머신 가이던스 시스템 적용에 따른 단지조성공사 토공 작업의 특성별 생산성 분석 및 효과

서기정 부산대학교 대학원 2020 국내석사

토공사는 도로, 교량, 빌딩 등 구조물을 설치하기 위한 공간을 제공하는 역할을 하며 각종 기반시설을 설치를 위한 기초 작업에 해당한다. 토공사는 굴삭기, 도저, 덤프트럭, 그레이터, 다짐롤러 등 대형 건설 장비를 통해 작업의 효율성을 관리하게 되며, 특히 단지 조성공사 등 토공사의 작업비중이 높은 사업일수록 토공사의 생산성을 향상시키기 위해 많은 노력을 할 수 밖에 없다. 스마트 건설기술의 도입은 생산성 향상을 위한 필수적이다. 단지조성 분야의 건설 업계에서는 건설공사 생산성 향상을 위한 대표적인 기술인 머신 가이던스 시스템을 현장에 적용하고 있다. 머신 가이던스 시스템은 건설장비에 3D 도면을 입력하고, 위치추적을 할 수 있는 장치 및 센서를 부착하여 위치, 깊이, 폭, 경사 등의 굴삭 정보를 건설장비 운전기사에게 제공하여 작업의 생산성과 효율을 높이는 역할을 한다. 본 논문에서는 머신 가이던스 시스템을 적용한 굴삭기를 단지조성공사 토공사 현장에 투입하여 기존 토공방법과 머신 가이던스 방법을 비교하여 머신 가이던스 적용으로 얻을 수 있는 생산성 향상을 분석하는 것을 목표로 한다. 현장 테스트에는 비콘 및 GNSS 기반의 머신가이던스 시스템을 적용하여 머신 가이던스 시스템의 범용성을 확인하였으며, 드론, 토탈스테이션, GPS 등의 최신, 기존의 건설기술과 비교하여 생산성 향상 효과를 분석했다. 테스트 환경은 토공사 현장의 대표적인 공종인 경사면 절토와 성토, 그리고 각종 관로 매설을 위한 터파기 3가지 경우에 대해 머신 가이던스 시스템을 적용하며 작업횟수, 유류소모량, 작업 시간에 대한 분석을 통해 토공사 전반적인 생산성 분석을 시행하였다.

토공작업 수행시 굴삭기 머신 가이던스의 비용적 타당성에 대한 연구

이승은 부산대학교 대학원 2021 국내석사

굴삭기는 토공현장에서 성토와 절토 등 기능을 수행하는 역할을 제공한다. 일반적으로 굴삭기 운전기사는 측량기사가 측정해준 기준틀에 따라서 필요한 깊이를 절토하고, 이 때 운전기사의 경험과 능력은 생산성과 품질에 커다란 영향을 가져온다. 머신 가이던스는 스마트 시공의 일환으로 적용되고 있으며, 굴삭기 운전기사에게 필요한 굴삭정보를 제공하여 생산성과 품질을 향상 시킨다. 이러한 성능을 확보하기 위해서는 머신 가이던스의 성능뿐만 아니라 비용적인 측면에서 비용적 타당성을 가지고 있어야 한다. 본 연구의 목적은 머신 가이던스를 굴삭기에 적용할 때 기존 토공작업가의 프로세스 상에서 차이점을 분석하고, 프로세스상에서 발생하는 비용의 차이를 검토하는 것이다. 본 목적을 달성하기 위해서 본 연구에서는 머신 가이던스 도입시 발생되는 새로은 프로세스를 제시하고, 굴삭기 임대, 머신 가이던스 임대, 인력투입 등에서 발생하는 비용을 계산하여 머신 가이던스의 비용적 타당성을 분석했다. 분석결과에 따르면 머신 가이던스 적용시 머신 가이던스 장비에 대한 비용적인 추가 상승요인이 있지만 생산성 향상과 품질향상, 그리고 인력절감에 따른 비용적인 감소효과가 있기 때문에 전체적인 비용적 타당성을 가지고 있는 것으로 나타났다.

