 투자 우선순위 선정의 예시이며,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 생애주기비용 산정 결과를 바탕으로 시설물의 재투자 비용을 도출한 예시이며,
도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 장래 재정수지를 예측한 결과의 예시 그래프이다.
1 is a flow balance optimization flow chart linked to the future funding plan of the water service provider according to an embodiment of the present invention,
2 is an overall flowchart of an optimal asset management system of waterworks according to an embodiment of the present invention,
3 is an example of a statistically durable calculation model based on accident history in the method for calculating the lifespan of tangible assets of running water according to an embodiment of the present invention.
4 is an example of investment priority selection based on a water supply risk calculation result according to an embodiment of the present invention.
5 is an example of deriving a reinvestment cost of a facility based on a life cycle cost calculation result according to an embodiment of the present invention.
6 is an exemplary graph of a result of predicting a future financial balance according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다. 또한, 사용된 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로써, 이는 사용자 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서의 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.The objects, specific advantages and novel features of the present invention will become more apparent from the following detailed description and preferred embodiments in conjunction with the accompanying drawings. In addition, the terms used are terms defined in consideration of functions in the present invention, which may vary according to the intention or convention of the user operator. Therefore, the definitions of these terms should be made based on the contents throughout the present specification.

도 1은 본 발명 일 실시예에 따른 수도사업자의 장래 자금조달계획과 연계한 재정수지 최적화 흐름도이며, 도 2는 본 발명 일 실시예에 따른 상수도시설의 최적 자산관리시스템의 전체적인 흐름도이다.1 is a flow balance optimization flow chart linked to the future funding plan of the water service provider according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is an overall flow chart of the optimal asset management system of water supply facilities according to an embodiment of the present invention.

[1. 상수도시설물 유형자산 상태평가 방법][One. Method of Valuation of Tangible Assets of Waterworks Facilities]

상수도시설물 유형자산의 상태평가는 유형자산 현황자료, 진단/평가자료, 이력자료 등을 활용하여 실시한다. 먼저 유형자산을 지방공기업법 결산지침에 따라 건물, 구조물, 기계설비, 전기설비 등으로 구분한다. 여기서, 구조물의 경우 콘크리트 구조물, 강 구조물, 상수도관로로 구분된다. The condition evaluation of tangible assets of waterworks facilities is carried out using the current status of tangible assets, diagnosis / evaluation data, and historical data. First, tangible assets are classified into buildings, structures, mechanical equipment, and electrical equipment according to the local government's settlement guidance. Here, the structure is divided into concrete structure, steel structure, water pipe.

개별 상수도관로의 상태평가 방법은 환경부의 「상수도관망 진단 매뉴얼(환경부, 2007)」에 제시된 관체 평가 방법 또는 국토교통부·한국시설안전공단의 「시설물의 유지관리·성능평가 세부지침 해설서(상수도)(국토교통부·한국시설안전공단, 2011)」에 제시된 개별 부재의 상태평가 방법을 따른다. 상태평가시 활용하는 자료들은 다음 <표 1>과 같다. The method for evaluating the condition of individual water supply pipelines is the evaluation method of the water pipe presented in the Ministry of Environment's Water Supply Pipe Network Diagnosis Manual (Ministry of Environment, 2007), or the detailed guidebook for the maintenance and performance evaluation of facilities (Waterworks) by the Ministry of Land, Infrastructure and Transport, and Korea Facility Safety Authority. Follow the method for condition assessment of individual members as presented in the Ministry of Land, Infrastructure and Transport and Korea Facility Safety Authority. The data used in the status evaluation are as shown in <Table 1>.

구분division 자료명Data name 비고Remarks 환경부, (2007), 상수도관망 진단 매뉴얼Ministry of Environment, (2007), Water Pipeline Diagnostics Manual 간접평가Indirect evaluation 관종, 관경, 내면피복, 외면피복, 매설년도, 토양종류, 주변도로, 접속방식, 누수/파손/밸브교체기록, 수질/수압등 민원발생Occurrence of complaints such as tube type, diameter, inner coating, outer coating, buried year, soil type, surrounding road, connection method, leakage / damage / valve replacement, water quality / water pressure 직접평가Direct evaluation 실측내경, 관두께, 도복장두께, 외면부식깊이, 외면부식둘레, 외면피복박리, 관내침전물두께, 내면부식깊이, 내면부식둘레, 내면피복박리, 최대스케일두께, 수압Actual inner diameter, pipe thickness, coating thickness, external corrosion depth, external corrosion circumference, external coating peeling, internal deposit thickness, internal corrosion depth, internal corrosion circumference, internal coating peeling, maximum scale thickness, water pressure 국토교통부, (2011), 시설물의 유지관리·성능평가 세부지침 해설서Ministry of Land, Infrastructure and Transport, (2011), Detailed Guidance on Maintenance and Performance Evaluation of Facilities 관로사고이력, 경과년수, 관주변 토양종류, 토양비저항, 토양 pH, 황산이온 및 염소이온, 관대지전위차, 관내·외면 도장상태, 관로부식, 관두께, 관체변형율, 관로누수Pipeline accident history, years of passage, soil type around soil, soil resistivity, soil pH, sulfate ion and chlorine ion, generosity potential difference, inside and outside coating state, pipe corrosion, pipe thickness, pipe strain, pipe leakage

<표 1> 상수도관로 상태 평가시 활용하는 자료<Table 1> Data used for evaluating the condition of water supply pipeline

상수도관로 외 (철근)콘크리트 구조물, 강 구조물, 기계설비, 전기설비 등의 유형자산의 경우 국토교통부·한국시설안전공단의 「시설물의 유지관리·성능평가 세부지침 해설서(상수도)(국토교통부·한국시설안전공단, 2011)」에 제시된 개별 부재의 상태평가 방법을 따른다. 상수도관로 외 유형자산의 상태평가시 활용하는 자료들은 다음 <표 2>와 같다. In the case of tangible assets such as (reinforced) concrete structures, steel structures, mechanical equipment, and electrical equipment, including water supply pipelines, the Ministry of Land, Infrastructure and Transport and the Korea Institute for Facility Safety, `` Detailed Guideline for the Maintenance and Performance Evaluation of Facilities (Waterworks) (Ministry of Land, Infrastructure and Transport, Korea Follow the methods for assessing the condition of individual members as outlined in the Korea Safety and Health Agency, 2011). The data used to assess the condition of tangible assets other than water pipelines are shown in <Table 2>.

유형자산 구분Property, plant and equipment 자료명Data name 비고Remarks (철근)콘크리트 구조물(Rebar) concrete structure 침하/부상, 경사, 활동, 기초 세굴,
콘크리트 균열, 박리, 박락/층분리, 철근노출, 콘크리트 부재의 누수, 신축이음 부위의 누수, 백태, 콘크리트 파손, 부재의 탈락정도,
탄산화 잔여 깊이, 전염화물 이온량
Sinking / injury, slope, activity, foundation scour,
Concrete cracking, peeling, peeling / layer separation, rebar exposure, leakage of concrete members, leakage of expansion joints, white condition, concrete breakage, dropping of members,
Carbonation Residual Depth, Total Chloride Ion Content
강 구조물Steel structures 강재 부식, 강재 피로균열, 강재 변형 및 변위, 강재의 도장상태Steel corrosion, steel fatigue crack, steel deformation and displacement, coating state of steel 기계설비Hardware 펌프Pump 펌프베드 기초부, 펌프의 진동크기, 펌프의 소음크기Pump bed foundation, pump vibration level, pump noise level 밸브valve 밸브의 손상정도Valve damage 전기설비Electrical equipment 절연열화, 접지불량, 전기설비의 불량Insulation deterioration, poor grounding, poor electrical equipment

<표 2> 상수도관로 외 유형자산의 상태평가시 활용하는 자료<Table 2> Data to be used for condition assessment of tangible assets other than water supply pipeline

[2. 상수도시설물 유형자산 내구연한 산정 방법][2. Calculation method of durability of tangible assets of waterworks facilities]

상수도시설물 유형자산의 내구연한 산정 방법은 대상지역의 데이터 확보 정도에 따라 크게 3가지로 구분할 수 있다. 대상지역에 유형자산의 내구연한을 산정하기 위한 데이터(사고이력자료, 진단·평가자료 등)가 전무한 경우에는 지방공기업법 시행규칙 별표2에 제시된 상수도시설물의 내용연수를 내구연한으로 간주한다. 지방공기업법 시행규칙 별표2에 제시된 상수도시설물의 내용연수는 다음 <표 3>과 같다. Durable estimation methods of tangible assets of water supply facilities can be classified into three types according to the degree of data acquisition in the target area. If there is no data (accident history data, diagnosis and evaluation data, etc.) for calculating the service life of tangible assets in the target area, the useful life of the water supply facilities provided in Annex 2 to the Enforcement Regulations of the Local Public Enterprise Act shall be considered to be durable. The useful life of the water supply facilities as shown in Table 2 of the Enforcement Rules of the Local Public Enterprise Act is shown in <Table 3>.

유형자산 구분Property, plant and equipment 내용연수Service life 비고Remarks 토목시설((철근)콘크리트 구조물, 강구조물)Civil engineering facilities (reinforced concrete structures, steel structures) 30년30 years 스텐레스관, 주철관, 강관Stainless steel pipe, cast iron pipe, steel pipe 30년30 years PVC관, PE관PVC pipe, PE pipe 20년20 years 아연도강관Galvanized steel pipe 10년10 years 그 밖의 관Other tubes 20~30년20-30 years 수도관 부속설비(기계설비, 전기설비)Water pipe accessories (mechanical equipment, electrical equipment) 20~30년20-30 years

<표 3> 상하수도 구축물의 내용연수 기준<Table 3> Service life criteria of water and sewage construction

다음으로, 만약 상수도시설물에 대한 사고이력자료(상수도관로의 경우 누수복구대장, 그 외 시설물의 경우 수선/보수대장) 또는 진단·평가자료가 내구연한 산정 모델을 개발하기에 불충분한 경우에는, 상수도시설물의 구분에 따른 각각의 방법에 따라 도출된 상태평가 결과를 활용한다. 다음 <표 4>는 상태평가 결과를 활용하여 상수도시설물 유형자산의 내구연한을 산정한 것으로, 이 기준은 대상지역에서 반복적으로 수행된 상태평가 결과의 변동 추이 및 대상지역에 따라 상이하게 적용될 수 있다. Next, if the accident history data for the water supply facilities (leakage recovery ledger for water supply pipelines, repair / repair ledger for other facilities) or diagnostic / evaluation data are insufficient to develop a predictive model, The results of the condition assessment derived from each method of facility classification are used. The following <Table 4> calculates the endurance life of tangible assets of waterworks facilities using the results of condition assessment, and this criterion can be applied differently according to the change trend and target region of condition assessment results repeatedly performed in the target area. .

상태등급Status grade 자료명Data name 비고Remarks AA 상태평가 시점으로부터 30년 동안 사용 가능함.Available for 30 years from the date of assessment. BB 상태평가 시점으로부터 20년 동안 사용 가능함. Available for 20 years from the time of status assessment. CC 상태평가 시점으로부터 10년 동안 사용 가능함.Can be used for 10 years from the time of status evaluation. DD 상태평가 시점에서 내구연한이 종료됨.End of life is terminated at the time of health assessment. EE 상태평가 시점에서 내구연한이 종료됨.End of life is terminated at the time of health assessment.

