국도건설사업 계획단계에서 토공부의 LCA기반 환경부하 산정모델

박진영 경북대학교 대학원 2017 국내박사

지난 100여 년간 지속되어 온 고도 사업화는 지구의 평균기온을 0.74℃ 상승시키며 전 지구적 기후변화를 유발함으로써 인류의 안전을 위협해 오고 있다. 이에 대한 대응의 일환으로 2015년 전 세계는 파리협약(Paris agreement)을 체결하였고, 우리나라는 이 협약에서 2030년까지 배출전망치(BAU, business as usual) 대비 37%의 온실가스 감축목표를 제시하였다. 건설산업은 시공과정에서 사용하는 수많은 자재의 생산과정과 건설장비에서 소비하는 에너지로 인해 다량의 온실가스를 배출하고 있다. 따라서, 건설산업의 환경부하 저감을 위한 노력 없이는 우리나라의 온실가스 감축목표를 달성하는 것은 불가능하다. 특히, 우리나라의 SOC(social overhead capital) 시설물 중 국가재정 투자비율이 가장 높은 도로의 환경부하 저감을 위한 노력이 필요하다. 도로의 시공과정에서 발생하는 환경부하를 줄이기 위해서는 시설물을 기획하는 단계에서 경제성 검토와 함께 환경적 검토를 수행하여 친환경 공법이나 자재가 적극적으로 설계에 반영 되도록 하여야 한다. 이를 위해서는 도로의 기획단계와 설계단계에서 환경영향을 객관적으로 평가할 수 있는 방법론이 필요하며, 최근 ISO 14000시리즈에서 제시하는 LCA(life cycle assessment)가 가장 합당한 방법론으로 평가되고 있다. LCA를 수행하기 위해서는 시설물에 투입되는 자원량에 대한 정보를 확보하여야하나 건설산업의 경우 설계가 완료되기 전에는 이러한 정보를 확보할 수가 없기 때문에 기획단계와 초기 설계단계에서 LCA를 수행하는 것은 불가능하다. 따라서, 이 연구는 도로 시설중 교량과 터널을 제외한 토공부를 대상으로 기획단계와 설계단계에서 가용할 수 있는 정보만을 활용한 LCA 기반의 환경부하 산정모델을 개발하고 그 유효성을 검증하고자 하였다. 도로 토공부의 환경부하 산정모델은 노선에 대한 개략적인 정보만 파악할 수 있는 기획단계에 활용할 수 있는 모델과 가용정보의 수준이 더 높아진 설계단계에서 활용하기 위한 모델로 구분하여 개발하였다. 기획단계 환경부하 산정모델은 과거의 유사한 사례로부터 해답을 도출하는 CBR(case-based reasoning) 방법론을 적용하였다. CBR 기반의 모델에 사용되는 입력변수는 문헌연구를 통해 도로의 기획단계에서 확보할 수 있는 행정구역, 도로높이, 도로등급, 지형, 설계속도, 공사유형, 토공부연장, 토공부면적, 포장두께, 차로수, 도로폭의 11가지 정보로 선정하고, 각 입력변수에 대한 유사도 평가를 통해 가장 유사한 사례로부터 환경부하량을 추정하였다. CBR 방법론을 통해 추정한 기획단계 환경부하량의 정확도는 평균 88.59%로써 양호한 결과를 나타냈다. 기획단계 보다 수준 높은 정보의 확보가 가능한 설계단계 모델은 각 공종이 부담하는 환경부하량을 분석하여 분담비율이 높은 토공, 배수공, 포장공을 대표공종으로 선정하고 이들 공종에 대한 모델을 각각 개발하여 최종 추정값을 합산한 후 나머지 공종의 환경부하량은 비율로써 반영하여 도로 토공부 전체의 환경부하량을 산출하였다. 설계단계 모델 중 토공은 작업물량과 환경부하량과의 불확실성으로 인해 기획단계에서 사용한 것과 동일한 알고리즘의 CBR 기반 모델로 개발하였다. 배수공과 포장공은 표준단면을 이용하여 작업물량을 산출하고, 이를 통해 자원량을 도출함으로써 환경부하량을 산정하는 모델을 개발하였다. 각 대표공종의 모델을 통합하고 나머지 공종을 비율로써 반영한 환경부하량의 최종 산출값을 10개의 사례를 적용하여 검증한 결과 평균 9..78%의 절대오차율과 4.42%의 표준편차를 나타내 정확도가 매우 우수한 것으로 평가되었다. 따라서, 본 연구에서 개발한 국도건설사업 토공부의 환경부하 산정모델은 기획단계와 설계단계에서 친환경성을 고려한 의사결정에 객관적인 근거자료를 제공하는 데 유용하게 활용될 수 있을 것으로 기대된다. The extensive industrialization that has been implemented for the last century has elevated the mean global temperature by 0.74℃, while also causing global climate change, and it has been threatening the safety of humankind. As a part of its countermeasure, the Paris Agreement was signed by nations across the world in 2015, and our country presented its 37% greenhouse gas reduction goal compared to business as usual (BAU) by 2030. In construction industry, a significant amount of greenhouse gas is being discharged as a result of energies being consumed by construction equipment, as well as during the process of producing numerous materials that are used in construction. Accordingly, it is not possible to achieve our greenhouse gas reduction goal without making efforts to reduce environmental load in construction industry. In particular, efforts are needed to reduce the environmental load of roads that have the highest rate of national budget investment among social overhead capital (SOC) of our country. For reducing environmental load that occur in the road construction process, it is necessary to conduct environmental review as well as economic feasibility review in the facility planning phase to allow eco-friendly construction method or material to be applied in design. This requires a method of objectively assessing environmental impact in the road planning & design phases, and the life cycle assessment (LCA) that has recently been presented in the ISO 14000 series is being regarded as the most rational method. For performing LCA, information on the amount of resources used for facilities is needed, but such information is not available before completing design in the case of construction industry. Accordingly, it is not possible to perform LCA in the planning & early design phases. Accordingly, this study aimed to develop and verify the effectiveness of a LCA-based environmental load assessment model only using information available in the planning & design phases for the earthwork of road construction except for bridge and tunnel. In regards to the environmental load assessment model of road earthwork, it was developed by dividing it into a model that can be used in the planning phase during which only rough information on route can be identified, as well as a model to be used in the design phase with a higher level of available information. For the environmental load assessment model in the planning phase, case-based reasoning (CBR) method for deducing answer from past similar cases was applied. In regards to the input variables used for the CBR-based model, 11 types of information were selected based on literature review that can be obtained in the road planning phase. Namely, they are administrative district, road height, road division, geographical feature, design speed, project type, earthwork length, earthwork area, pavement thickness, number of lanes and road width. In addition, environmental load amount was estimated from the most similar case based on similarity evaluation of input variables. In regards to the accuracy of the environmental load in the planning phase estimated through the CBR method, it was 88.59% in average, thereby showing favorable result. In regards to the design phase model for which a higher level of information than the planning phase can be obtained, environmental load taken on by each construction works was analyzed to select earthwork, drainage work and paving work with high percentage of share as major work, while developing respective models for the construction works to add up final estimation values before reflecting in percentage the environmental load of remaining construction works to calculate the total environmental load of road earthwork. As for the earthwork among the design phase models, it was developed through the CBR-based model with the same algorithm as that used in the planning phase as a result of the uncertainty of work volume and environmental load amount. As for drainage & paving works, work volume was calculated by using standard section through which resource amount was deduced to develop a model for calculating environmental load. The final computation value of environmental load, which combined the models of each major work and reflected remaining construction types, was verified by applying ten cases and it showed mean absolute error rate and standard deviation of respectively 9.78% and 4.42%, thereby showing excellent accuracy level. Thus, the environmental load assessment model for road earthwork as-developed in this study is expected to be effectively utilized in providing objective basis data in decision-making considering eco-friendliness in the planning and design phases.

