Original Article

Ecology and Resilient Infrastructure. December 2020. 274-283
https://doi.org/10.17820/eri.2020.7.4.274

ABSTRACT


MAIN

  • 1. 서 론

  •   1.1 연구의 배경 및 필요성

  •   1.2 연구의 목적 및 방법

  • 2. 기술 동향

  •   2.1 재래식 도로절단

  •   2.2 기술개발 동향

  • 3. 개념설계

  •   3.1 저소음・분진회수형 도로절단기의 요구성능 설정

  •   3.2 저소음・분진회수형 도로절단기의 개념설계 도출

  • 4. 경제성 분석

  •   4.1 변수 및 가정 설정

  •   4.2 순편익비율 분석

  •   4.3 수익률 분석

  •   4.4 손익분기점 분석

  • 5. 결 론

1. 서 론

1.1 연구의 배경 및 필요성

우리나라는 1960 - 70년대부터 공업화와 함께 도시화가 빠르게 진행되면서, 특히 수도권 및 대도시를 중심으로 이 시기에 많은 시설물들이 구축되었다. 상하수도 관로, 도시가스 관로, 통신 선로 등 지하에 매설된 시설물들도 이 시기에 많이 구축되었는데, 이들의 연한이 경과되면서 관의 침하, 파열 등 많은 문제를 야기하고 있다. 일례로, 2018년 12월 4일부터 13일까지 10일 동안, 경기도 일산 백석동, 부산, 서울 목동, 경기도 안산의 네 곳에서 온수를 공급하는 열수송관이 파열되었고, 이러한 사고가 발생할 때마다, 수천 가구에 난방공급이 끊기는 등 피해가 발생한다 (Park 2018). 또한 사망 1명 및 화상 22명을 유발한 일산 백석동 사고에서와 같이, 지하매설물 사고는 인명피해로 이어지기도 한다.

이와 같이 노후화된 지하매설물을 유지보수하기 위해서는 도로를 굴착하여야 한다 (Kim and Jun 2018a). 그리고 도로를 굴착하기 위해서는 도로포장을 절단하는 작업이 선행되어야 한다. 일반적으로 도로포장 절단작업에는 도로포장 절단기 (이하 도로절단기라 함)가 사용되는데, 국내에서 주로 사용하는 것은 재래식 도로절단기로, 도로절단 과정에서 과다한 소음과 분진이 발생한다. 반면에 일본 등 해외에서는 저소음・슬러지 회수형 도로절단기를 사용하여 친환경성을 향상시키고자 노력하고 있다.

도로 절단작업에서 확산되는 분진을 줄이고 절단날을 냉각하기 위하여 냉각수를 사용하는 습식 절단방식도 있다. 하지만 이 습식 절단방식은 작업중에 분진 발생이 줄어들기는 하나, 냉각수와 절단분진이 섞인 절단슬러지가 도로에 확산되어 도로표면과 주변을 오염시키게 된다. 또한 절단슬러지의 수분이 증발하고 나면, 잔해물들이 비산하여 다시 분진을 발생시키기도 한다. 이와 같은 과정에서 발생된 분진은 다양한 생태학적 문제를 야기한다. 일례로, 발생된 분진에는 10 µg 이하 크기의 미세먼지와 2.5 µg 크기의 초미세먼지도 포함되는데, WHO (World Health Organization)의 국제암연구소는 지난 2013년에 대기오염과 미세먼지를 1군 발암물질 (Group 1)로 분류하였다. 따라서 미세먼지를 포함한 분진은 생태학적으로 위험물질이며, 이들은 반드시 관리되어야 한다. 그런데 분진은 발생한 후에 일단 비산하고 나면, 관리하는 것이 매우 어렵다. 따라서 발생을 자체를 억제하거나, 발생 즉시 제거하는 등 발생 단계에서 관리하는 것이 매우 중요하다 (Kim 2019).

