AHP 技法을 利用한 道路維持補修 優先順位 評價模型 開發 = Development of a decision making model for pavement rehabilitation priority using analytic hierarchy process

국문 초록 (Abstract)

포장도로의 유지관리는 전체 15종에 이르는 도로유지보수 공종 중에서 약 25%를 차지할 정도로 비중이 높기 때문에 중요성은 매우 높다고 할 수 있다. 그러나 아직까지 대부분 도로유지관리에서는 정형화된 모형이나 기법을 사용하여 우선순위를 정하는 것이 아니라 실무자의 판단에 따라 도로유지관리의 우선순위가 정해지고 있는 실정이다.
도로유지관리의 우선순위는 예산집행의 효율성이나 편의성 제고뿐 아니라 도로의 기능 및 안전사고와 직접 연관이 있으므로 과학적인 의사결정시스템에 따라 도로유지보수 지점을 선정하고 우선순위에 따라서 보수재원이 투입되도록 하여야 할 것이다. 그러나 아직까지 포장도로 유지보수 우선순위 평가에 있어서 포장상태 진단요소 외에 포장상태에 영향을 미치는 요소에 대한 연구와 이러한 평가요소들을 고려한 우선순위 평가를 과학적으로 수행할 수 있는 모형이 없는 실정이다.
이에 본 연구는 지금까지 도로유지보수의 우선순위를 결정하는데 있어 실무자의 판단이나 비과학적인 평가기법을 이용한 기존의 의사결정계통에 대한 개선방안을 제시하고, 도로유지보수 우선순위 결정을 위한 평가요소를 개발하며, 이를 토대로 우선순위 결정을 위한 평가모형을 개발하는 것을 목적으로 하고 있다.
먼저, 예비고찰을 통하여 도로유지관리체계에 대한 이론적 고찰을 실시하며, 포장도로의 유지보수, 국내외 포장도로 유지관리의 현황분석, 도로유지관리체계의 문제점 및 개선방안 등을 고찰하였으며, 도로유지관리 평가기준 및 평가모형의 개발을 위하여 계층분석방법(Analytic Hierarchy Process)의 적용가능성을 검토하였다.
또한, 도로유지관리를 위한 우선순위 평가시 고려요소에 대하여 파손영향요소와 파손간의 관계분석, 설문조사 결과 등을 바탕으로 정량적인 평가요소와 정성적인 평가요소를 추출하여 평가요소를 정립하였다. 또한 AHP방법을 이용하여 평가모형을 정립하고, 각 요소별 가중치를 분석하였다. 그리고 개발된 모형을 실제 대전광역시의 도로를 대상으로 적용하여 우선순위를 도출함으로써 본 모형의 적용성을 검증하였다. 연구수행을 위한 주요 연구기법은 계층분석법이며, 전문가 설문조사, GIS Buffering 기법, 통계기법 등을 활용하였다.
본 연구의 주요 결과는 다음과 같다.
첫째, 현행 도로유지관리체계는 과학적인 의사결정기법을 도입하지 않고 있으며, 보수의사결정에 있어서 정량적인 평가요소만을 고려하고 있는 문제점이 도출됨에 따라 정량적 및 정성적 평가요소를 통합하여 의사결정을 지원해 줄 수 있는 평가모형의 개발 필요성이 제기되었다.
둘째, 도로유지관리 평가모형의 개발에 앞서 평가항목 및 평가기준을 정립하였다. 평가요소중 도로의 파손 상태는 현장조사를 통하여 도출하는데, 균열, 소성변형, 평탄성으로 구분하고, 균열은 다시 선형균열, 거북등균열, 팻칭, 시공줄눈 등으로 구분하였다. 또한, 파손에 영향을 주는 요소는 중차량비, 교통량, 도로경과년수, 도로등급, 도로굴착 등을 고려하였으며, 정책요소는 지역간 형평성, 구간내 보수구간의 수, 사고발생건수, 연계시설의 중요도 등으로 설정하였다.
셋째, 도로유지관리에 있어 보수우선순위를 설정하기 위하여 다음과 같은 평가모형을 제시하였다.
RPMS_(i)= {Pl_(i+)PAF_(i+)POL_(i)}
넷째, 구축된 평가모형을 AHP 방법을 이용하여 정산하고 우선순위를 도출하기 위하여 평가요소간 가중치를 분석하였다.
