[지식정보] 공동주택 건설의 4개 혁신 기술

최근 공동주택 건설기술은 모듈식 개발(modular development), 패널화(panelization), 대형 목재(mass timber), 미리 성형한 콘크리트(precast concrete)를 포함한 대체 건설기술이 떠오르고 있다. 이들 기술은 새로운 것은 아니지만, 각 기술의 보편화가 빨라지고 있다. 이러한 기술은 건설 시간을 단축하고 협업을 촉진하며 건물 설계 및 성능에 대한 조기 계획을 장려할 수 있는 잠재력이 있다.

자료: ULI https://urbanland.uli.org/economy-markets-trends/construction-innovation-growth-in-four-technologies-helping-speed-up-multifamily-projects/?utm_source=realmagnet&utm_medium=email&utm_campaign=hq%20urbanland%2008%2E05 Construction Innovation: Growth in Four Technologies Helping Speed Up Multifamily Projects

https://urbanland.uli.org/sustainability/mass-timbers-expanding-presence-in-the-commercial-building-industry/

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1. 모듈식 개발 Modular Development

모듈식 건물은 여러 개의 조립식 섹션으로 나누어져 현장 외부에서 건설되므로, 기존 건설 방식보다 건설 공간이 덜 필요하고 현장 조립이 용이 하다. 초기 설계 및 모듈 생산 후 조립품은 제조업체의 현장 근접성에 따라 비교적 빠르게 운반할 수 있다.

모듈러 건축을 주저하는 배경은 물류에 대한 이해 부족과 익숙하지 않은 非전통적인 기술에 의존하는 데서 오는 불확실성 때문이다. 이러한 오해는 모듈러(volumetric modular) 부피 측정에 두려움이 있기 때문이다. 이 기술은 실제로 새로운 기술은 아니다. 미국을 포함한 해외에서는 자주 사용되면서 잘 정립된 효율적 옵션으로 자리 잡고 있다. 특히 표준화된 공동주택에 특화되어 적절한 가격의 주택공급에 많이 사용된다.

모듈식 개발의 이점은 프로세스의 세 단계인 현장 外 오프사이트(off site), 현장 온사이트(on site), 완료와 마지막 마무리(zip-up. 옷의 지퍼를 마지막으로 올린다는 의미)에서 확인할 수 있다. 모듈식은 전체 건설 비용을 0~15% 절감하여 목재 프레임 건축보다 비용 효율적일 수 있다. 절감은 주로 프로젝트 일정 단축과 현장 노동력 감소에서 생긴다. 기존 건설 방식은 16~18개월이 소요되는 반면, 모듈식 빌드는 12~14개월로 단축될 수 있다. 건설 기간 단축은 당연히 비용 절감 기회를 준다. 대출이자와 운반비 절약, 자산의 출시 기간을 단축한다는 것은 빠른 수익 회전율과 연결된다.

2. 패널화 Panelization

현장 외 건설(Off-site construction)과 현장 조립(on-site assembly)은 패널화와 모듈식 개발을 연결하는 유사한 기능이다. 패널화는 성능과 구조에서 모듈 시스템보다 더 다양하고 유연성이 있는 장점을 제공한다.

벽, 바닥 및 지붕의 조립식 섹션 부품은 외부에서 만들어져, 현장에서 조립된다. 패널 제조업체와 설치업체를 융합할 수 있어 건설 프로세스가 용이하다. 조립 전에 시간을 절약하고 현장 작업을 더 쉽게 수행할 수 있다. 외부 패널을 만드는 동안 현장에서 추가 작업을 수행할 수 있고, 현장 타설 공사(cast-in-place construction)에 비해 공사 시간이 2배 이상 빨라진다.

패널화 주요 특징은 다른 건설기술과 달리 변화하는 개발 계획에 잘 적응한다는 점이다. 패널화는 제조업체의 강점을 활용할 수 있다. 즉, 지리적 위치, 현지 제조업체, 관할 구역을 기반으로 무엇을 건설하는지에 따라, 다른 건설기술로 확장할 수 있다.

3. 대형 목재 구조(Mass-Timber Framing)

매스팀버는 일반적으로 벽, 바닥 및 지붕 건설에 대형 단단한 목재 패널을 사용하는 골조 스타일의 범주다. 여기에는 혁신적인 형태의 조각 건물(sculptural buildings), 단단한 목재 패널, 너비 혹은 깊이가 1.82m 이상인 프레임 시스템으로 형성된 비건축 구조물(non- building structures)도 포함된다.

목조건물은 탄소 배출을 하지 않기에 친환경이다. 그러나 많은 나무를 베어 사용하기에 자연 파괴로 친환경이 아니라고 보는 이도 많다. 여기서 중요한 것은 일반적인 나무는 30~60년이면 생명이 다한다. 다 자란 나무를 베어 목재로 사용하고 다시 그 자리에 묘목을 심어 자연상태를 유지하는 것이 중요하다.

