Article information

Abstract

Trans Abstract

1. 서론

최근 들어 전 세계적으로 지구온난화가 극심해짐에 따라 기후변화가 발생하고 있으며, 생태계와 사회경제적 분야에 돌이킬 수 없는 영향을 미치고 있다. 이러한 기후변화는 기상이변, 강수량변화, 해수면 상승, 사막화, 물 부족, 열대성 질병의 확산, 생물종의 감소 등을 초래한다(Kim, 2010). 기후변화에 따른 사회경제적 영향 및 미래 국제협약에 포함될 수 있는 잠재적 대응 요소들에 대한 검토와 권고사항을 준비하기 위해 1988년 유엔환경계획(United Nations Environment Programme, UNEP)과 세계기상기구(World Meteorological Organization, WHO)에서는 기후변화에 관한 정부 간 협의체(Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC)를 설립했다(Lee et al., 2020). IPCC의 평가보고서에 따르면, 극한기온 현상과 해수면 상승 및 집중호우의 증가 등 21세기의 극한기후 현상은 현재보다 더 강하고 빈번하게 나타날 것으로 전망된다(IPCC, 2014; Kee, 2018). 또한, 화석연료에 의존한 에너지 소비로 온실가스의 배출이 증가함에 따라 전 지구 온난화는 가속화되고 있으며, 이로 인해 기후시스템을 이루는 모든 구성 요소들이 장기적으로 변화되어 돌이킬 수 없는 영향을 미칠 수 있다고 판단된다(Shim et al., 2021).

현재 우리나라는 폭염, 폭우, 태풍 및 이로 인한 돌발 홍수 등과 같은 기상이변에 따른 자연재해가 증가하고 있으며, 이러한 상황에서 건설 산업은 특히 큰 영향을 받고 있다(Kim et al., 2006; Kim et al., 2014). 건설공사는 기후 변화로 인해 건설시공계획의 불확실성의 증가에 따라 공기지연이 발생되며, 이러한 공기지연은 간접비용의 증가, 추가민원 발생 및 불필요한 설계변경 등으로 시공업체에 경제적인 손실을 발생시킨다(Son and Kim, 2005; Lee et al., 2006).

기후변화가 공기산정에 미치는 영향에 대해 다양한 분야에서 연구가 진행되고 있다(Shin et al., 2005; Kim et al., 2006; Lee et al., 2012; Chae et al., 2021). Shin et al. (2005)은 기후요소를 고려하여 인천지역의 공사불능일수를 산정한 바 있으며, Kim et al. (2006)은 기후요소에 의한 철골공사 공사불능일수 산정에 관한 연구를 진행하였다. 또한, Lee et al. (2012)은 서울, 인천, 부산 지역을 중심으로 고소 작업 가능률을 산정하였으며, Chae et al. (2021)은 철도 교량공사의 적정공사기간 산정을 위한 비작업일 산정에 관한 연구를 진행하 바 있다.

기후변화에 의한 공기지연을 공기연장으로 받아들이고 있지만, 대부분의 건설현장에서는 기후변화에 대한 공기산정에 있어서 정확한 자료 없이 현장관리자의 경험과 직관에 의해 공사불능일수를 정하고 있다(Jeong and Lee, 2003). 대한주택공사를 비롯한 일부 기관에서 공정계획 시 기후요소별 공사불능 기준을 설정하여 적용하고 있으나, 기후예측의 복잡성과 불확실성으로 인해 공사종류나 단위작업의 특성을 고려하지 못하고 있다(Lee et al., 2004). 이에 따라 과거 관측자료를 이용한 경향성 분석과 A2시나리오(Bae et al., 2007; Bae and Shin, 2013)를 이용한 미래기간의 변동성 분석에서 작업가능일수와 극치 호우사상의 증가로 인해 현장의 작업 불가능일수가 증가하고 이로 인해 연간 작업가능일수는 감소할 것으로 판단된다(Bae et al., 2008).

본 연구에서는 기후변화가 미래의 작업제한 기상조건에 얼마나 영향을 미치는지를 다양한 기후변화 자료를 생성하는 기관에 대해 각각 분석하였다. 이를 통해 건설시공계획의 기후변화기반 공사불능일을 산정하여 향후 공사 일정의 조정이 어떤 식으로 이루어져야 할 것인지 분석해보고자 한다.

