퍼지신뢰성 이론에 의한 항만구조물의 VE/LCC 분석에 관한 연구

Abstract

현재 항만구조물의 설계단계에서 VE/LCC 분석은 공법의 선정, 건설비용 및 유지관리비용 등을 중심으로 전문가의 정성적인 평가만이 이루어져 왔고 항만구조물의 성능을 향상시키고 비용을 최소화 할 수 있는 최고가치 대응방안은 미흡하여 주관적 정보의 애매성을 다루는 퍼지이론의 도입이 필요한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 주관적 신뢰성해석 모델개발의 기초단계로서 퍼지확률과 같은 파괴가능성 이론을 도입하여 퍼지신뢰성 해석을 수행하였고, 퍼지로직 툴박스를 이용하여 항만구조물의 열화성능을 평가한 후 퍼지신뢰성 해석에 따른 생애주기비용 및 통합가치를 분석할 수 있는 MATRAB용 “CALIFE" 프로그램을 개발하였다. 또한 구축된 프로그램의 신뢰성과 활용성을 검증하기 위해 방파제, 안벽 및 호안 구조물에 적용하여 퍼지신뢰성에 의한 통합 가치분석과 정성적 열화성능 평가 및 정량적 LCC 평가를 수행하였다. 방파제와 안벽 구조물에 대한 통합 가치분석을 실시한 결과, 상태지수, 성능지수, 상대 LCC 지수, 신뢰성지수, 가치향상지수, 유지관리 전략측면에서 모두 우수한 결론을 도출할 수 있는 가치혁신형이 최적의 설계임을 알 수 있었다. 그리고 호안 구조물에서는 기능 및 열화성능 평가측면에서 다소 불리하나, LCC와 퍼지신뢰성에 의한 가치향상지수측면에서는 다소 유리한 결과가 도출된 비용절감형이 최적의 설계안으로 분석되어 퍼지신뢰성 기반에 의한 통합 가치분석으로부터 최적의 안을 도출함이 기존의 확정론적 VE/LCC 분석방법에 비해 보다 합리적인 방법으로 나타났다. 본 연구에서는 퍼지신뢰성에 의한 항만구조물의 열화성능평가와 유지관리조치의 수준별 상대 LCC 지수를 이용한 시간의존적 LCC 분석모델과 상대가치지수를 이용한 생애주기 동안의 자산가치 분석모델 및 신뢰성지수를 이용한 생애주기 프로파일을 구축하여 사후 및 예방유지관리 조치를 취하고, 현재와 미래상태의 유지관리 전략을 합리적으로 결정하기 위한 경제성 분석을 할 수 있었다. 항만구조물의 VE/LCC 분석은 전문가의 주관성이나 경험에 기초한 정성적인 평가와 불확실성 및 변동성과 열화성능을 고려한 정량적 평가를 동시에 반영한 퍼지신뢰성 이론을 이용한 생애주기비용으로 통합 가치분석 방법론을 제시하였으며, 향후 전체 항만구조물 및 사회기반 시설물로의 확대적용이 가능한 기초를 마련하였다. CALLIFE 프로그램의 VE/LCC 분석에서는 기존의 확정론적 방법에 의한 결과가 퍼지신뢰성에 따른 데이터의 동시출력을 통해서 기능평가와 성능평가, 신뢰성평가 및 LCC 평가, 가치평가항목 등을 상호간의 비교분석이 가능하여 최적의 설계안을 용이하게 선정할 수 있으므로 확정론적 방법에 비해 보다 경제적이고 효율적인 의사결정방법임을 알 수 있었다. 향후 항만구조물 등을 포함하는 사회간접자본 시설의 자산관리체계가 D/B화된다면 보다 신뢰성 있는 생애주기비용 및 통합 가치분석 체계를 확립할 수 있을 것으로 예측된다.|The traditional analysis of VE/LCC on the harbor structure has been commonly performed in design phase. The qualitative evaluation by expert has been mainly done based on the type of construction method, construction and maintenance cost. For the enhanced performance and minimized cost of harbor structure the application of best value response method is necessary. Fuzzy theory capable of handling uncertainty of subjective data has been studied for the purpose of developing a primitive reliability analysis model In this study the program called "CALLIFE" compatible with commercial program MATLAB is developed. It could possibly analyze life cycle cost and integrated value by Fuzzy reliability theory utilizing fuzzy logic tool box which can evaluate deterioration rate of targeted harbor structure. For the verification and application of developed program, the integrated value analysis of various harbor structures such as breakwater, wharf and shore protection is performed by using three different analysis method; qualitative estimation of deterioration rate, quantitative estimation of LCC and integrated value analysis. The results of integrated value analysis for the breakwater and the wharf give better index value in the area of condition, performance, relative LCC, reliability, value improvement and maintenance. The innovative value type could become as optimum method. On the other hand for the shore protection, the index value of the function and deterioration performance gives little lessor value while those of value improvement index based on LCC and fuzzy reliability show more or less favorable value. The cost reduction type could be selected for optimum design method. Therefore it can be concluded that the application of integrated value analysis based on fuzzy reliability theory could provide more rational results compared with the results of application of existing deterministic VE/LCC analysis. It can be concluded that the application of integrated value analysis could be more economical in the decision making compared with the application of the deterministic analysis method. Because the integrated value analysis method includes analysing for the LCC and time dependent value by predicting a residual life and proper time for a maintenance based on the life cycle profile which considered by adopting Fuzzy reliability theory. By construction of Time dependent LCC analysis model using relative LCC index based on estimation of deterioration performance and maintenance level and Life cycle profile based on relative value index, future maintenance method can be selected. Rational maintenance strategy for present and future also can be determined by cost analysis. In this study the integrated value analysis method for LCC of harbor structure based on Fuzzy reliability theory is proposed. This theory is capable of handling qualitative estimation by expert's experience and subjective view and quantitative estimation based on uncertainty, vulnerability, and deterioration performance In the process of VE/LCC analysis using CALLIFE based on Fuzzy reliability theory, all data including function, performance, reliability, LCC and value could be easily compared with the results of existing Deterministic method. The optimum design method can be selected above comparison. Thus If database for the managing system of all social overhead capital including harbor structure is available, an accurate and reliable analytical system for the prediction LCC and the estimation of integrated value could be achieved.