KIEAE Journal

건설현장에서 필요이상의 재고는 재고 유지비용을 크게 증가시키고 자재 적치를 위한 넓은 야적장을 필요로 하게 되며, 수행동선에도 영향을 미쳐 현장의 생산성 또한 저하시키는 부정적 요소이다. 반면 현장의 재고가 적정 재고량에 못 미칠 경우 예상치 못했던 수요 발생 시자재수급이 어려워져 공기 지연을 야기 시킬 수 있고, 잦은 주문으로 인한 주문비용의 증가라는 결과를 초래할 수 있다. 따라서, 현장에서의 적정재고 보유는 공기와 비용 모두의 측면에서 중요한 요소라 할 수 있다.

하지만 초고층 건물과 같은 현재의 도심지 건설현장에서는 충분한 크기의 야적장을 확보하기 어렵고 심한 경우 야적장이 없는 공사 현장도 상당수 있다. 이는 재고관리의 어려움을 가져 오면서 동시에 적정재고량 보유에 실패함으로서 공기나 비용에 심각한 영향을 줄 수 있다. 따라서 자재가 현장에 투입되어 조립, 설치되기 까지 지속적인 모니터링을 통하여 재고량이 일정수준에 다다를경우 자재의 재 주문을 통하여 재고의 수준을 올려 주고 재고가 남을 경우 주문을 보류하여 재고수준에 따른 유동적인 주문이 이루어져야 한다.(정도영, 2006)

건설 산업에서 자재에 관련한 비용은 원가구성비 측면에서 전체 공사 원가의 40%를 차지하고 있다.(임건순, 2008) 도시의 인구집중으로 인한 토지의 효율적 활용과 새로운 거주유형에 대한 대응 및 건축구조와 재료기술의 발달로 건축물의 초고층화는 더욱 발달 되어 가고 있는 현재의 실정이다. 이러한 경향에 발맞추어 비용관리나 사업수행 과정에 큰 영향을 미치는 자재조달관리는 새로운 방법의 개발이 요구되어 지고 있다.

이에 본 연구에서는 제조업에서 활발하게 사용되고 있는 재고관리 모델인 (Q, r)모델을 건설업 분야에 적용함으로써 초고층 건설현장의 JIT¹⁾달성을 위해 현장에서 발생할 수 있는 수요의 변화와 공급 소요시간 등의 재고관리 불확실성을 가지는 상황에서의 최적재고 수립에 대한방법을 제안하고 그에 대한 적용성을 검토하여, 재고관리 비용 절감 방안을 제시하였다.

본 연구에서는 먼저 일반적인 재고의 개념과 재고관리 시스템에 대하여 살펴보고 건설업과 일반 제조업과 다른 건설현장에서의 자재관리 특수성 및 실무에서의 자원조달 업무를 분석하고 초고층 공사의 특성에 맞는 (Q,r)모형 검토를 통하여 철근자재를 대상으로 재고관리 현황을 살펴보고 철근 가공·조립과정의 적용성 여부를 판단하였다. 이후 자재의 리드타임 변이와 리드타임 동안의 자재수요율 변이를 고려하여 자재의 재 주문 시점을 언제로 할 것인지를 결정하고 주문비용 및 재고유지비용, 자재수요량을 고려한 주문량 산정을 통하여 기존 재고관리 시스템에서 개선된 최적 재고 관리 방안을 제시한다.

건설사업은 자재의 구매형태나 특히 재고관리 측면에서 아래와 같이 제조업과는 상당히 다른 양상을 보이고 있다.

1) 주문생산이므로 자재의 장기 수급계획 수립 곤란

2) 공사별, 공사 지역에 따라 획일적인 자재관리 불가능

3) 다종 소량의 제품으로 규격화, 통일화가 곤란

4) 공사장소가 분산되어 자재의 운반 및 관리가 어려움

5) 당초 예상하지 못한 불확정 요소나 자연환경의 영향에 의한 예외적 사태발생으로 인해 긴급조달을 요하는 경우가 많음

6) 공사원가의 구성비 자재가 차지하는 비율이 높으므로 조달상황에 대한 추가비용의 검토가 필요함

(이재명, 2007)

건설업은 일반제조업과 달리 생산라인이 결정되면 그 배치가 고정되어 있는 것이 아니라 장비, 자재 하역장, 임시 창고, 작업장 등의 위치가 시간에 따라 변화하여 그 배치가 매우 동적이다. 표 1은 자재관리 측면에서의 건설업과 일반제조업의 차이점이다.

