국내 건설자동화 현황

Construction automation status in Korea

프리패브리케이션 및 모듈 시스템

Prefabrication and Modular systems

개념

프리패브리케이션(Prefabrication)은 통상 프리패브라고도 사용되는 단어로 건축공사의 현장작업을 최소한으로 줄이고, 구조부재나 마루, 벽, 천정, 지붕의 패널 등을 미리 공장생산하여 현장에서 조립하는 공법을 의미합니다.

모듈 시스템(Modular System)은 국내에서 모듈러 주택(공업화 주택)이란 의미로 사용되고 있는데 주요 골조를 포함한 전기·수도 설비, 기본 마감재를 공장에서 사전 제작 후 레고 블록을 끼워 맞추듯 조립하는 공법으로 '조립식 주택', '이동식 주택'이라고도 불립니다.

공업화를 건축생산에 반영하는 의미로 근대건축의 기본개념 중 하나였으나, 예측만큼 성공을 거두지 못하고 있었습니다. 왜냐하면 설비투자나 공장생산 경영이 오히려 비용을 높이고 대량생산의 이익을 상쇄해 버리는 것 외에도, 기존 프리패브 건축이 일반적으로 단조롭고 가벼워 보여, 다양한 디자인을 적용하거나 심미적인 매력이 없는 데다가 그렇게 비용이 싸게 드는 것도 아니었기 때문입니다.

국내 시장에서 프리패브 건축 또는 모듈식 주택은 싸구려 목조주택과 컨테이너 주택으로 인식되고 있는 상황입니다.

Photo by Renzo Rebagliati | HOUSING•ZORRITOS, PERU 2022

해외 시장의 변화

2010년 이후를 기점으로 뉴욕 시에 자리 잡은 초고층 주거용 건물에서부터 유럽의 저가 호텔에 이르기까지 프리패브리케이션(prefabrication) 및 모듈 시스템은 가치를 더하는 방법으로서 건축주, 건축설계사, 하도급업체, 패브리케이션 제작업체, 제품 제조업체의 관심을 받기 시작했습니다.

전 세계적으로 프리패브리케이션 지지자들은 용적 기반의 반 맞춤 형 솔루션을 광범위한 건축 도전 과제에 대한 해결책으로 제시하면서 '오프 사이트(Offsite) 건축 기술'을 복잡한 프로젝트들에 점점 더 많이 적용하게 되었습니다.

엔지니어링 및 건축산업에 관리 컨설팅을 제공하는 글로벌 기업 FMI는 2014 미국 건축시장 개요(2014 US Markets Construction Overview)를 통해 숙련된 건축기술자의 부족으로 인해 미국의 건축 산업에서 모듈화와 프리패브리케이션이 점점 더 중요한 역할을 하게 될 것이라고 전망했습니다.

영국에 본사를 둔 국제 인프라 라이프사이클 서비스 회사인 밸포 비티( Balfour Beatty)는 일 년 전 잉글랜드 버밍엄에 위치한 퀸 엘리자베스 병원(Queen Elizabeth Hospital)을 위한 서비스 수행 중 보다 높은 가치 구현을 위해 프리패브리케이션과 모듈 방법을 채택했습니다.

잉글랜드 버밍엄에 프리패브리케이션과 모듈 방법을 채택해 완성된 퀸 엘리자베스 병원 / Balfour Beatty

이와 마찬가지로 벨기에에 본사를 두고 있는 인터 이케아 그룹은 가구 브랜드인 IKEA의 모회사로 미국에 본사를 두고 있는 호텔산업 회사 메리어트 인터내셔널과 파트너십을 체결하고 프리패브리케이션 기술을 활용하여 유럽에 저가 호텔을 만들고 있습니다.

