모듈러 교량의 생산성과 경제성 분석

1. 요약

• 이 리포트는 모듈러 교량의 생산성과 경제성을 분석하고, 철골계와 콘크리트계 모듈러 교량의 특성과 도전 과제를 논의합니다. 모듈러 교량 공법은 현장 작업 시간을 단축시키고 자재 사용의 효율성을 높여 공사 시간과 비용을 크게 절감하는 장점을 지닙니다. 한국건설기술연구원(KICT)은 다양한 실증 프로젝트를 통해 모듈러 주택의 성능 및 경제성을 검증하였으며, 철골계 모듈러와 콘크리트계 모듈러의 각각의 특과 도전 과제를 보여줍니다. 철골계 모듈러는 고강도와 고내구성의 장점을 가지지만, 높은 생산 비용과 내화성능 및 진동 문제를 해결해야 합니다. 반면, 콘크리트계 모듈러는 우수한 내화성능을 자랑하지만 고중량으로 인해 추가적인 설계가 필요합니다.

2. 모듈러 교량의 생산성

• 2-1. 현장 작업 시간 단축

• 모듈러 교량 공법은 기존 전통적인 건설 방법에 비해 현장 작업 시간을 크게 단축시킵니다. 부윤섭 KICT 전임연구원은 모듈러 건축이 공장에서 생산한 모듈러를 현장에서 조립함으로써, 현장 공기를 절반 가까이 줄일 수 있다는 점을 강조하였습니다. 이러한 생산 공정의 개선은 건설 산업에서 중요한 변화를 불러일으키고 있습니다.

• 2-2. 생산성 향상을 위한 사례 연구

• 모듈러 교량의 생산성 향상은 여러 사례를 통해 입증되었습니다. 한국건설기술연구원은 서울 가양동 모듈러 실증 공공주택과 천안 두정동 모듈러 실증 공공주택 프로젝트를 통해, 모듈러 주택의 성능 기준 준수 및 생산성 향상을 실현하였습니다. 국내 최고층인 13층 규모의 경기행복주택 프로젝트는 중고층 모듈러의 연구 성과를 적용하여 진행되고 있으며, 내화 성능 인증 시험을 통해 철골계 모듈러의 단점도 극복하고 있습니다.

• 2-3. 모듈러 공법의 적용 사례

• 부윤섭 전임연구원은 국내 모듈러 공동주택의 대부분이 철골계 모듈러로 공급되었다고 설명하였습니다. 이와 함께, KICT는 경기행복주택 사업을 진행하며 모듈러 공법의 다양한 적용 사례를 개발하고, 중고층 건축의 가능성을 제시하고 있습니다. 이러한 다양한 사례 연구는 모듈러 공법의 효율성을 실증적으로 보여주고 있습니다.

3. 모듈러 교량의 경제성

• 3-1. 자재 사용의 효율성 및 비용 절감

• 모듈러 교량은 공장에서 사전 제작된 구조물을 현장에서 조립하는 방식으로, 이는 자재 사용의 효율성을 높이고 비용을 절감하는 데 기여합니다. 예를 들어, 모듈러 건축 공법은 전통적인 철근 콘크리트 공법에 비해 1000가구 주택을 건설하는 데 필요한 기간을 약 3년 6개월에서 1년 8개월로 단축할 수 있습니다. 이렇게 생산성이 높아짐에 따라 생산 비용 또한 감소하게 됩니다.

• 3-2. 공장 제작과 품질 관리의 장점

• 모듈러 시스템에서는 주요 구조물 제작과 건축 마감을 공장에서 미리 수행하여 현장으로 운송하고 조립하는 방식으로 작업이 이루어집니다. 이 과정에서 품질 관리가 용이해지며, 공장의 환경에서 일정한 기준의 품질을 유지할 수 있게 됩니다. 모듈러 공법은 이러한 장점을 통해 시간이 절약될 뿐 아니라, 생산 과정에서 발생할 수 있는 자재 낭비를 줄이는 데에도 기여합니다.

• 3-3. 환경적 경제성

• 모듈러 주택 및 교량은 기존 건설 방식보다 탄소 및 폐기물의 배출량을 줄일 수 있는 방법으로 평가됩니다. 부윤섭 KICT 전임연구원에 따르면, 공장에서의 제작은 현장 공사와 동시에 진행되므로, 미세먼지 및 기타 민원 문제를 최소화할 수 있으며, 환경적으로도 긍정적인 효과를 가져 옵니다. 이러한 혁신적인 접근 방식은 ESG(환경, 사회, 지배구조) 경영 방침에 부합하여 주택 시장의 발전에도 중요한 역할을 하게 됩니다.

