한국건설교통기술평가원의 국가 R&D 중 명지대학교 김왕직 교수를 단장으로 한 ‘한옥기술개발연구단’이 눈에 띠는 성과들을 내놓고 있어 이목이 집중되고 있다.
특히, 한국건설기술연구원 임석호 박사를 중심으로 다담건축과 마에스트로 건축이 공동으로 추진한 고품질의 신한옥을 저렴한 가격과 짧은 공기로 지을 수 있는 기술이 개발돼 큰 관심을 불러일으키고 있다.
이 과제는 신한옥의 ‘공기단축형 복합모듈개발(초고속 탈현장 신한옥 개발)’ 연구로 고품질의 신한옥을 저렴한 가격과 짧은 공기로 공급하고 높은 품질과 성능을 발휘할 수 있도록 공장에서 대부분의 공정을 수행하는 공법에 관한 것.
즉, 공장에서 박스 유닛을 제작한 후 박스 유닛 내에 내외장재를 시스템화 시켜 조립하고 이를 현장에 운반, 이로 인해 한옥 건축 시 공기를 획기적으로 단축시킬 수 있는 신한옥의 새로운 건축 방식이다.
공장서 박스 유닛 제작 내외장재 시스템화 조립 현장 이송
폐자재 발생률 줄이고 정밀시공 등 획기적 공기 단축 가능
일본과 유럽 등지에서는 유닛 모듈라 주택에 대한 개발과 함께 이에 대한 시판이 이뤄지고 있지만, 이 시스템을 국내에 그대로 적용하기에는 여러 가지 문제점을 내포하고 있다.
우선 설계방법에서 우리나라는 오픈시스템의 유닛 모듈라 주택을 지향하고 있지만, 일본을 비롯한 유럽의 경우 특정 계열사를 적용범위로 하는 클로즈드 시스템을 지향하고 있다. 따라서 현재 우리나라의 설계도서 작성기준에서 명시하고 있는 설계기준으로부터 설계매뉴얼이 작성돼야 한다.
또한, 적용부품도 우리나라는 온돌을 사용하고 부품의 치수체계 등도 상이해 별도의 DB가 필요하다.
한편, 지금까지 공장에서 생산된 자재를 현장으로 반입, 시공이 완료된 건축공간을 실측한 후, 이에 맞춰 공장 생산된 자재를 재절단하는 실측시공이 관행화돼 왔다. 또한, 구체에서 발생하는 시공오차는 주로 후속공정인 마감자재를 현장에서 임의적으로 해결해 왔으며, 현장 폐자재 발생은 당연한 건축현장의 산물로 여겨져 왔다.
특히, 노후화된 부품을 교환하기 위해 멀쩡한 자재를 훼손해야만 하는 불합리한 유지관리 측면도 지적받고 있다.
이에 최근 들어 이러한 재래적인 시공방법과 문제점을 해결하기 위해 프리패브화를 통한 궁극적인 건축생산의 합리화를 도모하는 일련의 시책이 시행되고 있다.
이는 정부에서 추진하는 그린홈 정책과도 맞물리는 것으로 주택 자재나 부품 등의 재료를 친환경적인 것으로의 대체와 함께 현장의 폐자재 감소와 유지관리를 용이하게 하는 것.
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| 신한옥의 자원순환형 개념 |
이처럼 건축물을 폐기하거나 개·보수를 통한 수명 연장은 폐기량 저감과 재생 활용량을 증가시키는 즉, 자원축적이라는 측면에서 매우 중요하다. 특히, 국가 오염 총량의 1/3을 차지하고 있는 건축분야에서는 더욱 중요하다.
따라서 건축분야에서도 순환형 건축을 위해 폐자재의 발생을 억제(Reduce)하고 재사용(Reuse)하고 재생, 활용(Recycle)하는 3R에 대한 관심이 높아지고 있다.
이러한 측면에소 이번에 개발된 ‘초고속 탈현장 신한옥’은 대부분의 자재와 부품이 건식화, 프리패브화 되고 표준화와 부품화를 지향하고 있어 자재와 부품의 3R구현이 용이해 더욱 눈길을 끌고 있다.