LCA 및 환경비용 기반 환경부하 특성 분석 : 국도 토공부 및 포장공, IPC거더교를 중심으로

임제규 경북대학교 대학원 2018 국내석사

세계 각국은 빠른 경제성장에 따라 도로 사용에 대한 수요 증가, 편의성 도모 등의 이유로 도로 건설을 위한 대규모 투자가 해마다 증가하는 추세이다. 도로는 현대사회의 운송 체계에서 중추적인 역할을 수행하며, 도로망 체계는 해당 사회의 발전을 가늠 할 수 있는 지표로도 활용되기도 한다. 이에 따라 대형화, 다양화되고 있는 도로건설공사에서는 많은 환경부하가 발생되고 있는 실정이다. 도로건설공사 중 환경부하량을 감소시키기 위해서는 설계초기 단계에서 환경부하량을 추정하고 이를 완화시키기 위한 적극적인 대책이 필요하며 환경부하량을 환경비용으로 예측하여 각 공종별, 자재별로 분류해 적용하여 건설관리자가 시공을 하는데 공종별, 자재별 환경부하량과 환경 부담금을 예측하는 연구가 필요하다고 판단된다. 본 연구에서는 국도건설공사 중 토공, 포장공, IPC거더교 공종을 각 공종별, 자재별로 분류해 환경부하평가 기법을 활용하여 건설사업의 전과정(Life Cycle) 동안 발생되는 환경부하량을 정량적으로 산정하였고 8대 환경영향범주별 특성을 분석하였다. 그 결과 1km당 평균 환경부하량은 IPC거더교 4.53E+03, 포장공 3.91E+02, 토공 1.05E+02 순으로 나타났으며 환경부하특성분포는 (1)토공은 자원고갈95.00%, 지구온난화 3.92% (2)포장공은 생태계독성 37.19%, 자원고갈 28.49% (3)IPC거더교는 지구온난화 47.23%, 자원고갈 29.30% 순으로 나타났다. 환경부하특성을 공종별, 자재별로 정량화하고 비시장재인 환경재에 대하여 다속성효용이론에 근거한 조건부가치측정법으로 측정된 환경영향범주별 환경비용을 적용하고 비교하여 환경부하량과 환경비용의 공종별, 자원별 범주의 특성을 분석하였다. 그 결과 1km당 평균 환경비용은 IPC거더교 1,364,626천원, 포장공 108,394천원, 토공 6,428천원 순으로 환경부하량과 같은 순서로 나타났지만 환경비용 측면에서 8대영향범주별 특성분포에서는 (1)토공은 자원고갈53.06%, 지구온난화 35.00%, (2)포장공은 지구온난화 55.91%, 인간독성 41.54%, 자원고갈 2.35%, (3)IPC거더교는 지구온난화 75.65%, 인간독성 20.99%, 자원고갈 2.94% 순으로 나타났다. 본 연구의 결과와 같이 환경부하량과 환경비용에서 발생하는 영향범주별 특성이 서로 상이함으로 건설관리자로 하여금 공종별 환경부하량에 따라 기획단계 혹은 설계초기단계의 공종 및 자재를 조절하여 친환경 건설 의사결정에 도움을 줄 것으로 기대하며 나아가 단순 환경부하만을 고려하는 것이 아니라 환경비용에 따른 측면도 고려할 수 있을 것으로 판단된다. Every country in the world tends to have more large-scale investment in road constructions each year on the grounds of demand increase and conveniences for its people in step with rapid economic growth. Roads play a central role in transport system of contemporary societies and road network system is also used as an index to measure the development of a certain society. Consequently, much amount of environmental loads take place indeed in road constructions that tend to be larger and more diversified in recent days. To reduce environmental loads during road constructions needs positive measures to estimate amount of environmental loads at the early stage of design and mitigate it. And research may also be needed to forecast amount of environmental loads based on environmental costs and categorize them by each process and material, and to forecast environmental loads and environmental charges by process and material when a constructor starts a construction. This study divided earthwork, paving work, IPC girder bridge construction by each process and material and using environmental load assessment skill, estimated quantitatively total amount of environmental loads occurring throughout the life cycle of the construction projects. And it conducted analysis on characteristics of each of eight environmental impacts. As a result, the study found average amount of environmental load per 1km was in the order of IPC girder bridges 4.53E+03, paving work 3.91E+02, earthwork 1.05E+02, while characteristic distributions of environmental loads were in the order of (1) earthwork with resource exhaustion 95.00%, global warming 3.92% (2) paving work with ecological toxicity 37.19%, resource exhaustion 28.49% (3) IPC girder bridges with global warming 47.23%, resource exhaustion 29.30%. The study quantified environmental load characteristics by process and material, and for environmental goods (non-commodity), applied and compared environmental costs by each environmental impact category by measuring via Contingent Valuation Method based on Multi-Attribute Utility Theory. And then the study analyzed characteristics of environmental loads and environmental costs by each process and material. As a result, average environmental cost per 1km was in the order of IPC girder bridges 1,364,626,000 won, paving work 108,394,000 won, earthwork 6,428,000 won - same order like amount of environmental load. While, the aspect of characteristic distributions of eight environmental impacts were in the order of (1) earthwork with resource exhaustion 53.06%, global warming 35.00%, (2) paving work with global warming 55.91%, human toxicity 41.54%, resource exhaustion 2.35%, (3) IPC girder bridges with global warming 75.65%, human toxicity 20.99%, resource exhaustion 2.94%. As per the findings, characteristics by environmental impact were shown distinct between amount of environmental loads and environmental costs. The study expects to help constructors make environmentally-friendly decisions by control of process and material at the planning or early design stage according to amount of environmental loads by construction type especially taking the aspect of environmental costs into consideration, beyond environmental load simply.