2. Study Data Description

본 연구에서는 국토교통부가 제공하는 2022년 적정 공사기간 확보를 위한 가이드라인을 참고하여 연구를 진행하였다. 본 연구에 앞서 공사기간을 산정하기 위해서는 준비기간, 작업가능일수, 공사불능일수, 정리기간이 모두 포함되어 있어야 한다. 준비기간은 설계도서 검토, 안전관리계획서 작성 및 승인, 측량 등 공사의 착공 준비에 필요한 기간을 뜻한다. 작업가능일수는 해당 공사의 공종별 수량을 시공하는 데 필요한 총 작업일수를 뜻하며, 공사불능일수는 법정공휴일 수와 기상조건으로 인한 비작업일수를 고려하여 산정된 기간이다. 마지막으로 정리기간은 준공검사 준비, 시설물 인수 등을 위한 행정절차 및 청소 등 현장정리에 필요한 시간을 일컫는다.

2.1 Construction Plan Configuration

건설공사의 공사기간은 작업가능기간과 작업 불가능기간(Non-working days, NWD)으로 구성되며, 작업 불가능기간에 영향을 미치는 요인으로는 통제가 가능한 요인, 불가능한 요인 및 불가항력적 요인 등으로 구분할 수 있다(Jeong, 2000). 통제가 가능한 요인으로는 건설현장 근로자의 작업조건 등이 있으며, 통제 불가능한 요인으로는 공휴일과 기상요인으로 구분할 수 있다. 기상요인에는 온도, 강우, 바람 등이 있다(Fig. 1). 이 중 온도와 강우는 공사기간에 매우 큰 영향을 주고 있다. 온도를 나타내는 대푯값으로 활용할 수 있는 데이터는 최고기온과 최저기온으로 분리할 수 있으며, 특성상 지역 및 착수시기에 따라 차이가 커서 건설공사의 품질과 사업성에 큰 영향을 미치고 있다(Lee et al., 2004). 강우 또한 대푯값으로 활용할 수 있는 데이터로 최고강우와 최저강우로 분리하여 이용하였다. 이는 토공사, 기초공사 등의 작업에 큰 영향을 주며, 강우량에 따라 작업을 진행할 수 없는 경우가 생긴다(Lee et al., 2004).

Fig. 1

Construction Plan Procedure with Working and Non-working Days (NWD)

2.2 Research Data

본 연구에서는 2022년 적정 공사기간 확보를 위한 가이드라인을 참고하여 공사 별 작업 가능 조건을 분석하였다. 가이드라인을 통해 분석할 공사를 선정하고 각 공사에 해당하는 작업제한 기상조건을 정리하여 Table 1에 나타냈다.

Table 1

Type of Construction Working and Non-working Weather Conditions for 8 Different Cases

공사불능일수(NWD)를 산정하기 위해서는 법정공휴일과 기상조건으로 인한 비작업일수 산출이 우선적으로 이루어져야 한다. 이에 따라 기상청에서 제공하는 전국 60개 지점의 종관기상관측(ASOS) 자료와 11개 기관의 전 지구 모형(ESM)을 통해 나온 최신 시나리오인 CMIP6기반의 과거기상관측자료와 SSP245, SSP585 시나리오를 사용하였다. 자료는 모두 일 온도 자료이며 1979-2014년의 종관기상관측(ASOS) 자료 기간과 CMIP6의 과거기상관측자료 기간 1950-2014년, 미래 예측 기간 2015-2100년에 따라 본 연구의 과거기상관측자료 기간은 1979-2014년, 미래 예측 기간은 2015-2100년으로 산정하였다. 미래 예측 기간의 경우, 변화성을 더욱 자세히 비교 분석할 수 있는 편의성을 위해 P1, P2, P3 3개의 기간으로 나누어 진행하였다. P1은 2015-2045년, P2는 2046-2070년, P3는 2071-2100년을 의미한다

본 연구에서 사용하는 전국 60개 기상관측소의 현황(Fig. 2)과 CMIP6기반 과거(historical), SSP245, SSP585 시나리오를 사용된 11개 기관과 모델이름(Table 2)을 각각 나타냈다. SSP245는 중간정도의 탄소 배출량을 가정한 시나리오이며, SSP585는 가장 높은 탄소 배출량을 가정한 시나리오이며 극심한 기후변화를 나타낸다.