메스팀버는 강철이나 콘크리트 골조 시스템의 불연성(不燃性; noncombustive)을 대신하는 지속 가능한 대안으로 떠오르고 있다. 이 소재는 열 성능이 개선되면서, 대규모 건설에 적용할 수 있고, 조립 및 공기를 단축한다. 특히 공동주택 프로젝트에서는 매스팀버 뼈대는 대들보 없는(beamless), 두꺼운 판자(plank), 기둥 뼈대(column framing)를 사용하는 가장 효율적인 시스템이다.

다른 대체 건설기술과 마찬가지로 매스팀버는 효율성을 최적화하기 위해 건설 전에 더 광범위한 계획이 필요하다. 사전 조정(pre-coordination)과 사전 설계(pre-design)의 충족조건은 미리 성형한 콘크리트(precast concrete)와 동일하다.

교차해서 적층판(積層板)을 만드는(cross-laminated) 목재 소재는 구조물의 무게를 최소화하면서 상당한 구조적 지지를 제공한다. 해안 지역이나 토양이 좋지 않은 환경에 도움이 된다. 매스팀버 골조는 궁극적으로 건물을 훨씬 가볍게 만들어, 최적이 아닌 건물 환경에서도 위험하지 않은 기본 시스템을 유지하는 데 도움이 된다. 매스팀버 소재는 비용 프리미엄이 있지만, 시스템 절감 효과가 있다.

건설 폐기물을 줄이고 내재 탄소를 최소화하면서 기술이 더욱 다재다능해짐에 따라, 매스팀버에 대한 기회는 시간이 지나면서 증가하고 있다. 최근 매스팀버 산업이 성장하는 이유는 지난 30년 동안 다른 특성을 가진 다양한 제품이 개발되었기 때문이다. 종전의 일 방향의 막대기형인 스틱 프레임 목재(stick frame lumber)와는 성격이 다르다.

매스팀버 산업이 성장하면서 건설 프로젝트에 공급할 수 있는 상당한 가용 용량이 늘어나고 있다. 점점 더 많은 공급업체가 매스팀버를 제조하는 혁신적인 방법을 찾고 있다.

그러나 인력 부족으로 어려움을 겪고 있다. 대량 목재 성장 능력은 존재하지만, 공급망에 가용 노동력이 부족하면 불일치와 예측 불가능성이 발생할 수 있다. 그러나 오히려 이러한 잠재적인 차질은 프로젝트 계획에 일찍이 관련 개선 아이디어를 더 반영하는 힘이 되고 있다.

4. 미리 성형한 콘크리트 구조물(Structural Precast Concrete)

프리캐스트 콘크리트 구조물도 제품이 현장 외부에서 만들어진 후, 현장에서 한 번에 모두 조립된다. 다량으로 생산도 되고 있다. 이 건설기술의 이점은 일반적으로 건설 현장이 조용하다는 것이다. 또한, 주변 도시와 지역사회에 추가로 영향을 미칠 수 있는 현장 존재와 현장 교통 제한을 줄여, 안전 조건이 개선되고 있다.

프리캐스트 콘크리트의 잠재적인 단점은 부동산의 장기적 비전 측면에서 구조물의 상대적인 부동성(immobility)으로, 건설 후에는 유연성이 제한된다. 하지만 새로운 기술은 선행적 의사 결정을 지원하고 있기에, 장기적으로 보고 부동산 시장을 보다 신중하게 결정하면 된다.

모든 작업에는 건물에 대한 고유한 기준, 결과, 향후 용도가 있다. 그러므로 이러한 대체 건설기술을 선택할 때 모든 사항을 고려해야 한다.

5. 시사점: 조기 조정 및 협업 Early Coordination and Collaboration

전반적으로 대체 건설기술은 건설에 대한 새로운 관점을 제시한다. 대안을 완전하게 채택하지 않더라도 개발회사는 하이브리드 개발 프로젝트에 적용할 수 있는 이러한 기술의 특정 측면을 활용하는 기회가 된다.

이러한 시스템은 각 프로젝트에 대한 최적의 방법과 전략을 신중히 고려하는 조기 협업(early collaboration)을 요구한다. 여러 팀과 엔지니어 팀의 협업을 조직화하는 것은 어려울 수 있다. 하지만 협업의 기회는 가치를 만들어 낸다. 우리의 사고방식을 더 많은 협업과 설계를 하는 방향으로 전환해야 한다.

여러 팀의 협업 촉진을 위해 건축가, 일반 계약자, 모듈식 공급업체는 동시에 고용 내지 협업 시스템을 짜는 것부터 시작해야 한다. 가능한 한 빨리 조정하고 사전에 노력을 기울이면 책임과 기대치가 명확해져, 효율적인 건물 설계와 건설을 보장하는 데 도움이 된다.

중요 경로와 프로세스는 현장 외 기술(off-site technology)로 변화하고 있다. 개발팀은 이러한 변화에 주저할 수 있다. 그러나 이러한 기술을 적절하게 적용하고 효과적으로 사용하면, 건설의 효율성을 얻을 수 있다.