FMI의 수석 컨설턴트인 에단 코울스 (Ethan Cowles)는 패스트푸드 시장에서는 이미 대세로 자리 잡은 프리패브리케이션과 모듈화의 활용이 보건의료, 호텔산업, 교육 분야에서 급성장할 것으로 전망하고 있습니다. OSCC의 라이언 스미스도 이에 동의하며 "패스트푸드 프랜차이즈, 자동차 서비스 센터, 육아시설, 데이터센터, 병원, 다가구주택, 중층 건물, 반복 가능한 구조적 필요를 가지고 있는 그 밖의 여러 건축물의 건축주들은 설계-구축 및 통합된 작업 진행에 더 많은 관심을 보이고 있다."라고 말합니다.

라이언 스미스는 프리패브리케이션과 모듈화를 건축물 구축 사이클에 통합함으로 써 가치를 더할 수 있지만 그것이 만병통 치약은 아니라고 덧붙이고 있습니다. "이러한 방법이 모든 프로젝트에 채택될 것이라고는 생각하지 않습니다. 그러나 전반적인 프로젝트의 구성요소로서 노동력을 최소화하고, 생산성을 증대하며, 일정을 앞당기는데 도움이 될 수는 있습니다. 즉, 가치를 더할 수 있다는 의미입니다."

국내시장 현황

탈현장화(OSC·Off-Site Construction)

기존 철근·콘크리트 방식의 현장 공사는 날씨 등 기후 환경에 제약을 받을 수밖에 없습니다. 반면 모듈 시스템은 별도의 공장에서 건축물의 70~80%를 생산해서 현장으로 이동해 조립하는 방식으로 외부 요인에 따른 변수가 적습니다.

이에 따라 공사기간을 20~50% 단축할 수 있고 그만큼 공사비 절감도 기대할 수 있습니다. 실내 작업에 따른 균일품질 확보, 안전개선, 자재 절감 등도 가능하며, 아울러 자동화 기술인 3D 건축 정보 모델(BIM) 등을 적용하면 사전에 위험 요소를 살피고 오시공을 막을 수 있어 정밀도도 높일 수 있다는 장점이 존재합니다.

또한 모듈 시스템은 현장 건설 기간이 짧아 소음, 분진, 건설 폐기물 등이 적은 '친환경적 공법'으로 평가받고 있으며 건축자재의 재활용률도 82.3%(대한건설정책연구원 보고서)에 이른다는 장점이 있습니다.

박희대 한국건설산업연구원 부연구위원은 지난 3월 건설동향브리핑에서 "모듈러 주택의 사업비 절감, 공사기간 단축 효과, 자재 사용량 감소, 공장 생산을 통한 품질 관리, 현장 혼잡도 저감, 안전선 향상 등이 시장 확대에 기여하고 있다"며 "세계 모듈러 건설시장은 연간 4.7~7.0% 성장할 것"이라고 전망했습니다.

GS건설의 자회사인 GPC의 충북 음성 공장에서 출하되는 ‘프리캐스트 콘크리트 PC’ / GS건설

공공주택 정책반영

국토부는 지난달 20일 '스마트 건설 활성화 방안'을 발표하고 모듈러 건설을 확대하겠고 밝혔습니다. 정부에서도 모듈러주택 공급에 힘을 싣겠다는 의미로 받아들일 수 있습니다.

초기 시장 활성화를 위해 2023년 공공주택 발주물량을 1000 가구로 확대하고 용적률, 높이 제한 등 완화 혜택을 부여해 향후 20층 이상으로 지을 수 있도록 기술을 고도화한다는 것이 이번 발표에 포함되었습니다.

국내 첫 13층 이상 중고층 모듈러주택 실증 사업인 '용인영덕 A2BL 경기행복주택'도 지난 1월 착공해 공사 중입니다. 민간참여 공공주택사업으로 현대엔지니어링 컨소시엄이 시공하며, 전용면적 17㎡ 102 가구, 전용 37㎡ 4 가구 등 총 106 가구로 조성예정입니다.

세종시에도 이달 모듈러 공법으로 짓는 7층짜리 대단지(416 가구) 주택을 착공합니다. LH가 발주하고 계룡건설 컨소시엄이 시공하는 세종 행복주택으로, LH가 모듈러 공법으로 조성하는 첫 7층 규모 주택입니다.