한편 도로포장 절단에서, 포장두께가 150 - 200 mm 수준인 경우에는 20” 규격의 도로절단기로 한 번에 절단하는 것이 가능하나, 이보다 두꺼워지면 한 번에 절단하는 것이 곤란하다. 따라서 대형의 도로절단기를 사용하거나, 소형의 도로절단기로 약 150 mm까지 절단한 후에 잔여부위를 브레이커로 파쇄한다. 이 경우에는 고가의 대형 도로절단기를 사용하거나, 브레이커로 이중작업을 하게 되어 소요시간이나 소요비용이 증가한다. 또한 두 장비에서 발생하는 소음이 과다해지는 등 추가적인 환경문제도 야기한다.

그리고 발생된 절단슬러지의 청소를 위하여 살수차, 물청소인원을 동원하기도 하는데, 이 작업에도 인력, 시간과 장비가 소요되는 문제점이 있다. 따라서 소음과 분진과 같은 환경위해요인의 발생을 최소화하면서도, 절단깊이가 깊을 경우에 절단 작업 후에 브레이커를 다시 사용하는 이중작업에 의한 비효율을 제거하는 장비나 공법이 개발되어야 할 시점이라 판단된다. 하지만 새로운 장비를 도입하는 데 있어서, 경제성이 담보되지 않으면 해당 자동화 장치의 도입이 용이하지 않은 것이 현실이다.

1.2 연구의 목적 및 방법

본 연구의 목적은 소음 및 분진과 같은 환경위해요인의 발생원인을 근본적으로 제거할 수 있고, 절단깊이가 깊을 경우에 절단 작업 후에 브레이커를 다시 사용하는 이중작업의 비효율도 방지할 수 있는 친환경・고성능 도로절단기 국산화의 경제적 타당성을 분석하는 것이다. 이를 위하여, 절단슬러지 회수가 가능한 도로절단기의 개념모델을 도출하고, 제시된 개념모델을 바탕으로 재래식 방식과 자동화 방식의 경제성을 분석하고자 한다.

기존 도로포장 두께는 통상 약 150 mm이고, 도로절단기도 150 mm 내외의 깊이까지 절단할 수 있는 것을 사용하는 경우가 대부분이다. 하지만 도심지 주거지역의 경우, 덧씌우기 등으로 인하여, 도로포장 두께가 300 mm까지 두꺼워지는 경우도 많이 있다 (Kim and Jun 2018a). 따라서 본 연구에서는 300 mm까지 한 번에 절단할 수 있는 장비를 개념도출 대상으로 설정한다. 또한 저소음・분진회수형에서 저소음이란, 절단기와 브레이커의 소음, 진동 등을 최소화하거나 제거하는 것을 의미하며, 분진회수란, 도로절단 과정에서 발생하는 분진이나 절단슬러지를 석션하는 등의 방법으로 회수하여 비산을 방지하는 것을 말한다. 또한 본 연구의 대상작업은 도로절단기로 포장을 절단하는 작업으로 연구의 범위를 한정하고자 하며, 굴삭기에 의한 도로포장 걷어내기, 터파기 등 도로포장 절단 이후의 작업들은 연구범위에서 제외하도록 한다.

본 연구의 방법으로는 우선, 재래식 작업의 프로세스, 장비를 고찰하고 문제점을 분석하여 저소음・분진회수형 도로절단기 개발의 필요성을 도출한다. 또한 국내외 기술개발 동향을 조사분석하여 주요 요소기술과 저소음・분진회수형 도로절단기에 적용 가능한 핵심 요소기술을 분석한다. 상기 분석결과를 바탕으로 저소음・분진회수형 도로절단기의 개념모델을 제안하고, 이에 대한 작업시나리오를 제시한다. 마지막으로, 도출된 개념모델에 대한 경제적 타당성을 정량적으로 분석한다. 정량적 분석에서는 투입장비 경감 등에 따른 편익과 장비 개발 및 운영에 소요되는 비용 등을 토대로 편익비용, 수익률, 손익분기점 등의 경제성을 분석하도록 한다.