<표 4> 상태평가 결과에 따른 상수도시설물 유형자산의 내구연한 산정 예시<Table 4> Examples of durable estimates of tangible assets of waterworks facilities

마지막으로, 상수도시설물에 대한 사고이력자료 또는 진단·평가자료가 내구연한 산정 모델을 개발하기에 충분한 경우에는 다음과 같이 안전계수 기반 물리적 내구연한 산정모델 또는 사고이력 기반 통계적 내구연한 산정모델을 활용하여 상수도시설물의 내구연한을 산정한다. Finally, if the accident history data or the diagnosis / evaluation data for the water supply facilities are sufficient to develop a calculation model that is durable, the safety model based on the physically durable calculation model or the accident history based statistical durability calculation model are used as follows. Calculate the service life of water supply facilities.

먼저, 안전계수 기반 물리적 내구연한 산정모델은 다음 식(1)에 나타낸 시설물에 잔존하고 있는 강도와 시설물에 작용하는 응력의 비율로 도출하는 안전계수(SF, Safety Factor) 산정 방법을 이용한다. First, the safety factor-based physical durability estimation model uses a safety factor (SF) method that derives the ratio of the strength remaining in the facility and the stress acting on the facility, as shown in Equation (1).

Figure 112018022886616-pat00019
(1)
Figure 112018022886616-pat00019
(One)

Figure 112018022886616-pat00020
: 안전계수 (-)
Figure 112018022886616-pat00020
: Factor of safety (-)

Figure 112018022886616-pat00021
: 잔존강도 (kgf/cm2)
Figure 112018022886616-pat00021
: Residual strength (kg f / cm 2 )

Figure 112018022886616-pat00022
: 작용응력 (kgf/cm2)
Figure 112018022886616-pat00022
: Working stress (kg f / cm 2 )

시간이 경과하여도 시설물에 작용하는 응력은 거의 유사하다고 간주할 수 있으나, 시설물의 잔존강도는 시간이 경과함에 따라 점차적으로 저하된다. 시간 경과에 따른 시설물의 잔존강도 예측식을 활용하면, 시간에 따른 안전계수의 변화를 모의할 수 있다. 다음 식(2)는 상수도관로를 대상으로, 상수도관로 매설 후 연차별 부식비율에 따라 잔존강도가 어떻게 변화되는지를 모의한 식의 예를 나타낸다. Although the stresses on the installation over time can be considered to be nearly similar, the residual strength of the installation gradually decreases over time. The prediction of residual strength of a facility over time can be used to simulate changes in the safety factor over time. Equation (2) shows an example of the equation that simulates how the residual strength changes according to the annual corrosion rate after laying the water supply pipe.

Figure 112018022886616-pat00023
(2)
Figure 112018022886616-pat00023
(2)

Figure 112018022886616-pat00024
: 상수도관로의 부식비율 (%)
Figure 112018022886616-pat00024
: Corrosion rate of water pipe line (%)

Figure 112018022886616-pat00025
: 상수도관로 매설 후 경과연수 (년)
Figure 112018022886616-pat00025
: Years spent after laying water pipe (year)

Figure 112018022886616-pat00026
: 상수 (관종에 따라, 대상지역의 특성에 따라 상수가 달라짐.)
Figure 112018022886616-pat00026
: Constant (Constant varies depending on the type of plant and the characteristics of the target area.)

식(1)과 식(2)를 활용하여 시간에 따른 안전계수 변화를 예측한다면, 안전계수가 1 미만이 되는 시점을 시설물의 내구연한이 종료되는 시점으로 판단할 수 있다. If the prediction of the safety factor change over time using equations (1) and (2), it is possible to determine that the safety factor is less than 1 as the end of the service life of the facility.

다음으로, 사고이력 기반 통계적 내구연한 산정모델은 다음 식(3)_선형모델, 식(4)_거듭제곱모델, 식(5)_지수모델, 식(6)_코호트모델과 같은 모델이 있다. 나타낸 모델들은 시설물의 파손율(1년동안의 파손건수)을 예측하기 위한 모델들이다. 식에 나타낸 계수는 시설물의 특성 및 대상지역의 특성에 따라 달라지는 값으로써, 식의 계수를 구하기 위한 방법으로는 비선형회귀분석 또는 최소자승법 등의 방법을 활용할 수 있다. Next, the statistically durable estimation model based on the accident history has the following models: equation (3) _linear model, equation (4) _squared model, equation (5) _index model, equation (6) _cohort model . The models presented are models for estimating the failure rate of a facility (the number of failures per year). The coefficients shown in the equation vary depending on the characteristics of the facility and the target area, and methods such as nonlinear regression or least-squares method can be used to obtain coefficients for the equation.

Figure 112018022886616-pat00027
(3)
Figure 112018022886616-pat00027
(3)

Figure 112018022886616-pat00028
(4)
Figure 112018022886616-pat00028
(4)

Figure 112018022886616-pat00029
(5)
Figure 112018022886616-pat00029
(5)

Figure 112018022886616-pat00030
(6)
Figure 112018022886616-pat00030
(6)

Figure 112018022886616-pat00031
: t연도의 파손율(건/년),
Figure 112018022886616-pat00031
= failure rate in t years (case / year),

Figure 112018022886616-pat00032
: 현재 연도(년)
Figure 112018022886616-pat00032
: Current year

Figure 112018022886616-pat00033
: 시설물 설지 연도(년)
Figure 112018022886616-pat00033
: Year of facility installation (year)

Figure 112018022886616-pat00034
: 상수(시설물의 특성 및 대상지역의 특성에 따라 상수가 달라짐.)
Figure 112018022886616-pat00034
: Constant (The constant varies depending on the characteristics of the facility and the target area.)

도 3은 상기 사고이력 기반 통계적 내구연한 예측 모델의 예시 도면이다. 3 is an exemplary diagram of the accident history based statistical durable prediction model.

시설물의 파손율을 예측하기 위한 통계적 모델을 통해 내구연한을 산정할 시에는 한계파손율(Threshold break rate)을 활용하여 시설물이 한계파손율을 초과하는 시점을 시설물의 내구연한이 종료되는 시점으로 간주하여 내구연한을 산정한다. 시설물의 한계파손율 역시 대상지역의 특성 및 대상지역 수도사업자의 목표에 따라 달라지는 값이다. When estimating the service life limit through a statistical model for predicting the damage rate of a facility, the threshold break rate is used to consider the time when the facility exceeds the limit failure rate as the end of the service life of the facility. Calculate the endurance life. The marginal damage rate of the facility also depends on the characteristics of the target area and the target of the water service provider.

[3. 상수도시설물 유형자산 재투자 우선순위 산정 방법][3. Method for Estimating Priority of Reinvestment of Tangible Assets of Waterworks Facilities]

상수도시설물 유형자산의 재투자 우선순위는 대상지역의 데이터 확보 정도에 따라 2가지 방법을 적용한다. 먼저, 대상지역의 데이터 확보 수준이 낮은 경우에는 공급과정의 상단부에 위치한 시설부터 우선순위를 부여한다. 즉, 취수시설-도수시설-정수시설-송수시설-배수시설 순서로 우선순위를 부여하며, 같은 공급과정 내에서는유형 자산 취득금액이 높은 순서에 따라 우선순위를 부여한다. Reinvestment priorities for tangible assets of tap water are applied in two ways depending on the degree of data obtained in the target area. First, if the data acquisition level of the target area is low, priority is given to the facility located at the top of the supply process. In other words, priorities are given in the order of intake, water, water, water, and drainage. In the same supply process, priority is given to the acquisition of tangible assets.

다음으로 대상지역의 데이터 확보 수준이 높은 경우, 상수도시설물 유형자산의 재투자 우선순위는 물 공급 리스크가 높은 순서로 결정한다. 물 공급 리스크는 식(7)에 나타낸 바와 같이 시설물에 파손이 발생할 확률과 시설물에 파손이 발생했을 시 영향범위(피해범위)의 곱으로 산정한다. 시설물에 파손이 발생했을 시 영향범위(피해범위)는 공급 부족수량 또는 공급 부족에 따른 피해보상비용을 통해 산정할 수 있다. Next, if the data acquisition level of the target area is high, the priority of reinvestment of tangible assets of tap water facilities is determined in order of high water supply risk. The water supply risk is calculated by multiplying the probability of damage to the facility and the range of impact (damage range) when the facility is damaged, as shown in equation (7). In the event of damage to a facility, the extent of damage (damage) can be estimated from the shortage of supplies or the compensation for damages from shortages.

Figure 112018022886616-pat00035
(7)
Figure 112018022886616-pat00035
(7)

Figure 112018022886616-pat00036
: 물 공급 리스크 (m3/년 또는 원/년)
Figure 112018022886616-pat00036
: Water supply risk (m 3 / year or KRW / year)

Figure 112018022886616-pat00037
: Probability of Failure (시설물의 파손 발생 확률) (건/년)
Figure 112018022886616-pat00037
: Probability of Failure (case / year)

Figure 112018022886616-pat00038
: Consequence of Failure (시설물 파손에 따른 피해범위)
Figure 112018022886616-pat00038
: Consequence of Failure

(m3/건 또는 원/건)(m 3 / case or won / case)

도 4는 물 공급 리스크 산정 결과 기반 투자 우선순위 산정 예시로서 위의 리스크 산정 결과를 바탕으로 한 예시이다.Figure 4 is an example based on the above risk calculation results as an example of the investment priority calculation based on the water supply risk calculation results.

시설물의 파손 발생 확률(PoF)는 앞선 단계에 나타낸 통계적 내구연한 산정모델을 통해 도출된 파손율을 활용한다. 시설물 파손에 따른 영향범위는 상수도관망 수리해석을 통해 산정할 수 있다. 즉, 공급해야하는 수량 중 공급이 가능한 수량을 제외하여 도출할 수 있는 공급 부족수량을 통해 산정하거나, 공급 부족수량에 따른 피해(보상)비용을 통해 비용형태로 전환한 값을 이용할 수 있다. The probability of failure of a facility (PoF) utilizes the failure rate derived from the statistically durable estimation model presented in the previous step. The extent of impact from damage to a facility can be estimated through hydraulic analysis of the water supply network. In other words, it is possible to calculate the amount of supply shortage that can be derived by excluding the quantity that can be supplied from the quantity to be supplied, or use the value converted into the cost form through the damage (compensation) cost due to the shortage supply.

[4. 상수도시설물 개별 유형자산 생애주기비용 산정 방법][4. Life Cycle Cost Estimation Method for Individual Tangible Assets of Waterworks Facilities]

상수도시설물 개별 유형자산의 생애주기비용이란, 시설물의 설치 계획 수립, 설계, 건설, 운영, 폐기에 이르는 사용기간동안 발생하는 비용의 합으로 정의할 수 있다. 본 발명에서는 시설물의 설치 계획 수립, 설계의 경우 정확한 비용을 추산할 수 없기 때문에 고려하지 않고, 시설물의 운영 및 재투자(시설물의 개량)에 소요되는 비용을 고려하여 다음 식(8)과 같은 형태의 생애주기비용을 도출한다. The life-cycle cost of an individual tangible asset of a water supply can be defined as the sum of the costs incurred during its life, which includes planning, designing, constructing, operating and disposing of the facility. In the present invention, since it is impossible to estimate the exact cost of the installation planning and design of the facility, it is not considered, and in consideration of the cost of operating and reinvesting the facility (improving the facility), Estimate life cycle costs.