전문가 설문조사를 통하여 도출된 요소별 가중치 분석결과, 제1수준에서는 파손상태 0.452, 파손영향요인 0.342, 정책적 요인 0.203으로 도로유지보수 우선순위 평가에 가장 중요하게 고려되는 요소는 파손상태인 것으로 나타났다. 또하, 균열지표중에는 선형균열의 가중치가 0.064로 가장 높게 나타났고, 거북등균열, 포트홀 등의 순으로 나타났다.
파손영향요인에는 중차량비율과 교통량이 가장 중요한 요소로 평가되고 있으며, 도로등급, 보수구간수, 전용차로 유무 등은 상대적으로 평가중요도가 낮게 나타났다. 한편, 정책적 요인으로는 지역간의 형평성이 가장 중요하게 인식되고 있으며, 도로유지보수구간 인접지역의 소득수준이 중요한 요소로 평가되는 것으로 나타났다.
전체적으로 보면, 기존의 도로유지보수 지표인 파손상태 못지않게 파손영향요인이나 정책적 요인의 중요성도 큰 것으로 나타나 이들 영향요소를 고려한 우선순위 평가모형을 구축의 타당성이 크다고 할 수 있다.
다섯째, 본 연구에서 도출된 도로유지관리 우선순위 결정체계의 실제 사례적용을 통한 적용성을 평가한 결과, 기존 실무자의 판단에 의존하거나 기술적 요소인 파손상태만을 고려한 경우와 다른 결과가 도출됨으로써 본 연구모형의 합리성에 근거하여 모형의 유용성이 확인되었다.
결론적으로, 본 연구에서 개발된 평가요소 및 모형을 통하여 다양하고 세분화된 평가요소를 고려할 수 있으며, 정책평가에 고려되는 정성적 요인까지 통합한 합리적인 의사결정시스템을 가능케 함으로써 의사결정의 효율성 및 자원의 효율적 배분에 기여할 것으로 기대한다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Pavement rehabilitation is one of the important road maintenance works because it is 25% for fifteen kinds of works. In case of Korea, a pavement management system(PMS) for national highway was introduced to maintain asphalt pavement appropriately with reasonable amount of budget in 1987. However, no system was suggested for the maintenance of other road, especially local road managed by local government till now.
Therefore, the decision making of priority and its appropriate rehabilitation methods for the pavement maintenance is fully depending on the subjective judgment. Also, it is not considered qualitative factors as assessment factors in existing PMS for highway.
Briefly speaking, there is no decision making system for judgment of the priority of road maintenance. For the decision making system, we need to establish assessment factors that affect on the condition of pavement and a model that can be calculated both quantitative and qualitative factors. Those are background of this study.
So, the purpose of this study is on the establishment of quantitative and qualitative factors and development of an assessment model for decision of pavement rehabilitation priority.
For this, firstly, we reviewed theoretical PMS and decision making system concerning with pavement rehabilitation and we found problems. So, we suggested Analytic Hierarchy Process method for the decision making of priority to solve of these problems.
Secondly, we established assessment factors through the analysis on correlation among factors and survey. The established factors include not only road condition factors such as rutting, roughness and crack but also qualitative factors like traffic volume, ratio of heavy vehicles, the numbers of rehabilitation, equity between areas, land use and distribution of facilities.
Thirdly, we developed a model integrating qualitative and quantitative factors and calculated the model using AHP method. And then we applied in 2001 road maintenance project of Daejeon metropolitan city for the comparison. In adopting procedure we used EC 11 Team version for calculation and buffering method of GIS. Also, we performed survey for the specialists to get the weight value by factor.
The findings are as follows;
The first, we pointed out the problems and suggested need of a kind of model to solve these problems such as unreasonable decision making system, no considering of qualitative factors and integration tool.
The second, we established assessment factors for the decision of local road maintenance priority. The factors were classified three big groups such as road condition and affection factors as quantitative factors and policy factors as qualitative factors.
The third, we suggested a decision making model for the priority of pavement rehabilitation.
RPMS_(i)= {Pl_(i+)PAF_(i+)POL_(i)}
The forth, we performed the analysis on weighting value using AHP method and the result showed that road condition was considered as a most important factor. The each value of road condition, affection factor and policy factor is 0.452, 0.342 and 0.203 by orderly. From this result, we found that the affection and policy factors that were not considered before are also considerable factors.