연구내용
이 과제에서는 전통적인 한옥 특성을 살리면서도, 자원 재활용이 가능하고 사용이 편리하며, 현대적인 기술이 지원되는 경제적인 한국형 유닛 모듈라 주택을 개발에 초점을 맞추고 진행됐다.
따라서 이 연구는 신한옥의 박스유닛화를 통한 고품질과 고성능을 기반으로 공기단축 등을 통한 경제성 있는 신한옥 건설시장 개척을 가장 큰 비전으로 삼고 있다. 이와 함께 신한옥 물량의 지속적인 확보를 통하여 건설비의 획기적인 저감 유도, 박스유닛의 모듈화를 통한 자재와 부품의 규격화와 표준화 달성, 신한옥 건설인력의 공장근무를 통한 기능 인력의 지속적인 육성, 신한옥 공급과 수급 균형을 통한 한옥 건설 산업의 선진화 등을 비전으로 하고 있다.
이를 위해 이 연구는 ‘신한옥 단위 유닛모듈 설계 및 구조시스템 개발’, ‘신한옥 단위 유닛모듈 조합 시공 매뉴얼 개발’, ‘신한옥 자재 및 부품 상세도 개발’, ‘신한옥 유닛 모듈 공법의 시공성 및 경제성 평가’ 등의 세부적인 연구가 수행되고 있다.
우선 신한옥 단위 유닛모듈 설계 및 구조시스템 개발연구에서의 설계 부문에서는 한옥의 기본 유닛을 적용한 유닛DB 구축, 유닛모듈라 배치계획, 부품 접합부 설계지침, 설계원형 개발 등이 진행되고 있으며, 구조 부문은 구조안전성에 관한 연구로 기둥-보의 접합부 강도평가, 단위유닛의 비선형 해석, 프로토 타입에 대한 구조해석 연구가 수행되고 있다.
신한옥 단위 유닛모듈 조합 시공 매뉴얼 개발 부문에서는 대량생산을 위한 설계 표준화를 근거로 구조체 제작 공장과 내부 마감별 생산체제를 갖추기 위해 공장 생산 자동화 관련 매뉴얼과 현장 시공 매뉴얼을 개발이 이뤄지고 있다.
신한옥 자재 및 부품 상세도 개발 부문을 살펴보면, 신한옥의 자동화 시스템 개발부분은 유닛DB 시스템 설계, 유닛 구조검토 모듈 구현, 물량산출 프로그램과의 연계로 구분되며, 유닛DB와 부품DB를 통해 수요자가 원하는 평면을 구성할 수 있고, 유닛을 적용한 평면을 도출할 수 있다.
또한, 단위유닛에 대한 구조검토와 고정하중, 적재하중, 풍하중, 설하중 등의 구조해석을 실행해 변형도, 반력도, 부재력도와 같은 결과를 확인할 수 있으며, 자동 물량산출 프로그램은 기본유닛에 구성되는 기본적인 부품 내역을 입력, 물량산출이 가능하다.
신한옥 유닛 모듈 공법의 시공성 및 경제성 평가 부문에서는 시공 프로세스, 경제성, 성능 등 평가 가능한 체크리스트 마련하고 이 체크리스트를 토대로 신한옥 유닛 모듈 공법의 시공성, 경제성, 성능 등을 평가가 진행되고 이러한 평가와 분석 결과를 개선방안으로 마련, 작성된 시공 매뉴얼에 반영하게 된다.
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| 신한옥 단위유닛의 제작과정 |
기대효과
기술적 측면에서 가장 눈에 띠는 부분은 바로 획기적인 공기단축이 가능한 점이다. 신한옥을 대부분 공장에서 제작, 기초공사 기간에도 공장에서는 신한옥의 모듈제작이 가능해 획기적인 공기단축이 가능하다.
또한, 공장제작을 통해 정밀한 시공이 가능하며 표준화와 부품화를 통한 일정한 성능을 표준화할 수 있으며, 공장제작을 통한 건설인력의 노무비를 획기적으로 저감시킬 수 있는 계기를 마련할 수 있어 건설 코스트의 대폭적인 저렴화가 가능할 것으로 보인다.