Figure 112018022886616-pat00039
(8)
Figure 112018022886616-pat00039
(8)

Figure 112018022886616-pat00040
: 생애주기비용 (원)
Figure 112018022886616-pat00040
: Life cycle cost (KRW)

Figure 112018022886616-pat00041
: 시설물의 운영비용 (원)
Figure 112018022886616-pat00041
: Operating cost of facility (KRW)

Figure 112018022886616-pat00042
: 시설물의 재투자(개량)비용 (원)
Figure 112018022886616-pat00042
: Reinvestment (improvement) cost of facility (KRW)

Figure 112018022886616-pat00043
: 시설물 개수 (총 시설물의 수 = q)
Figure 112018022886616-pat00043
: Number of facilities (total number of facilities = q)

Figure 112018022886616-pat00044
: 연도 (년, 총 분석기간 = p)
Figure 112018022886616-pat00044
: Year (year, total analysis period = p)

Figure 112018022886616-pat00045
: 사회적 할인율 (%)
Figure 112018022886616-pat00045
: Social discount rate (%)

도 5는 위 생애주기비용 산정 결과를 바탕으로 시설물의 재투자(개량)비용을 도출한 예시입니다. 5 is an example of deriving the cost of reinvestment (improvement) of facilities based on the results of the life cycle cost calculation.

각 개별 시설물의 운영에 소요되는 비용의 경우 과거 소요된 운영비용 추세를 활용하여 도출할 수 있다. 각 개별 시설물의 재투자(개량)에 소요되는 비용의 경우는 유형자산 개량에 소요되는 비용 원단위를 고려하여 산정할 수 있으며, 개량비용 원단위는 표준품셈에 제시된 값을 이용한다. The costs of operating each individual facility can be derived from past operating cost trends. The cost of reinvestment (improvement) of each individual facility can be estimated by taking into account the unit cost of improving tangible assets, and the unit of improvement cost is based on the values presented in the standard product.

[5. 수도사업자 장래 재정수지 예측 방법][5. Forecast of future fiscal balance for water supply companies]

수도사업자의 재무제표는 대차대조표(Balance sheet), 현금흐름표(Cash flow), 손익계산서(Profit and loss)로 구성된다. A financial statement of a water service provider consists of a balance sheet, cash flow and profit and loss statements.

3가지 제표를 정리하면, 크게 수익부와 지출부로 나눌 수 있다. 구체적으로 수익부는 급수수익, 급수공사수익, 기타영업수익, 이자수익, 기타영업외수익, 타회계보조금, 국고보조금, 금융기관차입금, 기금, 시설분담금, 지자체부담금, 기타로 구분할 수 있다. 지출부는 인건비, 유지관리비, 충당부채, 지급이자, 감가상각비, 기타영업외비용, 유형자산취득, 무형자산취득, 비가동설비취득, 투자자산취득, 차입금상환금, 기타로 구분할 수 있다. In summary, the three statements can be divided into revenue and spending. In detail, the revenue section can be divided into water supply revenue, water supply construction profit, other operating income, interest income, other non-operating income, other accounting subsidies, government subsidies, financial institution borrowings, funds, facility contributions, local government contributions, and others. The expenditure division can be divided into labor expenses, maintenance expenses, provisions, interest paid, depreciation expenses, other non-operating expenses, tangible assets acquisition, intangible assets acquisition, non-operating equipment acquisition, investment assets acquisition, repayment of borrowings, and others.

여기서, 급수수익, 국고보조금, 금융기관차입금의 3가지 수익부 항목과, 유지관리비, 유형자산취득, 차입금상환금(차입금에 대한 이자 포함)의 3가지 지출부 항목은 수도사업자가 설정한 목표 및 장래 자금조달계획과 연계한 자산관리 계획 수립에 따라 변화되는 값으로 간주할 수 있다. 이 외의 항목들의 경우는 자산관리 계획 수립에 따라 변화되는 폭이 상당히 적으며, 장래에도 현재 수준과 유사한 수준으로 간주할 수 있는 항목이라 할 수 있다. Here, the three income categories of water supply income, government subsidies, and financial institution borrowings, and the three expense items of maintenance expenses, acquisition of tangible assets, and repayment of borrowings (including interest on borrowings) are the goals and futures set by the water service provider. It can be regarded as a value that changes according to the asset management plan linked to the funding plan. Other items are considerably less changed by the asset management plan, and can be regarded as similar to the current level in the future.

본 발명에서는 수도사업자의 재정항목 중 6가지 항목(급수수익, 국고보조금, 금융기관차입금, 유지관리비, 유형자산취득, 차입금상환금(차입금에 대한 이자 포함))에 대한 예측을 통해 수도사업자의 장래 재정수지를 예측한다. In the present invention, the future finance of the water service provider through the prediction of six items (water supply, government subsidies, financial institution borrowings, maintenance expenses, tangible asset acquisition, repayment of borrowings (including interest on borrowings)) among the financial items of the water service provider. Predict the balance.

식(9)는 연차별 급수수익을 예측하기 위한 식을 나타낸다. 급수수익은 상수도 사용료 수익으로 실제 소비자한테 공급한 공급량에 수돗물 요금단가를 곱해서 사용한다. 본 연구에서 적용한 공급량은 연구대상지역 수도정비기본계획의 생산량 예측 값에 수도사업자의 연차별 목표 유수율을 곱해서 산정한다. 수돗물 요금단가는 대상지역의 요금단가를 기준으로, 장래에는 기본적으로 매년 물가상승률 만큼 수돗물 요금단가가 증가한다고 가정한다. Equation (9) shows an equation for predicting annual water income. Water supply revenue is the revenue from tap water, multiplied by the price of tap water. The amount of supply applied in this study is calculated by multiplying the annual projected flow rate of the water supply company by the production forecast value of the master plan for water maintenance in the study area. The tap water price unit is based on the price unit price of the target area. In the future, it is assumed that the tap price unit price increases by the annual inflation rate.

식(10)은 연차별 국고보조금을 예측하기 위한 식을 나타낸다. 국고보조금은 상환하지 않아도 되는 비용에 해당한다. 국고보조금은 자산관리 계획 수립 종료시점 이후부터는 수도사업자가 국고보조가 없이 재정적으로 자립함을 모의한다. 따라서 국고보조금은 기준보조금에서 분석기간동안 일정 금액씩 금액을 줄여가며 받으며 분석종료시점부터는 국고보조금을 받지 않는 것으로 설정한다. Equation (10) represents an equation for predicting annual government subsidies. State subsidies are expenses that do not have to be repaid. The government subsidy simulates that the water service provider becomes financially independent without the government subsidy after the end of the asset management plan. Therefore, the state subsidies are received from the base subsidy by decreasing the amount by a certain amount during the analysis period, and the state subsidies are set not to receive the national subsidies from the end of the analysis.

식(11)은 연차별 금융기관차입금을 예측하기 위한 식을 나타낸다. 분석기간 동안 급수수익, 보조금에 의한 수입에서 유지관리비 및 유형자산취득에 의한 지출을 제하였을 때 부족액이 발생하면, 부족액을 차입하는 것으로 가정하며, 잉여금액이 발생하면, 차입한 금액을 상환하는 것으로 가정한다. Equation (11) represents an equation for predicting annual financial institution borrowings. During the analysis period, if the deficit occurs when subtracting maintenance expenses and expenditures from the acquisition of tangible assets from the income from water supply and subsidies during the analysis period, it is assumed that the deficit is borrowed. Assume

식(12)는 연차별 유지관리비를 예측하기 위한 식을 나타낸다. 유지관리비는 Kim et al (2017)이 제안한 상수도관망 표준 유지관리비 식에 대상지역 정수시설 인력운영비를 추가적으로 고려하여 산정한다. 노후 상수도관로가 증가하게 되면, 유수율은 감소하게 되고, 누수율은 증가하게 된다. 누수율의 증가는 소비자에게 공급되는 수량 중 손실되는 수량이 증가함을 의미한다. 그러나 소비자에게 공급되어야 하는 공급량은 예측에 의해 정해진 값이므로, 추가로 생산해야하는 수량이 증가함을 의미한다. 이는 유지관리비용이 증가하는 것으로 간주할 수 있으므로, 유수율이 감소하는 경우에는 증가시켜야하는 생산량에 수도요금 단가를 곱한 값을 추가의 유지관리비용으로 산정한다. Equation (12) represents an equation for predicting annual maintenance costs. The maintenance cost is calculated by additionally considering the manpower operation cost of the water purification facilities in the water supply network standard maintenance cost formula proposed by Kim et al (2017). As the old water pipeline increases, the flow rate decreases and the leak rate increases. An increase in leak rate means an increase in the quantity lost to the supply to the consumer. However, since the supply to be supplied to the consumer is determined by the forecast, it means that the quantity to be produced additionally increases. This can be regarded as an increase in maintenance costs, so if the flow rate decreases, the additional maintenance cost is calculated by multiplying the unit price by the water price to increase production.

식(13)은 연차별 유형자산 취득에 소요되는 비용을 도출하기 위한 식을 나타낸다. 유형자산 취득의 경우 앞선 단계에서 도출한 상수도시설물의 내구연한을 기준으로 개·대체를 수행하는 경우에 발생하는 공사비용을 통해 도출한다. Equation (13) represents an equation for deriving the cost of acquiring tangible assets for each year. The acquisition of property, plant and equipment is derived from the construction costs incurred when the replacement and replacement are carried out based on the service life of the water supply facilities derived in the previous step.

식(14)는 연차별 차입금 상환금을 예측하기 위한 식을 나타낸다. 차입금 상환은 차입금과 반대개념으로 급수수익, 국고보조금에 의한 수익에서 유지관리비, 유형자산취득에 의한 지출을 제하였을 때, 남은 금액을 차입금 상환 비용으로 하여, 차입금과 이자비용 만큼 발생한다고 고려하였다. 식(15)는 식(14)에서 차입금 상환시 고려할 이자를 도출하기 위한 식을 나타낸다. Equation (14) represents an equation for predicting annual borrowings repayments. Borrowing repayment was considered to be incurred as borrowings and interest expenses, with the remaining amount as repayment of borrowings when the maintenance costs and expenditures on the acquisition of tangible assets were subtracted from revenue from revenues and government subsidies, as opposed to borrowings. Equation (15) represents an equation for deriving the interest to be considered when repaying the borrowing in Equation (14).

