Cost Minimization of Reinforcing Bar Order By Applying Bin-Packing Approach

Abstract

최근 국내 철근의 가격이 꾸준하게 상승추세에 있는 환경 속에서 철근 공사비는 전체 공사비용의 약 16%를 차지하기에 철근공사비를 줄이는 것은 공사비 절감에 매우 중요한 요소이다. 이번 논문은 철근 주문 비용을 줄이기 위한 연구를 수행한다. 이를 위해 선형계획법의 풀이방식 중 하나인Column-generation approach와 빈-패킹 접근방식의 기존 대표적인 알고리즘에 대해 살펴보았다. 기존Best-fit-decreasing 알고리즘을 개선해 Revised-Best-fit-decreasing 알고리즘을 새롭게 제안하였다. 새롭게 제안한 Re-vised-Best-fit-decreasing의 경우 재고 철근의 가격을 재고 철근의 길이로 나눠 이 값이 가장 작은 재고 철근을 최적 철근으로 재선정하였고 수요 철근은 길이 순으로 내림차순 정렬하였다. 수요 철근이 새로운 재고 철근에 들어갈 때 먼저 앞서 선정한 최적 철근에 먼저 들어가게 된다. 또한, 한 번에 두 개의 수요 철근을 동시에 고려하여 두 개의 수요 철근 길이의 합이 최적 철근의 길이보다 크거나 같은 경우에는 두 수요 철근을 모두 담을 수 있는 재고 철근을 생성하는 알고리즘을 적용하였다. 위 개발된 알고리즘을 울산 신항 개발 공사의 케이슨 구조물에 적용해보았다. 위 케이슨 구조물의 수요 철근은 818가지 종류로 구성되어 전체 36,478개로 설계되어 있는데 이 철근들에 6%의 할증을 가한 약 326.463 톤의 물량이 실제 철근 주문에 실행된 물량이다. Revised-Best-fit-decreasing 알고리즘으로 철근 주문비용 최소화를 진행한 결과 약 322.427톤의 재고 철근 주문 물량이 나와 약 4.1톤의 물량 절감효과 그리고 약 420만원의 주문 비용 절감효과가 발생한다. 철근의 직경 별로 알고리즘의 최적화 정도가 달라졌는데 철근의 직경이 작을수록, 알고리즘을 수행하는 데 투입되는 수요 철근의 개수가 많을수록 최소화 효과가 컸다. 이 논문에서 제안한 알고리즘을 적절하게 활용할 경우, 철근의 발주물량을 절감하고 철근 주문비용을 줄일 수 있다.

Recently, in an environment where the price of domestic reinforcing bars is steadily rising, the cost of rebar construction accounts for about 16% of the total construction cost, so reducing the cost of rebar construction is a very im-portant factor in reducing construction costs. This paper conducts research to reduce rebar ordering costs. For this purpose, existing representative algorithms of the Column-generation approach and the Bin-packing approach, which are one of the lin-ear programming solutions are introduced. Revised-Best-fit-decreasing algorithm is proposed, which improve the ex-isting Best-fit-decreasing algorithm. For the newly proposed Revised-Best-fit-decreasing, divide the price of the stock rebar by the length of the stock rebar, reselect the stock rebar with the smallest value as the best rebar, and rearrange the demand rebar in descending order of length. When the demand rebar en-ters the new stock rebar, it goes into the best rebar. Additionally, it considers two demand rebars at the same time and creates a stock rebar that can contain both demand rebars if the sum of the lengths of the two demand rebars is greater than or equal to the best rebar length. The algorithm developed above is applied to the caisson structure of Ulsan New Port Development Project. The demand rebars for the above caisson structure consist of 818 types and 36,478 pieces. A quantity of approximately 326.463 tons multiplied by a 6% surcharge for these rebars is the quantity ex-ecuted for the actual rebar order. As a result of minimizing the rebar order cost with the Revised-Best-fit-decreasing algorithm, the order quantity of the stock rebar was about 322.427 tons, resulting in a reduction of about 4.1 tons and a reduction of about 4.2 million won in the order cost. The degree of optimization of the algorithm varied with the diameter of the rebar, but the smaller the rebar diameter and the greater the number of de-mand rebars input to run the algorithm, the greater the minimization effect. Appropriate use of the algorithm proposed in this paper can reduce the order quantity of rebars and reduce the cost of ordering rebars.