Optimization Model of Dynamic Zoning Strategy for Lifting Worker in the High-rise Building Construction

Abstract

As the high-rise building projects are increasing, lifting management is a critical factor for construction productivity. Existing researches on lift management are mostly focused on developing optimum lifting plans applicable to high-rise building. Meanwhile, it is difficult to estimate lifting traffic load due to influence of operational conditions on construction process. This research aims to reduce workers' transit time in the morning using temporary dynamic zoning to provide resolution strategies of given construction lifts. This approach means dynamically split zoning of service floor section based on distribution of floors work labor. To identify the optimal zoning section during a specific construction period, this paper presents a lifting operation model including three modules: passenger, zoning, optimization modules. First, each floor's population is calculated through a resource-driven schedule data. Then, the passenger module is involved in grouping of passengers for feasible crew work. Third, the zoning module generates the alternatives of zoning area where a certain lift is constrained to serve a designated set of floors (service floor). Finally, identification of optimal zoning area can be achieved with the optimization module using the genetic algorithm. An application of a diverse set of scenarios is demonstrated to compare zoning alternative using a complex traffic simulation. This proves that the proposed model has capabilities in optimizing zoning area and enhancing lift efficiency.

최근 들어 초고층 건축물의 시공이 점차 증가함에 따라 양중관리의 중요성은 부각되고 있다. 초고층 공사는 인력, 자재의 투입량이 많고 수직 이동거리가 길기 때문에 양중작업의 효율성을 저하시키고 있다. 더불어 여러 공정이 동시에 진행되어 인력의 이동과 자재의 운반 및 배치의 혼란이 야기되어 효율적인 공사수행을 위해 양중작업의 효율적인 계획 및 운영이 필요하다. 이에 양중관리에 많은 연구와 실무적인 노력이 진행되고 있지만 양중계획에 초점을 둔 연구가 대다수를 차지한다. 또한 작업원 양중에 대한 연구는 자재양중과 비교하였을 때 미흡한 실정이다. 따라서 본 연구는 양중 운영단계에서 설치된 양중장비의 운행구간 조정을 통해 효율적인 양중운영 방안을 제시하였다. 이에 초고층 건축공사의 일일 양중부하가 최대인 시점의 양중 소요시간을 파악하기 위하여 작업원 양중운영 최적화 모델을 개발하였다. 이는 현장에 설치된 양중장비를 일시적, 동적으로 Zoning하는 방법이다. 제안된 모델은 승객 모듈, Zoning 모듈, 최적화 모듈과 연동되어 여러 대안의 결과를 파악할 수 있다. 먼저, 승객 모듈에서 공정계획 정보를 통해 층별 작업원수를 산출해 내고, 탑승 우선순위 및 탑승 그룹을 생성한다. 다음으로 Zoning 모듈은 수직공간 분할에 대한 대안을 만들어 낸다. 마지막으로 최적화 모듈에서 유전자 알고리즘을 통해 최적화된 Zoning 대안을 파악 할 수 있다. 제안된 모델의 적용성을 확인하고 대안의 비교/분석을 위해 실제 초고층 현장의 계획된 양중정보를 활용하여 다양한 시나리오를 바탕으로 시뮬레이션을 실시하였다. 그 결과 최적화된 Zoning 대안이 기존 대비 평균적으로 42.76%의 시간을 단축할 수 있다는 효과를 확인하였다. 이는 주어진 장비의 능력을 최대한 활용하여 공사 생산성을 높일 수 있을 것으로 판단된다. 본 연구는 양중계획 단계가 아닌, 본설 E/V까지 활용하는 운영단계에서 모든 설치된 양중장비의 Dynamic Zoning을 통해 효율화를 도모하였고, 작업원 양중에서 우선순위를 부여한 작업조(Crew)별 이동을 실시하였다는 점에서 기존연구와 차별성을 찾을 수 있다. 또한, 공기지연 등 공사조건 및 상황변화로 인한 양중 과부하 상태가 발생한 경우에 기존 양중 장비의 Zoning구간 변경을 통해 양중계획을 검토 및 수정할 수 있게 해주어 동태적인 현장의 변화에 대응할 수 있는 지원이 가능하다.