Figure 112018022886616-pat00046
(9)
Figure 112018022886616-pat00046
(9)

Figure 112018022886616-pat00047
(10)
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10

Figure 112018022886616-pat00048
(11)
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(11)

Figure 112018022886616-pat00049
(12)
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(12)

Figure 112018022886616-pat00050
(13)
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(13)

Figure 112018022886616-pat00051
(14)
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(14)

Figure 112018022886616-pat00052
(15)
Figure 112018022886616-pat00052
(15)

Figure 112018022886616-pat00053
: 분석연도 (년)
Figure 112018022886616-pat00053
: Year of analysis (years)

Figure 112018022886616-pat00054
: 분석종료연도 (년)
Figure 112018022886616-pat00054
: Year of analysis end (year)

Figure 112018022886616-pat00055
: m 연도의 수도요금 수입 (원)
Figure 112018022886616-pat00055
: m Water rate income (year)

Figure 112018022886616-pat00056
: m 연도의 공급수량 (m3/년)
Figure 112018022886616-pat00056
m Supply of year (m 3 / year)

RWRm : m 연도의 목표 유수율 (%) RWR m : m% target flow rate in year

Figure 112018022886616-pat00058
: m 연도의 수도요금 (원/m3)
Figure 112018022886616-pat00058
: Water rate for year m (won / m 3 )

Figure 112018022886616-pat00059
: m 연도의 국고보조금 (원)
Figure 112018022886616-pat00059
: State subsidies for m years (KRW)

Figure 112018022886616-pat00060
: 분석 시작 시점의 국고보조금 (원)
Figure 112018022886616-pat00060
: State subsidies at the start of analysis (KRW)

Figure 112018022886616-pat00061
: m 연도의 금융기관차입금 (원)
Figure 112018022886616-pat00061
: m Loan of financial institution in year (KRW)

Figure 112018022886616-pat00062
: m 연도의 유지관리비용 (원)
Figure 112018022886616-pat00062
m Maintenance costs for year (KRW)

Figure 112018022886616-pat00063
: m 연도의 유수수량 (m3)
Figure 112018022886616-pat00063
: Flowing water in m year (m 3 )

Figure 112018022886616-pat00064
: m 연도의 유수율 (%)
Figure 112018022886616-pat00064
: m flow rate in year (%)

Figure 112018022886616-pat00065
: m 연도의 급수전 밀도 (전/km2)
Figure 112018022886616-pat00065
: m water supply density (year / km 2 )

Figure 112018022886616-pat00066
: m 연도의 21년 이상 상수도관로의 비율 (%)
Figure 112018022886616-pat00066
:% of water pipes over 21 years in year m

Figure 112018022886616-pat00067
: m 연도의 상수도관로 유지관리비용 원단위 (천원/m)
Figure 112018022886616-pat00067
: m water supply pipe maintenance cost (unit: 1,000 won / m)

Figure 112018022886616-pat00068
: m 연도의 정수처리시설 유지관리인력 비용 (백만원)
Figure 112018022886616-pat00068
m Cost of water purification facility maintenance manpower (million won)

Figure 112018022886616-pat00069
: 대상지역의 기준 유수율 (%)
Figure 112018022886616-pat00069
: Standard flow rate of target area (%)

Figure 112018022886616-pat00070
: m 연도의 유형자산취득 금액 (원)
Figure 112018022886616-pat00070
m Acquisition of tangible assets for the year m (KRW)

Figure 112018022886616-pat00071
: 상수도시설물 n의 취득시점에서의 유형자산취득 금액 (원)
Figure 112018022886616-pat00071
: Amount of property, plant and equipment acquired at the time of acquisition of water supply facility n (KRW)

Figure 112018022886616-pat00072
: 물가상승률 (%)
Figure 112018022886616-pat00072
: Inflation rate (%)

Figure 112018022886616-pat00073
: 상수도시설물 n의 취득시점으로부터 m 연도까지 경과연도 (년)
Figure 112018022886616-pat00073
: Year passed from the acquisition of water supply facility n to year m (years)

Figure 112018022886616-pat00074
: m 연도의 금융기관차입금 상환액 (원)
Figure 112018022886616-pat00074
m Repayment of Financial Institution Borrowings for Year (KRW)

Figure 112018022886616-pat00075
: m 연도의 차입금의 이자 (원)
Figure 112018022886616-pat00075
: Interest on borrowings in m years (won)

Figure 112018022886616-pat00076
: 금융기관 이자율 (%)
Figure 112018022886616-pat00076
: Interest rate of financial institutions (%)

[6. 장래 자금조달계획과 연계한 수도사업자의 재정수지 최적화 방법][6. How to Optimize Fiscal Balance of Water Service Providers Linked with Future Funding Plan]

상수도사업에서의 최적 재정 수지란 수익과 지출이 균형을 맞추어, 사업의 지속가능성을 담보할 수 있는 것으로 정의할 수 있다. 본 발명에서는 수도사업자의 장래 자금조달계획에 따라 분석기간 동안 수익과 지출의 균형을 맞출 수 있는 최적의 재정수지를 도출한다. 장기 자금조달계획은 수도요금을 증가시켜 급수수익을 증가시키는 방법, 은행에서 대출을 받아 차입금을 증가시키는 방법, 정부로부터 지원을 받아 보조금을 증가시키는 방법의 3가지를 고려한다. 차입금의 경우 재정수지 예측 방법에서와 같이 불가피한 경우에만 발생하는 것으로 가정하였다. The optimal financial balance in water supply can be defined as a balance between revenue and expenditure, ensuring business sustainability. The present invention derives an optimal fiscal balance to balance revenue and expenditure during the analysis period according to the future funding plan of the water service provider. The long-term funding plan considers three ways to increase water bills to increase water supply, increase loans by taking loans from banks, and increase subsidies with government support. Borrowings are assumed to occur only when they are inevitable, as in the fiscal balance forecasting method.

도 1은 장래 자금조달계획과 연계한 수도사업자의 재정수지 최적화의 흐름도를 나타낸다. 도 1에 나타낸 “상환금의 최소화, 최적화기법 적용” 부분에서는 식(16)과 같이 차입금상환금(차입금과 이자의 합)의 최소화를 목적함수로 하는 최적화기법을 적용한다. 여기서 최적화기법은 비선형계획법 또는 선형계획법 등을 적용할 수 있다.  Figure 1 shows a flow chart of the fiscal balance optimization of the water service provider linked to the future funding plan. In the “minimization of repayment and application of optimization technique” shown in FIG. Here, the optimization technique may be applied to nonlinear programming or linear programming.

Figure 112018022886616-pat00077
(16)
Figure 112018022886616-pat00077
(16)

재정 수지의 균형을 맞추기 위한 제약조건은 수도사업자의 재정상태에 따라 다르게 적용할 수 있다. 다음 식(17), 식(18)은 한가지 예시로써, 식(17)은 급수수익 산정시 고려하는 수도요금은 분석기간동안 일정하게 증가한다는 가정을, 식(18)은 국고보조금은 일정하게 감소한다는 가정을 표현하는 식이다. Constraints to balance the fiscal balance can be applied differently depending on the financial status of the utility. Equation (17) and Equation (18) are just one example. Equation (17) assumes that the water rate taken into account when calculating the water supply revenue increases regularly during the analysis period. It expresses the assumption that

Figure 112018022886616-pat00078
(17)
Figure 112018022886616-pat00078
(17)

Figure 112018022886616-pat00079
(18)
Figure 112018022886616-pat00079
(18)

도 6은 최적 재정수지 도출 결과의 예시로서 위의 수식을 활용하여 장래 재정수지(최적 재정수지)를 예측한 결과 예시이다. 6 is an example of a result of predicting the future financial balance (optimal financial balance) using the above formula as an example of the result of the optimal financial balance deduction.

[7. 연차별 [7. Annual 투자가능Investment available 예산범위, 개별 유형자산의 생애주기비용을 고려한 자산관리계획 최적화 방법] Optimization Method of Asset Management Plan Considering Budget Scope and Life Cycle Cost of Individual Tangible Assets]

상수도시설 모든 유형자산의 사용수명에 따라 개량시기가 결정되며, 수도사업자는 모든 자산에서 발생하는 개량수요에 대응하는 것이 바람직하다. 그러나 수도사업자의 예산 사용범위에는 한계가 있기 때문에, 연차별로 발생하는 모든 유형자산의 개량에 대응하기에 어려운 점이 있다. 그러므로 사용가능한 예산 범위 내에서 최대로 개량수요에 대응할 수 있는 개량계획을 수립할 필요성이 있다. 사용가능한 예산 범위는 장래 자금조달계획에 따라 달라진다. The period of improvement is determined by the service life of all tangible assets of the water supply facility. It is desirable that the water service provider respond to the demand for improvement from all assets. However, there are limitations in the budgetary use of water utilities, which makes it difficult to cope with the improvement of all tangible assets that occur annually. Therefore, there is a need to develop an improvement plan that can respond to the maximum improvement demand within the available budget. The available budget range depends on future funding plans.

최적의 자산관리계획을 수립하기 위하여, 먼저 유형이 다른 상수도시설 자산을 상수도관로자산과 그 외 자산((철근)콘크리트 구조물, 강 구조물, 기계설비, 전기설비)으로 분류한다. In order to develop an optimal asset management plan, first, the heterogeneous water supply assets are classified into water supply pipeline assets and other assets (reinforced concrete structures, steel structures, machinery and electrical equipment).

다음으로, 시설물 유형자산의 재투자 시점은 자산의 잔존수명에 따라 결정하도록 하며, 자산의 잔존수명은 앞선 단계에서 산출된 시설물의 내구연한과 취득시점으로 현 시점까지 경과한 연수를 고려하여 산정한다. Next, the timing of reinvestment of the property, plant and equipment is determined by the remaining life of the asset, and the remaining life of the asset is calculated by considering the service life of the facility calculated in the previous stage and the number of years that have elapsed up to this point.

장래 자금조달계획에 따라 도출된 사용가능한 예산 범위 내에서의 자산관리계획을 수립할 시에는 앞선 단계에서 식(7)을 통해 제시한 투자 우선순위를 고려하도록 한다. 연차별로 사용할 수 있는 예산 범위 이상의 개량수요가 발생한다면, 예산 범위 이상의 개량수요는 다음년도에 대응하는 것으로 한다. When developing an asset management plan within the range of available budgets derived from a future funding plan, the investment priorities given in Eq. (7) should be taken into account in the preceding steps. If the demand for improvement over the budget range is available for each year, the demand for improvement over the budget range shall correspond to the following year.

장래에 특정 자산에 대한 재투자(개량)를 실시하는 경우 발생하는 비용은 앞서 나타낸 식(13)과 같이 자산 취득시점의 취득가액에 물가상승률을 고려하여 개량에 소요되는 비용을 도출한 뒤 적용한다. The cost incurred in reinvestment (improvement) of a specific asset in the future shall be applied after deriving the cost for improvement by considering the inflation rate to the acquisition price at the time of asset acquisition as shown in Equation (13).

최적의 자산관리계획은 연차별 사용가능한 예산 범위 내에서의 식(8)에 나타낸 생애주기비용을 최소화하는 계획으로 정의한다. 생애주기비용을 최소화하기 위한 최적화 기법은 동적계획법, 유전알고리즘 등을 활용할 수 있다. An optimal asset management plan is defined as a plan that minimizes the life cycle costs shown in Eq. (8) within the annual budget available. Optimization techniques to minimize life cycle costs can use dynamic programming and genetic algorithms.

최적화된 자산관리계획을 도출한 뒤에는 해당 계획을 실시할 때, 수도사업자가 목표로 설정한 목표수준을 달성할 수 있는지 여부를 검토하며, 목표수준을 달성하지 못할 경우에는 장래 자금조달계획 시나리오를 재설정하여 반복적으로 목표수준 달성이 가능한 자산관리 계획을 도출한다. After deriving the optimized asset management plan, when implementing the plan, it is examined whether the water service provider can achieve the target level set as the target, and if the target level is not achieved, the future financing plan scenario is reset. We then derive an asset management plan that can achieve the target level repeatedly.

[8. 목표수준 달성 여부 검토 방법][8. How to review your goal level]

수도사업자는 수도사업자의 여건에 따라 다양한 목표를 설정할 수 있다. 다음 <표 5>는 수도사업자가 설정할 수 있는 다양한 성과평가지표들을 나타내며, 최적화된 자산관리 계획을 통해 해당 성과평가지표들을 달성할 수 있는지 여부를 검토하여 수도사업자에 가장 최적화된 자산관리계획을 수립한다. Water service providers can set various goals according to the conditions of water service providers. The following <Table 5> shows various performance evaluation indicators that can be set by the water service provider, and establishes the most optimal asset management plan for the water service provider by examining whether the performance evaluation indicators can be achieved through the optimized asset management plan. do.