도시 노인의 삶의 질 증진을 위한 근린환경요소 : 자립적 생활능력과 사회적 지지를 중심으로

김용진 서울대학교 대학원 2012 국내박사

The quality of life(QoL) of the elderly population is one of the most important indicator for the life of the elderly. This is because of that the elderly with lower QoL is to be weak for a depressive disorder. Therefore encouraging the QoL of the elderly is an essential for a successful later life, and the QoL is affected by physical health status, economic status, and social support of the elderly. Besides economic status, the physical health status and the social support of the elderly are related with activities of the elderly. In another words, the social support of the elderly would be encouraged with much social activity. From an independent living perspective, the physical health status would be encouraged with much daily life activity. Considering most of the living territory of the elderly is limited to neighborhood, neighborhood environments would affect to the instrumental activities of daily living and the social support of the elderly population. Therefore, the purpose of this study is to find out the neighborhood environmental factors enhancing the independent living ability(IADL) and the social support among the elderly population, and propose the proper direction of urban design and planning for an aging society. For this, we surveyed five hundred elderly people of 5 region in Seoul, which was to be improve their neighborhood environment with each improvement project of environment. In this survey, daily living activity, social activity, IADL, social support, physical health status, mental health status were measured. And with the address of those questioned, we calculated each neighborhood environment factors. For the analysis of the relationship between the neighborhood environmental factors and the activity, social activity, IADL, and social support, we performed SEM analysis. Second, we used a nonequivalent control group pretest-posttest design to find out the effects of environment improvement projects on the elderly's activity, IADL, and social support. Third, for the analysis on the elderly's catchment area of major facilities, we performed a cumulative distribution function model and MANOVA. First, the results from a SEM show that walking environment is most important to improve not only the elderly's activity and their personal competence for their environment but also their IADL. Also, the public transportation environment is important to independent living among the elderly population. Furthermore, the results show that neighborhood environments would be affect to social activity, social network, and social support among the elderly population. Second, the results from a nonequivalent control group pretest-posttest show that every neighborhood environment improvement project has positive effects on the elderly's life. For example, the elderly people who live in the region with a new mall has more activity and better IADL. And the elderly people who live in the region with a new senior welfare center has more social activity and better social network. Third, the results from the analysis of catchment area show that most of the catchment area is formed between 350 to 450 meter. Also, the catchment area of whom has more than three physical problems is formed between 250 to 400 meter. This means that the walkable distance of the elderly population is much narrower than other age group. The policy implications from the results of this study is as in the following. First, to build a proper urban environment for aging society, the walkable environment is most important. Especially, a broader pathway, better segregation of pedestrian and vehicle, and lower slope could be effective means to enhance the elderly population's QoL. Second, to encourage an independent living of the elderly, it is important to improve the accessibility to various facilities. Therefore a new standard for installation of neighborhood facility considering the elderly's catchment area should be established. Third, for effective supply and installation of facilities for the aged, applying the union of the community welfare plan to the urban comprehensive plan should be considered. Forth, to simplify the process of building a facility for the aged, the government ease the restriction on the building in a preserved green space. 노인의 삶의 질에 대한 평가는 그 나라의 복지 정도를 평가하는 주요 지표의 하나이다. 이는 노인의 경우에는 삶의 질이 낮아질수록, 노인우울증에 취약하며 노인우울증 환자들 중 마침내 자살에 이르는 둥, 이로 인해 건강한 가정의 행복이 위협받고 사회적 비용이 증가 일로에 있기 때문이다. 노인의 삶의 질은 신체적 질병, 건강 악화, 경제적 문제, 사회적 지지의 약화 등과 밀접한 관계가 있다. 이 중 노인의 경제적 문제 외에 건강과 사회적 지지는 노인의 활동성과 밀접한 관련이 있다. 즉 노인의 사회적 지지는 활발한 사회활동을 통해 제고될 수 있다. 그리고 노인의 건강은 단순한 신체적 질병의 유·무 못지않게 자립적 생활능력이 중요하며, 이는 일상생활 활동과 밀접한 관련이 있다. 그리고 노인의 일상생활이 대부분 근린에서 이뤄진다는 점을 고려할 때, 근린 환경은 노인의 자립적 생활능력·사회적 지지의 형성과 제고에 영향을 미칠 것으로 예상할 수 있다. 따라서 본 연구는 노인의 삶의 질에 중요한 요소로 꼽히는 자립적 생활능력과 사회적 지지의 제고를 위한 도시의 근린환경요소를 도출하고 나아가 고령사회를 대비한 도시계획 및 설계 방향을 도출하는 것을 그 목적으로 한다. 이를 위하여 본 연구에서는 서울의 5개 지역을 중심으로 각 지역에 거주하는 노인들 총 500명을 대상으로 한 설문조사를 실시하였다. 이 지역들은 물리적 환경의 개선이 예정된 지역으로 노인의 자립적 생활능력과 사회적 지지의 제고에 중요한 근린환경요소의 분석 이후, 분석의 결과를 검증하기 위한 사업 전·후 비교 연구를 함께 고려하여 선정되었다. 설문조사에서는 노인들의 일상생활활동 특성, 사회활동 특성, 자립적 생활능력(IADL), 사회관계망 및 사회적 지지, 주요 시설의 이용 거리 등이 측정되었으며, 각 개인의 주소를 중심으로 반경 500m의 물리적 환경 자료를 GIS를 활용하여 구축하였다. 구축된 자료들을 통해, 근린의 물리적 환경과 노인의 활동·사회활동 및 자립적 생활능력·사회적 지지의 관계 분석을 위해 구조방정식 모형을 활용하였다. 다음으로 5개 지역의 물리적 환경 개선 사업 전·후의 노인 변화의 관찰을 위해 유사실험 방법 중 하나인 비동일 통제집단 사전·사후 설계를 활용하였다. 마지막으로 주요 시설별 노인의 이용권(보행권)을 도출에는 누적분포모형을 활용하였다. 첫째, 구조방정식모형 분석결과에 따르면, 노인의 자립적 일상생활능력 증진을 위해 가장 중요한 근린환경요소는 보행환경으로 나타났다. 즉, 보행환경이 양호할수록 노인의 보행활동이 장려될 뿐만 아니라, 보행환경만족도, 대중환경만족도, 상업환경만족도의 개인-환경 적합성이 모두 높아져, 결과적으로 노인의 자립적 생활능력이 제고되었다. 즉, 노인의 실외활동이 편리하고 안전할수록, 다른 사람의 도움 없이 외출하고, 장을 보고, 대중교통을 이용하는 데에 부담이 줄어드는 것으로 나타났다. 이 밖에도 대중교통 시설이 잘 갖춰진 곳에 사는 노인이 대중교통을 더 많이 이용하는 경향을 보였다. 특히, 대중교통 이용이 많은 노인의 자립적 생활능력이 더 높게 나타났다. 다음으로 노인의 사회적 지지의 경우, 노인들의 주요 사회활동의 특성별로 각기 다른 환경들이 중요한 것으로 나타났다. 예를 들어, 경로당 활동은 보행환경이 양호하고, 경로당이 잘 갖춰진 곳에서 활발한 것으로 나타난 반면, 복지관 활동은 보행환경이 열악해서 노인들의 실외 활동이 불편한 곳에서 활발한 것으로 나타났다. 또한, 이웃과의 교류는 보행환경이 양호한 곳에서 활발한 반면, 각종 친목 모임은 대중교통이 양호해서 장거리 외출이 편리한 곳에서 활발한 것으로 나타났다. 이러한 사회활동은 노인의 사회관계망 형성과 사회적지지 형성에 직·간접적인 영향을 미치는데, 노인의 친목 모임은 사회관계망의 크기를, 복지관 활동과 종교활동, 이웃교류 활동, 종교활동은 사회관계망의 다양성을 제고하는 효과를 보였다. 이 밖에도 노인의 경로당 활동과 종교활동은 노인의 사회적 지지의 제고에 직접적인 영향을 미치는 것으로 나타났다. 둘째, 물리적 환경 개선에 따른 노인의 변화를 검증하기 위한 유사실험 분석 결과에 따르면, 보행환경개선사업, 근린공원조성사업, 복합쇼핑몰건설, 노인복지관건설 모두 노인의 일상생활 활동, 사회활동, 개인-환경 적합성에 유의한 변화를 가져온 것으로 나타났다. 특히, 보행환경개선사업과 복합쇼핑몰건설사업이 이뤄진 지역의 노인들은 자립적 생활능력도 유의한 수준에서 증가하였으며, 노인복지관이 건설된 지역에 거주하는 노인들은 사회관계망의 크기가 제고된 것으로 나타났다. 이러한 결과는 실제 대표적인 근린의 물리적 환경 개선 사업이 노인의 일상생활활동과 사회활동을 장려하고 자립적 생활능력과 사회관계망 형성에 도움이 되고 있음을 의미하며, 앞선 근린환경과 노인의 자립적 생활능력 및 사회적지지의 관계에 대한 횡단면 분석 결과의 인과관계를 보완하는 의미를 지닌다. 셋째, 노인의 자립적 생활능력과 사회적 지지에 중요한 것으로 도출된 근린환경요소를 바탕으로 노인들이 주로 이용하는 근린시설들의 이용권을 도출한 결과, 전체 노인을 대상으로 한 주요 근린시설의 한계거리는 약 350~450m 사이로 나타났다. 또한, 3가지 이상의 신체적 제약을 지니는 노인을 대상으로 이용권을 도출한 결과, 약 250~400m의 한계거리를 보여 일반적인 보행권으로 알려진 500m보다 매우 짧은 것으로 나타났다. 즉, 노인에게 적합한 근린환경을 조성하기 위해서는 기존 주요 시설들의 밀도 중심의 설치 기준에서 나아가 거리를 바탕으로 한 설치 기준이 수립되어야 함을 의미한다. 이상의 분석 결과를 종합하여 도출한 정책적 함의는 다음과 같다. 첫째, 고령사회에 대비한 도시 환경의 조성을 위해서는 보행환경의 개선이 필수적이다. 특히, 안전하고 편리한 보행환경의 조성은 노인의 활동 반경을 넓히는 역할을 하며, 도시환경의 유니버셜 디자인의 첫걸음이라 할 수 있다. 따라서 주요 노인시설 주변에 노인의 일상생활동선을 고려한 보행자전용도로 설치 및 별도의 지구단위계획을 수립하여 보도폭의 확충, 보차 분리, 경사도의 개선 노력 등이 수반되어야 할 것이다. 둘째, 다양한 시설로의 접근성을 제고하여 노인의 자립적 생활능력을 증진하기 위해서는 노인들의 이용권을 고려한 시설 확충이 필요하며, 따라서 기존 인구밀도 및 가구밀도 중심의 설치 기준에서 나아가 생활권 계획과 연계된 설치기준이 마련되어야 한다. 셋째, 노인의 사회적지지 형성에 중요한 노인복지시설의 효율적인 공급과 관리를 위해서는 지역사회복지계획의 노인복지시설 장·단기 공급계획이 도시기본계획 및 관리계획에 반영될 필요가 있다. 즉, 지역사회복지계획에서 지역별 복지시설의 수요와 공급계획을 수립하면, 이를 도시기본계획 내용에 반영하고 주요 노인복지시설을 계획시설로 정하여 입지 선정에서 공급까지 체계적으로 추진되어야 할 것이다. 넷째, 노인복지시설의 용이한 설치를 위해서는 국토의계획및이용에관한법률의 도시계획조례에 의한 노인복지시설의 보전녹지지역 내 건축 허용을 본법에 의거하여 건축할 수 있도록 완화할 필요가 있다 또한, 주민센터 및 관공서 이전적지 등 기존 시설 및 유휴지에 노인복지관, 의료시설, 상업 지원시설 등을 복합화하여 설치하고 이 복합시설을 중심으로 해당 지역의 경로당을 연계하여 다양한 사회활동을 장려할 필요가 있다. 본 연구는 고령사회에 대비하여 노인의 삶의 질에 초점을 둔 도시계획 및 설계의 방향을 도출하였다는 점에서 의미를 지닌다. 또한, 개념적 연구 틀로만 제시되던 신체건강·정신건강·사회적지지 등에 대한 총체적 건강에 대해 실증분석을 실시하였다는 점에서 의미를 지닌다. 특히, 그 동안 보건·복지 측면에서 개인 단위의 장기간, 집중적인 훈련을 통해야만 개선이 가능한 것으로 여겨져 오던 노인의 자립적 생활능력과 사회적 지지에 대해 도시 환경의 근린효과(neighborhood effect)를 실증하여, 노인 보건·복지에 있어서 도시계획의 역할을 강조하였다는 점에서 의미를 지닌다.