2. 기술 동향

2.1 재래식 도로절단

2.1.1 재래식 도로절단 프로세스 및 사용장비

두께 300 mm인 도로포장을 대형의 도로절단기로 한 번에 절단하는 과정을 일반화하여 요약하면, 우선 도로 노면의 절단부위에 먹선을 도시하고 (제1공정), 절단장소로 이동하여 도시한 먹선에 따라 도로포장을 절단하거나 파쇄한다 (제2공정). 다음으로 절단・파쇄 과정에서 발생한 절단슬러지 등을 청소하고 (제3공정), 도로절단 작업을 마무리한다 (제4공정). 제2공정에는 도로절단기, 브레이커 및 운전원이 필요하며, 제3공정에서는 살수차 및 청소원이 필요하다. 그리고 절단작업을 수행하다 보면, 절단날이 손상되거나 장비가 오작동하는 경우가 발생하는데, 이럴 경우에 절단날 교체, 장비 점검・보수 등의 세부작업이 비정기적으로 수행되기도 한다. 또 차량이나 보행자 통행을 위하여 작업을 멈추거나, 기타 이유로 작업을 진행하지 못하는 대기가 발생하기도 한다 (Fig. 1 참조).

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Fig. 1

The work flow of pavement cutting.

2.1.2 재래식 도로절단의 문제점

기존의 도로절단기로 아스팔트, 콘크리트 등의 도로포장재를 절단하는 과정 (2공정)에서 과다한 소음과 분진 (절단슬러지) 등의 환경오염을 유발한다 (Kim and Jun 2018b). 또한 대형의 도로절단기를 사용하지 않는 경우에는, 전술한 바와 같이 브레이커를 사용하게 된다. 그런데 브레이커 작업은 이중작업이 되어 생산성에 악영향을 미치고, 더 많은 소음과 분진뿐 만 아니라 진동까지도 유발한다. 그리고 발생된 절단슬러지의 청소 (제3공정)를 위하여 살수차, 청소인원을 동원하는데, 이 작업에도 인력, 시간과 장비가 소요되는 문제점이 있다. 따라서 소음과 분진과 같은 환경위해요인의 발생을 최소화하고, 이중작업에 의한 비효율을 제거하는 장비나 공법이 개발되어야 할 시점이라 할 수 있다.

2.2 기술개발 동향

2.2.1 저소음・분진회수 개념

도로포장 절단 과정에서 발생된 절단슬러지는 토양에 흡수되거나, 도로에 방치되어수분 증발 후에 비산되거나, 혹은 우수관을 통해 하천으로 흘러들어가서 다양한 환경오염을 유발하고 생태학적 문제를 발생시킨다. 분진회수 기능이란, Fig. 2에 도식한 바와 같이, 이러한 환경오염과 생태학적 문제가 유발되지 않도록 절단슬러지를 회수하는 기능을 말한다. 분진 등을 회수하기 위해서는 통상적으로 진공흡입방식을 사용하며, 진공흡입을 위해서는 진공발생장치, 흡입장치 등이 필요하다 (Kim et al. 2019).

한편 저소음 기능이란, 도로절단기에서 발생하는 기계소음, 절단소음을 줄이는 것을 말한다. 그런데 소음 문제는 밀폐형 커버, 흡음재 충진, 방진패드 부착 등으로 상당부분이 해소되기도 한다. 따라서 재래식 도로절단기의 문제점들 중 분진 회수 문제의 해결에 기술적 역량을 집중하는 것이 바람직하다 (Kim et al. 2020).

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Fig. 2

The slug suction function (source: Nakayama).

2.2.2 해외 동향

일본의 도로포장 절단작업 순서는 한국의 작업순서와 대동소이 하다. 다만 저소음과 절단슬러지 진공흡입 기능을 갖춘 저소음・분진회수형 도로절단기의 사용이 일반화되어 있다는 점을 가장 큰 차이로 들 수 있다. 이러한 저소음・분진회수형 도로절단기에 의한 작업은 Fig. 3 (a)와 같으며, 절단슬러지 진공흡입의 결과는 Fig. 3 (b)와 같다. 이 결과를 보면, 하얀 종이를 둔 채로 절단하였는데, 약간의 흔적만 묻어날 정도로 절단슬러지의 대부분이 회수된다. 그리고 약간 남은 슬러지 잔해는 Fig. 3 (c)와 같이 도로절단기용 냉각수의 잔여분을 이용하여 마무리 청소하게 된다.

