건축물의 Life Cycle Cost 목원대학교 건축도시공학부 박 태 근

LCC관련 국내외 동향 건교부 미국,캐나다 일본 타당성조사와 기본설계단계에서 LCC분석제도 도입 설계금액 500억원 이상의 대형 SOC사업 시범적용(2000-2002) 공공사업 전반에 확대적용(2002-) 미국,캐나다 연방정부 및 주정부 건물 비용 검토시 LCC분석 의무화(1978) 일본 LCC산정 지침 개발(건설성) 건설사 자체적으로 LCC분석, 건물주에 장기수선계획/비용 정보제공

Life Cycle Cost의 개념 건축물의 전 생애기간에 걸쳐서 발생하는 비용의 합 기획설계비 + 건설비용 + 유지관리비용 + 폐기처분비 경년 기획설계 건설 운용관리 폐기처분 프로젝트의 진행과 LCC 비용 항목

LCC비용항목 비용항목의 선정 : 대안과의 관련성(Relevancy), 규모(Significance) 기획/설계비 초기투자비 건설비 자본조달비용 건설비 운용관리비 운용비용,보수비용,개조비용,교체비용 폐기처분비 해체비용,가설비용,처분비용(잔존가치) 기타 세금,감가상각비,신용대부,기능코스트, 기회손실비용,방범비용,보험료 비용항목의 선정 : 대안과의 관련성(Relevancy), 규모(Significance)

용어의 정의 Logistic Engineering Terotechnology Life Cycle Cost(LCC) = 생애비용(일본) Life Cycle Costing(LCCing) Total Cost = 총비용

LCC 사고방식 - 1 Total life cycle cost THE CLIENT Site Cost Professional Fees Capital Cost Furnishing Energy Costs Occupancy Cost Maintenance Costs Operating Costs Total life cycle cost

LCC 사고방식 - 2 The changing balance between fixed and variable costs minimum total option Alternative Design Option minimum total option Alternative Design Option KEY Total Cost Operations & Maintenance Costs Capital Costs

LCC 분석의 필요성 1급 벽돌과 2급 벽돌 벽돌성능 비용 1) 강도 1급벽돌 > 2급벽돌 1) 강도 1급벽돌 > 2급벽돌 2) 흡수율 1급벽돌 < 2급벽돌 3) 에너지 소비 1급벽돌 < 2급벽돌 4) 백화현상 1급벽돌 < 2급벽돌 비용 초기비용 1급벽돌 > 2급벽돌 LCC 1 급벽돌 < 2급벽돌

미국 정부의 LCC 입찰 방식 개념 - 동일의 제품을 대량으로 구입하는 경우, 라이프 사이클 전체를 통한 비용의 다과에 의한 계약을 체결하는 방식으로 경쟁계약, 수의계약과는 다른 제 3의 계약방식 건설비 이외의 비용 경쟁계약 LCC법 건설비 A사 B사 C사 A사 B사 C사 LCC 계약 방식

건축계에서 기대되는 활용 방안 기대되는 활용 방법으로서는 다음의 3가지를 생각할 수 있다. 1) 설계된 시설 각부의 신뢰성, 보전성, 경제성 등을 확인하는 것 2) VE(가치공학)에 의한 대체안의 비교ㆍ검토 수법으로 활용하는 것 3) LCC 계약에의 일부 적용을 기대하는 것 1), 2)째는 거의 유사한 활용 방식 1) -> 2) -> 3)

LCC 기법의 관점

LCC 분석의 관점 건물 경영적 관점과 기술 평가적 관점 기술 평가적 관점의 특성 • 경영적 관점 – 수익과 채산성의 고려 • 기술적 관점 – 수익 채산성을 고려하지 않음 LCC 최소화를 추구 기술 평가적 관점의 특성 • 비용부담의 주체는 무관 – 모든 비용을 포함하여 산정(건물소유자, 건물관리자, 사용자) • 비용부담 주체를 구별할 경우는 별도의 모델이 필요

관련 주체별 관점 시공자적 관점 사용자적 관점 사회적 관점 입주시기 수명 초기투자비 보수교체 재건축 공기 주거성능 공간 활용성 안전성 잔존가치 수명 재건축 Renovation 폐기물 초기투자비 공기 기술적 성숙성 보편성 건식공법

LCC의 비용 분포 Capital Cost Replacement Maintenance Annual Costs 42.5% Fuel 10.3% 8.9% Replacement Maintenance 3% 28.3% 7% Routine Service Cleaning & caretakings Rates & Sewerage Annual Costs Local authority school life cycle cost