국내 첫 13층 이상 중고층 모듈러주택 실증 사업인 '용인영덕 A2BL 경기행복주택’ / 현대엔지니어링

시장선점에 나서는 건설업계

모듈러 주택이 미래 먹거리로 떠오르자 건설업계도 시장 선점을 위해 사업 규모를 키우고 있습니다.

GS건설은 2020년 글로벌 모듈러 업체 폴란드의 '단우드'와 영국의 '엘리먼츠 유럽'을 인수해 자회사로 편입시켰습니다. 국내 목조 모듈러 주택 사업을 위한 자회사 자이가이스트를 설립해 경기도 하남시 덕풍동 일대 목조주택 조성에도 추진 중입니다.

DL이앤씨는 지난해 LH가 발주한 전남 구례, 부여 동남에 총 176 가구의 모듈러주택 건설 사업을 수주했습니다. 삼성물산은 지난 4월 사우디아라비아 엔지니어링 기업인 RSI와 아랍에미리트(UAE) 아부다비에 모듈러주택 계약을 체결하고, 국내에서는 경기 일산 한국건설기술연구원 내 모듈러 공법이 적용된 '스마트건설지원센터 2 센터'를 완공했습니다.

전문가들은 국내 모듈러 시장이 점점 더 커질 것으로 보고 있습니다.

손태홍 한국건설산업연구원 연구위원은 "정부도 3기 신도시나 주택공급 대책(250만 가구+a) 등에 모듈러 공법을 도입해 주택을 조속히 공급하겠다는 의도를 갖고 있고, 국내 건설산업 생산 혁신 차원에서도 스마트건설의 일환으로 모듈러 주택 적용을 확산하고 있다"라고 강조합니다.

제도정비와 인식개선

다만 모듈러 주택 공급량을 크게 확대하긴 어렵다는 게 현재 업계의 중론입니다. 아파트 수요를 대체하기엔 모듈러 주택의 층수, 면적, 규모 등이 조건에 부합하지 않기 때문입니다. 더군다나 '모듈러 주택=컨테이너'라는 부정적 인식도 아직까지 넘어야 할 산으로 평가합니다.

현재 국내 모듈러 건축물의 최고층은 12층(준공 기준)입니다. LH가 2017년 준공한 부산용호 행복주택은 4층, 2020년 준공한 세종사랑의집 영구임대주택은 최고 2층입니다. 국내 첫 13층 이상 중고층 모듈러 주택 실증 사업인 '용인영덕 A2BL 경기행복주택'은 지난 1월 착공해 아직 공사 중입니다.

 

모듈러 주택은 철근콘크리트로 뼈대를 만드는 일반 아파트와 달리 주요 구조부가 스틸로 되어있습니다. 이에 13층 이상 중층에 적용되는 내화기준을 맞추려면 실내 면적 축소, 사업비 증가 등이 불가피해 층수를 올리기가 쉽지 않은 측면이 있습니다. '고밀도'가 빠지니 가구수를 크게 늘리기도 어렵습니다.

손태홍 한국건설산업연구원 연구위원은 "공공주택까지 확산할 수 있느냐가 관건인데 빨리 이뤄지긴 쉽지 않아 보인다"며 "건설산업이 여전히 인력 중심이라 현장 의존도 높고, 신기술이 정착하려면 공공발주제도나 정책도 바뀌어야 하기 때문에 시간이 오래 걸릴 것"이라고 내다봤습니다.

이어 "미국, 일본, 유럽 등은 모듈러 공법이 건물 및 시설물을 생산하는 방법 중 하나로 정착돼 있어 국민들의 인식도 긍정적"이라며 "국내에서도 공공이 시장을 만들어주고, 대형 건설사들이 기술 투자해서 먼저 시도해서 모듈러 주택을 많이 짓고 그에 따른 긍정적 효과가 검증된다면 범용화 될 수 있다"라고 덧붙였습니다.

건설 자동화 사례

현대엔지니어링

2012년부터 모듈 시스템을 도입한 현대엔지니어링은 국내에서 처음 사업을 시작한 사례입니다.