Fig. 2

Locations of 60 Weather Stations Applied in the Current Study

Table 2

ESMs Employed in the Current Study

2.3 Trend of NWD

각 Case (Table 1)별 작업가능일수의 경향성을 분석하기 위해 전국 60개 관측소의 기상자료를 이용하여 연간 공사불능일수를 추출하였다. Table 3은 관측소별 연평균 공사불능일수를 추출한 결과로서 각 Case에 대한 공사불능일수를 나타냈다.

Table 3

Average NWD per Year for the Base Period (1979-2014)

각 Case별로 공사불능일수는 평균 82~163일로 나타났으며, 최대 104~191일, 최소 66~138일로 산정되었다. 공사불능일수는 대관령 관측소에서 가장 크게 나타났으며, 경남 지역은 다른 지역에 비해 공사불능일수가 비교적 낮게 나온 것을 알 수 있다. 대관령관측소는 강원도 지역내 해발 842.5 m에 위치하고 있어 연평균기온이 상대적으로 낮으며 다우지역에 해당하기 때문에 시공환경 측 면에서 취약하다고 할 수 있다. 이와 반대로 경남지역의 관측소는 연평균기온이 높아 시공환경조건에 적합하기 때문으로 판단된다(Bae et al., 2008).

3. Methodological Applications

본 연구에서는 전 지구 모형(ESM)을 통해 나온 최신의 시나리오인 CMIP6에 대하여 과거기상관측자료와 SSP245, SSP585 시나리오를 비교 분석하였다. 비교 분석 과정에서 시뮬레이션을 통한 출력 값과 실제 관측치 사이에 통계적 차이가 발생한다(Cannon et al., 2015). 이를 보완하기 위해 본 연구에서는 시뮬레이션을 통한 출력 값(GCM 과거기상관측자료)과 실제 관측치(종관기상관측자료(ASOS))의 오차보정(Bias-correction)을 수행하였다.

본 연구에서 과거 모델 값(z_{m, hist})은 처음에 다음 Eq. (1)과 같이 표준화된다.

여기서, x_{m, hist}는 GCM Data의 Base자료이며, σ_{m, hist}와 μ_{m, hist}는 각각 과거 GCM 모형 값의 평균과 표준편차이다. 이후, Eq. (1)에 조정된 평균과 표준편차를 적용한다.

조정된 평균 Eq. (2)와 표준편차 Eq. (3)을 적용한 Eq. (1)을 이용하여 다음과 같은 Eq. (4)로 오차보정을 수행한다.

여기서, 온도의 계절적 주기를 고려하려면 Eq. (4)에 월별 또는 계절별로 평균과 표준편차를 적용한다(Eq. (5)). 즉,

j는 계절(Season) 또는 월(Month)을 나타낸다. 예를 들어 j에 해당하는 모형을 출력하는 경우, j에 해당하는 달 또는 계절의 데이터만으로 기온의 일 평균과 표준편차가 추정된다.

오차보정(Bias-correction)을 수행한 후 GCM Base자료와 비교 분석하여 기관별로 건설시공환경에 영향을 미치는 변수(온도)에 대해 변화 일수를 산정하였으며, 이를 통해 미래의 작업제한 조건의 변화에 대해 분석하였다.

4. 결과

본 연구에서는 기관별로 CMIP6 기반의 ESM자료에서 나오는 건설시공환경에 영향을 미치는 변수(온도)에 대해 P1, P2, P3 기간의 미래 예측 GCM자료를 이용하여 미래 공사불능일수를 산정하였다. 먼저, 우리나라 60개 지점의 기상관측소 자료와 11개의 ESM Model과 비교분석을 통해 각각 우리나라 전체 평균 공사불능일수를 산정하였다. 그 후, 11개의 ESM Model의 평균 공사불능일수를 통해 Model 전체 평균값을 산정하여 최종 공사불능일수를 Fig. 4에 나타냈다. P1-Base기간은 Base (1979-2014년)에서 P1사이의 공사불능 증가일수를 산정한 것이며, P2-Base와 P3-Base은 각각 Base에서 P2, P3 사이의 공사불능 증가일수를 산정한 것이다.