일반적인 건물의 LCC

공동주택 보수 교체비 / 초기건축비의 비율 * 건설부 보수교체주기 기준에 의한 계산

비용절감의 여지와 프로젝트의 진행 Cost No Major Document Revision Necessary Required Major Revisions Required Cost Reduction Potential Varies with Particular & Item Net Saving Potential Feedback of Ideas into Earlier Phases Subsequent Projects Cost To Implement Feedback Concept Design Development Construction Operation & Maintenance Replacement Time & Life Cycle Cost

LCC 분석과 Value Engineering 대체안 연구 경제성예측 평가와 선택 VE 기능분석 창조성 /brainstorming Engineering economics 비경제적 판단 기준 부지와 시 설에 관한 정보 설계 개시 total cost 해결책 비 교 대 안 선정 Sub sys- tme 정보 새로운 설계 대체안 평가 라이프 싸이클 코스트 분석

VE • LCC • LCA Value = Function/Cost Environment VE LCA LCC “하나 또는 복수의 대안을 일정기간에 걸쳐 관련된 모든 경제적 결과를 예상하고, 이에 기초하여 그 경제성을 평가하는 수법” - 미국 건축가 협의(AIA) Value = Function/Cost Environment VE LCA LCC

항공기의 LCC LCC를 결정하는 주요 단계 96% 100% 85% 80% 66% 60% 40% 20% 0% 실시설계, 시스템의 확인, 검시, 제조, 시공방식 80% 66% 60% 시스템분석, 대체안 평가, 시스템 확정 등 40% 실시계획의 검토, 운용조건, 보전방침책정 등 20% 기획단계 기본단계 실시설계 제조건설 운용관리 0% ADVANCED DEVELOPMENT (VALIDATION) DETAILED DESIGN (FULL-SCALE DEVELOPMENT) PRODUCTION AND/OR CONSTRUCTION OPERATIONS AND SUPPORT CONCEPTUAL PHASE LCC를 결정하는 주요 단계

Purchasing Power 1970 Dollar 현금 구매력의 변화 Purchasing Power of the Dollar 1979-1992 1.00 0.80 0.60 Purchasing Power 1970 Dollar 0.04 0.20 70 72 74 76 78 80 82 84 86 88 90 92

이자율 한국은행 “주요경제지표” 1999

물가상승률 한국은행 “주요경제지표” 1999

실제할인율

LCC분석기간의 설정 25년 40년 현가분석에 사용하는 것이 좋다고 생각되는 LIFE CYCLE (이자율 10%인경우) 10 1.0 0.9 0.8 0.7 0.6 25년 40년 0.5 0.4 현가분석에 사용하는 것이 좋다고 생각되는 LIFE CYCLE (이자율 10%인경우) 0.3 0.2 0.1 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

화폐의 시간가치 (A) 현재의 가치(현가)로 환산하는 방법 (현가법 : present worth) 화폐의 시간가치 (A) 현재의 가치(현가)로 환산하는 방법 (현가법 : present worth) (B) 종료시점의 가치(종가)로 환산하는 방법 (종가법) (C) 매년 말의 균등액 지불 가치(년금가치)로 환산하는 방법 (년가법:annual worth)

현가법의 개념 The sum of all relavant project costs over a given study period, adjusted for the time value of money. Operating costs Investment costs Replacemet Costs Replacemet Costs OM&R Costs First cost Residual Value Study Period

현가법 - 수식 t Cp = Co + (1 + i) -n × In + S (1 + i)t n=1 Cn 단, Cp : 내용수명 t년차 동안 발생하는 비용의 현가 총액 Co : Initial Cost(기획, 계획, 설계 및 건설비) Cn : Running Cost (보전비, 관리비등) (1 + i) -n : 현가계수, (1 + i)t 도 동일 i : 이율 S : 폐기처분비 (잔존가치 처분비) t : 내용년수 In : 물가변동계수(인플레이션 계수 등)

연가법 Cash Flow Annual Value

연가법 Cm = Cp × Fcr i Fcr : 자본회수 계수 = 1 - (1 + i) -t 단, Cm : 현재가치로 환산된 총비용을 t년간의 균등액으로 수정한 균등가액 i Fcr : 자본회수 계수 = 1 - (1 + i) -t 또, 매년 발생된 비용이 동일한 액수인 고정비에 대하여는 년등가액으로서 그 금액을 사용한다.