건설장비 모터 그레이더 3D 형상인식 모델 구축 및 검증

구형균 부산대학교 대학원 2020 국내석사

3D 토공 머신 가이던스 시스템은 조종사에게 건설현장의 굴착작업을 지원하도록 설계되었다. 이 시스템은 장비의 끝점을 추적하여 굴착 깊이, 폭, 기울기 등의 정보를 생성한다. 이를 위해서, 장비 부재에 대한 인식과, 끝점 추적을 위한 기구학적 모델의 개발이 선행되어야 한다. 본 연구의 목적은 모터 그레이더 블레이드의 끝점 추적에 적합한 기구학적인 모델을 개발하는 것이다. 그 후, 스케치업의 시뮬레이션을 사용하여 기구학적 모델을 검증하였다. 또한, 시뮬레이션에서 나온 오차를 분석하여 보정식을 개발하는 과정을 반복하여 기구학적 모델의 신뢰성을 높였다.

스마트시티 건설현장에 활용된 스마트 건설기술 적용현황 분석

김성엽 경상국립대학교 대학원 2023 국내석사

Recently, the domestic construction market has been accelerating the development and introduction of 'Smart Construction Technology' based on the government's enormous interest and support. However, compared to advanced countries abroad, the domestic construction field is now in its infancy. Therefore, to achieve the goal of increasing productivity and improving the safety of the domestic construction industry, various studies on smart technology are needed through continuous development and introduction. This study aims to derive a plan to develop and revitalize smart construction technology in the future by analyzing the applicability and practical effects of each technology for smart construction technology introduced to create the first smart city in Korea. Based on the trends in domestic and foreign smart construction technology examination and analysis of previous studies on smart construction technology, this study aims to induce the development direction of smart construction technology optimized for domestic construction sites by analyzing the advantages and disadvantages of technology introduced in the Busan Eco Delta Smart City construction work. Thus, this study focused on analyzing the effects and limitations of various smart construction technologies introduced in the Busan Eco Delta Smart City construction project and suggested the direction and development of smart construction technologies that can have practical competitiveness. Therefore, the results of this study can be used as a basic reference for the introduction of smart construction technology to the domestic construction industry in the future.

도저 머신 가이던스 시스템 적용에 따른 토공 정지작업의 성능향상

김상태 부산대학교 대학원 2020 국내석사

도저는 토공작업의 성능에 큰 영향을 미치며 건설작업에서 중요한 장비 요소로써 사용된다. 본 연구를 위해 개발된 도저 머신 가이던스 시스템은 최소한의 측량지원을 바탕으로 정확한 토공 속성정보를 도저 운전기사에게 실시간으로 제공하기 때문에 목표로 하는 시공단면을 빠르고 정확하게 생성할 수 있는 미래기술이다. 본 연구의 목적은 실제 토공현장에서 도저 정지작업을 시행한뒤, 수집된 데이터를 바탕으로 도저 머신가이던스 시스템 유무에 따른 성능향상을 정량적으로 분석하여 전통적 방식의 도저운용방식 대비 시공측면에서 얻는 이점에 대해 살펴보는 것이다. 성능향상 분석을 위해 1) 생산성과 2) 품질의 두 가지 관점에서 시스템 도입효과를 검토했다. 여기서 생산성은 단위시간에 도출되는 작업량을 의미하며, 시공단면의 품질은 계획도면 상의 계획고에서 벗어나는 정도인 정확도와 시공단면의 균일한 정도를 나타내는 정도편차를 의미한다. 본 연구의 목적을 달성하기 위해 도저 블레이드의 제어모드에 따라 Machine guidance(수동) 및 Machine control(자동) 두 가지로 구분했으며, 실제 토공 현장에서 수집된 데이터를 비교분석하여 시스템 도입의 효과를 검증했다. 데이터 분석결과에 따르면 도저 머신 가이던스 시스템을 적용했을 때, 전통적 도저 정지작업에 대비해 생산성 및 품질측면에서 높은수준의 성능향상을 확인했다. 본 연구의 결과는 다양한 건설장비 및 건설현장에서의 스마트 시공 확대적용을 위한 향후 연구의 사전정보로 활용될 수 있을 것이다.