그 밖에 미국이나 유럽의 경우, 분진을 회수하는 기술에 대하여 출원된 특허들은 다수 발견된다 (Fig. 4). 그러나 일본에서와 같이 제품이 상용화된 사례는 발견되지 않았으며, 해당 특허들이 현장에 적용된 사례도 찾아보기 어려웠다.

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Fig. 3

Japanese suction type pavement cutter (source: Kim et al. 2019).

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Fig. 4

US patent case (source: Meister 1993).

2.2.3 국내 동향

전술한 바와 같이, 습식 도로절단기는 물탱크에 저장된 물을 절단부위에 뿌리며 절단하므로 분진발생을 줄일 수 있으나, 물에 흡수된 분진 찌꺼기인 절단슬러지가 하수구로 흘러 들어가서 수질과 토양의 오염을 유발한다. Park et al. (2014)은 이와 같은 문제점들을 제기하고, 건식 도로절단기에서 분진이 외부로 유출되는 것을 최소화하기 위한 장치를 개발하였다. 이 연구에서는 건식 도로절단기에 집진밀폐장치를 장착하는 장치를 설계 및 제작하고, 그 성능을 평가하였다. 평가를 위하여, 1분 동안 도로를 절단한 후 절단된 거리와 집진된 콘크리트 분진의 무게와 깊이를 측정하였다. 하지만 도로절단 현장에서 습식 도로절단기를 많이 사용하는 이유는 단순히 분진 발생량이 줄어들기 때문인 것은 아니다. 절단날로 공급되는 물은 냉각수 역할을 하여 절단날의 수명을 연장시키며, 냉각수가 마찰을 줄여주어 절단소음도 낮춰주는 기능을 하게 된다. 그런데 이 연구에서는 이러한 점을 간과하였다는 한계가 있다.

3. 개념설계

3.1 저소음・분진회수형 도로절단기의 요구성능 설정

전술한 바와 같이, 절단슬러지를 회수하는 방안으로는 진공흡입 (suction)이 가장 많이 사용된다. 즉, 절단슬러지를 발생시키는 절단날을 밀폐형 커버로 덮은 후, 커버 내부에 흡입구를 달아서 절단슬러지와 비산먼지를 흡입하는 것이다. 본 연구에서도 진공흡입 개념을 적용하였다. 기존 도로절단기에 진공흡입과 같은 절단슬러지 회수기능이 추가되기 위해서는, Fig. 5와 같이, 슬러지 흡입구, 진공탱크, 진공팬, 슬러지펌프 등이 추가될 필요가 있다.

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Fig. 5

Structure comparison of the conventional and the proposed pavement cutters (source: Kim et al. 2020).

추가기능에 의한 절단슬러지 회수의 흐름은 다음과 같다. 장비의 엔진이 회전하여 전자클러치를 작동시키면, 여기에 V-벨트로 연결된 진공팬 (fan)과 슬러지펌프가 함께 작동된다. 그리고 진공팬이 작동되면, 바닥면과 밀착되어 있는 절단날 커버의 내부에 발생된 절단슬러지가 슬러지 흡입구를 통해 흡입된다. 흡입된 절단슬러지는 진공탱크 내의 슬러지망을 통과하여, 배출라인을 통해 오수와 함께 슬러지 펌프로 이동한다. 슬러지 펌프는 슬러지회수라인을 통해 장비 외부의 슬러지저장탱크로 슬러지를 이송한다. 이 때, 일정크기 이상의 자갈 등은 진공탱크 내부의 슬러지망으로 걸러내어, 배출라인 등이 막히는 것을 방지한다 (Kim et al. 2020).

