공사 현장에서의 Machine Guidance 적용에 관한 사례연구
원문 링크
https://koreascience.kr/article/JAKO201831349948918.page
발행일
2018.10.01
저자
김완봉*
한국종합기술 도로공항부 상무 (Korea Engineering Consultants Corp. ․ kimwb@kecc.co.kr)
박상일**
정회원 ․ 한양대학교 건설환경공학과 박사과정 (Hanyang University ․ si5381@hdc-dvp.com)
이리호***
정회원 ․ 한양대학교 건설환경공학과 박사과정 (Hanyang University ․ leedon62@naver.com)
서종원****
종신회원 ․ 교신저자 ․ 한양대학교 건설환경공학과 정교수 (Corresponding Author ․ Hanyang University ․ jseo@hanyang.ac.kr)
연구 주제
측설이 복찹한 현장에서의 Machine Guidance 굴삭기의 현장 테스트 진행 후 생산성 분석 및 품질평가
요약
- 연령 40대 이상 건설기능 인력 비율 2004년 58.8%, 2012년 80.7%로 12년 동안 21.9% 증가
- 앞으로 건설기능 인력 수급의 어려움 증가 예상
- Machine Guidance(MG), Remote Machine Control 등 다양한 방법을 통한 생산성 제고 및 품질 향상 도모
- 건설공사에서 토공사는 약 20%정도 차지하는 중요한 공정임에도 측량, 측설, 굴착, 운반, 성토, 다짐의 고전적인 절차로 진행
- 최근 GPS 장비를 활용한 MG로 측량-측설-굴착 프로세스 정밀화 및 효율화
- MG가 GPS 위치정보를 장비기사에게 실시간으로 굴착 정보 전달
- 기본 굴착 프로세스
1) 측량기사가 2D 설계도면을 바탕으로 굴착경계 체크
2) 측설을 통해 굴착경계면 확정 후 굴착 진행
3) 굴착 중 보조인원이 굴착이 계획레벨에 도달했는지 체크
4) 레벨 미달 또는 과굴착 시 계획레벨로 맞출때까지 작업 반복
- MG 굴착 프로세스
1) GPS장비 굴착기에 설치
2) GPS 정보를 바탕으로 굴착 수행
- MG 장비는 별도의 측량 및 측설 작업 필요 X
- 기존 방식 문제점
1) 2D 설계도면을 바탕으로 진행되므로 오류 발생
2) 지속적인 계획레벨 확인으로 굴삭기 유휴시간 발생, 생산성 감소
- 연구 프로세스
1) 현장지형 GPS 측량 후 3D 설계도면 제작
2) 측량 데이터를 활용하여 TIN(Triangulated Irregular Network) 표면 제작 후 2D 설계도 기반 시공기면 작성
3) TIN 표면, 시공기면과 Surface-Surface method를 통해 MG용 3D 설계도면 작성
4) 3D 설계도면을 MG 굴삭기에 적용 후 굴착 작업 진행
5) 생산성 체크를 위해 굴착작업을 작업시간, 유휴시간, 제외시간으로 나누어 기록
6) 굴착작업이 완료된 대상지역 레이저스캐닝 진행 후 3D 설계도면과 레이저스캐닝 모델을 비교하여 품질평가
* 생산성 분석은 동일현장 다른 굴삭기와 비교가 아닌 MG 굴삭기와 건설공사 표줌품셈을 바탕으로
- MG 굴삭기 구성
1) IMU (Inertial Measurement Unit) 센서
2) 굴삭기 몸체에 장착된 GPS 안테나 및 GPS 컨트롤러
3) 굴삭기 운전석에 장착된 디스플레이 장치
4) 굴삭기 위치정보 보정신호를 전송해주는 기지국
- 3차원 도면 작성
1) 적용현장 점군데이터를 획득한 후 TIN으로 구성된 원지형 작성
2) 2차원 설계도면을 바탕으로 시공기면 작성
3) 2차원 설계도면에 형성되어 있는 시공기면과 중복되는 등고선의 높이 값을 각 절점에 입력
4) 해당 심도만큼 쉬프팅하여 작성
5) 3차원 토공모델 모듈을 활용하여 3차원 모델 작성
- 4일 간 생산성 체크 진행 (굴삭기 1대, 덤프 2대 또는 굴삭기 1대, 덤프 1대)
- 4일 평균 생산성 표준품셈 대비 38.3% 증가
- MG굴삭기 생산성에 영향을 끼치는 요인
1) 운전자의 MG 적응도 (생산성 1일차 25.3%, 2일차 35.9%, 3일차 53.9%)
2) 장비 조합에 따른 유휴시간
3) 굴착지형의 복잡도
- 굴착 완료 구간 레이저 스캐닝으로 얻은 모델과 3D 설계도면 단면, 부피, 깊이 비교분석으로 품질평가
- 단면 정확도 99.9%, 부피 정확도 93.3%
- 6.7% 오차 구간은 3m 깊이의 모래 지반으로 사면붕괴를 막기 위해 기울기를 주어 굴착, 이러한 이유로 오차 발생
용어
- Triangulated Irregular Network
https://terms.naver.com/entry.naver?docId=3483621&cid=58439&categoryId=58439