중회귀분석법을 이용한 고속도로 공사비 추정 모형 개발

Abstract

고속도로 건설사업 초기 계획단계에서 공사비 추정은 타당성 검토 및 예산 배정 등의 의사결정을 위한 중요한 업무이다. 계획단계에서 공사비 추정에 대한 현재의 관행은 숙련된 기술자의 경험에 의존하거나, 복잡한 비용 추정 모델에 이르기까지 다양하지만, 고속도로 건설 사업의 복잡성과 내재된 불확실성으로 정확한 비용 추정은 어려운 일이다. 따라서 이 연구에서는 고속도로 건설 사업에 참여하는 모든 조직들이 체계적이고 정확하게 개산공사비를 결정할 수 있는 실용적인 변수견적법 모형을 개발하는 것이다. 이를 위하여 1996년부터 2008년 까지 국내에서 수행된 27개 고속도로 프로젝트의 실적 자료를 수집하였으며, 이중 22개의 프로젝트는 변수견적법 모형 개발에. 나머지 7개 프로젝트는 개발된 모형의 검증에 사용되었다. 고속도로 건설사업 원가견적의 목적은 주어진 정보에 근거하여 가장 합리적인 프로젝트 비용을 계산하고 예상하는 것으로, 프로젝트 진행 단계에 따라 각각 다른 정도의 정확성을 가진 원가 견적법이 사용된다. 원가견적은 더 자세하고 정확하게 할수록 더욱 많은 시간과 비용이 소요되며, 견적의 기능, 정도, 프로젝트의 진행 단계에 따라 개산견적과 상세견적의 두 종류로 크게 분류된다. 이중에서 개산견적은 프로젝트 초기 단계인 타당성분석 단계에서 행해지며, 프로젝트 범위에 대한 불완전한 정보와 자세한 설계 자료 없이 수행된다. 이러한 개산견적에는 프로젝트의 범위, 견적의 기본문서, 가정 및 전제조건, 견적 오차 등의 세부사항이 포함되며, 견적방법에는 상사견적법, 변수견적법, 부위견적법 등이 있다. 변수견적법은 프로젝트의 비용이 하나 이상의 프로젝트 특성 변수와 관계가 있다고 생각하는 것으로, 프로젝트 비용을 예측하기 위하여 수학적인 모형을 필요로 한다. 이 모형은 고속도로의 특성을 나타내는 여러 가지 변수와 건설비용과의 관계를 먼저 가정하고 개발된다. 이 연구에서 변수견적모형으로 중회귀분석법을 이용하였으며, 중회귀분석기법은 마케팅과 타당성분석에서 부터 프로그램 평가까지 대부분의 의사 결정 도구에 넓게 사용되는 예측 모형이다. 중회귀분석은 하나의 종속변수와 여러 개의 독립변수 사이의 관계를 분석하는 통계기법으로, 고속도로 프로젝트의 주요 독립변수로는 고속도로 길이, 고속도로 폭, 차로 수, 교량의 형식, 터널 길이, 횡단암거의 수, 지형 조건, 공사기간, 주요 자재 가격 등이며, 종속변수로는 최초공사비. 최종공사비. 총예산 등으로 밝혀졌다. 단계별 회귀분석을 통하여 다음과 같이 공사비를 예측하는 5개의 모형이 개발되었다. (1) 최종공사비용(FCC/㎡) 예측 모형 (2) 최초공사비용(OCC/㎡) 예측 모형 (3) 총예산비용(TBC/㎡) 예측 모형 (4) 최종공사비(FCC) 예측 모형 (5) 최초공사비(OCC)예측 모형 회귀분석법의 중요한 절차는 요구되는 가정이 충족되는가를 확인하는 것이다. 선형성(linearity), 정규성(normality), homoscedasticity 가정을 확인하기 위해 잔차 분석을 수행하였으며, 모든 종속변수의 히스토그램과 normal P-P plots는 요구되는 가정이 충족된다는 것을 보여주었다. 비용 모형을 개발하는데 가장 중요한 과정 중의 하나는 모형의 정확도와 유효성을 테스트하는 것으로, 이 연구를 위한 검증 자료는 7개의 과거 프로젝트로 구성되었으며. 프로젝트는 예전 자료 파일에서 무작위로 추출되어 검증 과정에 사용되었다. 이 연구에서 자료 수집, 데이터베이스 구축, 자료 추출, 자료 분석 등의 과정을 통하여 성공적인 변수견적법 모형을 개발하였다. 제시된 모형은 검증 결과 회귀분석의 모든 가정이 만족되는 결과를 보였으며 대부분의 공사비 추정 결과는 18% 이내의 차이를 보였다. 따라서 제시된 비용 추정 모형은 고속도로 프로젝트 공사비 추정 시 유용하게 사용될 수 있을 것이다. 또한 단계별회귀는 고속도로 프로젝트의 변수견적 모델 개발에 있어서 중요한 변수를 선정하는데 적합한 방법으로 판명되었다. 특히 고속도로 길이, 터널 길이, 터널 바닥면적은 고속도로 공사비 추정에 가장 중요한 변수로 밝혀졌다. 이 연구를 더욱 발전시키기 위해서는 모형의 비용 예측 정도를 향상시키기 위해 프로젝트 비용의 변화에 영향을 미칠 수 있는 여러 가지 변수를 계속 반영하여 업데이트되어야 한다. 과거 프로젝트에 대한 정보와 프로젝트의 실제 비용 등이 추가적으로 조사되고 수집되어야 하며, 이러한 정보 및 공사비 지수 등의 중요한 자료는 개개의 프로젝트 관련 조직에서 수집하여 관리하고, 개발할 필요가 있다.