Fig. 4

Variation of NWD for the Different Cases of Construction Types by Year (See Table 2). The X-axis Represents the Period (P1: 2015-2045, P2: 2046-2070, and P3: 2071-2100), and the Y-axis Represents the Amount of Change for NWD. The Blue Dash-dotted Line with Circle Presents the SSP245 Data, and the Red Dotted Line with Cross Presents the SSP585 Data

Fig. 4의 Case 1은 숏크리트 공사이며, Table 1에 따라 32 ℃ 초과일 경우 공사가 불가능하다. 과거 기상관측자료(Base)의 공사불능일수를 0일이라고 가정하였을 때, Case 1의 SSP245 시나리오의 경우, P1에서 P2, P3로 갈수록 0.15, 0.19, 0.20일이 증가한다. SSP585시나리오 또한 P1에서 P2, P3로 갈수록 0.18, 0.24, 0.28일만큼 증가하는 추세를 보인다. Case 1의 SSP245 시나리오는 각 년마다 P1기간에는 0.15일, P2기간에는 0.19일, P3기간에는 0.20일이 증가하며, SSP585 시나리오는 각 년마다 P1기간에 0.18일, P2기간에 0.24일, P3기간에 0.28일만큼 공사불능일수가 증가한다는 의미이다.

Case 5와 8은 각각 투수 콘크리트 공사와 하수도 단면복구 공사이며, 5 ℃ 미만, 30 ℃ 초과일 경우 공사가 불가능하다. 마찬가지로 과거기상관측자료(Base)의 공사불능일수를 0일이라고 가정하였을 때, Case 5 (Case 8)의 SSP245 시나리오의 경우, P1에서 P2, P3로 갈수록 0.15, 0.21, 0.21일만큼 증가한다. SSP585시나리오 또한 P1에서 P2, P3로 갈수록 0.16, 0.24, 0.26일로 증가하는 추세를 보인다. Case 5 (Case 8)의 SSP245 시나리오는 각 년마다 P1기간에는 0.15일, P2기간에는 0.21일, P3기간에는 0.21일이 증가하며, SSP585 시나리오는 각 년마다 P1기간에 0.16일, P2기간에 0.24일, P3기간에 0.26일만큼 공사불능일수가 증가한다는 의미이다. Table 4에 Fig. 4의 기간당 공사불능일수를 정리하여 나타냈다.

Table 4

Variation of NWD (Days/year) for the Cases in Table 1 at P1-Base, P2-Base, P3-Base. The Value Indicates the Average Number of NWD that Changes in a Year. For Example, 0.15 at P1-Base Indicates that the NWD Increases 0.15 Day/year. After 100 Years, the NWD Increase 15 Days as an Example

앞서 언급한 Case 1의 P1-Base 기간에 해당하는 SSP245 시나리오의 증가일수는 Table 4를 통해 매년 0.15일임을 확인할 수 있다. Table 3, Case 1의 평균 공사불능일수가 82일임에따라 P1-Base기간에 공사불능일수가 매년 0.15일씩 증가하여, SSP245는 평균 84.17일, 최대 86.42일, 최소 81.92일이 됨을 알 수 있다. 또한, SSP585 시나리오의 증가일수는 매년 18일이며, P1-Base 기간에 평균 84.65일, 최대 87.35일, 최소 81.95일이 됨을 볼 수 있다.

Case 1과 마찬가지로 Case 5 (Case 8)의 P1-Base기간에 해당하는 SSP245, SSP585 시나리오의 연당 증가일수는 각각 0.15, 0.16일임을 확인할 수 있다.

Table 3, Case 5 (Case 8)의 평균 공사불능일수가 144일임에따라 SSP245는 평균 164.18일, 최대 148.43일, 최소 173.93일이며, SSP585는 평균 146.34일, 최대 148.74일, 최소 143.94일이 됨을 확인할 수 있다. 이는 기간이 지남에 따라 평균 공사불능일수가 증가되어 미래 작업일정에 영향을 준다는 의미이다.

Case별 기온이 증가함에 따라 매년 증가일수를 적용하여 기간에 따른 공사불능일수를 Table 5에 산정하여 나타냈으며, 과거기상관측자료를 이용하여 공사불능일수(공휴일 + 기상요인)를 산정하여 NWD로 나타냈다. Case 1, P1-Base의 SSP245 시나리오의 경우, 84.17일로 산정되어 있음을 알 수 있다. 이는 과거 81.77일에서 P1-Base기간에 84.17일로 연평균 공사불능일수가 2.4일이 증가한다는 것을 의미한다. Case 5, P2-Base의 SSP585 시나리오의 경우, 151.86일로 산정되어 있으며 과거 143.78일에서 P2-Base기간에 평균 8.08일이 증가한다고 볼 수 있다. Table 5를 시각화하여 Fig. 5에 나타냈다.