폐염전을 활용한 친환경 태양광 발전소 설치기준 도출 및 환경변화 예측

나명진 慶北大學校 2016 국내박사

화석연료의 고갈과 지구온난화현상 등 기후변화에 대응하기 위해 대체에너지 기술 개발과 사용은 지구적인 당면 과제이며 세계적으로 급속히 확대되고 있다. 특히, 우리나라와 같이 국토가 좁고 에너지가 부족한 나라에서 에너지산업을 육성하고 친환경적인 에너지를 사용하면 핵심기술의 개발과 에너지산업 경쟁력 제고 및 신성장동력 창출에 기여할 수 있을 것이다. 교토의정서의 발효에 따라 정부의 신재생에너지 개발에 대한 지원이 지속적으로 이어질 전망이며, 국내의 신재생에너지 사용량을 확대하는 정책을 시행함에 따라 국토 전역에 발전소가 급증하고 있다. 그러나, 태양광발전소 설치시 일사량에 따른 경제성만 우선 고려한 무분별한 개발 가능성이 있어 산림훼손, 토사유출, 경관훼손과 같은 자연환경 및 생태계 피해가 우려된다. 입지선정에 따른 환경적인 문제에도 불구하고, 현재까지 신재생에너지의 연구는 주로 시스템 연구와 기술적인 연구 등 기술개발과 보급에 관련된 연구가 대부분이었다. 본 연구에서는 신재새에너지 산업 특히, 태양광발전소 건설시 환경의 훼손을 최소화하기 위해 마련된 입지선정 가이드라인을 바탕으로 폐염전에 건설하기 위한 친환경 태양광발전소의 설치기준 및 사후 환경변화를 추적 조사하고자 하였다. 구체적인 연구범위는 입지에 대한 연구 및 환경적인 문제점 분석, 발전소 건설을 위한 설치 기준, 사후 환경변화 등 크게 3가지로 구분하여 진행하였다. 첫째로, 여러가지 태양광발전단지의 설치사례 중 최근 대규모로 폐염전 지역에 설치한 태양광발전소를 대상으로 자연환경 영향인자를 분석하고 폐염전을 활용한 태양광발전소의 입지 검토시 환경적인 측면을 연구함으로써 토지이요으이 효율적인 활용을 도모하고자 한다. 둘째로, 지반이 약하고, 염분농도가 높은 해안가에 위치한 폐염전 지역에 안전하고 친환경적인 태양광발전소를 조성하여 신재생에너지의 활용도를 극대화시키기 위한 설치기준을 제시하고자 한다. 마지막으로, 준공후 1~3년이 경과한 태양광발전소를 대상으로 각각 사후환경평가관리항목을 수질검사 및 토양중금속검사로 구분하여 환경오염도 변화를 추적 조사하고 향후 영향을 예측하고자 한다. The development and application of renewable energy technology is an immediate global task to combat the effects of green house and drawdown of fossil fuel reserves. Especially, developing energy industry and using eco-friendly energy in South Korea, which has narrow territory and insufficient energy resources, will contribute to development of core technology, improvement of competitive power of energy industry and creation of new growth engine. Now in South Korea, renewable energy power plant increases rapidly, as the government is expanding support policy and this trend is expected to continue as the government keep support renewable energy according to Kyoto Protocol. Photovoltaic power generation is low carbon clean energy which converts the light of the sun to electricity power by using solar cell. Currently, photovoltaic power has high installation cost and cost of generation of electricity and low energy density and generating efficiency compare to other renewable energy resources. Nevertheless, the photovoltaic power generation is in the limelight as commercialization of the high efficiency solar cell is tangible in the near future and it can produce the electricity by using unlimited solar power. However, if we only focus on economic feasibility when construct the photovoltaic power plant, the destruction of the ecosystem like forest destruction, soil runoff and the damage of the landscape can happen. By so far, most researches about photovoltaic were restricted in the technical development such as system and technical study even though there are a lot of environmental problems. As photovoltaic power is the core energy resource to solve an immediate global task which is reduction of greenhouse gas, so we need to induce to sustainable and environmental-friendly development of the photovoltaic power plant This study analyzed installation standard and post environmental impact of photovoltaic by waste saltern based on the site selection criteria guideline of the renewable energy especially photovoltaic. The main three scope of this study is “a research on the location and environmental problem”, “establishment standard” and “environment change after construction“. First, by studying recently installed large scale photovoltaic by waste saltern, it analyzed influential factors of environment change. And by studying environmental aspects of the site selection it pursued efficiency of photovoltaic land use. Second, this study will suggest installation standard of photovoltaic by waste saltern which has flimsy ground and high salt concentration, for enlarging the renewable industry through building safe and eco-friendly power plant in the waste saltern area. Third, this study will expect to post environmental change by carrying out a follow-up survey of environment pollution level (water examination, heavy metal content) of the 1~3 old photovoltaic power plant.

한국·중국의 건설 VE 비교 연구

Qiao, Le 경북대학교 대학원 2017 국내석사

최근 건설업은 국가 경제의 침체와 함께 공사물량의 부족, 최저가낙찰제의 확대, 업체 간 과당경쟁 등으로 인하여 어려움에 직면해 있다. 이러한 어려움을 해결하기 위해서는 뼈를 깎는 원가절감 노력과 기술력을 바탕으로 한 경쟁력을 제고 하여야 한다. 가치공학(Value Engineering 이하 VE)이란 최저의 비용으로 필요한 기능들을 달성하기 위한 시스템의 기능분석과 기능설계 중심으로 한 조직적인 노력을 의미한다. 또한 그 의미에서 VE는 일정한 품질을 확보하면서, 최소의 비용으로 필요한 기능을 확보하기 위하여 행해지는 체계적인 노력을 지칭하는 의미로 사용한다. VE의 핵심인 효율성의 추구는 합리적인 중요한 요소의 하나로서 사회발전 과정에서 효율성을 증대하기 위한 노력은 끊임없이 지속되어 왔다. VE의 처음은 1947년 미국 General Electric 사의 Lawrence D. Miles에 의해 VE가 제안된 이후 미국에서는 민간부문과 개별 정부기관 차원에서 자체 VE 프로그램을 개발하여 시행해오고 있다.(김종윤, 2007) 1947된 이후미국에서는 민간부문과 개별 정부기관 차원에서 자체 VE 프로그램을 개발하여 시행해오고 있다. 1990년대에는 미국의 만성적인 재정적자를 줄이기 위한 정부개혁이 이루어지면서, VE의 도입을 VE법(Systematic Application of Value Engineering Act)의 제정으로 결실을 맺어 공공 분야의 전 분야로 VE 수행이 확산되고 있는 추세이다. 예를 들어, 미국 연방도로국(Federal Highway Administration: FHA)의 경우 대규모 도로 사업에 설계VE 수행을 의무화하여 2003년 약 $10억 1,600만의 예산절감효과를 거둔 것으로 평가되고 있으며 미 국방성의 경우 1954년 VE로 명명 이후부터 ’65년 미육군공병단(US Army Corps of Engineering: COE)에서 VE Program을 시작하여 수십 년간 이어온 군 시설을 설계단계에서 VE를 검토하고 발주 후에는 제안자에게 주는 VE제도를 운영하여 시공자까지도 VE참여를 유도하고 있는 실정이다. 중국의 건설업 주기는 한국의 주기보다는 이전 단계인 성장기와 성숙기의 중간단계로 판단되고 있는 중국의 건설업도 한국이나 일본의 건설 산업주기에서 처럼 성숙기 이후의 단계를 미리 대비하지 않으면 안 될 것이다.중국 건설업에서도 적용 가능한지 제도를 살펴보고 VE기법이 적용되려면 어떤 절차 등이 필요한지 그 대안을 제시하고자 한다. 이를 통해 중국건설 프로젝트의 예산절감과 원가절감이 이루어지는 데 기여할 것으로 기대한다 In China the theory of value engineering was introduced in 1978. However, present the application of value engineering in the construction sector which is considered to provide a great potential for improvement in China is loose and slow. In practice, the enterprises which have instituted value engineering methodology into the project management are only theory base. In recent years, the construction market is increasingly standardized. The land resources become increasingly scarce. The cost of land acquisition is more and more getting higher. The development cost of the enterprise is increasing year by year while the profit space is reduced. Value engineering enjoys superiority and unique innovation in analyzing and solving this existing problem. Based on the above background, the construction sector should apply the principles of value engineering to construction project management so that long term, steady and sustainable development can be achieved. Firstly, this research underlines the importance of applying value engineering into construction project management based on the research status at home and abroad. The study expounds the connotation, the characteristic and working principle of value engineering. It also expounds the content and value analysis principles of construction project management.