4. 철골계 모듈러 교량

• 4-1. 고강도 및 고내구성

• 철골계 모듈러는 품질이 우수한 강재를 사용하여 제작되므로 고강도 및 고내구성의 장점을 갖고 있습니다. 이는 모듈러 마감의 안정성을 높이고, 다양한 기후 조건에서도 지속적으로 사용할 수 있도록 돕습니다.

• 4-2. 빠른 시공 속도

• 모듈러 건축은 공장에서 구조물을 제작한 후 현장에서 조립하는 방식으로, 이는 전통적인 건설 방식에 비해 공사 속도를 대폭 단축시켜 줍니다. 예를 들어, 1000가구 주택의 경우 전통 철근 콘크리트 공법에 비해 모듈러 공법이 약 1년 8개월로 공사 기간이 줄어듭니다.

• 4-3. 경량 구조의 특성

• 철골계 모듈러의 경량 구조는 이동과 설치의 용이성을 제공하며, 이는 고층 건축물에서도 효율적인 설계를 가능하게 합니다. 따라서 철골계 모듈러가 많은 주택 프로젝트에서 요구되고 있습니다.

• 4-4. 내화성능 문제

• 철골계 모듈러는 내화성능 확보를 위해 별도의 상세 설계가 필요하며, 이는 생산성과 경제성에 추가적인 도전 과제를 제공합니다. 이를 해결하기 위한 연구와 기술 개발이 필수적입니다.

• 4-5. 진동 대응 문제

• 진동에 대한 철골계 모듈러의 취약성 문제는 적절한 해결책이 필요하며, 이를 개선하기 위한 다양한 연구와 실증이 진행되고 있습니다. 진동 문제 해결은 사용자의 안전과 만족도를 높이는 데 중요한 요소입니다.

5. 콘크리트계 모듈러 교량

• 5-1. 우수한 내화성능

• 콘크리트계 모듈러 교량은 상당히 우수한 내화 성능을 가지고 있습니다. 이는 콘크리트를 이용하여 제작된 구조물이 내화성을 확보할 수 있는 여러 상세가 필요 없다는 점에서 큰 장점입니다.

• 5-2. 경제성과 재활용의 장점

• 콘크리트계 모듈러 교량은 경제성을 제공합니다. 생산이 공장에서 이루어지므로 시간 및 비용이 절감되며, 구조물의 재활용 가능성 또한 높습니다. 특히, 프리캐스트 콘크리트를 사용하여 고강도와 함께 우수한 진동 성능을 갖추고 있어 경제적 이점이 큽니다.

• 5-3. 고중량 구조의 단점

• 반면, 콘크리트계 모듈러 교량은 고중량 구조로 인해 고층 양중 시 어려움이 발생합니다. 이러한 고중량 특성 때문에 20층 이상의 고층형 모듈러 건축을 위해서는 추가적인 해결책이 필요합니다.

• 5-4. 생산 과정의 복잡성

• 생산 과정에서 콘크리트계 모듈러 교량은 공장에서 제작된 후 현장에서 조립되기 때문에 복잡한 과정이 요구됩니다. 이는 건축 관련 전문성이 요구됨을 의미하며, 자재 및 인력 관리의 중요성을 강조합니다.

6. 모듈러 교량의 도전 과제

• 6-1. 상대적으로 높은 철골계 모듈러의 생산 비용

• 철골계 모듈러는 콘크리트계 모듈러에 비해 상대적으로 높은 생산 비용을 요구합니다. 이는 철강 자재의 가격 상승과 함께 생산 과정에서의 기술적 요구 사항이 높기 때문입니다. 이러한 생산 비용은 건설 프로젝트의 전체 비용에 부정적인 영향을 미칠 수 있으며, 이를 해결하기 위한 방법론이 필요합니다.

• 6-2. 내화 성능 보강 필요성

• 철골계 모듈러는 내화 성능을 확보하기 위한 별도의 설계 및 보강이 필요합니다. 기존의 설계 방법으로는 내화 성능을 충분히 만족시키지 못하기 때문에, 추가적인 기술 개발 및 적용이 요구됩니다. 이는 공사 시 공통적으로 고려해야 할 중요한 사항입니다.

