1. 공정관리의 개요
“Time is of the essence.” “Time is money.” 모두 시간의 중요성을 강조한다. 공정관리는 건설프로젝트를 수행함에 있어 시간을 관리하기 위한 관리기법이다.
건설프로젝트의 종류는 다양하다. 단기간에 수행되는 주택, 상가 혹은 오피스 건물 등의 소규모 프로젝트에서 수년에 걸쳐 장기간 수행되는 수천 세대의 공동주택, 초고층 복합건물, 발전소 등의 대규모 프로젝트에 이르기까지 다양한 프로젝트가 존재한다. 명확한 기준을 마련하기는 어렵지만 기존에 수행해왔던 유사한 소규모 신규 프로젝트의 경우에는 과거의 경험과 관리자의 직관에 따라 스프레드시트를 이용한 Bar Chart와 같은 단순한 관리기법을 적용하여 충분한 성과를 얻을 수 있을 것이다. 그러나 대규모 건설프로젝트의 효과적인 관리를 위해서는 보다 복잡하고 체계화된 계획과 관리기법 적용이 필요하다.
2. 공정관리 절차
공정관리 절차에서 일반적으로 먼저 실행되어야 할 과정은 관리의 대상이 되는 단위작업(activity)을 파악하는 것이다. Activity에는 시공사, 협력업체, 자재/장비 공급자, 발주자, 감리사 등 모든 프로젝트 참여자들이 프로젝트를 완성하기 위해 수행해야 할 모든 과정이 포함되어야 한다. 먼저 activity는 시설물을 완성하기 위해 자재, 장비, 인력 등의 자원을 투입하여 직접 공사를 수행하는 모든 과정들을 포함한다. 또한 현장조달에 상대적으로 오랜 시간이 소요되는 자재 및 장비(long lead time items)를 구매하는 과정, 각종 도면과 문서의 승인(approvals) 및 각종 검사(inspections)에 요구되는 관리 과정 역시 activity의 정의에 포함되어야 한다. 이상의 과정은 흔히 작업분할체계(Work Breakdown Structure：WBS)를 통하여 체계적으로 수행될 수 있다. 이렇게 파악된 activity는 소규모의 프로젝트에서 수십, 수백 개, 대규모 프로젝트에서는 수천, 수만 개로 파악될 수 있다.
프로젝트 완성을 위해 요구되는 activity가 모두 파악된 후, 시공과정에서의 물리적, 기술적 선후관계성, 공급 가능한 자원량, 시공과정에서의 작업 안전성 등의 여러 제약 사항들을 반영하여 이들 간의 작업순서가 결정된다. 한편, 각 Activity의 작업기간(duration)은 수행해야 할 작업량(quantity of work)에 대하여 공법, 장비, 작업조(crew)의 구성에 기초하여 예측된 시간이다. 단순한 계산 방법으로, 선택된 공법에 대하여 작업량을 작업조의 생산성으로 나누면 각 Activity의 작업기간을 산정할 수 있다(Hinze, 2004).
3. 공정관리 표현기법
1) 바차트(Bar Chart)
시간과 작업을 도식적으로 표현(a work versus time graphical representation)한 최초의 과학적인 공정관리를 위한 수단으로 사용된 Bar Chart는 1910년대에 Henry L. Gantt에 의해 처음으로 널리 알려졌다. Gantt Chart로 불렸던 이 방식은 공장생산의 공정관리를 위해 개발되었으나 공정계획과 작업진척 정도 표현의 용이성으로 건설산업에 적극 도입되었다. 현재는 Bar Chart로 보편적으로 불리고 있으며, 다양한 수준의 프로젝트 참여자들이 쉽게 작성·이해할 수 있는 장점으로 인해 현재까지도 뛰어난 도식적 공정관리 표현기법의 위치를 차지하고, 가장 널리 사용되고 있는 기법이다(O’Brien and Plotnick, 2005). 이러한 장점으로 현재 가장 널리 사용되고 있는 공정관리 시스템인 Primavera사와 Microsoft사의 제품들은 향후 본 장에서 소개할 네트워크기법에 기초한 계산 과정을 수행하여 결과를 제공하지만, 시스템 사용자에게 외부적으로 보여주는 공정표는 Bar Chart의 형태를 사용하고 있다.