Figure 112018022886616-pat00080
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Figure 112018022886616-pat00081
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<표 5> 수도사업자의 목표수준 달성여부 검토시 활용가능한 성과평가지표<Table 5> Performance Evaluation Indicators Available for Reviewing whether Water Works Providers Achieve Target Levels

[최적화 방법론][Optimization Methodology]

위에서 설명한 바와 같이, 장래 자금조달계획과 연계한 수도사업자의 재정수지 최적화의 흐름도가 도 1에 나타나 있으며, “상환금의 최소화, 최적화기법 적용"에서 차입금상환금(차입금과 이자의 합)의 최소화를 목적함수로 하는 최적화기법을 적용하며, 여기서 최적화기법은 비선형계획법 또는 선형계획법 등을 적용할 수 있다. As described above, a flow chart of the budget balance of the water service provider in connection with the future financing plan is shown in FIG. 1, and the objective function of minimizing the repayment of borrowings (sum of borrowings and interest) in the “minimization of repayments, application of optimization techniques” The optimization technique is applied, and the optimization technique can be applied to nonlinear programming or linear programming.

a.비선형계획법a.Nonlinear Programming

비선형계획법(NLP, non-linear programming)은 선형계획법과 같이 목적함수와 제약조건으로 모형이 구성되지만, 목적함수나 제약조건이 1차식이 아닌 비선형함수로 표시되는 수리계획법이다. 비선형계획법(NLP)은 비선형함수로 표시되기 때문에 선형계획법의 단체법과 같은 효율적인 해법이 존재하지 않는다. 그러나 목적함수나 제약조건을 선형으로 나타내기 힘든 문제 상황을 모형하기 위해 비선형계획법을 활용하여 문제의 보다 현실적인 추상화에 기여할 수 있다. 비선형계획 문제를 풀기 위해 일반적으로 행렬 계산법, 라그랑지 승수법(Lagrange multipliermethod), 쿤-터커 정리(Kuhn-Tucker Theorem)를 사용할 수 있다. Nonlinear programming (NLP) is a mathematical programming method in which a model is composed of objective functions and constraints like linear programming, but the objective function or constraints are represented as nonlinear functions rather than linear equations. Since nonlinear programming (NLP) is expressed as a nonlinear function, there is no efficient solution like the collective method of linear programming. However, nonlinear programming can be used to model problem situations where it is difficult to represent objective functions or constraints linearly, which can contribute to a more realistic abstraction of the problem. To solve nonlinear planning problems, we can generally use matrix calculation, Lagrange multipliermethod, and Kuhn-Tucker Theorem.

a-1) 행렬 계산법a-1) Matrix calculation

비선형계획법(NLP)은 일반적으로 행렬 계산법으로 풀 수 있으며, 행렬을 풀기 위해 그래디언트(Gradient)와 헤시안(Hessian)을 이용해서 풀 수 있다. 그래디언트(Gradient)는 연속이고 연속 미분가능한 함수에 대한 일차 편도함수를 뜻하며, 기하학적으로 그래디언트 벡터(

Figure 112018022886616-pat00082
)는 함수값의 최대 증가율이 발생하는 방향을 나타낸다. Nonlinear programming (NLP) is generally solved by matrix calculation, and can be solved using gradients and Hessian to solve matrices. Gradient is the first-order partial derivative of a continuous and continuous differential function, and geometrically the gradient vector (
Figure 112018022886616-pat00082
) Indicates the direction in which the maximum increase rate of the function value occurs.

Figure 112018022886616-pat00083
Figure 112018022886616-pat00083

헤시안(Hessian)은 이차대칭행렬로, 두 번 연속해서 미분가능한 목적함수는 헤시안(Hessian) 행렬을 통해 풀 수 있다. Hessian is a quadratic matrix, and the object function that can be differentiated twice in succession can be solved through the Hessian matrix.

Figure 112018022886616-pat00084
Figure 112018022886616-pat00084

a-2) a-2) 라그랑지Lagrange 승수법Multiplier (( LagrangeLagrange multipliermethodmultipliermethod ))

라그랑지 승수법(lagrange multipliermethod)은 아래 식과 같이 등식제약을 갖는 비선형계획모형에 적용하는 방법으로, 원래의 모형에 라그랑지 승수를 도입하여 목적함수와 등식의 제약식을 연결하는 라그랑지 함수(lagrange function)를 만들어 제약이 없는 비선형계획 모형으로 변환한 후 최대값·최소값을 찾는 방법이다Lagrange multipliermethod is a method that is applied to nonlinear planning model with equation constraint as shown in the following equation.Lagrange multipliermethod introduces Lagrange multiplier to the original model and connects the objective function and the constraint of the equation. It is a method to find the maximum value and the minimum value after converting to a non-linear plan model with no constraints.

Figure 112018022886616-pat00085
Figure 112018022886616-pat00085

Figure 112018022886616-pat00086
Figure 112018022886616-pat00086

위의 식을 라그랑지 승수법에 적용하기 위해서 라그랑지 함수 형태로 변환시키면 아래식과 같다. In order to apply the Lagrange multiplier to the Lagrangian function, it is as follows.

Figure 112018022886616-pat00087
Figure 112018022886616-pat00087

목적함수를 구성하는 결정변수는 등식제약하에서 라그랑지 함수

Figure 112018022886616-pat00088
를 결정변수
Figure 112018022886616-pat00089
와 라그랑지 승수
Figure 112018022886616-pat00090
에 대해 편미분 값이 0이 되어야 원래의 모형에서 최적해를 찾을 수 있다. The determinants of the objective function are Lagrange functions under equality constraints.
Figure 112018022886616-pat00088
Is a determinant
Figure 112018022886616-pat00089
And Lagrange multiplier
Figure 112018022886616-pat00090
The partial derivative value of 0 must be zero to find the optimal solution in the original model.

Figure 112018022886616-pat00091
Figure 112018022886616-pat00091

Figure 112018022886616-pat00092
Figure 112018022886616-pat00092

a-3) 쿤-터커 정리(Kuhn-Tucker Theorem)a-3) Kuhn-Tucker Theorem

쿤-터커 정리(Kuhn-Tucker Theorem)는 부등식제약하의 비선형계획모형에 적용되는 방법으로 가장 일반적인 의사결정 상황을 표현하지만, 최적해를 구하는 방법은 다른 방법에 비해 복잡한 특징이 있다. 쿤-터커 정리(Kuhn-Tucker Theorem)는 주어진 점이 최적해가 되기 위한 필요조건을 규정하는 것으로, 일반적인 부등식제약하의 비선형계획모형이 아래의 식과 같다면, 쿤-터커 정리(Kuhn-Tucker Theorem)의 필요조건은 다음의 6가지 조건과 같다. The Kuhn-Tucker Theorem is a method applied to nonlinear planning models under inequality constraints to represent the most common decision-making situations, but the method of finding the optimal solution is more complex than other methods. The Kuhn-Tucker Theorem defines the requirements for a given point to be optimal. If the nonlinear planning model under general inequality constraints is given by the following equation, then the Kuhn-Tucker Theorem is required. The conditions are the following six conditions.

Figure 112018022886616-pat00093
Figure 112018022886616-pat00093

Figure 112018022886616-pat00094
Figure 112018022886616-pat00094

Figure 112018022886616-pat00095
이 원래 모형의 최적해라면, 다음과 같은 조건을 만족시키는 라그랑지 승수
Figure 112018022886616-pat00096
이 존재한다.
Figure 112018022886616-pat00095
If it is the optimal solution of this original model, Lagrange multiplier satisfying
Figure 112018022886616-pat00096
This exists.

Figure 112018022886616-pat00097
Figure 112018022886616-pat00097

Figure 112018022886616-pat00098
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Figure 112018022886616-pat00099
Figure 112018022886616-pat00099

Figure 112018022886616-pat00100
Figure 112018022886616-pat00100

Figure 112018022886616-pat00101
또는
Figure 112018022886616-pat00102
Figure 112018022886616-pat00101
or
Figure 112018022886616-pat00102

Figure 112018022886616-pat00103
또는
Figure 112018022886616-pat00104
Figure 112018022886616-pat00103
or
Figure 112018022886616-pat00104

b. 선형계획법b. Linear programming

최적화기법에는 여러 모형들이 있지만, 가장 완벽하게 정리되어 있는 기법 중의 하나가 선형계획법(LP, liner programming)이다. 선형계획법(LP)에서는 최대화 또는 최소화의 단일 목표를 추구하고, 목표를 목적함수식과 제약조건식으로 표현해야 한다. 또한, 목적함수식과 제약조건식은 상호관련성을 가지는 결정변수로 구성되며, 선형성을 가져야 한다는 조건이 있다.There are many models of optimization techniques, but one of the most complete techniques is linear programming (LP). In linear programming (LP), a single goal of maximization or minimization must be pursued, and the goal must be expressed in objective function and constraint expression. In addition, the objective function and the constraint expression are composed of determinants that are interrelated, and there is a condition that they must have linearity.

허용되고 한정된 자원을 최선으로 활용할 수 있을 것인가를 해결하기 위해 경영과학의 주요 분야 중 수리계획법(mathematical programming)이 사용된다. 수리계획법은 한정된 자원에 대해 가장 효율적이나 최적의 방법을 추구하고자 하는 방안으로, 최적을 추구하기 위해 수학적 기법을 활용하기 때문에 최적화기법(optimization)이라고도 한다.Mathematical programming is used among the major areas of business science to address whether best use of permitted and limited resources is possible. Mathematical programming is a method of pursuing the most efficient but optimal method for limited resources. It is also called optimization because it uses mathematical techniques to pursue the optimal.

수리계획법은 다음 3가지 조건을 만족 시켜야 한다.Mathematical programming must satisfy the following three conditions:

① 문제의 구조가 변수

Figure 112018022886616-pat00105
에 의해 표현되어야 한다. ① structure of the problem is variable
Figure 112018022886616-pat00105
Should be represented by

② 문제에는 경계조건이 있고 이것이 다음과 같은 수식으로 표현되어야 한다. ② There is a boundary condition in the problem and it must be expressed by the following formula.

Figure 112018022886616-pat00106
Figure 112018022886616-pat00106

③ 구하려고 하는 목표가 있어야 하고, 이 목표가 ①의 변수에 의해 표현되어야 한다. ③ There must be a goal to be obtained and this goal must be expressed by the variable of ①.

위의 3가지 조건을 만족 시키는 수리계획법 중에서 조건 ②와 조건 ③이 선형이면 선형계획법, 비선형이변 비선형계획법이라고 부른다. 그리고 선형계획법 중에서 정수해만을 요구하면 정수계획법이라고 부른다. If the conditions ② and condition ③ are linear among the mathematical planning methods that satisfy the above three conditions, they are called linear programming method and nonlinear bivariate nonlinear planning method. If only integer solution is required in linear programming, it is called integer programming.

선형계획법 문제의 해법은 여러 가지가 있지만, 가장 널리 사용되고 있는 해법이 단체법(simplex method)이다. 단체법은 연립 1차 방정식에 기반을 두고 발전된 해법이다. There are several solutions to the linear programming problem, but the most widely used solution is the simplex method. Collective law is an advanced solution based on simultaneous linear equations.