(A) study on the progress management model for a large-scale city consturction program

고성진 서울대학교 대학원 2017 국내박사

In numerous countries around the world, for purpose such as development and growth of national technological industry, reduction of urban density and population distribution, establishment of environmentally-friendly infrastructure, relocation of national administrative capital, as well as establishment of multi-purpose complex combining commercial, residential, and leisure spaces, large-scale cities have been recently constructed, or construction projects for such cities are in progress or in planning stages. In case of Korea, the "S-City," a city conceived and planned based on the Korean government's concept of "Administrative City," is under construction in the central part of the country as a decentralizing policy of national government's functions away from massively over concentrated capital region. The S-City project is comprised of the public sector section that is funded by the government's project cost, and the private sector section that is funded by private investment. Overall, the project is structured so that government investment paves the way for private investment to follow. The public sector section of the project, including the construction of city grounds, traffic infrastructure, public facilities, culture and welfare facilities, etc., is driven by a government agency for the S-City project and a project developer. The private sector section, including the construction of municipal utility facilities, educational facilities, commercial facilities, etc. is comprised of numerous private companies and investors. In order to provide an accurate assessment of the overall progress of a large-scale city construction project such as the S-City project with multiple agencies, contractors, and other entities a reasonable progress measurement method for accessing all facilities, public and private is critical. Currently, the progress measurement payment method, based on the project cost, and the total cost payment method are used as general methodology for measuring progress of large-scale construction projects. However, applying these methods to the S-City project will only measure the progress of the public sector side of the project, and exclude municipal utility facilities, educational facilities, commercial facilities, etc. that falls under the private sector side of the project; thus, using legacy methods will not result in an accurate assessment of the construction progress of the entire city. Furthermore, the progress measurement payment method does not render the physical completion of facilities in realistic fashion, and any changes to the overall budget will affect the level of projected progress. Therefore, in order to provide an accurate and effective assessment of the level of completion in a large-scale city construction project, this study weighs key facilities of the city based on expert recommendations, and establishes a model for calculation and assessment of the weighed progress level. Moreover, through case study of the S-City project and the application of informational systems to the project, this study aims to propose an effective operational plan for progress management of large-scale city construction projects. For this purpose, the progress rate data of city components are tiered based on the level of management, and surveys and interviews with city construction and project management experts were conducted in order to weigh each key facility that comprise a large-scale city. The Analytical Hierarchy Process(AHP) method was used for the survey in order to process subjective assessments into a more impartial and systematic data. For contract page level-data, which serves as an input to the progress of the entire construction project, control points(based on Earned Value) were applied for each step to measure the objective rate of progress for each lines of effort. In order to review the availability of the proposed progress management model, a simulation was conducted based on the progress of key facilities in the completed parts of the basic living area. Using the projected progress rate, the progress of key facilities in the parts of the basic living area that are still under construction were compared, enabling decision support for prioritizing investment to different facilities. Finally, an appropriate module for assessing progress rate of key facilities in the S-City was established, and the information system for large-scale city construction projects was created incorporating the module. Applying the progress management model and the information system proposed in this paper to large-scale construction projects such as large-scale city construction projects will ensure more effective utilization of government funds, as well as increased convenience for the public. Also, the results of this study and its proposed model can be applied to foreign large-scale city construction projects, fostering exports in related industries and ultimately contributing to Korea's national competitiveness. 최근 세계 각국에서는 국가 기술 산업의 개발과 성장, 수도권 과밀해소 및 인구 분산, 상업 및 주거와 레저의 복합구성, 환경 친화적 기반구축, 행정도시 이전 등을 목표로 대규모 도시를 건설 중이거나 완료 또는 계획 중에 있다. 국내의 경우 국가 균형발전과 경쟁력 강화를 위하여 수도권에 집중되어 있는 정부기능의 분산 정책으로 중부지역에 행정중심복합도시인 S 도시가 건설 중에 있다. S-도시 건설사업은 총사업비 내의 공공부문 사업과 총사업비 외의 민간부문 사업으로 구성되어 있으며, 공공이 주도하고 민간이 후속적으로 투자하는 민·관 협업 형태를 나타내고 있다. 정부가 부담하는 공공부문은 S-도시 건설사업을 주관하는 정부기관과 사업시행자가 주관하는 사업으로 부지조성, 교통시설, 공공시설, 문화복지시설 등이며, 민간부문은 다양한 사업자가 참여하는 도시공급 및 처리시설, 교육시설, 주거시설, 상업시설 등이다. S-도시 건설사업과 같이 다수의 기관 및 사업자가 참여하는 복합적인 대규모 도시건설에 대한 진행 사항을 정확하게 파악하기 위해서는 공공부문 뿐만 아니라 민간부문을 포함한 전체 도시 시설물에 대한 합리적인 진도율 측정 기준과 진도율 산정 방법이 필요하다. 대규모 건설사업이 진행되는 상황을 측정하는 일반적인 방법으로 총사업비 집행율 방식과 사업비를 기준한 공정 진도율 방식이 사용되고 있으나, S-도시 건설사업에 이 방법들을 적용할 경우 S-도시 건설을 주관하는 정부기관과 사업시행자의 공공사업만을 대상으로 포함하고 도시공급 및 처리시설, 교육시설, 주거시설, 상업시설 등이 제외되어, S-도시 건설사업의 전반적인 도시 구성 완성 정도를 충분히 나타내지 못하는 한계를 나타내고 있다. 또한 사업비를 기준한 진도율 방식을 적용할 경우에는 시설물의 물리적 구성 정도 표현이 실제적이지 못하고, 여건 변화에 따라 사업비가 변경될 때에는 진도율도 변경되는 등의 문제점을 포함하고 있다. 따라서 본 연구에서는 대규모 도시 건설사업에서 도시가 완성되는 정도를 실질적이며 효과적으로 표현하기 위하여, 도시의 주요 시설에 대한 전문가의 의견을 반영한 분야별 가중치를 선정하고 레벨별 가중치에 대한 집계 및 분석 체계를 구축하였다. 또한 이를 반영한 S-도시 건설사업에 대한 진도율 관리 사례 연구를 수행하고 정보시스템을 적용하여, 대규모 도시 건설사업에 대한 진도율 관리의 효율적인 운영방안을 제시하고자 한다. 이를 위해 도시 구성의 진도율 정보를 관리 수준에 따라 계층화하였으며, 대규모 도시를 구성하는 주요 시설의 중요도에 대한 가중치 산정을 위해서 도시건설 전문가와 사업관리 전문가 등을 대상으로 설문조사 및 면담을 수행하였다. 설문조사 방법은 계층적 구조를 가지는 문제에서 주관적인 평가 내용을 정리하여 좀 더 객관적이고 체계적인 결과를 얻을 수 있는 일반적인 방법인 AHP(Analytical Hierarchy Process) 기법을 사용하였다. 건설사업의 진행에 대한 입력 정보인 계약패키지 수준의 정보에 대해서는 설계, 구매, 시공패키지 등에 실행기성(EV : Earned Value) 개념을 기반한 단계별 관리점(Control Points)을 적용하여 기간별로 해당 업무의 객관적인 진도율을 산정하였다. 제시한 진도율 관리 모델의 활용성 검토를 위해 기 완성된 일부 기초생활권의 주요시설별 실적을 기준으로 시뮬레이션을 수행하여 기초생활권의 진도율에 따른 주요시설별 진도율을 제시하였다. 제시된 진도율을 참고하여 후속 기초생활권의 주요시설별 진행사항을 비교하고 필요 시 시설별 투자 선후에 대한 의사결정 지원이 가능하도록 하였다. 마지막으로 S-도시 주요 시설별 진도율에 적정한 모듈을 도출하여, 이를 반영한 대규모 도시 건설사업에 관한 정보시스템을 구현하였다. 본 논문에서 제시된 진도율관리 방안과 정보시스템을 대규모 도시 건설사업 등에 활용한다면 국가 예산의 효율적 활용과 국민의 편의성 증대 등에 기여할 것이며, 또한 해외의 대규모 도시 건설 사업에 본 연구 결과와 진도율 관리 체계를 적용한다면 관련 산업 수출로 인하여 국가 경쟁력 증진에 이바지할 수 있을 것이다.