경제·산업적 측면에서는 대량생산을 가능케 하면서도 한옥자체의 특성을 살려 품질이 우수하고 고성능이며 합리적인 가격의 한옥 건축이 가능하고 한옥 시공 기술자들을 대상으로 안정된 직업군을 형성이 가능할 것으로 전망된다.
또한, 프리패브화(Prefab)된 한옥의 유닛 모듈은 재활용이 가능하고, 현장의 폐기물을 감소시켜 친환경 건축 기술의 개발에 크게 기여할 것으로 예상된다.
인 / 터 / 뷰
공장 80 현장 20% 작업
한옥 건축비 40%까지 낮춰
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| 임석호 선임연구위원 |
한국건설기술연구원 임석호 선임연구위원은 “한옥의 경우 현재 현장에서 대목수의 수작업 맞춤방식 공법을 따르고 있어 이에 따른 인건비가 많이 소요되고 있으며, 건축공사 단가가 일반 주택에 비해 높고 현장작업 위주로 공사기간이 길뿐만 아니라 시공자에 따라 성능과 품질에도 많은 차이가 발생하고 있다”고 말하며, “이러한 점들을 근본적으로 해결하기 위해 정･직육면체의 박스 모양의 유닛 모듈을 적용, 이미 제작된 모듈을 시공현장으로 이송, 접합을 통해 하루 만에 완성시킬 수 있는 기술 개발에 성공했다”고 밝혔다.
이어 그는 “유닛 모듈에는 이미 전기선, 수도관, 온돌 등 모듈의 벽과 바닥에 이미 설치돼 있어 접합 작업만으로 한옥이 완성될 수 있다”고 설명하며, “이러한 기술을 통해 현재 한옥 대중화의 걸림돌이 되고 있는 과도한 건축비와 폐목재 발생과 같은 환경문제 등을 해결할 수 있으며, 특히, 이 기술 적용 시 한옥주택 건설에 소요되는 건축비를 40%로 낮출 수 있다”고 덧붙였다.
한옥을 위한 유닛모듈 생산 시 공장에서 80% 작업이 진행되고 현장에서는 레고블록처럼 조립, 시공 등 20%의 작업만이 소요된다. 즉, 시공･자재･설계 표준화 등을 통해 시공현장에서의 작업을 최대한 줄여 폐자재를 줄이고 현장에서의 건축 작업 시간과 건축비를 줄일 수 있다는 설명이다.
고효율 단열재 사용 ‘품질’ 향상
해체 유닛박스 주택부품 재사용
한편, 이 연구는 이러한 장점 이외에도 냉․난방 성능 개선을 위해 고효율 단열재 등을 사용, 기존 한옥의 성능과 품질의 문제점을 유닛 모듈의 공장생산을 통해 해결하고 있다. 이와 관련, 임 선임연구위원은 “이중벽체로 냉난방 문제를 해결했으며, 현재 주택법에서 명시하고 있는 단열 성능을 만족시킬 수 있는 결과를 얻었다”고 밝히며, “특히, 한옥의 석가래에 단열재를 설치, 석가래를 타고 내려오는 냉기를 차단할 수 있다”고 소개했다.
이어 그는 “거주자의 취향에 따라 한옥주택을 건축･해체할 수 있을 뿐만 아니라 손쉬운 내부 리모델링, 주택 건축 시 현장에서 건축폐기물 발생을 줄이면서도 해체된 유닛박스와 주택부품을 다시 재사용할 수 있다”고 강조했다.
끝으로 임 선임연구위원은 “향후 4층 규모의 한옥공동주택 개발을 목표로 현재 내화성능, 층간소음, 구조체 안정화 등에 초점을 맞춘 연구에 매진하고 있으며, 성공적으로 개발이 이뤄질 경우 한옥 대중화와 도시지역 내 한옥단지 조성 등에 크게 기여할 것”이라고 전망했다.
