이 종 탁 / ㈜한도엔지니어링 이사

전문가 기고 | 하수처리장 사업에서 ‘설계의 경제성 등 검토(설계VE)’ 개선방안
 


기획단계부터 ‘설계VE’ 도입 · 시행 필요
 (가치공학)
      
미국, 일정 규모 이상 대규모 사업 기획단계부터 ‘설계VE’ 시행         
하수처리장 등에 도입시 공사비·유지관리비 절감…성능 향상 효과 커

 

▲ 이 종 탁 / ㈜한도엔지니어링 이사 · 공학박사 · 상하수도기술사
1. 서 론

1.1 검토 배경
건설 분야에서 설계VE(Value Engineering, 가치공학)라 함은 최소의 생애주기비용으로 시설물의 필요한 기능을 확보하기 위하여 설계내용에 대한 경제성 및 현장 적용의 타당성을 기능별·대안별로 검토하는 것을 말한다. 즉, Job Plan이라는 체계화된 기능분석 프로세스를 활용, 프로젝트의 구성요소에 대한 정보수집단계, 창조단계, 분석·평가단계, 개발단계 및 제안단계를 진행하여 최적의 안(案)을 제시하는 것이다.

다시 말해, 설계VE는 대상에 대한 단순 교체, 삽입, 제거에 의한 비용절감이 아닌 핵심기능을 면밀히 숙고하여 기존의 요구 기능을 만족시키면서 비용의 절감이나 가치향상을 꾀하는 기법으로 기존의 원가절감 또는 설계감리와는 다른 특징을 지닌다.

1.2 검토 목적
우리나라의 경우 ‘설계의 경제성 등 검토(설계VE)에 관한 시행 지침(2003. 4)’에 따라 총공사비 100억 원 이상인 건설공사의 기본설계, 실시설계 단계에 각각 1회 이상 적용토록 하고 있다. 그러나, 도로, 교량 등의 일반 토목공사에 비해 하수처리장과 같은 환경기초시설에 대한 설계VE 수행사례가 많지 않은 것이 사실이다.

미국의 경우 복합공정으로 이루어지고 고도의 기술이 요구되는 플랜트 성격의 환경기초시설의 경우 미국 환경보호청(US EPA)에서 처음으로 비용효과 분석과 플랜트 운영성능평가에 가치공학을 적용하도록 요구하기 시작하여 ‘하수 프로젝트에 대한 가치공학(Value Engineering for Wastewater Projects)’이라 명명한 VE 지침을 출판하여 환경기초시설에 대한 설계VE를 아주 중요시하고 있다.

우리나라 국토교통부에서는 설계VE를 기본설계, 실시설계 단계에서 각각 1회 이상 실시토록 하고 있으나, 대부분의 사업에서는 실시설계 완료 직전 단계에서 설계 VE를 실시하고 있다. 이러한 현실로 인해 하수처리장과 같은 환경기초시설의 경우 설계에 가장 기본이 되는 처리 공정(Process)이 확정된 설계도서를 이용하여 설계VE를 수행하게 되며, 처리 공정(Process)에 대한 검토는 설계 VE에서 제외가 될 수밖에 없는 현실이다.

본 글에서는 하수처리 공정(Process) 구성 기본계획 단계에서 설계 VE를 수행하여 그 성과를 검토해 보고자 한다.

2. 미국에서의 가치공학(VE)

미국의 경우는 Water Environment Federation Manual of Practice No. 28에 제시된 바와 같이 일정 규모 이상의 대규모 사업의 경우 기획단계(10∼20% 설계완성)부터 설계VE를 시행하여 설계 개념 정립, 공사기간 단축, 비용 절감 및 성능 향상을 도모하고 있으며, 그 내용에 대해 다음과 같이 소개하고자 한다.

2.1 프로젝트 수행단계별 가치공학(VE) 적용
가치공학은 프로젝트의 모든 수행단계에서 프로젝트 품질에 유익하다. 프로젝트를 심층 검토자의 평가에 맡기고 협의하는 훌륭한 기회이다. VE 분석의 워크숍 방식은 초기에 정책결정이 잘 이루어지도록 하는데 도움이 된다. 특별한 VE분석을 프로젝트의 초기단계에 수행할수록 최대의 유익을 제공하는 경향이 있다([그림 1] 참조).