IPC 거더교의 유지보수 공법별 환경부하량 DB구축

김도훈 경북대학교 대학원 2019 국내석사

현재 지구온난화로 인해 전 세계적으로 기후변화에 대한 많은 피해가 발생하고 있다. 이에 기후변화로 인한 피해를 줄이기 위해서 지구온난화의 주범인 온실가스 배출량을 감축하기 위하여 전 세계적으로 많은 노력이 진행 중에 있다. 국내에서는 녹색건설을 목표로 환경영향에 대한 많은 연구가 진행 중이다. 하지만 현재 국내에서 진행되고 있는 건설업의 환경부하량 산정 방법은 주로 설계초기단계 및 시공단계에 국한되어 연구가 진행되고 있다. 따라서 본 연구에서는 LCA 방법론을 적용하여 기존의 연구에서는 수행되지 않았던 IPC 거더교의 유지관리단계에서의 보수·보강 공법에 따른 8대 환경영향범주별 환경부하량 DB구축에 대한 연구를 수행하였다. 이를 위해 ‘교량시설물 유지 보수공사 설계 가이드’와 ‘유지 보수 공종별 단가집', ‘교량유지관리 메뉴얼’을 참조하여 본 연구의 범위에 해당하는 보수·보강공법 자료를 조사하였다. 그러나 모든 보수·보강공법의 환경부하량 산정을 위한 DB를 구성하는데 한계가 있으며 구성된 보수·보강공법이 LCI DB와 연계가 불가능하다면 환경부하 평가를 할 수 없다. 따라서 본 연구에서는 IPC 거더교의 유지관리단계 보수⋅보강공법 중 보편적이고 일반적인 공법을 대상으로 하며 산출된 환경부하량에 대한 신뢰성을 확보하기 위하여 Cut-off Level 80% 이상을 기준으로 대상 공법을 선정하였다. 본 연구에서 선정한 공법은 절삭 후 아스팔트 덧씌우기, 교면재포장, 외부강선보강, 신축이음장치 교체, 탄성받침 교체, 콘크리트 균열보수, 콘크리트 단면보수, 배수시설 집수구교체 8개의 보수⋅보강공법을 선정하였다. 또한 본 연구에서는 IPC거더교의 유지관리단계 보수⋅보강공법의 소요자원 및 환경부하량 산정하여 DB구축을 하였다. 선정된 공법은 EBS 프로그램을 이용하여 소요자원 내역을 분석하였다. 분석한 자료를 기반으로 공법별 단위물량 소요자원 DB를 구성하였으며, 구성한 소요자원 DB는 보수물량을 적용하고 LCI DB와 연계하여 이를 통해 유지관리단계 보수⋅보강 공법에 따라 발생하는 소요자원과 8대 환경영향 범주별 환경부하량을 산정하여 IPC거더교의 유지보수 공법별 환경부하량 DB를 구축할 수 있었다. 본 연구를 포함한 기존의 연구에서 다루지 않은 모든 유지보수 공법에 대한 환경부하량 DB구축을 수행된다면, IPC 거더교의 교량의 정확한 유지관리단계의 환경부하량 분석이 가능할 것으로 예상된다. 그리고 이를 기반으로 IPC 거더교의 형식 외에도 다양한 형식의 교량으로 대상을 확장하여 친환경적이고 지속 가능한 교량의 유지관리단계에 기여할 수 있을 것으로 판단된다. Currently, global warming is causing a lot of damage to climate change worldwide. Much effort is being made around the world to reduce greenhouse gas emissions, the main culprit of global warming, to reduce damage from climate change. In Korea, many studies are underway on environmental impacts with the aim of green construction. However, the method of calculating environmental loads in the construction industry, which is currently being carried out in Korea, is mainly limited to the initial design and construction stages. Therefore, in this study, we applied the LCA methodology to study the construction of the environmental load database by eight environmental impact categories according to the maintenance and reinforcement method in the maintenance stage of the IPC girder bridge which was not performed in the previous studies. For this purpose, the data on the repair and reinforcement methods were investigated by referring to the 'Design Guide for Maintenance of Bridges', 'Unit Prices for Maintenance and Maintenance', 'Maintenance Manual for Bridges' However, there is a limitation in constructing a database for estimating the environmental loads of all repair reinforcement methods, and it is impossible to evaluate the environmental load if the constructed repair reinforcement method can not be linked with the LCI DB. Therefore, in this study, the target method was selected based on 80% or more Cut-off Levels to ensure reliability of the calculated environmental load, which is targeted at the repair and reinforcement method of IPC girder bridges. The technique selected in this study was to select the repair and reinforcement method of eight repair and reinforcement methods for asphalt overlaying, pavement of bridge deck, external steel reinforcement, replacement of expansion joints, replacement of elastic support, repair of concrete cracks, repair of concrete cross-section, and replacement of water drainage facilities after cutting. In addition, in this study, the required resources and environmental loads of repair and reinforcement techniques in the maintenance phase of IPC girder bridges were calculated and the DB was constructed. The selected construction method analyzed the required resources using the EBS program. Based on the analysis data, the unit volume required resource DB was constructed by engineering method. The required resource DB configured by engineering method was applied with repair volume and linked with LCI DB to establish environmental load DB by IPC girder bridge maintenance method by calculating required resources according to maintenance and reinforcement method and environmental load by 8 environmental impact categories. If the environmental load DB construction is carried out for all maintenance techniques not covered in the previous study, including this study, it is expected that an accurate maintenance phase analysis of the bridge of IPC girder bridges will be possible. In addition to the IPC girder bridge types, the target can be expanded to various types of bridges to contribute to the maintenance stage of eco-friendly and sustainable bridges.