사례 1) 내용년수가 다른 2개의 대체안 A, B 2) A안과 B안의 분석 3) 판정 간단한 계산 (자본회수계수를 고려하지 않음)

건물수명의 종류 1) 경제적 내용연수 2)기능적 내용년수 3)물리적 내용년수 4)법적 내용년수

건축물의 내구연한 내구연한의 분류 물리적수명(Physical Life) 기능적수명(Functional Life) 경제적수명(Economic Life) 기술적수명(Technological Life) 사회적수명(Socal & Legal Life) 내구연한의 분류 일반적 재건축연수 법적기준 년수 0 20 21 35 50 100 재건축 허용연수 구조체의 물리적수명 경제적 재건축연수

경제적 내용 년수 t min LCC RC (운용관리비) IC (건설비) Mt = {Co + (1 + I) -n + S (1 + i)t } × Fcr n=1 Cn 단, Mt : LCC의 년등가액, 이때 Mt가 최소가 되는 t를 구한다. (원/년) 연등가격 LCC RC (운용관리비) IC (건설비) t min 경과년도

물리적 내용 년수 허용고장율 신뢰도 내용연수 운전시간 T 1 T 2 T 3 초기고장 우발고장 말기고장 DFR CFR IFR DFR : Decreasing Failure Rate CFR : Constant Failure Rate IFR : Increasing Failure Rate 허용고장율 신뢰도 내용연수 T 1 T 2 T 3 운전시간 초기고장 우발고장 말기고장 DFR CFR IFR

기능적 노후화와 사회적 노후화 기능적 노후화와 대수선 사회적 요구성능 철골조아파트 개보수 RC조 아파트 개보수 건축물의 노후화 성능하한선 대수선

각 단계별 LCC 이용자

LCC 산정 절차 기 획 단 계 산정(개산) 평 가 선 택 기본설계단계 산정(약산) 전체산정 평 가 선 택 실시설계단계 제 조 건 사 용 년 수 위치, 규모, 구조 전 체 대체안 작 성 부 지 건물형상 개략적 설비시스템 등 산정(개산) 평 가 선 택 개구부• 단열성 운전상태 보전상태 기본설계단계 지붕 • 외벽 문창호 • 내장 개별설비시스템 에너지시스템 등 산정(약산) 전체산정 전 체 대체안 작 성 필요한 경우 평 가 선 택 실시설계단계 산정(정산) 개 별 대체안 작 성 외장재 상세 내장재 상세 개설비기기 공법•가설법 등 전체산정 평 가 필요한 경우 선 택

대안분석 절차 Selection of study areas Generation of Alternative Design Screening techniques LCC Modeling Design Evaluation Brainstorming Checklists Design Selection Weighted evaluation Life cycle costing Presentation Implementation

의사결정 Flow Chart 대안선정 분석범위설정 분석방법설정 LCC data 입력 LCC 변수 설정 비용 계산 비용통합분석 비교분석 각대안 장단점 분석 단순분석 LCC data 입력 LCC 변수 설정 비용 계산 보수교체비 초기투자비 기회손실비 해체처분비 에너지비 리노베이션비 비용통합분석 평가결과에 신뢰하는가 NO 민감도분석 YES LCC 종합분석 의사결정

LCC 분석기법 절차 및 방법

부위분석 선정기준 - 1 평가대상 구성재의 선정에 필요한 개략적인 기준 1) 보수 교체비의 비중 2) 고장이나 수선행위의 영향 3) 필요한 데이터의 입수에 드는 시간과 노력

LCC 비용항목의 상관성 기획설계비용, 건설비용, 운용관리비용, 폐기처분비용 보전비용 수선비용 폐기,처분비용 건설비용 운용비용 운용관리 비용 기획설계비

구성재별 비용간의 상호관련 구성재의 비용항목간 Trade-off의 관계 구성재의 조합 차열성 단열성 기밀성 에너지절약 전등형태 옥상 외벽 외부창호 최하층계단 출입문 난방설비 시스템 (용량) 에너지절약 전등형태 전등 설비 난방설비 시스템 (용량) 구성재의 조합

건축물의 LCC 비용항목 및 기본 분석모듈 LCC분석모듈 = + + + 초기공사비 유지관리비 폐기처분비 건설기획비 일반관리비 해체비 설계비 보수교체비 처분비 공사비 에너지비 초기공사비 분석모듈 보수교체비 분석모듈 에너지비 분석모듈 폐기처분비 분석모듈 LCC분석모듈 = + + +

초기공사비 건축공사 비용산정 기타 공종별 비용산정 초기공사비 산정 물량/일위대가 공종별 평균단가 토목공사 건축공사 전기공사 설비공사 부대공사 가설공사 LCC분석에 의미있는 변수

초기투자비 모델 - 개념 비용의 위계를 3단계로 구분 초기투자비 = ∑ (Level 2) = ∑ (Level 3) 공사비 산출을 위한 주요물량과 단가는 실적data 혹은 통계 data를 이용

