스마트건설 기술기반의 철도 통합공정관리시스템 개발 = Development of Integrated Railway Schedule Management System based on Smart Construction Technology

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

In modern society, cutting-edge smart technology is attracting attention, and recently the 4th Industrial Revolution, which represents a new industrial era based on Information and Communication Technology (ICT), is rapidly affecting a wider range of industries. In particular, the introduction of smart technology is more required in the construction industry since it has a strong tradition and is labour-intensive. Core elements of smart technologies are Internet of Things (IoT), cloud, big data, and mobile. Research on their application to construction management are actively undertaken, but most of them are limited to specific technologies and only applied to quality and safety management at the construction phase. So, there are always limitations in responding to the changing environment in the construction industry.
In particular, social and environmental changes in Korean construction industry, including the 52-hour workweek system initiated in 2018, act as a delay factor for the construction time, resulting in increased direct and indirect industrial cost such as claims, and the importance of construction schedule management is rapidly rising. It is a fact that the goal of scheduled completion date has been merely a plan with little possibility of realization, as the construction time has been calculated and suggested in an old-fashioned conventional method without applying these changes to construction project. In case of advanced countries, the managing group starts a new construction project by utilizing the accumulated database of completed ones to look up the similar cases in the planning phase and to plan the schedule more systematically and for managing it more efficiently, thereby for minimizing potential disputes. In case of the railway project particularly, it has the characteristics of being intricately linked with various fields of engineering, and safety is the top priority, so it has been granted to acquire conservatively a proven system rather than a new technology. A systematic planning and management method are necessary to address those fundamental issues in the railway field.
Therefore, this study has been conducted to suggest a solution to this practical and challenging problems of managing railway construction schedule. The integrated schedule management system which is used to predict the railway construction time in the planning phase is based on cloud and big data and actual construction time of 66 railway construction project. Besides, each construction project was categorized by characteristics and divided by construction period delay factors. The data and system verification method proceeded in parallel. The reliability of the data was verified through the classified database and by comparing the schedule plan reinterpreted with big data analysis such as the planning schedule of the project under construction, current time schedule planning, delay factors extracted from the database, construction size, region, and project characteristics. As a result, the data extracted through big data analysis were verified as meaningful results that were different from the initial schedule planning of the project and very similar to the current time schedule planning. Secondly, a prototype of an integrated schedule management system using smart technology and adopted the Unified Theory of Acceptance and Use of Technology (UTAUT) as a basic theory and model in order to study the degree of technology behavioural intention and influence factors based on the degree of awareness of smart technology among railway workers. The reason is that it is a theory that is actively employed as an analysis method that predicts the attitude and behaviour of users by applying new or cutting-edge IT technologies to the industry. First, this study established a research model and hypothesis, verified and adopted hypotheses through empirical analysis through a questionnaire survey. In terms of interpretation based on adopted hypothesis, the introduction of smart technology in the railway industry can be accelerated due to the social atmosphere because social influence is higher than performance effects or benefits. On the other hand, in the case of effort expectancy in a value-based adoption model that has a mediating effect between the acceptance factors of smart technology and the behavioural intention of the integrated schedule management system, the demand for the development of a system that anyone can easily learn, such as the establishment of a manual or education on how to utilize the integrated schedule management system, was confirmed.
The academic implication of this study was to propose a database model that collects and analyses schedule management system data by classification system. In addition, through the model, a cloud-based integrated schedule management system was implemented to provide an opportunity to predict and judge the construction period meaningfully through database data for each factor affecting the construction period delay in the railway construction planning phase. At the same time, it is meaningful that a system capable of more complete big data analysis can be built by increasing the accumulated data over time. In addition to the practical implications of this study can expand the scope of the railway industry other than the schedule management field by introducing a new system that applies smart technology in the railway construction schedule management field. The correlation between work, performance, and improvement according to the application of smart construction technology was analysed for practical implications as the applications of smart construction technology to the railway industry, which is difficult to change due to the nature of the business, compared to relatively conservative and increasing safety requirements in the era when the technology of the 4th Industrial Revolution and the paradigm of industry are rapidly changing. Besides, this study presented issues and implementation measures that could be applied directly to construction field through analysis of improvements in construction task and performance along with the application of smart technology. In addition, by introducing a new system applying smart construction technology in the field of railroad schedule planning, it is expected that it will be possible to expand the field to other related fields other than the schedule planning field.