Multi-Life Cycle Assessment for Sustainable Bridge Construction

이상현 서울대학교 대학원 2026 국내박사

Sustainable infrastructure development requires balancing structural performance, resource efficiency, and environmental responsibility throughout the life cycle. Bridge systems, as essential components of transportation networks, consume significant material and energy resources during construction, maintenance, and rehabilitation. Conventional life cycle assessment (LCA) frameworks, however, focus mainly on the production stage and often neglect the dynamic interactions among material circulation, deterioration, and climate-adjusted risks that shape long-term sustainability. Addressing these challenges requires an integrated approach that quantifies the interdependent effects of material circularity, maintenance demand, and environmental performance within a unified analytical framework. This research proposes a comprehensive multi-LCA framework for circular economy (CE) performances and risk assessment of bridge infrastructure by integrating CE principles, probabilistic maintenance modeling, and climate-adjusted deterioration prediction. The framework advances beyond conventional LCA by explicitly incorporating time-dependent deterioration, adaptive maintenance, and the multi-recycling potential of materials, enabling a realistic and holistic evaluation of infrastructure sustainability under changing environmental conditions. The first component establishes a hierarchical CE performance assessment procedure coupling life cycle assessment with material flow analysis (MFA). Conventional circularity metrics were extended into multi-recycling indicators at three hierarchical levels—material (〖MCI〗_MR), element (〖ECI〗_MR), and system (〖SCI〗_MR)—to quantify resource persistence and recovery across successive life cycles. Comparative analyses of prestressed concrete (PSC) and steel plate girder bridges revealed that circularity performance and global warming potential (GWP) are governed primarily by material recyclability and the number of recycling loops. By integrating these hierarchical indicators, the framework translates CE principles into measurable engineering metrics, bridging the gap between conceptual sustainability goals and quantifiable environmental outcomes. The second component introduces a probabilistic life cycle maintenance model integrating empirical inspection data and stochastic analysis. Recognizing that the use phase is one of the most uncertain yet impactful stages, Monte Carlo simulations were employed to estimate maintenance frequency, cumulative costs, and GWP at the element level. Regression-based relationships between cost and GWP linked economic and environmental impacts, resulting in a life cycle maintenance database that reflects actual operational patterns rather than static assumptions. The third component extends the framework to incorporate long-term climate change effects. Regional meteorological data were coupled with IPCC climate projections to evaluate the influence of temperature and humidity on chloride ingress and steel corrosion. Gaussian mixture and copula-based models generated probabilistic environmental data and deterioration correction factors, which were embedded in probabilistic performance functions to assess how climate-adjusted risks alter maintenance intervals, failure probabilities, and environmental impacts. This integration transforms deterministic deterioration models into adaptive, risk-informed predictive tools for assessing future bridge performance. Finally, the CE performances and risk-informed models were consolidated into an integrated multi-LCA framework for comprehensive sustainability evaluation. Preventive and essential maintenance scenarios revealed that while infrequent interventions may reduce short-term cost, they increase long-term emissions due to major replacements. Conversely, optimized preventive strategies can lower cumulative GWP and extend service life, demonstrating the trade-off between cost efficiency and carbon reduction. Collectively, this dissertation advances a unified, data-driven, and risk-informed framework for sustainable bridge management. Its originality lies in (1) extending CE principles through hierarchical multi-recycling indicators, (2) establishing probabilistic maintenance models linking operational data with environmental assessment, (3) incorporating climate-dependent deterioration mechanisms into life cycle prediction, and (4) unifying these methodologies into a CE-LCA structure that quantifies trade-offs among cost, carbon, and circularity. The framework strengthens the scientific foundation for sustainability assessment and provides practical guidance for designing, maintaining, and operating infrastructure that is both resource-efficient and climate-resilient. 지속가능한 인프라의 개발은 구조적 성능, 자원 효율성, 그리고 환경적 책임을 생애주기 전반에서 균형 있게 달성하는 것을 요구한다. 교량 시스템은 교통 네트워크의 핵심 구성요소로서, 시공, 유지관리 및 보수 과정에서 막대한 자재와 에너지를 소비한다. 기존의 생애주기평가(life cycle assessment, LCA) 체계는 주로 생산단계에 초점을 맞춰왔으며, 장기적인 지속가능성에 영향을 미치는 자재 순환, 열화, 기후 유발 리스크 간의 동적 상호작용을 충분히 반영하지 못하였다. 이러한 한계를 극복하기 위해서는 자재 순환성, 유지관리 수요, 환경성과 간의 상호의존적 영향을 통합적으로 정량화 할 수 있는 분석 접근법이 필요하다. 본 연구는 순환경제(circular economy, CE) 원칙, 확률론적 유지관리 모델링, 그리고 기후보정 열화예측을 통합하여, 지속가능한 교량 건설을 위한 다중 생애주기평가 (multi-LCA) 프레임워크를 제안한다. 이 프레임워크는 시간의존적 열화, 적응형 유지관리, 그리고 자재의 다중 재활용 가능성을 명시적으로 고려함으로써, 변화하는 환경 조건 하에서 인프라의 지속가능성을 보다 현실적이고 총체적으로 평가할 수 있게 한다. 연구의 첫 번째 구성요소는 LCA와 물질흐름분석(material flow analysis, MFA)을 결합한 계층적 CE 성능 평가 절차(hierarchical CE performance assessment procedure)를 정립하는 것이다. 기존의 순환성 지표를 확장하여, 자재(MCIMR), 요소(ECIMR), 시스템(SCIMR) 수준의 다중 재활용 지표를 도입함으로써, 연속적인 자원 보존과 회수를 정량화 하였다. 이 접근법은 자재의 재활용성, 구조적 구성, 시스템 경계 가정이 순환성과 환경영향 간의 관계를 어떻게 결정하는지를 명확히 설명한다. 이를 통해 CE 원칙을 측정 가능한 공학적 성과 지표로 전환할 수 있는 구조화된 평가체계를 제공하며, 개념적 지속가능성 목표와 정량적 환경성과 간의 간극을 연결한다. 두 번째 구성요소에서는 실제 점검 데이터와 확률적 신뢰도 이론을 통합한 생애주기 유지관리 확률 모델을 개발하였다. 인프라의 사용단계가 가장 불확실하면서도 영향력이 큰 구간임을 고려하여, 교량 부재 별 유지관리 빈도, 누적 비용, 그리고 이에 따른 지구 온난화 잠재력(global warming potential, GWP)을 추정하는 데이터 기반 방법론을 구축하였다. 몬테카를로 시뮬레이션을 통해 부재 수명의 확률분포를 모델링하고, 비용–GWP 간의 회귀관계를 통해 경제성과 환경 영향 간의 연계를 정량화 하였다. 그 결과 구축된 생애주기 유지관리 데이터베이스는 정태적 가정이 아닌 실제 운용 패턴을 반영한 현실적 LCA 수행의 기반을 제공한다. 세 번째 구성요소에서는 프레임워크를 확장하여 장기 기후변화가 열화 및 유지관리 수요에 미치는 영향을 반영하였다. 지역 기상자료를 IPCC 대표 시나리오 기반의 기후예측과 연계하여, 온도 및 습도가 염화물 침투와 강재 부식에 미치는 영향을 정량화 하였다. 이를 위해 가우시안 혼합 분포 와 코퓰라 기반 상관 구조를 활용하여 확률적 환경 데이터와 열화 보정 계수를 생성하였으며, 이를 신뢰도 기반 성능 함수에 통합하였다. 이 과정을 통해 기후 리스크가 유지관리 주기, 파괴확률, 환경영향을 어떻게 변화시키는지를 평가하였고, 기존의 결정론적 열화 모델을 적응형·리스크 정보 기반 예측 도구로 확장하였다. 마지막 구성요소에서는 CE 성능과 리스크 기반 LCA 절차를 통합하여 포괄적 지속가능성 평가를 위한 multi–LCA 통합 프레임워크를 구축하였다. 이 통합 접근법은 자재 순환성, 생애주기 비용, 환경부하, 기후 복원력을 동시에 고려할 수 있으며, 예방적 유지관리(preventive maintenance, PM) 와 필수적 유지관리(essential maintenance, EM) 시나리오를 분석하여 경제성과 환경 영향 간의 상충관계를 규명하였다. 분석 결과, 유지관리 빈도를 낮추는 것은 단기 비용을 줄이지만, 주요 부재 교체로 인해 장기 배출량이 증가함을 보여주었다. 반대로 예방적 개입을 최적화하면 누적 GWP를 줄이고 수명을 연장할 수 있어, 비용 효율성과 탄소 저감 간의 균형을 달성할 수 있는 유지관리 전략의 방향성을 제시하였다. 이 통합 프레임워크는 지속가능성 평가를 위한 분석 도구로서뿐만 아니라, 복원력 있고 적응적인 인프라 관리를 위한 의사결정 지원체계로 기능할 수 있다. 제안된 multi-LCA 프레임워크는 (1) 자재–요소–시스템 수준에서 적용 가능한 계층적 다중 재활용 지표를 통한 CE 원칙의 확장, (2) 실제 운영데이터와 환경평가를 연결한 확률론적 유지관리 모델의 구축, (3) 기후 의존적 열화 메커니즘의 생애주기 성능 예측모델 내 통합, (4) 이러한 세 접근법을 비용–탄소–순환성 간 상충관계를 정량적으로 평가할 수 있는 통합적 분석 체계를 제공한다. 이러한 접근은 생애주기 기반 지속가능성 평가의 과학적 정밀성을 높이고, 자원 효율성과 기후 복원력을 동시에 고려한 인프라의 설계·유지관리·운영을 위한 실질적 지침을 제공함으로써, 미래 지향적이고 회복탄력적인 사회기반시설 건설 및 관리체계의 구축 가능성을 제시한다.

Development of Real-Time Noise Monitoring System on Construction Sites

이기택 서울대학교 대학원 2023 국내박사

Construction noise pollution is a significant concern in the industry due to its detrimental impacts on workers’ health, well-being, and productivity, as well as the quality of life of surrounding communities. As urban development intensifies, an urgent need emerges for robust construction noise management strategies. Existing studies have attempted to address construction noise monitoring and management, but there are still limitations in providing accurate and comprehensive information based on real-time noise levels. Thus, there is a pressing need for a more effective real-time construction site noise monitoring system that addresses these limitations. The primary objective of this research is to estimate the real-time construction noise estimation based on sensor data gathered from the actual field, subsequently providing comprehensive and precise insights into its impact. This information empowers field managers to establish efficacious noise management strategies and mitigate the detrimental effects of noise pollution. To accomplish this objective, a versatile sensing module was designed and developed for monitoring environmental pollution, including noise, at construction sites. A novel noise estimation model was proposed for real-time construction noise monitoring, incorporating spatial interpolation techniques for on-site noise estimation and a mathematical noise propagation model for estimating the impact of construction noise in the surrounding areas. Furthermore, a user-friendly noise visualization User Interface (UI) module was introduced, allowing users to effectively identify areas of intense noise activities and noise regulation violations by simply selecting the target site and time for noise analysis. To validate the proposed research, the developed sensing module and noise estimation model were rigorously tested in three different construction sites, demonstrating their field applicability and performance under various climatic conditions, terrains, and construction types. The author derived the overall performance of the developed system and the unexpected problems that need to be addressed for future real-world application of the research results. Additionally, the advantages of analyzing real-time and big data, which are collected efficiently using the developed sensing modules, were elucidated by differentiating between the design and construction phases to fill research gaps. In particular, the research enabled the prediction and estimation of continuously changing construction noise, which was previously unattainable in previous research. This advancement contributes to a concrete understanding of the suffering experienced by workers and nearby residents, reflecting the real-world implications of construction noise. In conclusion, this research proposed a novel construction site noise monitoring system with a comprehensive, data-driven approach that occurs in real time at a construction site, overcoming the limitations of existing studies. The developed system provides field managers with valuable insights into construction noise impacts based on real-time sensing data, contributing to sustainable and eco-friendly construction practices that benefit all stakeholders and bolster the company’s green image. This research also serves as a foundation for future studies to enhance further and optimize noise management approaches in the construction sector, ultimately promoting a safer construction environment. 건설현장 소음은 근로자의 건강과 생산성, 그리고 주변 지역사회의 삶의 질에 미치는 부정적인 영향으로 인해 산업계에서 여러 환경오염 요인 중 가장 중요하게 다루어지는 공해이다. 도시 개발이 계속 확장되면서 도시 거주자의 상당수가 심각한 소음 공해에 노출됨에 따라 건설 소음의 효과적인 관리 방안에 대한 필요성이 대두되었다. 기존 연구에서 다양한 방식으로 현행 건설 소음 모니터링 및 관리 체계를 고도화하기 위해 노력했으나, 실시간 소음 수준에 기반하여 현장 내외부의 종합적인 소음 노출 현황 정보를 제공하는 데 있어 여전히 한계가 있었다. 이를 해결하기 위해, 본 연구는 실제 현장에서 수집된 센서 데이터를 기반으로 건설 소음의 실시간 전파 양상을 추정하고, 그 영향에 대한 종합적인 통찰력을 제공하고자 한다. 첫 째로, 건설현장에서 소음, 분진, 진동 등 다양한 건설 환경오염을 원격으로 수집 및 모니터링하기 위한 센싱 모듈이 설계 및 개발한다. 둘 째로, 실시간 건설 현장 소음 모니터링할 수 있는 새로운 소음 추정 모델을 구축하기 위해 현장 소음 추정을 위한 공간 보간 기법과 주변 지역의 건설 소음 영향을 추정하기 위한 소음 전파 모델을 연계하여 활용한다. 셋 째로, 개발 시스템을 실제 건설현장에서 실증하여 실무적 적용 가능성을 평가하고, 강렬한 소음 작업 및 소음 규제 위반 구역을 효과적으로 식별할 수 있는 사용자 친화적인 소음 시각화 인터페이스를 고안한다. 제안된 연구를 검증하기 위해 개발된 센싱 모듈과 소음 추정 모델은 세 개의 다른 작업을 수행하는 건설현장에서 실증되었으며, 다양한 기후 조건, 지형, 건설 유형에서의 현장 적용성 및 성능을 입증하였다. 저자는 개발된 시스템의 전반적인 성능과 연구 결과의 미래 현실 세계 적용을 위해 해결해야 할 개선점을 도출하였다. 또한, 개발된 센싱 모듈을 사용하여 수집된 실시간 및 대용량 데이터를 적용했을 시 얻을 수 있는 이점에 대해 설계 단계와 건설 단계로 구분하여 분석했다. 특히, 본 연구는 이전 연구에서는 이루어질 수 없었던 지속적으로 변화하는 건설 소음 패턴의 예측 및 추정을 가능하게 하여 근로자와 인근 주민들이 겪는 고통에 대한 보다 정확한 이해를 제공할 수 있음을 확인했다. 결론적으로, 본 논문은 기존 연구의 한계를 극복하는 현장에서 실시간으로 수집되는 데이터 기반 접근 방식을 통해 새로운 건설 현장 소음 모니터링 시스템을 제안하였다. 개발된 시스템은 현장 관리자들에게 실시간 센서 데이터에 기반하여 실제를 정확히 반영하는 건설 소음 영향 정보를 제공할 수 있으며, 이는 지속 가능하고 환경 친화적인 건설 방식을 촉진함으로써 모든 이해 관계자의 편익을 증진할 것이다. 본 연구는 건설 분야에서 실제 현장에서 수집된 여러 데이터에 근거하여 현행 소음 관리 방법을 더욱 개선하고 최적화하고자 하는 미래 연구들의 토대가 될 것으로 기대된다.