기존의 연구에서는 자재의 리드타임 산정이나 주문량 산정에 관련한 연구들이 활발하게 진행되었으며, 표 2는 기존 연구의 대표적 사례들이다.

하지만 위의 연구들은 건설현장의 자재 수요량에 대한 변동성을 반영하지 못하였으며, 재고 부족으로 인하여 발생할 수 있는 비용에 대한 부분의 분석이 미흡한 상태이다. 또한 적정 재고량을 고려하여 자재 주문시점과 자재재고량을 결정하는 구체적인 알고리즘을 제시하지 못하였다는 한계점이 있다.

국내 대형 건설업체 수준의 실무적 차원의 조달관리는 업무절차를 조달계획, 구매계약, 제작 및 운송, 현장반입, 보관, 사용, 재고관리 등의 단계로 구분하여 관리하도록 하고 있다.(송도헌, 1999)

실무적으로 건설회사에 따라 차이가 있으나 일반적인 경우 자재구매 범위는 본사 구매를 원칙으로 하고, 자재의 종류와 규모에 따라서는 부분적인 현장 구매도 가능하도록 계획을 수립한다.

실무적인 자재조달 업무 흐름은 다음 그림 1 과 같으며, 본 연구는 현장의 자원조달계획에 대하여 중점적으로 논의한다.

그림 5.  
실무적 자재 조달관리 업무

최근 국내의 건설 프로젝트들은 초고층화를 기반으로 이루어지고 있는 상황이다. 이들은 도심외곽지역의 대형재개발 프로젝트뿐만이 아니라 도심지 내에서의 초고층건물까지 포함하고 있어, 다양한 환경에서의 프로젝트 수행능력을 필요로 하고 있다. 초고층 현장은 일반 현장관리 방법과는 달리 경험에 의한 의사결정에는 한계가 있다. 도심지의 대형 공사를 짧은 공기 내에 수행함에 있어 가장 큰 문제로 부각된 것은 건설자원의 전반적인 관리이다. 이에 프로젝트 진행 사전에 공사 전반에 걸친 계획과 준비가 필요하게 되었으며 현장 내 자재의 적시생산에 대한 중요도 또한 높아지면서 초고층 현장의 특성에 능동적으로 대처할 수 있는 자재조달 관리 시스템의 개발이 요구된다. 다음 표 3은 초고층 현장 조달관리의 고려사항이다.

자재의 수요예측이 불가능한 경우 주문비용이나 작업준비비용이 너무 많이 발생하기 때문에, 필요시 매번 보충할 수 없다. 따라서 유지보수 관리자는 얼마나 재고를 갖고 있어야 하는지 뿐만 아니라, 한 번에 얼마나 주문/생산하는지를 결정해야 한다. 이 두 가지 이슈를 동시에 고려하는 것이 (Q,r) 모델의 주 관심사이며 다음과 같은 가정을 가진다.

1) 제품들은 독립적이다.

2) 수요는 한 번에 한 번씩 발생한다.

3) 만족치 못한 주문은 미납 주문된다.

4) 보충 리드타임은 고정되어 있다.

5) 연간 보충 주문 횟수에 대해 제약이 있다.