국문 초록 (Abstract)

현대사회는 4차 산업혁명 시대의 도래와 함께 ICT(정보통신기술) 기반으로 한 스마트기술이 산업 전반에 걸쳐 빠르게 확산되고 있으며 ICT 산업은 ICT 기술의 융합에 의한 다양한 분야에서 서비스가 제공될 것으로 전망된다. 이러한 관점에서 우리의 건설산업은 전통산업에서 벗어나기 위해 스마트기술의 도입이 주요 이슈로 부각되고 있다. 최근 건설산업계도 이러한 필요성을 절감하여 사물인터넷(IoT), 클라우드, 빅데이터 및 모바일 등 4차 산업혁명 핵심요소 기술 개발 및 적용을 위한 연구들이 활발히 진행 중이나, 연구가 특정 기술에 국한되거나 시공단계의 품질, 안전관리 분야가 주를 이루고 있어 건설산업의 변화하는 환경에 대응하기에는 한계가 있다.
국내에서 2018년부터 시행되기 시작한 근로시간 단축을 비롯한 기후 변화 등 새로운 건설산업의 사회, 환경적 변화는 건설 기간의 지연 요인으로 제기됨에 따라 적정한 공사기간 확보를 위한 공정관리의 중요성이 대두되고 있다. 선진국의 경우 공사 이해 관계자가 축적되어온 시공 실적 데이터베이스에서 유사한 사례를 계획 단계에서 검토하는 것으로 신규 프로젝트를 시작하며, 이에 따라 스케줄을 보다 체계적으로 계획하고 효율적으로 관리하여 잠재적인 분쟁을 최소화한다. 특히 철도건설 사업은 토목, 궤도 등 여러 분야의 복합 공사가 유기적으로 연계되고 최근에는 안전, 기후 변화 등의 이슈가 강조되고 있어 보다 체계적인 사업관리를 위한 새로운 관리시스템의 필요성이 요구된다.
본 연구는 스마트건설 기술을 이용하여 철도건설의 적정한 공사기간 산정을 위한 대안을 제시하기 위해 진행되었다. 본 연구의 클라우드 및 빅데이터 기반의 통합공정관리시스템은 계획단계부터 전체 철도건설 공사기간 예측을 위하여 총 66개 철도건설 사업의 실 공사기간을 데이터베이스화하였고, 공사기간 지연 요인별로 구분하여 각 건설 사업을 특성별로 분류하였다. 데이터와 시스템의 검증 방법은 두 가지로 병행하여 진행하였다.
첫째, 수집되어 분류된 데이터베이스의 신뢰성 검증으로 현재 시행 중인 철도건설 사업의 계획 공정과 공사 진행 후의 공정 상황, 그리고 데이터베이스에서 추출한 공사기간 지연 요인, 공사 규모, 지역, 사업 특성 등 빅데이터 분석을 통해 재해석된 공정 계획을 비교하여 공사 완공 후의 현황을 확인하는 방식으로 검증하였다.
그 결과 빅데이터 분석을 통해 추출된 데이터는 최초 사업의 계획 공정과는 상이하고 공사 완공 후의 시점의 공정 상황과 매우 유사한 의미 있는 결과로 검증되었다.
둘째, 스마트건설 기술기반의 통합공정관리시스템의 프로토타입을 제안하고, 그 프로토타입을 통해 철도 관련자들의 스마트건설기술에 대한 인식도와 이해도를 바탕으로 기술 수용 의도 정도와 영향 요인 연구를 위해 기본 이론 및 모형으로 통합기술수용 이론을 채택하여 검증하였다. 신기술이나 최신 IT 기술을 다른 산업에 적용하여 이용자의 지각과 행동을 예측하는 분석 기법으로 타당성이 검증된 이론이기 때문이다. 우선 연구 모형과 가설을 설정하고 설문 조사의 형태로 실증 분석을 통한 가설을 검증 및 채택하고 결과를 해석하였다.
그 결과 철도건설에서 스마트기술의 도입은 업무 성과적 효과나 혜택보다는 사회적 영향 항목의 영향력이 가장 높았다는 점에서 사회적 분위기상 철도 스마트건설기술 도입을 확인하였다. 반면에 스마트기술 수용 요인과 통합공정관리시스템 수용 의도 사이의 매개 효과가 있는 가치기반 모델인 노력 기대의 경우 시스템으로서 의의와 함께 향후 이를 기반으로 메뉴얼 구축이나 활용법에 대한 교육 등 누구나 쉽게 배울 수 있는 시스템의 개발에 대한 요구가 높다는 것을 확인할 수 있었다.
본 연구의 스마트건설기술을 적용한 철도공정관리시스템은, 공정관리 실적 데이터를 분류 체계에 의해 수집 분석하는 데이터베이스 모델을 제안하고 그 모델을 통해 클라우드 기반의 통합공정관리시스템을 구현하여 철도건설 계획 단계에서 공사기간 지연에 미치는 요인별 데이터베이스 자료로부터 건설 기간을 적정하게 예측하고 판단할 수 있는 계기가 됨과 동시에, 축적되는 데이터가 증가함으로써 더욱 완성도 높은 의미 있는 빅데이터 분석이 가능한 시스템이 된다는 점에서 새로운 스마트건설 기술을 도입한 미래 철도 통합공정관리의 방향을 제시하는 이론적 의미가 있다.
또한 철도공정관리 분야의 스마트기술에 관한 새로운 연구 영역을 확장할 수 있다. 철도 공정관리 분야에서 스마트건설 기술 수용 요인에 따른 가치기반수용 모델, 수용 의도에 대한 최초의 실증 분석 연구라 할 수 있다.
실무적 관점으로는, 4차 산업혁명의 신기술과 산업의 패러다임이 급격히 전환되는 시대에 다소 보수적이면서, 안전에 대한 요구 사항이 점증하고, 사업의 특성상 변화가 어려운 철도 영역에 대해서 스마트건설 기술의 적용에 따른 업무와 성과 및 개선의 상관관계를 분석하였으며, 이를 현장에 바로 적용할 수 있는 이슈 및 구축 방안을 제시하였다.
본 논문은 철도 공정관리 분야에 스마트건설 기술을 적용한 새로운 시스템을 제시함으로써, 공정관리 분야에서 그 의의가 크다고 할 수 있다.