Bar Chart는 가로축의 시간과 세로축의 Activity들로 구성되며, 각 Activity는 가로축의 시간에 비례하여(time-scaled) 시작 시점과 종료 시점으로 작성된 막대(Bar) 형태로 표현된다. 이 형태의 차트는 계획뿐만 아니라 【그림 4-1】과 같이 전체 프로젝트의 진도 상황을 표현하기도 용이하다. 빗금친 부분이 현재 시점까지 수행된 부분인 경우 현재 프로젝트의 진척이 계획과 비교하였을 때 느리게 수행되고, 결과적으로 Activity D의 개시 시간을 지연시켜 전체 공기가 연장될 수 있음을 어렵지 않게 예상할 수 있다. 이에 따라 프로젝트 관리자는 그 원인을 분석하고, 필요한 경우 진도 회복을 위한 별도의 추가 조치를 취해야 한다. 이와 같이 Bar Chart는 개별 Activity뿐만 아니라 전체적인 공정 상황을 시각적으로 명료하게 표현하기 때문에 공정관리 경험이 적은 비전문가도 손쉬운 작성과 이해가 가능하다.
그러나 【그림 4-2】와 같은 상황이 발생하였을 경우는 단순하지 않다. Activity B는 계획 대비 빠르게, activity C는 계획 대비 느리게 진행되고 있다. 이 경우에는 현재의 프로젝트가 계획과 비교하여 빠른지, 느린지, 아니면 계획대로 진행되고 있는지 파악하기가 쉽지 않고 다음과 같은 세 가지 해석이 가능하다.
① Activity B가 빠르게 진행되므로 activity F의 개시 시간을 앞당길 수 있고, 결과적으로 전체 공기의 단축이 가능할 것으로 예상할 수 있다.
② Activity C가 느리게 진행되므로 순차적으로 activity D와 F의 개시 시간을 지연시켜 전체 공정의 종료가 지연될 것으로 예상할 수 있다.
③ Activity B의 빠른 진행과 activity C의 느린 진행이 서로 상쇄되어 계획대로 진행된다고 해석할 수 있다.
【그림 4-1】 프로젝트 수행 정도가 표현된 Bar Chart 【그림 4-2】
본 장에서는 차트의 단순화를 위해 【그림 4-1】과 같이 세로축에 열거된 단위작업들을 제거하고 직접 Bar에 Activity ID 혹은 이름을 부여하는 방식을 적용한다.
물론 정확성을 위해 각 Activity들 간의 작업특성을 반영하여 전체 Activity들 간의 선후관계를 파악하고, 이에 기초하여 전체 프로젝트의 진행 상황을 측정하고 프로젝트 완료 시점을 예상 할 수 있다. 그러나 Bar Chart 기법은 이러한 선후관계를 반영하지 못하고 있기 때문에 사용자의 경험 혹은 이해 수준에 따라 프로젝트 진행 상황의 해석을 달리하여 발주자, 설계자, 감리자, 시공자, 협력업체 등의 프로젝트 참여자들 간의 불필요한 분쟁을 유발할 수 있는 위험성을 가지고 있다. 또한, 아무리 경험이 풍부한 건설기술자라 할지라도 Activity의 개수가 수천, 수만 개로 구성된 대규모 프로젝트의 경우에는 상황의 복잡성 증대로 Bar Chart를 이용해서는 효과적인 프로젝트관리를 할 수 없다. 이러한 Bar Chart의 문제점을 극복하여 Activity들 간의 선후 관계를 적용한 방법이 네트워크(Network)기법이다.
2) 네크워크(Network)기법
1950년대에 개발되어 현재까지 가장 효과적인 건설공정관리 기법으로 인식되고 있는 Critical Path Method(CPM)는 네트워크(Network)기법에 기초하여 구현된다. 네트워크에는 【그림 4-3】과 같이 노드(Node)와 화살표(Arrow)로 구성되어 Bar Chart로는 구현하지 못하는 Activity 상호간의 선후관계를 도식적으로 표현한다. 이러한 네트워크기법은 Activity를 할당하는 방식에 따라 Activity On the Arrow(AOA)기법과 Activity On the Node(AON)기법으로 크게 두 가지로 나눌 수 있고, 이들을 응용한 Time-Scaled Network 기법이 있다.
【그림 4-3】 네트워크 구성
(1) AOA(Activity On the Arrow)
ADM(Arrow Diagramming Method)으로도 불리기도 하는 AOA(Activity On the Arrow) 기법은 그 이름이 의미하듯이 Activity가 Arrow에 할당되는 방식이다. 【그림 4-4】에서와 같이 각 Activity는 Arrow에 할당되어 일반적으로 Activity ID(혹은 activity 이름)와 작업기간(duration)을 표시하는 형태로 표현된다. 본 일정계획이 의미하는 내용은 다음과 같다.