확률적 재고모형 (Q,r)모델(Quantity, Reorder Point의 약자로 줄여서 Q,r모델로 사용)은 Deurmeyer and Schwarz(1981) 에 의해 개발되었으며, 이 모델은 연속해서 재고 소모를 추적하여 각 품목별로 현재의 재고수준에 대한 정보를 제공하는 것이 가능하다. 보유중인 재고량이 미리 결정된 최소재고 수준에 도달하게 되면 고정된 양 (Q)의 주문이 발생하게 된다. 이 시스템의 장점은 재고소모에 대한 연속적인 조사를 통해 얻을 수 있는 통제력에 있다. 건설프로젝트에서는 제조업에서처럼 높은 작업 신뢰도를 만족시키기가 어렵기 때문에 건설생산 요소들의 변동성에 의한 영향을 완충 시켜 줄 수 있는 장치가 제조업에 비해 더욱 필요하다. 자재재고도 이러한 완충장치 중에 하나라고 할 수 있다.

그림 6.  
Q=4인, (Q,r)모델에서 시간당 순 재고와 재고 위치

그림2 는 (Q,r)모델의 기본적인 원리를 나타낸 그림이다. 여기서는 하나의 제품에 연속적으로 관측되는 순재고 수준(보유재고-미납주문 수준)과 재고위치(순 재고수준+보충주문)을 볼 수 있다. 수요는 임의적으로 발생하지만 한 번에 하나씩 발생하기 때문에 그림 2 에서 보듯이 순 재고수준은 하나씩 감소하고 있다. 재고위치가 재 주문점 r에 도달하면, Q만큼 주문되며 리드타임 이후에는 주문이 도착한다. Q와 r은 각각 다른 목적을 가지고 있다. 보충량 Q는 생산/주문 횟수와 재고간의 상충관계에 영향을 준다. Q가 크면 보충횟수는 적어지지만 높은 평균재고가 발생한다. Q가 작으면 보충횟수는 많아지지만 낮은 평균재고가 발생한다. 이에 비해 재 주문점 r은 재고 부족 가능성에 영향을 준다. 높은재 주문점 r은 높은 재고로 나타나므로 재고부족 확률을 낮춘다. 낮은 r은 그 반대로서 낮은 재고로 나타나므로 재고부족 확률을 높인다. Q는 순환재고(cycle stock, 과도한 보충비용을 피하기 위해 갖는 재고)와 연관이 있고 재 주문점 r은 안전재고(safety stock, 재고부족을 피하기 위해 갖는 재고)와 연관이 있다. 이런 면에서 (Q,r) 모델은 두 모델을 통합한 것이다.

자원조달계획은 각 건설담당자가 공정에 필요한 소요자원의 항목과 수량을 파악하여 자재청구서를 자재관리 담당자에게 제출하도록 되어있다. 현장 자재관리 담당자의 업무는 현장의 전체자원 소요량을 취합하여 조달방법을 결정하고, 공사수행 및 자재조달이라는 업무를 완료하기 위해 자원소요 예측을 시행하여야 하고 자원 조달에 문제가 발생했을 경우 문제해결 등과 같은 사후 업무처리가 중심이 되는 책임활동이다. 이와 같은 건설 프로젝트의 자원소요계획을 수립하여 적용하는데 다음과 같은 적용상의 한계점을 지니고 있다.

첫째, 숙련된 담당자가 아닐 경우 필요한 자원의 항목과 수량을 잘못 파악하여 자재요구서를 제출할 때 이에 즉시 대처 할 수 있는 프로세스가 존재 하지 않으며, 또한 자재조달 업체의 능력이나 생산과정에서 생길 수 있는 변수에 대한 고려를 하지 않음으로 인해 결국 자재반입 지연으로 인한 공기 지연의 원인이 되기도 한다.

둘째, 자재조달계획은 보통 1주 단위로 계획공정표 업데이트에 맞추어 이루어지므로 최소 1주 이상의 기간을 고려한 자재계획을 세울 수 있으나 긴 리드타임을 요하는 자재의 경우는 현장 공정에 맞게끔 자재 반입이 안 이루어 질 수 있는 확률로 인하여, 불필요한 시기의 자재반입이 발생 할 수 있다. 특히 야적장이 부족한 도심지의 초고층 현장일 경우 많은 재고비용이 발생 할 수 있으며, 늦게 자재가 도착할 경우에는 전체 공기의 큰 영향을 줄 수 있다.