단체법은 임의의 기저가능해를 하나 선택하고 이 기저가능해가 최적해가 아니면 이보다 목적함수의 값이 큰 기저가능해를 찾아 이것을 계속함으로써 결국에 최적해를 찾는 방법이다. 단체법을 사용하는 방법은 4단계로 이루어지며 그 과정은 다음과 같다. The collective method selects a random basis solution and finds the optimal solution in the end by continuing to find a basis solution that has a larger value of the objective function if the basis solution is not optimal. There are four steps to using the collective law and the process is as follows.

① [단계 1] 초기해① [Step 1] Initial Solution

최초의 기저가능해를 구하고 이 해에 대응하는 기저를 구한다. Find the first basis possible solution and find the basis for this solution.

② [단계 2] 단체판정 및 진입변수 선택② [Step 2] Group Judgment and Entry Variable Selection

현재 해가 최적인지 아닌지를 단체기준Ⅰ을 적용하여 확인한다. 최적이면 이 때의 해가 최적해이며 전과정을 끝내고, 그렇지 않으면, 단체기준Ⅰ을 적용하여 비기저변수 중에서 진입변수를 선택한다. 단체기준Ⅰ은 아래와 같다. Verify whether the current solution is optimal by applying Group Standard I. If it is optimal, then the solution at this time is optimal and finishes the whole process. Otherwise, the group criteria I are applied to select the entry variables from the non-base variables. Group Standard I is as follows.

Figure 112018022886616-pat00107
Figure 112018022886616-pat00107

③ [단계 3] 기저탈락변수 선택③ [Step 3] Select Base Dropout Variable

기저변수 중에서 단체기준Ⅱ를 적용하여 기저탈락변수를 선택한다.From the baseline variables, apply group criteria II to select the baseline dropout variables.

Figure 112018022886616-pat00108
Figure 112018022886616-pat00108

④ 기저수정④ Basis correction

기저를 수정하고 새로운 해를 구한다. 그리고 [단계 2]로 돌아간다. Correct the basis and find a new solution. Then return to Step 2.

선형계획법을 활용하기 위해서는 단일 목표를 추구하고, 목적함수와 제약조건식이 선형성을 가지며, 목적함수와 제약조건식을 구성하는 결정변수들 간의 상호관련성이 있어야 함을 알 수 있다. 목적함수와 제약조건 중에 하나의 식이라도 선형성을 가지지 않거나, 구성하는 결정변수들 간의 상호관련성이 적을 경우에는 이러한 조건에서 최적해를 구할 수 있는 다른 최적화 기법을 사용한다. In order to use the linear programming method, it is necessary to pursue a single goal, and that the objective function and the constraint expression should be linear, and the correlation between the determinants of the objective function and the constraint expression should be correlated. If either equation of the objective function or constraint does not have linearity or there is little interrelationship between the constituent determinants, another optimization technique is used to find the optimal solution under these conditions.

c. c. 동적계획법Dynamic programming

동적계획법(DP, Dynamic Programming)은 R.Bellman과 G.B.Danizig에 의해 개발된 방법으로, 최적화 문제의 해를 구하는 특수한 기법이며, 선형계획법을 기초로 하여 발전된 경영과학기법이다.동적계획법은 일련의 의사결정이 한 번에 그치지 않고 연속적으로 요구되는 다단계 의사결정 문제를 해결하기 위하여 개발된 기법이다. 일련의 의사결정 문제는 시간적 또는 공간적인 상호 연관성을 고려하여 여러 단계로 분할하여 부분 문제로 분해한 다음, 부분 문제에 대한 최적해를 차례로 구함으로써 다단계 의사결정 문제의 최적해를 구하는 수리 계획 모형이라 말할 수 있다. 각 단계에서의 의사결정은 R.Bellman의 최적성의 원리를 이용하여 이루어진다. R.Bellman이 제시한 동적계획법의 최적성의 원리(Principle of optimality)는 “최적 정책(일련의 의사결정)은 최초의 상태에서 어떤 의사결정이 이루어졌든지 간에 나머지 의사결정은 최초의 의사결정의 결과에서 얻어진 상태에 대해 최적이 되어야 한다.”는 것이다. 이는 주어진 현 단계에서의 의사결정은 이전 단계의 의사결정에 의해서 영향을 받는다는 것을 의미한다.Dynamic Programming (DP), developed by R. Bellman and GBDanizig, is a special technique for solving optimization problems and is a management science technique based on linear programming. It is a technique developed to solve the problem of multi-stage decision making that is not only one decision but a continuous demand. A series of decision-making problems can be said to be a mathematical planning model that can be divided into several stages by considering temporal or spatial correlations, broken down into partial problems, and then optimally solved for multi-step decision problems by sequentially optimizing the partial problems. have. Decision making at each stage is made using the principle of R. Bellman's optimality. R. Bellman's Principle of Optimality states that “the optimal policy (series of decisions) is the result of the initial decision, no matter what decision is made in the initial state. It must be optimal for the state obtained in. This means that the decision at a given stage is affected by the decision at the previous stage.

동적계획법의 기본원리 및 기본식을 최적성의 원리를 이용하여 표현하면 다음 그림과 수식으로 표현할 수 있다. Basic principles and formulas of the dynamic programming method can be expressed by the following figure and equation.

Figure 112018022886616-pat00109
Figure 112018022886616-pat00109

Figure 112018022886616-pat00110
(2.25)
Figure 112018022886616-pat00110
(2.25)

Figure 112018022886616-pat00111
: N단계에서의 목적함수
Figure 112018022886616-pat00111
: Objective function at level N

Figure 112018022886616-pat00112
: N단계에서의 설명변수
Figure 112018022886616-pat00112
: Explanatory variable in step N

Figure 112018022886616-pat00113
: N단계에서의 계수
Figure 112018022886616-pat00113
: Coefficient in N levels

Figure 112018022886616-pat00114
Figure 112018022886616-pat00114

점화식을 순차적으로 반복하여 계산을 하면, 전체의 목적함수 RN(X1, X2, ..., XN)의 최댓값인 RN(C)를 구할 수 있다. 여기서 최적성의 원리를 알 수 있는데, XN이 어떤 값일지라도(초기상태 C, 최종의 결정 XN), 최초 결정의 결과에 기인된 상태, 즉, C-XN을 N-1개의 단계에 최적 배분하는 것이 전체 단계에서의 최적정책이다. 이처럼, 최적성의 원리에 관한 함수를 점화식이라고 표현하며, 실제 문제의 방정식 해에서는 많은 경우가 R1(C), R2(C), ……, RN(C)의 순차해를 구함으로 최적값을 도출한다.By repeating the ignition formula sequentially, it is possible to obtain R N (C), which is the maximum value of the entire objective function R N (X 1 , X 2 , ..., X N ). Here you can see the principle of optimality: no matter what value X N is (initial state C, final crystal X N ), the state resulting from the initial decision, ie CX N , is optimally distributed to N-1 steps. It is the optimal policy at the whole level. Thus, a function on the principle of optimality is expressed as an ignition equation, and in many cases, R 1 (C), R 2 (C),... … We then derive the optimal value by finding the sequential solution of R N (C).

d. 유전알고리즘d. Genetic algorithm

대규모 조합의 최적화 문제와 제약조건이 많은 이산화 문제를 풀기위해 1960년 독일의 Rechenberg(1965)가 진화전략(Evolution Strategy)을 최초 제안하였고, 1970년대 초 John Holland는 생물학적 진화이론과 유전학에 기반한 유전알고리즘(GA, Genetic algorithm)의 도입을 시작하여 Goldberg와 Santani(1989)으로 발전되어왔다. 유전알고리즘(GA)은 우수한 형질의 개체가 자연환경에 잘 적응하여 우수한 후손을 생성한다는 원리를 이용하는 이론으로, 목적함수 값과 제약조건을 기준으로 적합도(fitness)를 부여한다. 진화(evolution) 의 자체과정을 흉내 내는 것으로 진화의 과정은 적자생존(survival of the fittest) 즉, 주어진 환경에 잘 적응한 녀석들만 살아남아 후손을 남기며 후손은 유수한 유전자를 물려받아 다시 환경에 적응하지만, 반대로 환경에 적응하지 못한 녀석들은 도태되는 것이 핵심이다. 적합도(fitness)가 높은 개체가 높은 확률로 살아남아 유전(generation)할 수 있게 되며, 이때 교배(crossover) 및 돌연변이(mutation)로서 다음 세대의 개체군을 형성하여 다음 세대에 우수한 유전 형질이 유전(generation)되게 되며, 몇 백, 몇 천 세대 후에는 주어진 환경에 가장 적합한 개체만 살아난다. 적합도가 좋은 개체군을 계속 활용하는 것은 미분을 활용한 최적화 방법과 유사하며 교배와 돌연변이를 시켜나가면서 최적해을 찾아나가는 것은 기존의 임의탐색법과 유사하기 때문에, 유전알고리즘(GA)은 범용성과 유용성이 높은 알고리즘으로써, 최근 Computing 기술의 발달으로 최적해를 찾는 속도가 빨라져 많은 연구와 적용이 이루어지고 있다. In 1960, Rechenberg (1965) first proposed the Evolution Strategy in order to solve large-scale combination optimization and constrained discretization problems. In the early 1970s, John Holland developed a genetic algorithm based on biological evolution theory and genetics. (GA, Genetic Algorithm) began to be introduced and developed into Goldberg and Santani (1989). Genetic Algorithm (GA) is a theory that uses the principle that a good trait individual adapts well to the natural environment to produce a good descendant. It gives fitness based on objective function values and constraints. It mimics the evolutionary process itself, and the process of evolution survives the survival of the fittest, which means that only those who have adapted well to a given environment survive, leaving offspring and descendants adapting to the environment. On the contrary, it is the culmination of those who have not adapted to the environment. Individuals with high fitness can survive and have a high probability of generation, with crossovers and mutations forming the next generation of populations, leading to superior genetic traits in the next generation. After a few hundred or thousands of generations, only the most suitable individuals for a given environment survive. Genetic algorithms (GAs) are more versatile and useful because the use of well-suited populations is similar to the optimization method using derivatives, and the search for the optimal solution through hybridization and mutation is similar to conventional random search. In recent years, the development of computing technology has accelerated the search for the optimal solution, and many researches and applications have been made.

d-1) 유전연산의 기본 개념d-1) basic concepts of genetic operations

유전알고리즘(GA)은 진화의 법칙인 적자생존과 자연도태(natural selection)의 원리로 주어진 환경에 무리를 생명체들은 그 환경에 생존할 수 있도록 적합한 형질을 가진 개체가 생존할 확률을 크게 가지며, 교배(crossover)와 돌연변이(mutation) 등의 과정을 통해 보다 좋은 방향으로 진화해 나가고 부적합한 형질의 개체들은 진화의 과정을 통해 점차 도태되어 간다. 이와 같이 진화의 과정을 되풀이해 나가면, 결국 주어진 환경에 가장 적합한 형질의 개체들이 형성될 것이라는 것이 주요내용이다.Genetic Algorithm (GA) is the principle of evolution of survival of the fittest and natural selection, so that a group of living organisms has a high probability of surviving an individual with suitable traits to survive in that environment. Through the process of crossover and mutation, they evolve in a better direction and individuals of inappropriate traits are gradually eliminated through the process of evolution. By repeating this evolutionary process, the main idea is that eventually individuals with the most appropriate traits will be formed.

d-2) 유전알고리즘의 특성d-2) Characteristics of genetic algorithm

유전알고리즘은 자연지화를 모방하고 있다는 사실 외에도 기존의 탐색알고리즘과 구분짓는 몇 가지 특징들을 가지는데 이는 다음과 같다.In addition to the fact that genetic algorithm mimics natural localization, it has several features that distinguish it from existing search algorithms.