Table 5

NWD (Days) for the Construction Cases in Table 1 Averaged over South Korea at the P1 (2015-2045), P2 (2046-2070), P3 (2071-2100) Period

Fig. 5

NWD (Days) for the Construction Cases in Table 1 Averaged over South Korea. The X-axis Represents the Pperiod, and the Y-axis Represents NWD. The Blue Box on the Graph Represents the Value of SSP245, and the Red Box Represents the Value of SSP585. Working Condition in Case 1 is T < 32, Case 2 is 7 < T < 30, Case 3&6 is 5 < T, Case 4 is 10 < T, Case 5&8 is 5 < T < 30, Case 7 is 5 < T < 35

전체적으로 Case와 상관없이 공사불능일수가 증가하는 추세를 보인다. 또한, Base에서 기간이 멀어질수록 증가율이 더 크게 산정되었으며, SSP245 시나리오보다 SSP585 시나리오에 대한 증가율이 더 높게 산정되었다. 이는 극단적인 기후변화를 고려한 SSP585 시나리오에 대해 기후가 상승함에 따라 공사불능일수가 더욱 증가했다고 판단된다.

5. 요약 및 결론

최근 기후변화의 영향으로 폭염, 폭우, 태풍 등과 같은 기상이변에 따른 자연재해가 증가하고 있으며, 이러한 상황은 건설 산업에 특히 큰 영향을 미치고 있다. 이를 통해 본 연구에서는 기후변화가 미래의 작업제한 기상조건에 얼마나 영향을 미치는지 분석하였으며, 향후 공사 일정의 조정이 어떤 식으로 이루어져야 할 것인지에 대한 연구를 진행하였다. P1 (2015-2045년), P2 (2046-2070년), P3 (2071-2100년) 기간에 해당하는 60개 기관 종관기상관측(ASOS) 자료와 11개 기관의 CMIP6기반 과거기상관측자료, SSP245, SSP585 시나리오의 비교분석을 실행하였으며, 이를 통해 건설시공계획의 기후변화기반 공사불능일을 산정하였다.

연구 결과, Case 1부터 Case 8까지 모두 전체적으로 공사불능일수 증가율이 상승하는 것을 확인할 수 있다. 또한, Base에서 기간이 가장 먼 P3일 때와 SSP585 시나리오일 때 증가율이 가장 높게 산정되었다. 이는 지구온난화로 인해 앞으로 극단적 기후변화가 발생할 가능성이 있을 것으로 유추된다.

본 연구 진행 시, 공사불능일수에 영향을 미치는 기상요인 중 한가지인 온도 만을 변수로 사용하였다. 공사불능일수 산정에 있어 강수 및 바람과 같은 다른 기상 요인도 고려해야 한다. 그러나, 강수와 바람은 현재 자료와 연구방법이 완전히 구축되어 있지 않아 본 연구에서 진행에 어려움이 있었다. 향후 연구에서는 강수 및 바람과 같은 다른 기상 요인들을 포함하여 기후변화가 공사기간에 미치는 영향에 대해 더욱 정확한 분석을 제공할 수 있을 것으로 판단된다.

종합적인 결과로 보았을 때, 과거기상관측자료를 이용하여 산정한 공사불능일수에 비해 미래로 갈수록 공사불능일수가 증가함을 알 수 있다. 이러한 상황은 미래 기후조건이 현재와는 다를 것으로 유추할 수 있으며, 기후변화에 따른 공사불능일수의 증가는 공사 계획 및 실행에 큰 영향을 미칠 것으로 분석된다. 과거의 관측 데이터만을 기반으로 한 공사기간 산정은 예상치 못한 어려움을 초래할 수 있다. 이는 공기 산정에 있어 기후 변화를 고려하지 않으면, 공사의 비용과 시간이 예상보다 증가할 가능성이 높다는 의미이다. 미래 기후변화에 대한 신중한 고려는 공사기간을 보다 효율적으로 계획하고 예산을 관리하는데 중요한 요소가 될 것이다. 따라서, 기후변화를 고려하여 적절한 대응책을 마련하는 것이 필수적이며, 이를 통해 공사 프로젝트의 안정성을 높일 수 있을 것으로 판단된다.

Article information Continued