셋째, 초고층 현장과 같은 특수한 현장의 경우 자원조달계획의 기초 자료가 부족하여 주로 경험과 직관에 의존하는 경향이 있다. 현장의 자원조달계획은 초기의 계획공정표를 기준으로 이를 업데이트 하면서 진행하게 되는데 이를 반영한 조달계획이 잘못된 경험과 직관에 이루어짐으로 해서 현장 개설 후 자원조달업무는 잘못 작성된 자원조달계획서와 계획공정표를 수정 보완하는데 많은 시간이 소요되어 효율적인 업무의 수행에 어려움을 가져온다. 따라서 건설자재의 경우 현장내의 작업량 및 재고, 스케줄을 유기적으로 고려한 재고관리 기술이 필요하다. 재고량이 일정수준에 다다를 경우 자재의 재 주문을 통하여 재고의 수준을 끌어올려주며, 재고가 남아 있는 경우에는 주문을 보류함으로써 재고 수준에 따른 유동적인 주문이 이루어지는 결정이 가능한 알고리즘이 제시될 필요가 있으며, 표 4는 자재재고량에 따라 발생 할 수 있는 문제점이다.

그림 7. 
주문시기 산정 그래프

본 연구에서는 제조업에서 재고량에 관한 최적치를 구하는데 이용되는 확률적 재고모형을 이용하여 안전재고수준과 그에 따른 재 주문 시점을 결정하려 한다. 재고모형은 수요율을 확정적으로 보느냐 확률적으로 보느냐의 구분에 따라 확정적 모형과 확률적 모형으로 나뉜다. 이중에서 확률적 재고 모형은 수요가 불확실하다는 가정 하에 수요를 만족시킬 확률을 어떤 수준으로 유지하기위해 요구되는 안전재고 수준을 구하는데 이용되기 때문에 건설현장의 상황을 적용하기에 적절한 재고모형이라 판단된다. 주문시기의 산정은 그림 3 에서 알 수 있듯이 자재의 리드타임 조달기간의 수요에 안전재고량을 더한 값이 된다.

건설현장에서 자재의 소요량은 위에 언급한 건설업의 특징에 따라 예외적인 요소가 많으며, 환경변화에 많은 영향을 받음으로 상황마다 자재 관련 업무 전반에 걸친 변화가 일어가는 경우가 빈번하다. 경우에 따라서는 자재의 입하 전 재고를 모두 소비함으로 인해 공사지연등의 문제를 일으켜 프로젝트에 성과에 영향을 미칠 수 있다. 이러한 재고의 품절을 방지하기 위해 발주부터 입하까지의 기간 내(리드타임)의 자재 소요량의 오차를 고려해 두는데 이것을 안전재고라 부르며 산정 방법은 아래 (식2)와 같다.

적정 자재의 주문량은 안전재고량을 고려한 리드타임기간의 자재 수요량에서 현재의 재고량을 뺀 값으로 정해진다.

본 연구에서 분석하고자 하는 사례는 도심지에 위치한 주상복합 신축현장에서의 철근 재고관리 현황이다. 사례현장의 총 소요기간은 38개월, 철근의 총 투입량은 6,420TON이며, 시내중심부 및 주거지역을 통과하는 도심지 공사로써 민원발생 등으로 인한 공정계획 변동의 위험성이 높고 자재야적 및 관리를 위한 간접비 비율이 높은 것으로 조사되었다. 따라서 효율적인 자재재고에 관한 관리의 필요성이 높은 현장이라 할 수 있다. 본연구에서 자재의 주문시점과 주문량을 구하는 방법은 주문이 필요한 자재의 안전재고량과 리드타임동안의 수요량을 구한 후, 이를 현재 재고량과 비교하여 주문량 및 작업이 지연되지 않고 수행될 수 있는 최적의 주문시기를 결정하게 된다.