① Activity A와 B는 프로젝트 개시와 함께 시작하여 각각 4일과 3일 동안 수행한다.
② Activity A를 종료한 후 activity C를 개시하여 3일 동안 수행하고, activity B를 종료한 후 activity D와 E를 개시하여 각각 3일과 4일 동안 수행한다.
③ Activity B와 C를 모두 종료한 후 activity F를 개시하여 2일 동안 수행하고, activity D와 E를 모두 종료한 후 activity G를 6일 동안 수행한다.
【그림 4-4】 AOA 일정계획 예
이 AOA 일정계획의 예는 AOA기법의 가장 큰 단점이 되는 더미작업(dummy activity)을 보여준다. Node 3-4의 d1과 node 5-6의 d2가 Dummy Activity에 해당된다. Dummy Activity는 요구하는 자원(인력, 자재, 장비, 비용 등)이 없고, 기간이 0인 가상의 Activity이고, Activity들 간의 작업논리를 표현하기 위해 또는 독립적인 Activity ID를 부여하기 위해 필요하다.
작업논리를 표현하기 위한 Dummy Activity를 Logical Dummy Activity라 하고, node 3-4에 존재하는 d1이 해당된다. 만약 d1이 없다면 두 가지 경우의 문제가 발생하게 된다. 첫째, Activity B에서 F로의 작업관계가 형성되지 않게 되어 Activity B에서 예상하지 못한 공기지연이 발생할 경우 Activity F에 미치는 영향이 반영되지 않는다. 둘째, Activity B → F 작업관계 형성을 위해 node 3과 4를 합치게 되면 Activity C에서 Activity D, E로의 의도하지 않는 작업선후행 관계가 형성되어 Activity D, F의 개시 시기가 상당히 지연되게 될 것이다. 이와 같이 작업선후행 관계, 즉 작업논리를 표현하기 위해 반드시 필요한 Logical dummy activity는 파악이 쉽지 않기 때문에 AOA 기법의 가장 큰 단점이 된다.
독립적인 Activity ID를 부여하기 위해 필요한 Dummy activity는 Naming dummy 혹은 Numbering dummy라 하고, node 5-6의 d2가 해당된다. 초기 AOA 일정계획기법을 개발하여 이를 컴퓨터 시스템에 적용할 때 각 Activity(혹은 arrow) 양쪽에 위치한 node 번호를 이용하여 Activity의 ID를 부여 작업관계를 형성시켰다. 이때 중복된 ID를 허용하지 않기 위해 별도의 Dummy activity를 적용하였다. 【그림 4-4】에서 d2를 적용하지 않으면 Activity D와 E의 ID는 모두 node 3-6으로 표현되어 중복된 ID가 존재하게 되고, 컴퓨터 시스템은 이들을 구분할 수 없게 된다. 그러나 Logical dummy activity와 비교하여 Naming dummy Activity는 상대적으로 파악하기 쉬우며 또한 현재의 컴퓨터 기술로 어렵지 않게 극복할 수 있으므로 현재는 그다지 문제되지 않는다.
이상에서 소개된 【그림 4-4】의 작업 논리는 【표 4-1】과 같이 정리할 수 있다. Activity들 간의 작업 선후관계는 부여된 Activity ID에 따라 자동적으로 생성된다. 예를 들어 Activity 1-2의 후속작업은 Activity 2-4이고, Activity 1-3의 후속작업은 Activity 3-4, 3-5, 3-6에 해당된다.
이상에서 소개된 AOA기법은 향후 소개할 Activity On the Node(AON)기법과 비교하여 상대적으로 성능이 떨어지므로 현재 공정관리 시스템으로 국내·외에서 널리 사용되고 있는 Primavera System과 Microsoft System에서 더 이상 제공하지 않는다. 그러나 공정관리 분야의 여러 교재에서 아직까지 비중 있게 다루고, 향후 소개될 Time-Scaled Network의 적용이 용이하며, 국내·외의 많은 건설 엔지니어들이 이해하고 있는 공정관리기법이므로 반드시 충분히 이해해야 할 것이다. 특히, Logical dummy activity 파악 및 적용을 정확히 수행할 수 있어야 제대로 된 AOA 네트워크의 활용이 가능할 것이다(Kim, 2008).