목차 (Table of Contents)

• 목 차
• 요 약 I
• 표 목차 vi
• 그림 목차 viii
• 제1장 서 론 1
• 제1절 연구의 배경과 목적 1
• 제2절 연구의 방법과 범위 3
• 제3절 연구의 구성 5
• 제2장 이론적 배경 7
• 제1절 스마트건설 기술과 건설산업의 변화 7
• 1. 스마트건설 기술 시장과 기술 유형 7
• 2. 스마트건설 기술 고도화 연구 동향 13
• 3. 건설산업의 변화 16
• 1) 근로기준법 개정 16
• 2) 철도 종합시험운행 안전 강화 17
• 3) 환경적 변화 19
• 제2절 철도건설 사업과 공정관리 20
• 1. 철도건설 사업 특징과 공사기간 20
• 1) 공사기간 지연 현황 21
• 2) 공사기간 지연 주요 요인 22
• 2. 철도 공정관리 연구 동향 27
• 3. 타 산업 스마트건설 기술 도입 현황 28
• 제3절 통합기술수용 이론 29
• 1. 통합기술수용 이론의 개념과 구성 요소 29
• 2. 성과 기대, 노력 기대, 사회적 영향 31
• 3. 가치기반수용 모델 32
• 4. 수용 의도 33
• 제4절 선행 연구와의 차별성 34
• 제3장 철도 통합공정관리시스템을 위한 기초 연구 35
• 제1절 철도 공정관리의 중요성 35
• 1. 건설환경 변화에 따른 적정 공사기간 분석 35
• 2. 호남고속철도 2단계 발주 상황 비교 분석 36
• 제2절 현 공정관리체계 분석 및 문제점 37
• 1. 공정관리체계 분석 37
• 2. 공정관리체계의 문제점 39
• 3. 건설관리 업무체계 재정립 40
• 1) 건설관리 업무 분류 41
• 2) 스마트기술 적용 철도 건설관리 업무 선정 44
• 제3절 통합공정관리시스템 프로토타입 50
• 1. 기본 데이터 선정 50
• 2. 실적 정보 데이터베이스 구축 52
• 1) 데이터 분류 기준 52
• 2) 데이터 수집 절차 및 방법 54
• 3. 통합공정관리시스템 프로토타입 56
• 제4장 통합공정관리시스템 수용 의도 분석 59
• 제1절 통합기술수용 이론과 가치기반수용 모델의 연구 모형 59
• 제2절 가설의 설정 60
• 제3절 변수의 조작적 정의 및 측정 63
• 제4절 자료 수집 및 연구 분석방법 65
• 제5절 실증 분석 68
• 1. 표본의 특성 68
• 2. 타당성 및 신뢰성 분석 70
• 3. 상관관계 분석 73
• 4. 가설의 검증 74
• 5. 가설 검증 요약 및 논의 85
• 제5장 철도 통합공정관리시스템 개발 89
• 제1절 데이터의 객관성 및 신뢰성 검증 89
• 제2절 시스템 구현 93
• 제6장 결 론 98
• 참고문헌 101
• 부 록 103
• Abstract 110
• 감사의 글 113