① 문제의 파라미터를 직접 이용하기 보다는 이를 적절히 기호표현(symbolic representation)하여 이용① Instead of directly using the parameter in question, it is appropriately represented by a symbolic representation.

② 하나의 해(point)를 다루기보다는 집단(population)을 취급② deal with population rather than a single point

③ 이득함수(payoff function)또는 목적함수(objective function)값만을 필요로 하고, 미분가능성(differentiability), 연속성(continuity), 단봉성(unimodality)등과 같은 다른 보조정보를 요구하지 않음Only require payoff or objective function values, no other supplementary information such as differentiability, continuity, unimodality, etc.

④ 유전 연산자들을 사용④ Use genetic operators

⑤ 얻어진 결과는 결정적이기 보다는 확률적⑤ The results obtained are probabilistic rather than decisive

⑥ 매우 복잡하고 규모가 큰 탐색공간에서도 매우 유연함 ⑥ Very flexible even in very complex and large search spaces

d-3) 유전알고리즘 연산자d-3) genetic algorithm operators

1) 교배(Crossover) 1) Crossover

자연계 생물들은 유성생식(sexual mating)을 통하여 자손을 생산하는데, 교배는 이 과정을 알고리즘으로 모사한 것이며, 2개의 개체염색체를 부분적으로 서로 바꿔 새로운 개체를 생성하는 것이다. 교배는 다른 두 개체를 조합하여 자손에게 유전함으로써 새로운 개체를 생산하는 유전 연산자이다. 부모(parent) 개체들이 주위 환경속에서 살아남을 수 있었던 우성형질을 계승받는다. 이 때 부모의 형질이 자손에게 적절히 계승되어야 하며 이것을 형질 유전성(character preservingness) 또는 교배근접(crossover neighborhood)이라 한다. 교배 방법은 크기 다음 그림과 같은 일점 교배 방법과 이점 교배 방법이 있다. Natural organisms produce offspring through sexual mating, and mating is an algorithmic simulation of this process, partially altering two individual chromosomes to create new individuals. Crossing is a genetic operator that combines two other individuals to produce new individuals by inheriting them from offspring. Parents inherit the dominant traits that have survived the environment. At this time, the trait of the parent should be properly inherited to the offspring, which is called character preservingness or crossover neighborhood. Size of mating method There are one-point mating method and advantage mating method as shown in the following figure.

Figure 112018022886616-pat00115
Figure 112018022886616-pat00116
Figure 112018022886616-pat00115
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2) 돌연변이(Mutation)2) Mutation

진화가 되면서 교배와 재생산을 통해 집단은 더욱 강한 세대를 생성하고 염색체들은 서로 닮아가게 된다. 이러한 현상은 세대말기에는 최적해를 찾기에 좋은 조건이지만, 세대 초기에 발생되면 유전자의 다양성은 무시되며 탐색영역이 좁아지고 원하지 않는 해에 수렴하게 된다. As evolution evolves, through breeding and reproduction, groups produce stronger generations and chromosomes resemble each other. This is a good condition for finding the optimal solution at the end of the generation, but when it occurs early in the generation, gene diversity is ignored and the search area narrows and converges in unwanted years.

돌연변이는 이 문제를 해결하기 위해 개체의 각 유전자와 유전자에 대하여 일정한 돌연변이 확률을 적용하여 대립 유전자 값으로 바꾸는 방법을 사용한다. [0, 1] 범위의 난수를 생성하는데 설정한 기준값 미만의 수가 나오면 랜덤으로 변형한다. 전형적인 돌연변이 확률은 0.05이하로 돌연변이는 랜덤으로 일어나므로 최적값을 저하시킬 수 있다. 돌연변이를 통해서 나온 결과는 최적해(Feasible solution)가 아닌 경우가 많은데, 돌연변이 결과로 잘못 만들어진 세대가 거듭 될수록 사라지고 가끔 발생하는 성공적 돌연변이는 최적해결과를 향상시키는 경우가 있다.To solve this problem, mutations use a method of converting alleles and genes into individual alleles, with a constant probability of mutation. Random numbers in the range of [0, 1] are randomly generated when the number less than the set reference value is generated. Typical mutation probabilities are less than 0.05, which means that mutations occur randomly, thus reducing the optimal value. In many cases, the results of mutations are not a feasible solution. In many cases, the mutations that go wrong can be eliminated over time and the successful mutations that occur occasionally improve the optimal solution.

Figure 112018022886616-pat00117
Figure 112018022886616-pat00117

돌연변이에 사용되는 방법으로는 역위(inversion), 치환(displacement), 중복(duplicate), 추가(addition), 제거(deletion0)등 여러 가지가 있으며 세대간 적합도에 따라 각각의 확률을 다르게 할당하는 동적 돌연변이(Dynamic Mutation)등의 방법도 있다.There are several methods used for mutations, such as inversion, displacement, duplicate, addition, and deletion0, and dynamic mutations that assign different probabilities to different generational fits. There is also a method such as (Dynamic Mutation).

3) 유전(Generation)3) Generation

유전(Generation)은 적자생존과 자연도태 현상을 모방하는 기법이다. 재생산 연산자(reproduction operator)는 적합도 값을 기반으로 전체집단을 강하게 해주는데 목적이 있다. 선택되지 않은 집단을 몰아내고 강한 개체를 선택함으로 선택된 집단을 다음세대에 넓게 분포하게 해준다. 그러나 공정된 크기의 집단을 다루는 유전 알고리즘에서 발생하는 중요한 문제점은 유전적 다양성의 결핍과 선택압의 저하이다. 유전적 다양성과 선택압은 상반되는 관계를 가짐으로 적용 시 적절한 균형을 유지해야한다.Generation is a technique that mimics the survival of deficits and natural selection. The reproduction operator aims to strengthen the entire population based on the goodness-of-fit values. By dismissing the unselected groups and selecting strong individuals, the selected groups are widely distributed to the next generation. However, the major problems that arise in genetic algorithms that deal with fair sized populations are the lack of genetic diversity and a drop in selection pressure. Genetic diversity and selection pressures have opposing relationships, so they must be properly balanced when applied.

선택 재생산 기법으로는 룰렛휠선택(roulette wheel selection), 순위에 기초한 선택(ranking-based selection), 토너먼트 선택(tournament selection)등이 사용되고 있으며 여러 방법들 중 다음 그림과 강ㅌ은 룰렛휠선택기법이 폭넓게 사용되고 있다.Roulette wheel selection, ranking-based selection, and tournament selection are used as the selection reproduction technique. Among the various methods, the following figure and the strength of the roulette wheel selection technique are used. It is used widely.

Figure 112018022886616-pat00118
Figure 112018022886616-pat00118

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements of those skilled in the art using the basic concepts of the present invention defined in the following claims are also provided. It belongs to the scope of rights.

Claims (14)

