건설공사 표준품셈: 굴삭기 시간당 작업량 산정식 완벽 분석

건설공사 표준품셈에서 굴삭기(Excavator)의 시간당 작업량 산정식은 건설 현장에서 굴삭 작업의 효율성과 비용을 예측하기 위한 중요한 기준으로 사용됩니다. 이는 주로 표준품셈에 정의된 공식과 변수들을 기반으로 계산되며, 굴삭기의 기계적 특성, 작업 조건, 작업자의 숙련도 등을 고려합니다. 아래에서 이를 아주 자세히 설명하겠습니다.

1. 시간당 작업량 산정식의 기본 구조

굴삭기의 시간당 작업량(Q)은 다음과 같은 기본 공식으로 표현됩니다:

Q = q × f × E × k × (60 / Cm)

여기서 각 변수는 다음과 같은 의미를 가집니다:

• Q: 시간당 작업량 (단위: ㎥/hr, 즉 시간당 처리할 수 있는 토사량)
• q: 버켓 용량 (Bucket Capacity, 단위: ㎥)
• f: 토량 변화율 (Soil Swell Factor)
• E: 작업 효율 (Efficiency Factor)
• k: 작업 계수 (Operation Factor)
• Cm: 사이클 타임 (Cycle Time, 단위: 분 또는 초, 보통 초 단위로 계산 후 분으로 변환)
• 60: 분 단위를 시간 단위로 변환하기 위한 상수 (1시간 = 60분)

이 공식은 굴삭기가 한 번의 사이클(버켓으로 흙을 퍼서 옮기는 동작)을 완료하는 데 걸리는 시간을 기준으로, 한 시간 동안 얼마나 많은 토사를 처리할 수 있는지를 계산합니다. 이제 각 요소를 하나씩 자세히 살펴보겠습니다.

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2. 변수의 세부 설명

(1) q (버켓 용량)

• 정의: 굴삭기의 버켓(바가지)에 담을 수 있는 흙의 최대 부피를 의미합니다.
• 단위: ㎥ (입방미터)
• 예시: 일반적으로 소형 굴삭기는 0.2~0.5㎥, 중형은 0.7~1.0㎥, 대형은 1.5㎥ 이상의 버켓 용량을 가집니다.
• 특이사항: 버켓 용량은 굴삭기의 모델에 따라 다르며, 실제로는 버켓이 100% 채워지지 않을 수 있으므로 후술할 작업 효율(E)과 연계됩니다.

(2) f (토량 변화율)

• 정의: 굴삭 작업으로 인해 흙이 자연 상태에서 흐트러진 상태로 변할 때 부피가 증가하는 비율을 의미합니다. 이를 "팽창계수" 또는 "Swell Factor"라고도 합니다.
• 값의 범위: 토질에 따라 달라지며, 일반적으로:
  • 모래: 1.1~1.2
  • 점토: 1.2~1.4
  • 암석: 1.3~1.5
• 계산: 자연 상태의 토량을 흐트러진 상태로 변환하려면 역수를 취합니다. 예를 들어, 모래의 팽창계수가 1.24라면, f = 1/1.24 ≈ 0.81.
• 의미: 이 값은 실제로 굴삭된 흙의 부피가 자연 상태보다 커진다는 점을 반영합니다.

(3) E (작업 효율)

• 정의: 굴삭기의 작업 효율을 나타내는 계수로, 기계의 성능, 작업자의 숙련도, 작업 환경 등이 반영됩니다.
• 값의 범위: 0.5~0.9 (50%~90%)
• 영향 요인:
  • 기상 조건 (비, 눈 등)
  • 지형 (평지 vs 경사지)
  • 토질 (단단한 암석 vs 느슨한 모래)
  • 작업자의 경험
• 예시: 표준 조건에서 중형 굴삭기의 경우 E = 0.6~0.8로 설정되는 경우가 많습니다.