It is well known that decisions at each stage of a highway project has the highest impact on the subsequent project performances. One of the bases for these important decisions is the project’s conceptual cost estimate. It is the first serious effort at attempting to predict the cost of the project. The primary function of a conceptual estimate is to tell the owner about the anticipated cost, thus being useful information for the owner in contemplating the project feasibility and further project development. Moreover, predicting original construction cost(OCC) may provide a tendency and an average of the construction contract amount so that owners can evaluate bids. Based on OCC prediction, owners may determine a "ceiling price" as well as a "floor price" of bids. Prediction of final construction cost(FCC) may tell contractors about a trend of construction cost variation during the construction phase. Based on results of FCC prediction, contractors may prepare their financial plan for the construction phase. Two main objectives of the study are: (1) to identify and assess the relative importance of the significant highway characteristics or parameters to be incorporated into cost estimating models to support making decisions in the early phase and construction phase of highway projects; and (2) to develop a parametric cost estimating model for cost estimating of highway projects. This research identifies highway project parameters that significantly influence the cost of highway projects. The research presents methodologies for data collection, database development, data analyses, and parametric cost estimating model development for the purpose of cost estimate for highway projects. The data used in the model development and validation were based on the historical project data collected from a famous Korean contractor. The data consist of 27 completed highway projects, built from 1996 to 2008. Seven projects were randomly selected for a validation data set. Twenty projects were used as the data set for regression. The technique of multiple regression analysis is used to develop the parametric cost estimating model by establishing the cost estimating relationships between the highway parameters and the highway construction cost. Models of predicting TBC or TBC/㎡ pointed out that "Length_of_highway" and "Length_of_tunnel" are factors have strong effect to conceptual costs of highway projects in Korea, and indicated that MLR can be applied to highway projects in Korea. The absence of other variables does not imply that they have no effect to TBC or TBC/㎡. A possible explanation is that the relation between other factors and TBC/㎡ may be non-linearity. There are three main contributions of the study. The first major contribution for this research is the identification of new highway parameters as a significant cost driver for highway costs. The second major contribution is the successful development of the parametric cost estimating model based on the parameters identified in the data analysis. The third contribution is usefulness of this research for each party. In fact, organizations involved in the planning and execution of highway projects in Korea, such as owners, contractors, and consultants, may benefit from a reasonably accurate and practical method of systematized cost estimating developed. The owners or contractors may improve their decisions during the early phase as well as the construction phase of highway projects in Korea. Several recommendations are offered concerning future research. There are needs to identify other parameters of highway projects, to develop proprietary indexes for use by contractors organizations in adjusting the cost for different locations and cost escalation, to perform additional data collection, to collect the as-built project information and the actual costs incurred for the projects, and to be applied to similar contractors, owners, or other organizations.