GIS 관리프로그램과 SCADA(상수도관망 실시간 감시제어시스템)로부터 자료를 취득하는 자료수집부;
상기 자료수집부의 자료에 기초한 상수도시설물의 유형자산 현황자료, 상수도시설물 자산 진단/평가자료, 상수도시설물의 이력자료를 입력받는 입력부; 및
상기 입력부에서 입력된 자료를 기초로 a)상수도시설물 유형자산 상태평가, b)상수도시설물 유형자산 내구연한 산정, c)상수도시설물 유형자산 재투자 우선순위 산정, d)상수도시설물 유형자산 생애주기비용 산정, e)수도사업자의 장래 재정수지 예측, 및 f)장래 자금조달계획과 연계한 수도사업자의 재정수지 도출을 수행하는 연산부; 및
상기 연산부의 수행결과로 수도사업자의 장래투자계획과 장래 재정수지를 출력하는 출력부;를 포함하고,
상기 연산부의 수도사업자의 장래 재정수지 예측은,
급수수익, 국고보조금, 금융기관차입금으로 이루어지는 3가지 수익부 항목과, 유지관리비, 유형자산취득, 금융기관차입금 상환금으로 이루어지는 3가지 지출부 항목을 통해 장래 재정수지를 예측하며,
연차별 급수수익은 아래 식(9)로, 연차별 국고보조금은 아래 식(10)으로 계산하는,
상수도시설의 최적 자산관리시스템.
Figure 112019068797472-pat00189
(9)
Figure 112019068797472-pat00190
(10)
Figure 112019068797472-pat00191
: 분석연도 (년)
Figure 112019068797472-pat00192
: 분석종료연도 (년)
Figure 112019068797472-pat00193
: m 연도의 수도요금 수입 (원)
Figure 112019068797472-pat00194
: m 연도의 공급수량 (m3/년)
RWRm : m 연도의 목표 유수율 (%)
Figure 112019068797472-pat00195
: m 연도의 수도요금 (원/m3)
Figure 112019068797472-pat00196
: m 연도의 국고보조금 (원)
Figure 112019068797472-pat00197
: 분석 시작 시점의 국고보조금 (원)
A data collection unit for obtaining data from a GIS management program and a SCADA real-time monitoring and control system;
An input unit for receiving tangible asset status data of waterworks facilities, diagnosis / evaluation data of waterworks facilities, and historical data of waterworks facilities based on the data collection unit; And
Based on the data entered in the input section, a) assessing the condition of tangible assets of waterworks facilities, b) estimating the lifespan of tangible assets of waterworks facilities, c) calculating the priority of reinvestment of tangible assets of waterworks facilities, d) estimating the lifecycle cost of tangible assets of waterworks facilities, d) e) a calculation unit for performing the water budget prediction of the water service provider and f) deriving the water budget of the water service provider in connection with the future funding plan; And
And an output unit configured to output a future investment plan and a future financial balance of the water service provider as a result of the calculation unit.
The future fiscal balance forecast of the water service provider of the operation unit,
We forecast the future financial balance through three categories of revenues consisting of water supply income, government subsidies, and financial institution borrowings, and three categories of expenses consisting of maintenance expenses, acquisition of tangible assets, and repayment of financial institution borrowings.
Annual water supply revenue is calculated by the following equation (9), annual government subsidies are calculated by the following equation (10),
Optimal asset management system of water supply facilities.
Figure 112019068797472-pat00189
(9)
Figure 112019068797472-pat00190
10
Figure 112019068797472-pat00191
: Year of analysis (years)
Figure 112019068797472-pat00192
: Year of analysis end (year)
Figure 112019068797472-pat00193
: m Water rate income (year)
Figure 112019068797472-pat00194
m Supply of year (m 3 / year)
RWR m : Target flow rate in m years (%)
Figure 112019068797472-pat00195
: Water rate for year m (won / m 3 )
Figure 112019068797472-pat00196
: State subsidies for m years (KRW)
Figure 112019068797472-pat00197
: State subsidies at the start of analysis (KRW)
제1항에 있어서,
상기 연산부의 상수도시설물 유형자산 내구연한 산정은, 안전계수 기반 물리적 내구연한 산정모델로서,
아래 식(1)과 같이, 시설물에 잔존하고 있는 강도와 시설물에 작용하는 응력의 비율로 도출하는 안전계수(SF, Safety Factor) 산정 방법을 이용하는,
상수도시설의 최적 자산관리시스템.
Figure 112018022886616-pat00119
(1)
Figure 112018022886616-pat00120
: 안전계수 (-)
Figure 112018022886616-pat00121
: 시설물 잔존강도 (kgf/cm2)
Figure 112018022886616-pat00122
: 시설물에 작용하는 작용응력 (kgf/cm2)
The method of claim 1,
The calculation of the tangible assets of tap water facilities of the operation unit is a calculation model of physical durability based on the safety factor.
Using the safety factor (SF) calculation method derived from the ratio of the strength remaining in the facility and the stress acting on the facility, as shown in equation (1) below,
Optimal asset management system of water supply facilities.
Figure 112018022886616-pat00119
(One)
Figure 112018022886616-pat00120
: Factor of safety (-)
Figure 112018022886616-pat00121
: Residual strength of facility (kg f / cm 2 )
Figure 112018022886616-pat00122
: Working stress acting on the facility (kg f / cm 2 )
제1항에 있어서,
상기 연산부의 상수도시설물 유형자산 내구연한 산정은, 사고이력 기반 통계적 내구연한 산정모델로서, 아래 식(3)의 선형모델, 식(4)의 거듭제곱모델, 식(5)의 지수모델, 식(6)의 코호트모델 중 어느 하나를 이용하는,
상수도시설의 최적 자산관리시스템.
Figure 112019016358423-pat00123
(3)
Figure 112019016358423-pat00124
(4)
Figure 112019016358423-pat00125
(5)
Figure 112019016358423-pat00126
(6)
Figure 112019016358423-pat00127
: t연도의 파손율(건/년),
Figure 112019016358423-pat00128
: 현재 연도(년)
Figure 112019016358423-pat00129
: 시설물 설치 연도(년)
Figure 112019016358423-pat00130
: 상수(시설물의 특성 및 대상지역의 특성에 따라 상수가 달라짐.)
The method of claim 1,
The calculation of the tangible assets of tap water facilities of the operation unit is an accident history-based statistical durability calculation model, which is a linear model of equation (3), a power model of equation (4), an exponential model of equation (5), and equation ( 6) using any one of the cohort model,
Optimal asset management system of water supply facilities.
Figure 112019016358423-pat00123
(3)
Figure 112019016358423-pat00124
(4)
Figure 112019016358423-pat00125
(5)
Figure 112019016358423-pat00126
(6)
Figure 112019016358423-pat00127
= failure rate in t years (case / year),
Figure 112019016358423-pat00128
: Current year
Figure 112019016358423-pat00129
: Year of facility installation (year)
Figure 112019016358423-pat00130
: Constant (The constant varies depending on the characteristics of the facility and the target area.)
제1항에 있어서,
상기 연산부의 상수도시설물 유형자산 재투자 우선순위 산정은,
대상지역의 데이터 확보 수준의 정도를 기준으로 우선순위 산정을 달리하며,
상기 데이터 확보수준이 상대적으로 낮은 경우에는, 상수도 공급과정의 상단부에 위치한 시설부터 우선순위를 부여하며(취수시설-도수시설-정수시설-송수시설-배수시설 순서로 우선순위를 부여), 동일 공급과정 내에서는 유형 자산 취득금액이 높은 순서에 따라 우선순위를 부여하는,
상수도시설의 최적 자산관리시스템.
The method of claim 1,
The priority of reinvestment of tangible assets of tap water facilities of the operation unit is
The priority calculation is based on the degree of data acquisition in the target area.
If the data acquisition level is relatively low, priority is given to the facilities located at the top of the water supply process (priority in the order of intake, water, water, water, and water) and the same supply. Within the process, priority is given to the acquisition of tangible assets in the highest order.
Optimal asset management system of water supply facilities.
제4항에 있어서,
상기 데이터 확보 수준이 높은 경우, 상수도시설물 유형자산의 재투자 우선순위는 물 공급 리스크가 높은 순서로 결정하며,
상기 물 공급 리스크는 아래 식(7)에 나타낸 바와 같이 시설물에 파손이 발생할 확률과 시설물에 파손이 발생했을 시 피해범위의 곱으로 산정하고,
시설물에 파손이 발생했을 시 피해범위는 공급 부족수량 또는 공급 부족에 따른 피해보상비용을 통해 산정하는,
상수도시설의 최적 자산관리시스템.
Figure 112018022886616-pat00131
(7)
Figure 112018022886616-pat00132
: 물 공급 리스크 (m3/년 또는 원/년)
Figure 112018022886616-pat00133
: Probability of Failure (시설물의 파손 발생 확률) (건/년)
Figure 112018022886616-pat00134
: Consequence of Failure (시설물 파손에 따른 피해범위) (m3/건 또는 원/건)
The method of claim 4, wherein
If the data acquisition level is high, the priority of reinvestment of tangible assets of waterworks facilities is determined in order of high water supply risk.
The water supply risk is calculated by multiplying the probability of damage to the facility and the damage range when the facility is damaged as shown in Equation (7) below.
In case of damage to the facility, the damage range is calculated by the amount of supply shortage or compensation for damages due to supply shortage.
Optimal asset management system of water supply facilities.
Figure 112018022886616-pat00131
(7)
Figure 112018022886616-pat00132
: Water supply risk (m 3 / year or KRW / year)
Figure 112018022886616-pat00133
: Probability of Failure (case / year)
Figure 112018022886616-pat00134
: Consequence of Failure (m 3 / case or won / case)
제1항에 있어서,
상기 연산부의 상수도시설물 유형자산 생애주기비용 산정은,
상수도시설물의 운영 및 재투자(시설물의 개량)에 소요되는 비용을 고려하여 아래 식(8)과 같이 생애주기비용을 산정하는 도출하는,
상수도시설의 최적 자산관리시스템.
Figure 112018022886616-pat00135
(8)
Figure 112018022886616-pat00136
: 생애주기비용 (원)
Figure 112018022886616-pat00137
: 시설물의 운영비용 (원)
Figure 112018022886616-pat00138
: 시설물의 재투자(개량)비용 (원)
Figure 112018022886616-pat00139
: 시설물 개수 (총 시설물의 수 = q)
Figure 112018022886616-pat00140
: 연도 (년, 총 분석기간 = p)
Figure 112018022886616-pat00141
: 사회적 할인율 (%)
The method of claim 1,
The life cycle cost of tangible assets of tap water of the operation unit is
Considering the costs for operating and reinvesting waterworks (improvement of facilities), a life cycle cost is calculated as shown in Equation (8) below.
Optimal asset management system of water supply facilities.
Figure 112018022886616-pat00135
(8)
Figure 112018022886616-pat00136
: Life cycle cost (KRW)
Figure 112018022886616-pat00137
: Operating cost of facility (KRW)
Figure 112018022886616-pat00138
: Reinvestment (improvement) cost of facility (KRW)
Figure 112018022886616-pat00139
: Number of facilities (total number of facilities = q)
Figure 112018022886616-pat00140
: Year (year, total analysis period = p)
Figure 112018022886616-pat00141
: Social discount rate (%)
삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
연차별 유형자산 취득에 소요되는 비용은 아래 식(13)로 계산하는,
상수도시설의 최적 자산관리시스템.
Figure 112019016358423-pat00163
(13)
Figure 112019016358423-pat00164
: m 연도의 유형자산취득 금액 (원)
Figure 112019016358423-pat00165
: 상수도시설물 n의 취득시점에서의 유형자산취득 금액 (원)
Figure 112019016358423-pat00166
: 물가상승률 (%)
Figure 112019016358423-pat00167
: 상수도시설물 n의 취득시점으로부터 m 연도까지 경과연도 (년)
The method of claim 1,
The cost required to acquire tangible assets for each year is calculated by the following equation (13),
Optimal asset management system of water supply facilities.
Figure 112019016358423-pat00163
(13)
Figure 112019016358423-pat00164
m Acquisition of tangible assets for the year m (KRW)
Figure 112019016358423-pat00165
: Amount of property, plant and equipment acquired at the time of acquisition of water supply facility n (KRW)
Figure 112019016358423-pat00166
: Inflation rate (%)
Figure 112019016358423-pat00167
: Year passed from the acquisition of water supply facility n to year m (years)
삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 연산부의 장래 자금조달계획과 연계한 수도사업자의 재정수지 최적화는, 장래 자금조달계획에 따라 분석기간 동안 수익과 지출의 균형을 맞출 수 있는 최적의 재정수지를 도출하는 것을 의미하며,
아래 식(16)과 같이 금융기관차입금 상환금(차입금과 이자의 합)의 최소화를 목적함수로 하는 최적화기법을 적용하여 최적의 재정수지를 도출하며,
상기 최적화기법은 비선형계획법 또는 선형계획법을 적용하는,
상수도시설의 최적 자산관리시스템.
Figure 112018022886616-pat00173
(16)
Figure 112018022886616-pat00174
: 분석종료연도 (년)
Figure 112018022886616-pat00175
: m 연도의 금융기관차입금 상환액 (원)
Figure 112018022886616-pat00176
: m 연도의 차입금의 이자 (원)
The method of claim 1,
Optimizing the fiscal balance of the water service provider in conjunction with the future funding plan of the operation unit means deriving an optimal fiscal balance that can balance the profits and expenses during the analysis period according to the future funding plan,
As shown in Equation (16) below, the optimal financial balance is derived by applying an optimization technique that aims to minimize the repayment of debt from financial institutions (sum of borrowings and interest).
The optimization technique applies a nonlinear programming or linear programming,
Optimal asset management system of water supply facilities.
Figure 112018022886616-pat00173
(16)
Figure 112018022886616-pat00174
: Year of analysis end (year)
Figure 112018022886616-pat00175
m Repayment of Financial Institution Borrowings for Year (KRW)
Figure 112018022886616-pat00176
: Interest on borrowings in m years (won)
제13항에 있어서,
상기 수익과 지출의 균형을 맞추는 최적의 재정수지 도출을 위한 제약조건으로,
급수수익 산정시 고려하는 수도요금은 분석기간 동안 일정하게 증가한다는 식(17)과,
국고보조금은 분석기간 동안 일정하게 감소한다는 식(18)을 제약조건으로 사용하는,
상수도시설의 최적 자산관리시스템.
Figure 112018022886616-pat00177
(17)
Figure 112018022886616-pat00178
(18)
Figure 112018022886616-pat00179
: m 연도의 수도요금 (원/m3)
Figure 112018022886616-pat00180
: 분석연도 (년)
Figure 112018022886616-pat00181
: m 연도의 국고보조금 (원)
Figure 112018022886616-pat00182
: 분석 시작 시점의 국고보조금 (원)
The method of claim 13,
As a constraint for deriving an optimal fiscal balance that balances the revenue and expenditure,
Equation (17) that the water rate taken into account when calculating water supply revenue increases constantly during the analysis period;
Using the equation (18) as a constraint that the government subsidies decrease uniformly during the analysis period,
Optimal asset management system of water supply facilities.
Figure 112018022886616-pat00177
(17)
Figure 112018022886616-pat00178
(18)
Figure 112018022886616-pat00179
: Water rate for year m (won / m 3 )
Figure 112018022886616-pat00180
: Year of analysis (years)
Figure 112018022886616-pat00181
: State subsidies for m years (KRW)
Figure 112018022886616-pat00182
: State subsidies at the start of analysis (KRW)
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