 


미국 자료에 따르면 최근 몇 년간 VE는 설계작업이 시작되기 전에 시설주가 목표와 목적을 형성하는데 하나의 지원책의 역할을 하고 있다고 한다. 전통적으로 VE분석은 다음 프로젝트 상황 중 하나 또는 그 이상의 시점에서 수행된다.
· 개념 설정 또는 시설계획(기초 프로그램 평가 및 의사결정의 실증)
· 30% 설계완성(설계개요, 평면배치, 프로세스, 전체 개념)
· 60% 설계완성(작업별 세부적용, 플랜트 운영유지 검토, 프로젝트 발주 준비)
· 90∼100% 설계완성(계획과 시방에 대한 시공성, 입찰성, 운전능, 유지관리도 등 총괄 검토)

프로젝트의 초기단계가 진행되는 동안 가치공학 분석을 수행하면 바른 설계개념과 요소들의 선정과 관련하여 프로젝트를 보는 시야를 넓힐 수 있다. 기본계획이 진행되는 동안 효과적인 결정 방안들을 확인하게 되므로 전과정 비용이 크게 절감되는 경향이 나타난다.

좀 더 뒷 단계에서 분석이 수행될 때는 설계 및 운전능의 미세조정을 지원하게 되는 프로젝트의 장래운전과 품질상황에 가장 크게 효과를 나타내게 된다. VE는 프로젝트의 후단에서 수행되면 이미 선정된 프로젝트 요소들에서 최고의 가치를 얻는 일에 초점이 맞추어진다.

VE 분석이 프로젝트의 개시로부터 전체 프로그램 총괄 일정에 하나의 요소가 될 때, 프로젝트 완수를 지연시키지 않고 설계에 따라 동시에 완성될 수 있다. VE 분석은 또한 시설주나 기관으로 하여금 프로젝트에 새로운 조직을 구성할 것인지 또는 정책과 일치하는지를 결정할 수 있는 정보를 제공할 수 있다. VE는 프로젝트 기획의 모든 단계에서 프로젝트의 품질을 향상시킬 수 있으며 시설주의 가치증진 실행 및 품질보증의 한 부분이 될 것이다.

다음은 각 설계단계에 적용되는 VE와 이때 발생할 수 있는 장점들을 설명한 것이다.

■ 기획단계 점차 프로그램의 기획단계에 VE원리가 이용되고 있다. 엔지니어, 시설주, 운전자, 프로젝트 및 건설관리자 등 모든 참여자가 설계개념을 기획하는데 워크숍 형태, 비용, 전 생애주기 비용 모델링, 리스크 분석 등을 이용 할 수 있도록 한다.

대략 수주동안 동반자 관계로 활동하게 되는 프로젝트팀은 시설주의 목표를 설정하고 프로젝트 필요요건을 충족시킬 해결책을 도출하게 된다. 최근의 관련 경험들이 훌륭한 결과와 유익을 가져 올 수 있는데 다음과 같다.
 
  
프로세스 및 설계에 대한 동의

· 설계일정의 단축
· 보다 실제적인 예산 계획
· 시공 중 가동 유지를 확보하는 시공절차의 조기 설정
· 운영 및 유지관리 자료의 조기 입력
· 의사소통 상황과 팀워크의 증진에 의한 설계변경 요소 절감


이는 초기 건설비 및 운영비 확보방안과 함께 기획되며, 이들 목표에 대해 설계가 평가된다. 이 단계에서 VE에는 시설주, 설계전문가, 프로젝트 또는 건설관리자, 설계자, 기초개념설계와 연관된 사람 등이 함께 여러 개념을 조사하며, 시설주의 요청을 확인하고 그것을 충족시키는 개념을 설계하게 된다.

■ 설계기획단계 VE는 설계기획단계(설계작업의 약 10∼30%)에서 적용 될 수 있다. 이때 기본설계는 문서화되나 프로젝트팀 특히 설계전문가는 계속해서 사고의 융통성을 가지고 있는데 여기서의 VE분석결과로 프로젝트의 일정이나 설계예산에 큰 영향을 미치지 않고 주요한 변경을 수행할 수 있다. VE 관련 비용 절약 가능성이 이 기간에서 우선이 되는 사항이다. 각 단계에서 발생하는 VE분석의 장점들은 설계최적화, 시설주의 목표와 목적 확인, 설계 방법의 확정 등이다.

■ 계약문서 작성단계 계약문서 작성단계(약 60% 이상 완성)에서 VE 분석을 행하면 운영효율 증진, 마감, 장비 및 자재 품질기준 등에 가장 큰 이로움을 주게 된다. 이 단계에서 플랜트 운영의 유지계획이 수립되고 이는 시설주의 플랜트 가동능력에 영향을 미칠 것이다.

■ 시공준비단계 시설주들은 시공 공정계획을 최적화하고, 시설의 운영 및 유지가 가능하도록 계획을 검토하며, 또한 계약 변경지시나 불필요한 분쟁을 줄이는 수단으로서 계획과 사양 및 시방서 등에 대한 시공전 검토에 만족을 표해 왔다.