건설기계의 작업 효율성 향상을 위한 시각화 작업 가이던스 기술 개발 : 굴삭기를 활용한 토공 작업을 중심으로

염동준 인하대학교 대학원 2018 국내박사

굴삭기는 토공사의 대표적인 건설기계로서, 굴삭기의 작업 효율성은 토공사 전반의 작업 생산성에 큰 영향을 미친다. 그러나 굴삭 작업의 중요성에도 불구하고 최근 굴삭기 운용 업역으로의 신규인력 유입 감소 및 숙련된 굴삭기 운전자 부족 현상이 심화되면서 굴삭 작업의 효율성이 저하되고 있는 실정이다. 최근 이와 같은 문제를 인식하고 굴삭기 운용의 편의성 및 용이성을 제고하여 굴삭기의 작업 효율성을 증진시키기 위한 선행연구 및 기술개발이 지속적으로 수행되어 왔다. 그러나 조사된 선행연구는 모두 굴삭기 충돌 방지 및 장애물 탐지 기술에 초점을 맞추어 개발됨에 따라 실제 굴삭 작업의 지원을 통한 작업 편의성 및 용이성 향상 효과를 기대할 수 없으며, 굴삭 작업 지원 측면에서 개발된 머신 가이던스 및 굴삭기 어라운드 뷰 모니터링(AVM) 시스템은 고가의 초기 비용, 도심지 공사 및 굴삭 작업에서의 활용성 부족으로 인해 현업에서 활발히 적용되지 못하고 있는 것으로 분석되었다. 본 연구의 목적은 국내 토공사 현장에서 가장 높은 비중으로 활용되는 굴삭기의 작업 효율성을 제고하기 위한 시각화 작업 가이던스 기술을 개발하고 그 성능을 검증하는 것이다. 본 연구를 통해 개발된 시각화 작업 가이던스 기술은 AVM 영상 장비중심 반경 7m, 굴삭기 작업정보 반영 속도 50ms, AVM 영상의 Refresh Rate 28fps를 확보함으로써, 기존 굴삭기 AVM 시스템 대비 우수한 성능을 보였으며, 80시간의 연속 현장 운용을 통해 시스템 안정성을 확보하였다. 또한 개발된 시각화 작업 가이던스 기술을 활용할 경우, 굴삭 작업 20.60%, 평탄화 작업 22.18%의 생산성 향상과 동시에 13%의 유휴시간 단축이 가능함을 현장 적용을 통해 검증하였다. 본 연구는 기존 연구가 굴삭기를 활용한 작업의 안전성 향상 측면에서만 제한적으로 수행되었다는 한계점을 토대로, 굴삭기의 작업 효율성 제고를 위해서는 실질적인 작업 지원 측면에서의 연구가 필요함을 증명함으로써 새로운 연구의 방향을 제시하였다. 또한 본 연구에서 제안된 연구의 방법론 및 진행 프로세스는 굴삭기뿐만 아니라 다양한 건설기계의 시각화 작업 가이던스 시스템 개발을 위해서도 활용이 가능하다. 추후 이와 같은 건설기계 작업 지원 측면의 연구가 활발히 수행될 경우, 굴삭기뿐만 아니라 토공 작업에서 활용되는 다양한 건설기계에 적합한 연구 결과가 도출될 수 있으며, 연구 결과의 실용화 및 상용화를 통해 전반적인 토공사의 작업 효율성 향상이 가능할 것으로 기대된다. The productivity of earth work is directly related to the efficiency of the excavator used in the work. However, as the supply of new labor has decreased, and the lack of skilled operators persists, the operational efficiencies of excavators are being seriously degraded. Although this problem has been dealt with in many studies, most of the proposed techniques are not actively applied to real construction sites because of their limitations as work support systems. Both the machine guidance system and the around view monitoring (AVM) system, which were developed to enhance the efficiency of excavators, have limited availability because of high initial cost, low applicability to downtown areas, and inapplicability with respect to work support. This study aims to develop a visualized working guidance system for improving the operational efficiencies of excavators that are most frequently used for earth work in South Korea. The superior performance of the proposed system compared to the conventional ones was demonstrated by securing a central radius of 7 m, working information of an excavator, a slope reflection rate of 50 ms, and an AVM image refresh rate of 28 fps. The system stability was verified by an 80 h field application. When the proposed system was used, the productivities of the excavation and grading work were improved by 20.60% and 22.18%, respectively, and the idle time of an excavator could be reduced by approximately 13%. The visualized working guidance system developed in this study is the first construction equipment support system combining the machine guidance and AVM systems for excavators. In this regard, the proposed system is a novel advancement. Commercializing this visualized working guidance system for practical use would not only improve the productivity of earth work because of the enhanced operational efficiency of the excavators but also advance the technical level.