(4) k (작업 계수)

• 정의: 작업 조건에 따라 굴삭기의 실제 작업 능력을 조정하는 계수입니다.
• 값의 범위: 0.7~1.0
• 영향 요인:
  • 작업 공간의 제약 (좁은 공간에서는 k값이 낮아짐)
  • 굴삭 각도 (90도, 180도 등)
  • 연속 작업 가능 여부
• 예시: 표준 작업 조건에서는 k = 0.9로 설정되는 경우가 일반적입니다.

(5) Cm (사이클 타임)

• 정의: 굴삭기가 한 번의 작업 사이클(버켓으로 흙을 퍼서 옮기고 다시 원위치로 돌아오는 동작)을 완료하는 데 걸리는 시간입니다.
• 단위: 초 (sec) 또는 분 (min)
• 구성 요소:
  • 굴삭 시간 (Digging Time)
  • 선회 시간 (Swing Time)
  • 배출 시간 (Dumping Time)
  • 복귀 시간 (Return Time)
• 값의 범위: 굴삭 각도와 기계 크기에 따라 다르며, 예를 들어:
  • 90도 선회: 15~20초
  • 180도 선회: 20~25초
  • 270도 선회: 25~30초
• 의미: Cm이 길수록 한 시간에 처리할 수 있는 사이클 수가 줄어들어 Q가 감소합니다.

(6) 60 / Cm

• 정의: 한 시간(60분) 동안 굴삭기가 완료할 수 있는 사이클 수를 계산하기 위한 변환 상수입니다.
• 계산: Cm이 초 단위라면 (3600 / Cm)으로 수정되며, 분 단위라면 (60 / Cm)을 사용합니다. 한국 표준품셈에서는 주로 초 단위로 계산 후 변환합니다.

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3. 예시 계산

중형 굴삭기(버켓 용량 0.7㎥)를 예로 들어 계산해보겠습니다.

• 조건:
  • q = 0.7㎥
  • f = 0.81 (모래, 팽창계수 1.24의 역수)
  • E = 0.6 (표준 효율)
  • k = 0.9 (표준 작업 계수)
  • Cm = 20초 (90도 선회 기준)
• 단계별 계산:
  1. 한 사이클당 처리량: q × f × E × k = 0.7 × 0.81 × 0.6 × 0.9 = 0.30618 ㎥
  2. 1시간당 사이클 수: 3600초 / 20초 = 180 사이클
  3. 시간당 작업량(Q): 0.30618 ㎥ × 180 = 약 55.11 ㎥/hr
• 결과: 이 굴삭기는 시간당 약 55.11㎥의 토사를 처리할 수 있습니다.

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4. 실제 적용 시 고려 사항

• 현장 조건 반영: 표준품셈은 이상적인 조건을 가정하므로, 실제 현장에서는 추가 조정이 필요할 수 있습니다. 예를 들어, 비가 오거나 지형이 험준하면 E와 k값을 낮춰야 합니다.
• 기계 상태: 오래된 굴삭기는 성능이 저하될 수 있어 Cm이 증가하거나 E가 감소할 수 있습니다.
• 토질의 다양성: 단단한 암석은 굴삭 시간이 길어져 Cm이 증가하고, Q가 줄어듭니다.

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5. 표준품셈에서의 활용

한국의 건설공사 표준품셈(예: 한국건설기술연구원 발간)에서는 이러한 산정식을 기반으로 각 기종별 시간당 작업량을 표로 제공하며, 이를 통해 공사비를 산출합니다. 예를 들어:

• 노무비: 작업량에 따른 인건비 계산
• 기계 경비: 굴삭기 사용 비용(손료, 연료비 등)
• 재료비: 추가로 필요한 자재 비용

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6. 결론

굴삭기의 시간당 작업량 산정식은 기계의 성능(q), 토질 특성(f), 작업 효율(E, k), 그리고 작업 속도(Cm)를 종합적으로 고려한 결과입니다. 이 공식을 통해 현장에서 필요한 기계 대수와 작업 시간을 예측할 수 있으며, 이는 공사 기간과 비용 산정의 핵심적인 기초 자료로 활용됩니다. 실제 적용 시에는 현장 상황에 맞게 변수를 조정하는 것이 중요합니다.