PURPOSES : With the recent enactment of the 「Framework Act on Sustainable Infrastructure Management」 in Korea, the establishment of mid- to long-term management plans for social infrastructure and the feasibility evaluation of maintenance projects have become mandatory. To this end, the life cycle cost analysis is essential. However, owing to the absence of a deterioration model, trials and errors are in progress. METHODS : In this study, a deterioration model was established for bridges, which are the representative social infrastructures of roads, particularly for expansion joints that can cause enormous damage to not only the superstructure but also the substructure. The deterioration model was classified into rubber and steel, based on the material of the expansion joint. The analysis used the inspection and climate data conducted in Korea over the last 12 years. The Bayesian Markov Hazard model was applied as the analysis technique. RESULTS : The average life expectancy by type of expansion joint was analyzed to be 8.9 and 6.6 years for rubber and steel, respectively. For probabilistic life cycle cost analysis, the probability distribution of the life expectancy, validity range by confidence level, and Markov transition probability matrix were presented. CONCLUSIONS : In this study, the basis for deterministic and probabilistic life cycle cost analysis of expansion joints was laid. In future studies, it will be necessary to establish a standardized deterioration model for all types of infrastructure, including all bridge elements.

PURPOSES : This study aimed to estimate road pavement life expectancy using Bayesian Markov Mixture Hazard Model, to support infrastructure asset management. In addition, the life expectancies for the pavement condition index were compared among regional construction and management administrations. METHODS : Eleven years of National Highway road pavement monitoring data fused with ESAL (Equivalent Single Axle Loads), SNP (Structural Number of Pavement, an indicator of structural capacity), and average low temperature, total rainfall, and de-icing were used for the deterioration modeling. Deterioration modeling was performed through the Bayesian Markov Mixture Hazard Model. RESULTS : The expected life expectancy of the crack was estimated at 12.28 to 18.51 years, rut depth was estimated at 15.93 to 25.3 years, and the International Roughness Index was estimated at 10.44 to 14.33 years. It was also confirmed that the heterogeneity factor proposed in the Bayesian Markov Mixture Hazard Model could be used to analyze group characteristics and differences in the benchmark. CONCLUSIONS: This study provided important information in that it compared the life expectancies and structural characteristics of the pavement condition indexes among regional construction and management administrations. Based on this result, it is expected that a pavement structure design and maintenance strategy suitable for deterioration characteristics among regional construction and management administrations will be established.

1986년에 국도에 포장관리시스템이 도입된 이래 최근 자산관리시스템(AMS; Asset Management System)에 대한 본격적인 연구가 시도되고 있다. 이는 도로유지보수 수요는 점점 증가하는 반면, 갈수록 줄어드는 사회간 접자본 관련예산, 그리고 예산지출의 투명성/객관성에 대한 공공의 요구 등에서 비롯된 자연스러운 현상이라 할 수 있다. 자산관리분야는 공학, 계획, 통계, 프로그래밍, 경제, 회계 등 다양한 학문이 복합적으로 접목하여 1)파손과정에 대한 해석, 2)생애주기비용분석에 관한 연구에 집중되어 있다. 이중에서 도로파손과정에 대한 연구는 경쟁관계에 있는 포장원료나 포장설계기법에 대한 우위를 결정하는 등 그 자체로도 존재의 의미가 충분하 지만, 생애주기비용분석에서도 도로이용자비용의 흐름을 결정하는 핵심적인 요소이기 때문에 파손과정분석결 과에 대한 신뢰성, 현실성은 무엇보다 중요하다. 이에 본 연구에서는 생애주기비용에 관한 내용은 배제하고 도로파손과정, 특히 현실적인 기대수명에 대해 심도 있는 고찰을 시도하고자 하였다. 기대수명의 추정과 관련된 선행연구들을 살펴보면, 대부분 기대수명(혹은 파손속도를)을 하나의 값으로 표현하고 있다. 이러한 접근방식은 파손과정의 평균적 특성만을 설명할 수 밖에 없기 때문에 포장파손과정에 포함된 불 확실성의 해석에 한계를 갖는다. 또한, 생애주기비용분석에서도 여러 유지보수기준에 해당하는 기대수명 중 가장 짧은 기대수명에만 영향을 받아 유지보수과정이 결정되는 문제점을 갖게 된다. 이는 다양한 유지보수공법을 다양 한 유지보수기준을 참조하여 시행하고 있는 포장관리의 현실에 비추어 볼 때 비현실적이며, 중장기 예산수요예측에도 영향을 미칠 수 있다. 이에 본 연구에서는 1)포장의 파손과정은 파손정도에 따라 이질적인 특성을 갖고, 2) 그 포장파손과정에는 다양한 도로환경(예:포장강도, 교통하중 등)의 영향으로 인한 심각한 불확실성을 포함하고 있으며, 3)관리자가 운용하는 다양한 유지보수기준에 따라 기대수명이 달라진다는 현실을 반영하고자 하였다. 여 기에 추가적으로 4)각 유지보수기준에 해당하는 기대수명의 통계적 신뢰수준에 따라 최종 기대수명이 달라질 수 있다는 점도 추가적으로 고려하고자 하였다. 이러한 연구목적을 충족시킬 수 있는 모형은 우선 확률론적(stochastic) 모형이어야 하며, 포장파손상태에 따라 독립적으로 파손속도가 예측됨은 물론 설명변수도 고려될 수 있어야 한다. 또한, 기대수명의 분산(혹은 모형계 수의 분산)정보 또한 제공 가능한 분석구조를 가지고 있어야 할 것이다. 본 연구에서는 이 모든 조건을 충족하는 분석기법으로 베이지안 마르코프 위험률 (Bayesian Markov hazard) 모형을 활용하였다. 이 모형은 마르코프 연쇄를 기반으로 한 확률과정모형으로, 마르코프전이확률행렬을 예측하는데 다단계위험률모형을 응용하여 각각 독립인 이산적 포장상태에 대한 위험률 함수를 단위시간으로 정식화한 후, 이 위험률 함수의 예측에 설명변수를 포함시키는 구조를 갖고 있다. 또한, 모형계수의 분산파악이 가능하고 지역수렴문제나 샘플수의 부족 등의 문제들을 해결할 수 있는 베이지안 통계기법을 접목하고 있다. 사례분석에서는 한국국도에서 2007~2011년에 수집된 균열, 소성변형, 종단평탄성 자료를 활용하였으며, 최근 예산부족으로 인해 수정된 유지보수기준을 활용하여 포장상태등급을 구성하였다. 본 논문의 주요결과로 1)각 상태 지표의 등급별 위험도 함수, 2)마르코프 전이확률행렬, 3)유지보수 기준 별 기대수명의 도출, 4)확률론적 개념에서의 유지보수 기준 별 위험영역(hazard zone)과 이 들을 통합한 결합확률분포를 제시하고 있으며, 최종적으로 5) 결정론적 개념에서의 기대수명이 현실에서의 기대수명과 상이함을 증명하고 있다.

This paper is to propose tolerance intervals for expected time at the given reliability and confidence level for continuous and discrete reliability model. We consider guaranteed - coverage tolerance intervals, that is, reliability - confidence level tolerance intervals. These proposed methodologies can be applied to any industrial application where the customer's operating specification require a high level of reliability.