3.2 저소음・분진회수형 도로절단기의 개념설계 도출

본 연구에서는 도출된 요구성능을 바탕으로 하여, Fig. 6Table 1과 같은 장비 개념을 도출하였다. 도출된 개념설계는 재래식 도로절단기의 기능에 슬러지회수 기능이 추가된 것이다. 다시 말하면, 기존 도로절단기에 슬러지 흡입구가 포함된 절단날 커버, 진공탱크, 진공팬, 슬러지 펌프 등이 추가되는 것이다. 또한 기존의 엔진이 진공팬, 슬러지펌프 등의 부하를 담당하여야 하므로, 고성능 엔진을 고려하였다 (Kim et al. 2018).

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Fig. 6

Conceptual design of low noise and dust suction type pavement cutter (source: Kim et al. 2018).

Table 1.

System configuration of the low noise and dust suction type pavement cutter (source: Kim et al. 2020)

Number Division Standard Remark
1 Body of pavement cutter Low noise and dust recovery
2 Engine High performance engine
3 Vacuum device parts (Sludge recovery device)
3-1 Vacuum tank Storage of fine gravel, etc. (Vacuum device parts)
3-2 Vacuum fan 2 m3/min
3-3 Sludge pump 9 ℓ/min
4 Cutting blade cover Sludge inlet
4-1 Cutting blade Size max. 30” or less
5 Cooling water supply line For cooling water supply ø16 mm
6 Slush recovery line For sludge recovery ø25,19 mm
7 Water tank (coolant) 400 ℓ
8 Water tank (storing sludge) 400 ℓ

4. 경제성 분석

4.1 변수 및 가정 설정

건설공사에 새로운 건설장비나 공법을 도입하려면, 사전에 그 경제성이 검토되어야 한다. 그리고 새로운 건설장비나 공법을 도입함으로써 추가적으로 발생하는 비용 (cost)과 편익 (benefit)을 도출하여, 재래식 장비나 공법의 비용 및 편익과 비교하면 해당 장비나 공법의 경제성을 파악할 수 있다. 본 연구에서도 제안된 저소음・분진회수형 도로절단기의 개념모델을 바탕으로, 해당 절단기를 도입함으로써 발생할 수 있는 예상 추가비용 및 예상 편익을 산정하고, 이들을 비교분석하여 장비 도입의 경제적 타당성을 분석하였다.

현장조사 및 실무자 면담 결과, 현업에서의 도로절단 작업의 비용은 절단길이 (m)를 기준으로 산출하고 있었다. 이러한 절단비용은 포장재의 종류에 따라 길이 당 단가가 상이한데, 재래식 일반절단기를 기준으로 아스팔트 포장절단 (깊이 15 cm, 2회)은 m당 3,600원 수준이고, 콘크리트 포장절단 (깊이 15 cm, 2회)은 m당 4,100원 수준이다. 본 연구에서 대상으로 하고 있는 30 cm이상을 절단할 수 있는 장치를 보면, 서울시에서는 공사장 소음 저감 차원에서 조례를 통해 저소음 절단기의 사용을 의무화하고 있다. 그러나 국내에 저소음 절단기가 많지 않아, 이 조례에 적합한 공사가 이루어지지 않는 경우도 빈번한 것으로 알려져 있다. 또한 이 조례는 저소음 절단만 규정하고 있을 뿐, 비산먼지의 원인이 되는 절단슬러지나 분진의 회수에 대한 사항은 규정되어 있지 않다는 한계도 있다. 저소음 절단의 대가를 보면, 저소음아스팔트 포장절단 (깊이 30 cm)은 m당 7,500원 수준이고, 저소음콘크리트 포장절단 (깊이 30 cm)은 m당 15,800원 수준이다. 통상적으로 도로절단비용에는 살수차 비용은 포함되지 않는다. 따라서 발주처에서 별도 계약으로 살수차를 보내주거나 또는 별도비용을 주고 살수차를 사용하게 되는데, 15톤 기준 하루에 150,000원이 살수차에 소요된다. 다만 이 살수차는 도로절단 현장에 전담 배치되는 경우는 거의 없고, 절단 작업중간 또는 절단 마무리 단계에 1 - 2회정도 와서 물을 공급하거나 절단슬러지를 청소한다.