【표 4-1】AOA 일정계획 Activity 데이터
(2) AON(Activity On the Node)
AOA기법과는 달리 Activity On the Node(AON)에서는 activity를 node에 할당하고 arrow는 activity들 간의 선후행 관계성만을 표현하는 방식이다. 【그림 4-4】의 AOA 일정계획을 AON기법으로 작성하면 그림 【그림 4-5】와 같다.
이와 같이 AON에서는 AOA에서 가장 큰 문제점으로 지적되는 dummy activity가 필요 없다. 전체 network의 시작과 끝을 각각 하나의 node로 적용하는 관례가 있으나 AON에서는 굳이 존재하지 않아도 무방하며, 실제로 AON을 적용하는 공정관리 시스템에서는 별도의 시작 activity 없이 복수의 activity들이 선행 작업 없이 만들어지고 별도의 종료 activity 없이 복수의 작업들이 후행작업 없이 적용 가능하다.
【그림 4-5】AON 일정계획 예
이상의 작업논리를 정리하면 【표 4-2】와 같다. 【표 4-1】의 AOA 일정계획 데이터와 비교하여 activity ID는 작업선후행 관계성과 상관없이 독립적으로 부여하며, 각 activity의 선행작업(Predecessors)과 후행작업(Successors)을 별도로 표시한다.
【표 4-2】 AON 일정계획 activity 데이터
(3) Precedence Diagramming Method (PDM) Network
지금까지 소개된 AOA와 AON에서의 작업선후행 관계는 선행작업의 종료 이후에 후행작업의 개시가 가능한 작업논리를 표현했지만 작업 간 특성에 따라 선행작업을 종료하기 이전 혹은 선행작업이 시작하고 며칠 이후에 후행작업을 개시할 수 있는 경우가 있다. 이러한 상황을 반영 할 수 있는 기법은 AON기법에 기초한 Precedence Diagramming Method(PDM)이다. PDM에서 표현 가능한 관계는 다음의 4종류가 있다.
① Finish-to-Start with lag : 선행작업이 종료(finish)되고 lag 시간이 경과된 이후에 후행작업을 개시(start), 간단히 FS(lag)로 표현.
② Start-to-Start with lag : 선행작업이 시작(start)되고 lag 시간이 경과된 이후에 후행작업 개시(start), 간단히 SS(lag)로 표현.
③ Finish-to-Finish with lag : 선행작업이 종료(finish)되고 lag 시간이 경과된 이후에 후행작업 종료(finish), 간단히 FF(lag)로 표현.
④ Start-to-Finish with lag : 선행작업이 시작(start)하고 lag 시간이 경과된 이후에 후행작업 종료(finish), 간단히 SF(lag)로 표현.
여기에서 lag는 0, 양수, 음수 모두 올 수 있다. Lag가 0인 예로, FS(0)의 경우 선행작업이 종료되는 즉시 후행작업이 개시되는 관계를 의미하고, 이미 소개되었던 AOA와 AON에서의 작업관계는 모두 FS(0)에 해당된다. Lag가 양수인 예로 FS(3)의 경우에는 선행작업이 종료되고 3일이 지난 후에 후행작업이 개시됨을 의미한다. Lag가 음수인 예로 FS(－3)의 경우에는 선행작업이 종료되기 3일 전에 후행작업이 개시됨을 의미한다.
이상의 작업관계를 표현한 네트워크의 한 예는 【그림 4-6】과 같으며, 이들 간의 작업논리는 【표 4-3】과 같이 정리된다. 현실적으로는 이렇게 복잡하게 얽힌 작업관계는 흔하지 않지만, PDM 관계성을 포괄적으로 보여주기 위하여 다소 복잡한 예를 제시하였다. 이상에서 소개된 PDM network형태는 현재 Primavera사와 Microsoft사의 공정관리시스템에서 제공하고 있으며, 현재 적용되고 있는 가장 보편적인 공정계획 및 관리의 형태라 할 수 있다.
【그림 4-6】 PDM Network 예
【표 4-3】PDM 일정계획 activity 데이터
(4) Time – Scaled Network
Time-Scaled Network(TSN)는 activity들 간의 시간에 대한 상호 연관성을 보다 손쉽게 이해할 수 있도록 가로축의 시간에 비례하여 activity의 작업수행기간을 할당한 network이다. 앞서 소개된 AOA network에서 arrow의 길이는 해당 activity의 작업 수행기간과 상관없이 작성된다.
AOA 기반의 TSN은 Time-Scaled AOA network가 있고, AON 또는 Bar Chart 기반의 TSN은 Fenced Bar Chart 혹은 CPM Bar Chart가 있다(김경환 외 2004, Melin and Witeaker, 1981).