개선 프로젝트는 일의 유형상 이미 존재하거나 또는 예상하지 못한 조건들이 많기 때문에 지시사항이 변경되거나 분쟁이 발생되기 쉽다. 이러한 검토는 입찰하여 공사를 수행하고, 장비를 조달하여 설치해야 하는 계약자에 의해 수행되게 되는데, 검토팀에는 공사가 완료될 때까지 플랜트를 유지해야 하는 운전자들이 참여하게 된다.

■ 시공단계 시공단계에서 수행되는 VE를 가치공학 변경제안(VECPs)이라 부른다. 미국의 경우 통상 적용된 절약분을 시설주와 시공자간에 나누는 형태를 따르게 되는데 엔지니어링 작업과 제안된 변경 사항의 검토에 관련한 비용을 공제한 후에 나누게 된다.
 
VECPs는 일반적으로 한 건축자가 어느 건물을 건축할 때 다른 건축자와 다르게 한다는 사실과 관계된다. 시공자가 프로젝트의 설계단계에 개입되지 않으면 계약문서는 일반적으로 시공할 수 있는 설계에 기초하게 될 것이다. 이 설계는 결국 시설주에 의해 선정된 건축자의 건축 방법에 맞을 수도 있고, 맞지 않을 수도 있는 것이다.

3. 가치공학의 규모별 적용

VE는 모든 프로젝트에 적용 할 수 있다. 작은 규모의 프로젝트는 보다 축소된 VE 범위를 가질 수 있고, 보다 복잡한 프로젝트(개선 등)에는 VE에 요구되는 사항이 더 많을 것이다. 각 프로젝트의 목적에 따라 대략의 VE 검토 숫자와 빈도가 달라지며 다음 표는 그 가이드라인을 나타낸 것이다.

4. 하수처리장 공정 구성단계에서의 VE 사례

시설용량 2천㎥/일 규모의 하수처리장 총인(T-P)처리시설 공정 검토 단계에서 설계VE를 적용한 사례를 소개하면 다음과 같다.


· 하수처리공정 : MBR공정(‘혐기조 → 무산소조 → 막분리조 → 탈기조’로 구성)
· 총인처리공정(원설계) : MBR공정 후단에 ‘혼화·응집+여과’ 공정으로 계획

▲ 하수처리 시설의 방류수 수질기준이 공공수역의 수질보다 높고 공공수역의 수질상황이 다르기 때문에 처리시설의 방류수 수질이 수질기준을 만족하더라도 수역의 수질에 영향을 줄 수 있다. 사진은 서울 중랑하수처리장 최종 방류수.


즉, 당초 원설계 상의 전체적인 하수처리공정은 다음 [그림 2]와 같으며, 원설계대로 시공이 이루어질 경우 MBR공정 후단에 도입된 ‘혼화·응집+여과’공정으로 인해 유지관리비가 상승할 우려가 있다(사유 : 낮은 응집효과로 인해 응집제 주입량, 슬러지 발생량 증가).

 

 


상기 하수처리장 총인처리 공정 선정 단계에서 VM Job Plan에 따른 기능정의, 기능분석, FAST Diagram 작성, 아이디어 제안 및 분석, 구체화 개발단계 등의 과정을 거쳐 별도의 총인처리시설을 설치하지 않고 막분리조에 응집제를 주입하는 시설로 수정하여 인제거효율 향상, 초기시설비 및 유지관리비 절감 등을 도모할 수 있도록 했다.

 
 
 


5. 결 론

우리나라의 경우 건설공사의 설계 VE를 상기 국토교통부 지침에 따라 기본설계 및 실시설계 단계에서 각각 1회 실시하고 있다. 하수처리장과 같은 환경기초시설의 경우 처리공정(Process)이 확정된 이후 설계가 상당 부분 이루어진 이후에 설계 VE를 시행하고 있어 그 실효성이 저하되고 있다.

즉, 하수처리장과 같은 환경기초시설에서 공사비와 향후 유지관리비용 측면에서 가장 큰 비중을 차지하는 처리공정(Process)에 대해서는 사실상 설계VE 검토 대상에서 제외된다고 할 수 있다.

미국의 경우 Water Environment Federation Manual of Practice No. 28에 제시된 바와 같이 일정 규모 이상의 대규모 사업의 경우 기획단계(10∼20% 설계완성)부터 설계VE를 시행하여 설계개념 정립, 공기단축, 비용절감 및 성능 향상을 도모하고 있다.

따라서, 국내의 경우도 미국 사례와 같이 기획단계(10∼20% 설계완성)에서 설계VE를 도입하여 처리공정(Process)에 설계VE를 시행함으로써 하수처리장과 같은 환경기초시설의 공사비 및 유지관리비 절감과 성능향상을 동시에 추구할 수 있도록 하여야 할 것으로 판단된다.

 

 

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