• 6-3. 진동 대응 문제

• 철골계 모듈러는 진동에 취약한 점이 있습니다. 진동으로 인한 안전 문제가 발생할 수 있으며, 이를 해결하기 위한 구조적 개선이 반드시 필요합니다. 진동을 효과적으로 제어하기 위한 기술적 연구가 진행되어야 하며, 이를 통해 모듈러 교량의 안정성을 강화할 수 있습니다.

7. 결론

• 모듈러 교량은 전통적인 건설 방식에 비해 생산성과 경제성을 크게 향상시킬 수 있습니다. 예를 들어, 모듈러 공법으로 1000가구 주택을 1년 8개월 내에 완공할 수 있으며, 이는 기존 방식 대비 절반 이상의 공사 시간을 단축시킵니다. 부윤섭 KICT 전임연구원이 지적한 바와 같이, 모듈러 공법은 환경적 경제성도 커서 미세먼지와 같은 환경 문제를 줄이며 ESG 경영 방침에도 부합합니다. 그러나 철골계 모듈러는 높은 생산 비용 및 내화 성능 확보와 진동 대응 문제 등 추가적인 도전 과제를 안고 있습니다. 이러한 문제들은 철저한 연구와 기술 개발을 통해 해결되어야 합니다. 콘크리트계 모듈러는 내화 성능이 우수하지만, 고중량 구조로 인해 고층 건축 시 추가적인 설계와 관리를 요구합니다. 미래의 건설 산업에서 모듈러 공법이 널리 사용되기 위해서는 이러한 도전 과제를 극복하기 위한 지속적인 연구와 발전이 필요합니다. 한국건설기술연구원(KICT)과 KAIA Insight와 같은 연구 기관들의 지속적인 지원과 연구가 필수적입니다. 모듈러 공법의 발전과 함께 실질적으로 적용될 수 있는 다양한 혁신이 현실화될 것입니다.

8. 용어집

• 8-1. 부윤섭 [인물]

• 부윤섭 한국건설기술연구원(KICT) 건축연구본부 전임연구원. 모듈러 공법 적용과 관련된 여러 연구 성과를 발표하였으며, 철골계 모듈러의 생산 비용 및 진동 문제를 지적한 바 있습니다.

• 8-2. 한국건설기술연구원(KICT) [기관]

• 모듈러 공법과 관련된 다양한 연구와 실증 프로젝트를 수행하는 연구기관. 모듈러 건축 공법의 생산성 향상 및 경제성 연구를 통해 국내 건설 산업 발전에 기여하고 있습니다.

• 8-3. KAIA Insight [저널]

• 건설산업과 관련된 다양한 연구 및 사례를 다루는 저널. 모듈러 유닛 공장 생산성 향상을 위한 철골 부재 표준화와 같은 연구를 발표한 바 있습니다.

• 8-4. 콘크리트 [재료]

• 고온에서의 구조적 안전성이 뛰어나고 재활용 가능성이 높은 건축 재료. 주로 내화성능이 중요한 건물에 사용되며, 고중량 때문에 구조적 안정성을 확보하는 데 어려움이 있을 수 있습니다.

• 8-5. 철골계 모듈러 [기술]

• 고강도, 고내구성, 빠른 시공 속도를 특징으로 하는 구조 공법. 하지만 비교적 높은 생산 비용과 진동에 대한 취약성, 내화 성능 보강 필요성 등의 도전 과제를 가지고 있습니다.

• 8-6. 콘크리트계 모듈러 [기술]

• 우수한 내화성능과 경제성을 특징으로 하는 구조 공법. 하지만 고중량 때문에 구조적 설계가 복잡해질 수 있습니다.

9. 출처 문서

• 콘크리트 - 위키백과, 우리 모두의 백과사전https://ko.wikipedia.org/wiki/콘크리트
• 부윤섭 KICT 전임연구원 “모듈러 공법 적용, 주택시장 개척 필요”https://www.steeldaily.co.kr/news/articleView.html?idxno=169043
• KAIA Insight - vol.14https://www.kaia.re.kr/webzine/2019_01/sub/sub1.html
• 모듈러 주택이란? - 뜻 & 정의 | KB의 생각https://kbthink.com/main/dictionarylist/dictionaryview.html?dictId=KED-00015248