작업조 구성은 통상 절단기술자 1인과 보조원 1인으로 구성되며, 현장조건에 따라서 교통정리 등의 역할을 맡는 보조원이 1인 추가되기도 한다. 절단기술자는 현장의 난이도에 따라 경력수준 등을 조정하는데, 절단기술자의 숙련도에 따라 작업속도에 차이가 날 뿐만 아니라, 절단경로의 효율성도 크게 달라지게 된다. 또 도로절단작업의 작업조와는 별도로 냉각수 공급 및 절단슬러지 청소를 위한 살수차의 운전원이 1인 필요하다.

기상조건과 관련하여, 물을 사용하지 않는 건식절단의 경우는 동절기에도 작업이 가능하나, 한겨울에는 물이 얼기 때문에 습식절단 작업은 곤란하다. 또한 우천시에도 작업원의 안전을 고려하여 작업을 꺼린다. 다만 긴급 공사이거나 준공일이 임박한 경우에는 환경이 다소 열악하더라도 작업을 진행하는 경우가 있다.

작업도구 중 재료 (소모품)는 절단날과 냉각수, 장비 가동을 위한 휘발유, 장비운반용 트럭의 경유, 잡재료 등이 있다. 또 소요장비로는 도로절단기와 장비 운반용 트럭 등이 있다. 이와 같은 조사 결과를 바탕으로, 재래식 방식과 제안된 방식의 경제성 분석을 위해 요구되는 기본적인 가정 및 변수를 Table 2와 같이 설정하였다.

Table 2.

Variables and assumptions for economic feasibility analysis

Variables and assumptions Setting value
Minimum number of working days per year 100 days
The cutter proposed Life expectancy 10 years
Production cost 30,000,000 won
Operation and maintenance cost 1 - 5 years: 5% of production cost
6 - 10 years: 10% of production cost
Minimum expected rate of return 10%
Expected reduction number 1 conventional cutter, 0.33 water tank truck
Daily cost savings 206,000 won

4.2 순편익비율 분석

저소음・분진회수형 도로절단 장비를 도입할 경우, 재래식 방식과 비교하여 노무인력 절감은 없고, 재료비도 동일할 것으로 보인다. 그러나 경비에서는 재래식 도로절삭기와 물차의 비용을 절감하여, 일일 총 206,000원의 작업비용을 절감할 수 있을 것으로 기대된다 (Table 3). 따라서 연간 가동일수가 100일일 경우, 20,600,000원의 연간편익 (annual benefit)을 기대할 수 있다. 그리고 장비 수명기간 10년 동안에 대한 총 연간편익의 현재가치는 최소기대수익률 10%에서 126,578,082원이다.

Table 3.

Comparison of input cost between the conventional and the proposed concrete pavement cutting for concrete (T=30 cm)

Item Unit cost
(won)
Conventional method Automation method
Input quantity Unit cost
(won)
Input quantity Unit cost
(won)
Labor
cost
Cutting Worker 150,000 1 150,000 1 150,000
Usual Worker 120,000 1 120,000 1 120,000
Sub total 270,000 270,000
Material
cost
Gasoline, diesel, blade,
miscellaneous materials
45,000 1 45,000 1 45,000
Sub total 45,000 45,000
Expense Conventional cutter 156,000 1 156,000 0 0
1.4 ton truck 32,000 1 32,000 1 32,000
Water tank truck
(include driver)
150,000 0.33 50,000 0 0
Sub total 238,000 32,000

※ In the new work, conventional equipment will not be used, so it is calculated as a savings cost (the equipment cost of the proposed concept will be added separately to the additional cost).