그림 8.  
철근 가공·조립 공정

철근의 경우 공사 전 단계에 걸쳐서 쓰이는 범위가 광범위 하여 지속적으로 작업이 이루어지며, 건설현장의 안·밖의 여러 변동요인들에 의해 자재수급에 영향을 크게 받는 등, 자재의 특성상 많은 변동성을 가지고 있어 위와 같은 개념을 적용하기에 적절하다고 판단된다. 철근 원자재가 투입되어 설치되는 과정을 간단히 나타내면 그림 4 와 같다. 본 연구에서 제시한 자재의 주문시기와 주문량의 산정 방법에 적용성 검토를 위하여 현장을 선정하고 시범 적용 하였다. 현장에서 수행하는 자재관리업무에 추가작업 없이 자재관리 하는 것을 목표로 하여 현장에서 작성되는 자재관리 데이터의 수집과 이를 통하여 제시하는 산정법을 검증한다. 표 5는 조사대상 현장 개요를 정리한 것이다.

현장자료 수집결과 주문된 일반 철근자재는 1회에 걸쳐 124 TON이 입고되었다. 주문량과 입고량은 일치하며, 현장내의 소요변경에 의해 재고가 발생 할 수 있다.

수집된 데이터를 통해 주문시기를 산정하는데 필요한 정보를 수집한다. 표 7은 철근의 주간 업데이트 자료를 정리한 것이다.

표 8은 업데이트된 정보와 기존의 정보를 이용하여 주문시기 산정에 필요한 데이터를 정리한 것이다.

표 9는 사례현장에서 조사를 실시한 철근의 일반적 하루 소요량과 현장의 상황에 따라 변동하는 현장에서의 최소, 최대 철근 소요량을 나타낸 것이다.

식 2를 이용하여 안전재고량을 산정한다. 안전계수는 기존에 선행되었던 자재관리 연구에서 사용한 5%를 적용하였는데³⁾, 이는 본 연구에서 진행한 현장 자재 담당자와의 면담을 통해 결정된 안전계수와도 일치하였다. 데이터의 분설결과를 활용하여 11년 09월 19일로 주문시점을 가진다면, 리드타임 동안의 수요량은 11년 09년 10일부터 11년 09월 24일까지의 자재수요량을 통해 결정된다.

식 3을 이용하여 적정 주문량을 산정한다. 이 떄 현장의 재고량에 대한 정보가 필요하다. 재고량은 입고량에서 설치량을 뺀 값으로 결정되며, 현장의 데이터 분석결과 주문전일까지의 입고량이 124TON이었고 현장내의 재고량의 확인결과 98.1TON을 사용했음을 확인하였다. 이를 활용하여 재고량을 산정하면 다음과 같다.

일반철근 재고량 = 자재입고량-자재 설치량

= 124 - 98.1

∴ 25.9 TON

산정한 재고량을 바탕으로 식3을 이용하여 적정주문량을 산정하면 다음과 같다.

적정주문량 = (리드타임동안의 수요량 + 안전재고량)- 현재재고량

= (76.3+10)-25.9

∴ 60.4TON

마지막으로 식 1을 이용하여 적정주문시점을 산정할 수 있다. 적정주문시점은 리드타임동안의 수요량과 안전재고량의 합으로 결정되며, 적정주문시점은 철근의 재고가86.3TON일 때 주문이 이루어지면 된다.

건설현장에서 사용하는 철근의 경우 수요율 및 리드타임이 일정하지 않고 자재의 수요량이 기간에 따라 변이가 발생하지만 자재의 주문이 고정 주문 간격에 의해 이루어지지 않고 앞서 유도한 재 주문점에 의하여 이우어질 경우 수요량이 불규칙하더라도 변동성에 의한 영향을 완충시키는 것이 가능 할 것으로 판단된다. 즉, 수요량이 많아질 경우 높은 재고수준에서 주문을 하게 되고 주문간격이 좁아져 주문횟수가 늘어나면서 미래의 높은 수요에 미리 대비하는 두 가지 아이디어를 하나로 통합한 연속검토모형 (Q,r)모델에 기본 원리인 재주주문점이 r에도달하면 Q만큼 주문한다는 개념에 적용 가능한 주문시점과 주문량의 산정을 통해 건설현장에 자재관리에 있어 수요율의 변화와 공급소요 시간 등의 불확실성에 의한 영향을 줄일 수 있을 것으로 기대된다.