초기투자비 모델 - 개념 비용의 위계를 3단계로 구분 초기투자비 = ∑ (Level 2) = ∑ (Level 3) 공사비 산출을 위한 주요물량과 단가는 실적data 혹은 통계 data를 이용

초기투자비 항목과 계산법

(Modified Bin Methods) (Equivalent Full Load hour Method) 에너지비 건물의 연간 냉난방부하 산정 열원설비의 연간 에너지소비량 산정 에너지비 산정 에너지단가 유가상승율 수정 빈 법 (Modified Bin Methods) 전부하상당운전시간법 (Equivalent Full Load hour Method) 외피부하(기상조건) 벽체,바닥,지붕 면적 부위별 열관류율 실내발열부하(인체,조명,기기) 건물사용패턴(공조운전시간) 보일러,펌프의 수량/가동성능/효율

에너지비 모델 - 계산 절차 건물 부위별 열적특성 결정 주요 설비사양 결정 시뮬레이션을 통한 연간 에너지소비량 산정 연간 에너지소비량에 에너지단가를 곱하여 연간에너지비 산정 내용년수 동안의 연간에너지비를 통합

에너지비 모델 - 계산법 EC = ∑ ( ) × PW Et × Ct 여기서 Ec = t년간의 총에너지소비량 ( ) × PW Et × Ct t=1 여기서 Ec = t년간의 총에너지소비량 Et = t년차의 에너지소비량 Ct = t년차의 에너지 단가 PW = 1 ( 1 + i )t

보수/교체비 보수주기,보수율,교체주기 설비특성 예방보전 사후교체 규정치 규정치 열화량 열화량 시간 시간 자재/설비의 보수교체 특성분류 및 주기산정 다층재료의 최적 보수교체 주기산정 보수교체비 산정 보수주기,보수율,교체주기 설비특성 예방보전 사후교체 규정치 규정치 열화량 열화량 시간 시간

보수/교체비 안층재료의 보수교체에 따른 바깥층재료의 교체 설비의 보수교체 특성

보수교체비 - 계산법 보수교체비 (보수교체기준 ×초기건축비) × 현가계수 (PW) ∑ RPC = n t j=1 i=1 (보수교체기준 ×초기건축비) × 현가계수 (PW) RPC = 여기서 n : 구조체의 종류(기초, 바닥, 내외벽, 지붕 등) t : 내용년수

보수교체율 기준

교체비 산정의 개념도 -1 t2 t1 t1 ≤ t2인 경우 교체비 산정의 예 5 10 15 20 25 30년 교체주기 4 8 5 10 15 20 25 30년 교체주기 4 8 12 16 24 28 바깥층재료 안층재료 교체비 산정의 개념도 -1 t1 ≤ t2인 경우 교체비 산정의 예 t1 = 안층재료 교체주기 t2 = 바깥층재료 교체주기

폐기/처분비 산정순서 공종별 비용산정 (평균단가 적용) 폐기/처분비 산정 공종별 물량산출 재활용비용산정 가설공사 발파해체공사 기계식 철거공사 폐자재 반출공사 재활용비용산정 해체공법 : 기계식 해체공법, 발파해체공법 고층건물의 일반적 해체공법

폐기처분비용 모델 해체비용과 처분비용 해체처분비 산정은 폭파식과 기계식 해체공법 중 하나 선택 해체비 : 가설작업비용, 사전처리작업비용, 천공 및 발파작업비용, 처분비 : 잔존가치가 남아 있는 시스템의 매각 수입 방호 작업비용 및 사후처리작업비용 해체처분비 : Sbc = 해체비용 - 처분비용 해체처분비 산정은 폭파식과 기계식 해체공법 중 하나 선택

종합 평가 방법 1) 성능을 고정하고 LCC를 비교하는 방법 2) LCC를 고정하고 성능을 비교하는 방법 대안선정 2) LCC를 고정하고 성능을 비교하는 방법 -LCC 산정액의 허용범위 내에서 성능을 비교하여 대안을 선정 3) 효용과 비용을 관련하여 비교하는 방법 -경제적 요소(정량적 요소)와 경제외적 요소(정성적 요소)의 비교 -가증평가 기법 등

최적안의 선정 정성적,정량적 항목의 가중평균적 접근 평가항목의 선정 가중치의 결정 대안의 평가

감도분석 LCC 대안 1 대안 2 0 2 4 6 8 10 12 이자율(%) 대안별 이자율변화에 따른 감도분석

전산화 LCC 계산 System Discount System Result Report Data Input System 보수교체비 산출모듈 초기공사비 산출모듈 Discount System Result Report Data Input System 에너지비 산출모듈 폐기처분비 산출모듈 DB Manage- ment System LCC DB