The fifth, the result of application of this model showed that the priority is changed in before and after.
In this study, we established decision making system of road maintenance projects and factors which must be considered in assessment process. Also, we developed a model integrating quantitative and qualitative factors using AHP and found the utility applying real data. We hope that these results help improve of decision making system and efficiency of budget use.

목차 (Table of Contents)

• 제 1 장 서 론 = 1
• 1.1 연구의 배경 및 목적 = 1
• 1.1.1 연구의 배경 = 1
• 1.1.2 연구의 목적 = 3
• 1.2 연구의 범위 = 4
• 1.3 연구의 방법 = 5
• 제 2 장 예비 고찰 = 7
• 2.1 서 = 7
• 2.2 이론적 고찰 = 7
• 2.2.1 도로유지관리의 이론적 고찰 = 7
• 2.2.2 포장도로의 유지보수 = 12
• 2.2.3 국내외 포장도로 유지관리의 현황 분석 = 26
• 2.3 다기준분석법을 이용한 의사결정 모형 = 36
• 2.3.1 다기준 분석방법 = 36
• 2.3.2 AHP(계층분석방법, Analytic Hierarchy Process) = 41
• 2.3.3 계층분석방법의 연구동향 = 59
• 2.3.4 우선순위 평가시 AHP 방법의 유용성 = 61
• 2.4 도로유지관리체계의 문제점 및 개선방안 = 62
• 2.4.1 국내외 도로관리의 문제점 및 개선방안 = 62
• 2.4.2 체계적인 의사결정시스템의 필요성 = 63
• 2.4.3 도로유지관리 체계에의 AHP 도입 필요성 = 63
• 2.5 소결 = 65
• 제 3 장 파손 및 영향요인 분석 = 67
• 3.1 파손상태 진단 = 67
• 3.1.1 파손 지표 = 67
• 3.1.2 파손조사와 평가방법 = 71
• 3.2 도시부 포장도로 파손 영향요소 분석 = 79
• 3.2.1 도로의 종류 : 자동차 전용도로와 일반도시도로 = 79
• 3.2.2 중차량 영향 = 80
• 3.2.3 교통량의 영향 = 84
• 3.2.4 강수량 및 온도 = 85
• 3.2.5 덧씌우기와 도로수명 = 86
• 3.3 보수우선순위와 정책적 요인 = 88
• 3.3.1 지역간 형평성 = 88
• 3.3.2 주요시설과의 연계성 = 88
• 3.3.3 주변 토지이용 = 89
• 제 4 장 AHP를 이용한 우선순위 평가모형의 개발 = 91
• 4.1 서 = 91
• 4.2 평가 항목 및 기준 정립 = 91
• 4.2.1 평가항목 설정을 위한 사전조사 = 91
• 4.2.2 평가기준 항목의 설정 = 94
• 4.3 우선순위 결정식 및 AHP 계층구조의 설정 = 97
• 4.3.1 전제 = 97
• 4.3.2 우선순위 결정식 및 AHP 계층구조의 설정 = 98
• 4.3.3 평가요소별 가중치 분석 = 100
• 4.4 우선순위 평가모형을 적용한 의사결정체계 = 109
• 4.4.1 의사결정계통체계 개선 = 109
• 4.4.2 의사결정체계 적용을 통한 우선순위 도출과정 = 112
• 4.5 소결 = 115
• 제 5 장 평가모형의 적용 = 117
• 5.1 서 = 117
• 5.2 자료수집 = 117
• 5.2.1 조사대상 선정 = 117
• 5.2.2 파손상태 진단 = 119
• 5.2.3 파손영향요소 = 119
• 5.2.4 정책적 요인 = 121
• 5.3 조사결과 분석 = 123
• 5.3.1 분석의 전제 = 123
• 5.3.2 파손상태 분석결과 = 124
• 5.3.3 파손영향요소 및 정책적요인 분석결과 = 126
• 5.4 가중치 분석 및 우선순위 도출 = 127
• 5.5 AHP 분석결과와 기존 수법 분석 결과의 비교분석 = 129
• 5.6 소결 = 133
• 제 6 장 결론 및 제언 = 135
• 6.1 연구의 결론 = 135
• 6.2 제언 = 138
• 참고문헌 = 139
• ABSTRACT = 147
• 부 록 = 51