새로운 장비의 도입에 따른 순이익을 도출하기 위해서는, 재래식 방식 대비 새로운 장비의 편익뿐 만 아니라, 새로운 장비의 제작비용이나 연간 운영・유지관리비 등 추가비용도 고려되어야 한다. 상기 비용절감에서 재래식 절단기 비용 절감을 포함하였으므로, 본 연구에서 개념을 제안한 저소음・분진회수형 도로절단 장비에 대한 비용이 추가비용으로 고려되었다. 전문가 면담 결과, 장비제작비용은 약 30,000,000원이 소요될 것으로 예상되었다. 또한 운영・유지관리비용의 경우에는, 1 - 5년까지는 제작비용의 5%인 1,500,000원/년이, 6 - 10년까지는 제작비용의 10%인 3,000,000원/년이 소요될 것으로 예상된다 (Fig. 7). 따라서 연간 운영・유지관리비용의 현재가치를 구하여 합계를 구하면 12,747,521원이 되며, 이 값과 장비제작비를 합하여 추가비용의 현재가치를 구하면 42,747,521원이 된다. 따라서 편익비용 비율은 2.96으로, 1을 크게 상회하는 것으로 분석되었다.

본 연구에서는 통상적인 타당성 조사에서 적용되는 금리 4.5%를 적용한 편익비용비율도 분석하였다. 그 결과 편익비용비가 3.46으로, 기대수익율 10%를 적용할 때보다 높게 나타났다 (Table 4). 따라서 기대수익율을 4.5 - 10%로 할 때, 편익비용비율은 1을 크게 상회할 것으로 기대된다.

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Fig. 7

Cash flow for the introduction of the proposed pavement cutter.

Table 4.

Benefit cost analysis of the introduction of the proposed pavement cutter

Interest (i) Calculated value
10.0% ∙ Present value of incurred benefits
= 20,600,000 (P/A, 10%, 10) = 126,578,082
∙ Present value of additional costs
= 30,000,000 + 1,500,000 (P/A, 10%, 5) +{3,000,000 (P/A, 10%, 10) - 3,000,000 (P/A, 10%, 5) }
= 30,000,000 + 3,000,000 (P/A, 10%, 10) – 1,500,000 (P/A, 10%, 5) }
= 42,747,521
∙ benefit/cost ratio
= PW of benefit / PW of cost
= 2.96
(It is worth investing because the cost-benefit ratio is > 1)
4.5% ∙ Present value of incurred benefits
= 20,600,000 (P/A, 4.5%, 10) = 163,001,994
∙ Present value of additional costs
= 30,000,000 + 1,500,000 (P/A, 4.5%, 5) +{3,000,000 (P/A, 4.5%, 10) - 3,000,000 (P/A, 4.5%, 5) }
= 30,000,000 + 3,000,000 (P/A, 4.5%, 10) – 1,500,000 (P/A, 4.5%, 5) }
= 47,153,189
∙ benefit/cost ratio
= PW of benefit / PW of cost
= 3.46
(It is worth investing because the cost-benefit ratio is > 1)

4.3 수익률 분석

수익률 (rate of return) 분석이란, 투자안에 대하여 편익에 대한 현재가치와 비용에 대한 현재가치의 차이를 0으로 만드는 할인율을 구하는 경제성 분석 방법이다. 여기에서, 현재가치의 차이를 0으로 만드는 할인율을 수익률이라 한다. 새로운 공법이나 장비가 투자 가치를 지니기 위해서는 수익률이 최소기대수익률 이상이어야 하므로, 본 연구에서도 저소음・분진회수형 도로절단 장비에 대한 수익률을 아래와 같이 도출하였다.

■ NPW (순 현재가치)

= PW of benefit - PW of cost

= 20,600,000 × (P/A, X, 10) - {30,000,000 + 1,500,000 × (P/A, X, 5) + [3,000,000 × (P/A, X, 10) – 3,000,000 × (P/A, X, 5)] } = 0

NPW=0을 만족하는 수익률을 보간법으로 구하면, 약 62.78% 이다. 따라서 제안된 저소음・분진회수형 도로절단 장비는 관련업계 실무자 면담을 통해 설정한 최소기대수익률 10%를 크게 상회하였다.