Real-time Estimation of Construction Particulate Matter for Advanced Environmental Monitoring

황재현 서울대학교 대학원 2023 국내석사

The predicament of excessive dust pollution, otherwise referred to as particulate matter (PM), represents a notable concern within the construction industry, imparting significant detriment to both construction workers and nearby residents. To solve the uprising issues, two main methods have been applied at the sites, PM monitoring with sensors and PM reduction planning. However, the current sensor monitoring method is restricted to only monitoring PM concentrations at limited site locations and the PM mitigation strategies typically involve the deployment of substantial volumes of water, which are employed inefficiently to precipitate the particulates. Likewise, many researches were introduced to improvise the current problems of managing construction site PM. Many researches focused on developing the sensors, reducing the cost and weight for cost-efficiency and easier installment at the sites. Despite the development of sensors, allowing more sensor installment throughout the site at a cheaper cost, many areas still remained unmeasured when utilizing only sensors. Therefore, researchers also focused on estimating PM concentrations at certain areas using spatial interpolation methods, which enabled to estimate PM of desired region with only few sensor measured values. However, though there exists an array of approaches for large-scale PM estimation, such as city or country levels, the inconsistent behaviors of PM movement present considerable challenges in accurate surveillance and management of PM within relatively smaller scales, like construction sites. The complex characteristics of construction work hinder the real-time monitoring of PM and the determination of specific periods of increased PM dispersion, which are essential for timely preventative measures. Given the complexities, the present research seeks to develop a simple spatial interpolation model explicitly engineered for PM in construction sites. This model merges an innovative weighting system, which takes into consideration both the wind, the main meteorological factor affecting PM, and the proximity to sensors. To maximize the usability and economic costs, a sensing module was invented, which includes a sufficient low-cost dust sensor to assist the success of this research. Analyzing the characteristics and distributions of PM, the study employs the PM-fit inverse distance weighting (IDW) method, a variant of the IDW approach that accounts for wind direction and speed, to predict PM levels in regions lacking direct sensor measurement. PM-fit also called wind-applied IDW attributes greater weight to regions closer along the windward path, encountering wind speed for specified values. The estimated PM concentrations across the entire site were subsequently visualized in a three-dimensional map, delineating areas that necessitate PM reduction, thus enabling effective reduction planning and real-time diminishment of workers' PM exposure. The proposed construction PM estimation models were verified in a controlled experiment site, then validated for real-world applicability in three different fields, including road, bridge, and building construction sites. The estimation method and corresponding visualized dust information three-dimensional map provide an advanced environmental monitoring method, in which dust concentrations are automatically estimated and visualized with the usage of few sensors. The visualized map can enact as a guideline for site managers, empowering them to protect against future health and environmental damages associated with PM inside construction sites. 입자상 물질(PM)이라고도 하는 과도한 미세먼지 오염은 건설 업계에서 주목할 만한 문제이며, 건설 근로자와 인근 주민 모두에게 심각한 피해를 입힙니다. 현재 이러한 미세먼지의 피해 완화 전략으로 상당한 물의 양이 비효율적으로 사용되거나 하나의 센서로 건설현장 전체의 미세먼지 농도를 가정하여 모니터링하는 방법들이 사용되고 있습니다. 이러한 한계점들과 문제점들을 해결하기 위해 지금까지 다양한 연구들이 이루어지고 있습니다. 많은 연구가 센서의 비용과 무게를 줄여 비용 효율을 높이고 현장에 쉽게 설치할 수 있도록 개발하는 데 집중했습니다. 센서 개발에 따라 저렴한 비용으로 현장 전체에 더 많은 센서를 설치할 수 있게 되었지만, 센서만의 활용 방법은 여전히 측정되지 않는 지역이 많았습니다. 이에 많은 연구들이 소수의 센서 측정값만으로 원하는 지역의 미세먼지 농도를 추정할 수 있는 공간 보간법을 이용해 특정 지역의 미세먼지 농도를 추정할 수 있는 연구들이 소개되었습니다. 추정 방법은 도시 또는 국가 단위와 같은 대규모 미세먼지 추정을 위한 다양한 접근 방식이 존재하지만, 건설 현장과 같이 상대적으로 작은 규모의 미세먼지 이동은 일관되지 않은 행동으로 인해 정확한 감시 및 관리에 상당한 어려움이 있습니다. 건설 작업의 복잡한 특성은 적시에 예방 조치를 취하는 데 필수적인 미세먼지의 실시간 모니터링을 전혀 하지 못하고 있습니다. 이러한 문제점들을 극복하고 대안을 마련하기 위해 본 연구에서는 건설현장의 미세먼지를 실시간으로 정확하게 파악할 수 있는 미세먼지 추정 기술을 개발하고자 합니다. 이 모델은 미세먼지에 영향을 미치는 주요 기상 요인인 바람과 센서와의 근접성을 모두 고려하는 혁신적인 미세먼지 추정 기술입니다. 사용성과 경제성을 극대화하기 위해 저가의 먼지 센서가 포함된 센싱 모듈을 개발하여 이 연구의 성공을 지원했습니다. 이 연구는 미세먼지의 특성과 분포를 분석하여 그 중 미세먼지에 가장 많은 영향을 주는 풍향과 풍속을 역거리 가중치(IDW)에 적용하여 건설현장 미세먼지 맞춤 역거리 가중치를 개발했습니다. 새로 개발된 모델은 바람이 부는 경로를 따라 더 가까운 지역에 더 큰 가중치를 부여하고 풍속까지, 즉 미세먼지가 이동할 수 있는 거리, 고려하여 가중치를 부여하게 됩니다. 이후 전체 현장의 미세먼지 농도를 3차원 지도로 시각화하여 미세먼지 저감이 필요한 지역을 보여줌으로써 효과적인 저감 계획을 수립하고 작업자의 미세먼지 노출을 실시간으로 줄일 수 있습니다. 제안한 건설 먼지 추정 모델은 통제된 실험 현장에서 검증한 후 도로, 교량, 건축 공사장 등 세 가지 분야에서 실제 적용 가능성을 검증했습니다. 제안한 추정 방법과 이에 따라 시각화된 먼지 정보 3차원 지도는 적은 수의 센서를 사용하여 먼지 농도를 자동으로 추정하고 시각화하는 스마트 환경 모니터링 방법을 제공합니다. 시각화된 지도는 현장 관리자에게 가이드라인으로 활용되어 향후 건설 현장 내 미세먼지로 인한 건강 및 환경 피해를 예방할 수 있습니다.