4.4 손익분기점 분석

손익분기점 (break-even point) 분석은 자본을 투자한 후에 얼마 만에 손익 분기점에 도달하는지를 분석하는 경제성 분석 기법이다. 본 연구의 경우에는, 저소음・분진회수형 도로절단 장비로 얻는 총이익이 장비 개발에 투입된 총투자를 초과하는 시점을 의미한다. 다시 말하면, 장치 개발을 위한 총 투자 비용의 현재가치와 장비 투입으로 인한 편익의 현재가치가 같아지는 n 값이 손익분기점이 된다. Table 4에서 장비 제작비용 및 연간 유지 보수비용의 현재가치는 42,747,521원으로 도출되었다. 따라서 설정된 최소기대수익률 10%에서, 약 21.6개월 만에 투자한 자본을 회수하고 이익이 발생하는 것으로 분석되었다.

■ 손익분기점

PW of cost = PW of benefit

42,747,521 = 20,600,000 (P/A, 10, N)

(P/A, 10, n) = 2.06

n = 1.80년 (약 21.6개월)

5. 결 론

최근에 상하수관로, 지역난방 열공급관로 등 도로하부에 매설된 지하시설물들이 노후화되면서, 도로를 굴착하는 일이 빈번히 발생하고 있다. 이와 같은 도로굴착을 위해서는 도로포장을 절단하는 작업이 선행되는데, 절단 과정에서 소음과 함께 비산먼지가 많이 발생하고 있다. 비산먼지는 생태학적으로 다양한 문제를 야기하고 있으며, 특히 여기에 포함된 미세먼지는 WHO에서 발암물질로 분류될 정도로 생태학적인 위험물질에 속한다. 따라서 이들 미세먼지를 포함한 비산먼지는 발생 자체를 억제하거나, 발생 즉시 제거하여야 한다. 본 연구에서는 이와 같은 문제점에 착안하여, 도로절단 현장에서 발생하는 비산먼지를 회수하는 장치의 개념설계를 제안하고, 이의 도입에 대한 경제적 타당성을 분석하였다.

본 연구에서 현장조사한 결과, 도로절단 작업은 매우 큰 소음을 유발하며, 비산먼지도 다량 방출하고 있었다. 또한 포장두께가 두꺼운 경우에는 일단 도로절단기로 절단한 후에 잔여 부위를 브레이커로 파쇄하고 있어, 이중작업의 비효율과 함께 소음, 진동, 분진 등의 환경문제도 유발하였다. 반면에 일본 등 선진국에서는 절단슬러지 회수기능이 포함된 도로절단기의 사용이 일반화되어, 도로절단 과정에서 분진이 발생하거나 작업 후에 절단슬러지가 잔재하는 일이 발생하지 않았다.

본 연구에서는 저소음・분진회수형 도로절단 장비의 성능과 개념모델을 제시하였다. 제시된 개념모델은 진공흡입장치 등을 내장하여 절단슬러지가 발생하는 즉시 회수할 수 있도록 고안되었다. 고안된 개념모델의 경제성을 분석한 결과, 편익비율이 2.96으로 1을 크게 상회하였다. 그리고 수익률은 62.78%로 도로절단 전문업체 면담을 통해 설정한 최소기대수익률 10%를 크게 상회하였으며, 손익분기점은 약 21.6개월로 분석되었다. 따라서 제안된 저소음・분진회수형 도로절단 장비의 경제적 타당성은 충분할 것으로 판단된다. 본 논문에서 분석한 결과는 장비의 개발, 효율성 검증뿐 만 아니라, 개발 후 마케팅 등에도 활용될 예정이다.

Acknowledgements

본 연구는 본 연구는 건설교통부 R&D “도로 미세먼지 저감 기술 개발 및 실증연구 (과제번호 20POQW- B152342-02)”에 의해 수행되었으며, 한국건설관리학회 2020년도 학술발표대회 논문 (제목: 친환경 작업을 위한 도로포장 절단기의 개념설계 도출)을 발전시킨 것입니다.

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