김양범 현대엔지니어링 스마트컨스트럭션실 책임매니저(건축사)는 "건설 산업의 낮은 생산성, 전문인력 부족, 안전 문제 등을 극복할 수 있는 안정적인 생산 체계를 구축하려면 모듈화로의 전환이 선택이 아닌 필수라는 내부 판단이 있었다"며 "경영진 차원에서 모듈러 사업의 성장 가능성을 보고 일찍 투자를 시작했다"라고 배경을 설명합니다.

현대엔지니어링은 모듈러 R&D(연구&개발)을 지속해 모듈러 건축 관련 건설 신기술과 다수의 특허를 보유하고 있습니다. 아울러 국내서 △용인영덕 A2BL 경기행복주택(13층·106 가구) △가리봉동 시장부지 복합화 공공주택 사업(12층·246 가구) 등 대형 국책 과제 3건에 참여 중입니다.

현대엔지니어링은 용인영덕 행복주택을 발판 삼아 향후 20층 이상 고층 건물을 시공하겠다는 계획입니다.

김 책임매니저는 "지금의 기술 수준으로도 20층까지 건물을 올릴 수 있지만 아직 시공 경험이 없어 정밀성 등이 입증되지 않은 상태"라며 "용인영덕 행복주택 준공 경험이 발판이 돼서 향후 20층~30층 이상 고층 건물을 지을 예정"이라고 전했습니다.

이어 "내년부터 모듈러 고층화에 대한 국책과제가 진행될 예정인데 통상 국책과제 기간이 3~5년 정도 진행되므로 실증기간까지 포함하면 2030년 정도면 대형 평면의 고층 모듈러 주택도 상용화될 것으로 기대된다"라고 덧붙였습니다.

이와 함께 원룸 형태에서 벗어나 평수를 넓히고 평면도 다양화한다는 방침입니다. 그는 "싱가포르의 40층짜리 모듈러 건축물을 보고 왔는데 4 베이, 5 베이 등 기존 아파트와 평면 구성이 똑같아서 소비자들에게 모듈러 주택이라고 따로 설명하지도 않더라"며 "국내서도 20평대~30평대로 평면을 넓히고 베이 구조를 적용할 수 있도록 할 것"이라고 말했습니다.

이어 "시장 추이에 따라 공동주택뿐만 아니라 오피스나 호텔 등 사업영역 확장을 비롯해 자체 공장 운영, 해외사업 진출 등도 검토할 예정"이라고 덧붙였습니다.

GS건설 자이가이스트

GS건설이 유럽 스타일의 모듈러 공법을 이용한 고급단독주택 콘셉트하우스를 공개하며 국내 프리패브주택 시장 대중화에 본격 나서고 있습니다.

GS건설 자회사인 자이가이스트는 지난 27일 경기도 하남시 덕풍동에 프리패브 콘셉트하우스를 준공했습니다. 자이가이스트는 GS건설이 지난 2020년 100% 출자해 만든 프리패브(Prefab) 전문회사로 목조 모듈러 단독주택 및 고급 주택단지 조성 사업을 진행 중입니다.

자이가이스트의  프리패브 콘셉트하우스 Proto.31D / GS건설

이번 콘셉트하우스는 대지면적 262.4㎡ (약 80평)에 건축연면적 208.3㎡ (약 63평)의 2층규모로 목구조의 프리패브 공법으로 시공된 고급형 단독주택입니다.

GS건설이 인수한 폴란드 ‘단우드’ 사의 패널(벽체)이 구조체로 사용되는 등 유럽에서 검증된 프리패브 공법과 국내 프리미엄 아파트 브랜드 ‘자이’의 디자인이 결합된 한국형 고급 단독주택입니다. 이번 콘셉트하우스는 전문주택업체의 단독주택단지를 조성하는 사업을 위한 B2B 모델로 일반 개인 단독주택을 위한 B2C 모델은 추후 공개할 예정으로 알려졌습니다.

자이가이스트가 이번에 공개한 프리패브 공법의 단독주택은 공장에서 생산한 패널을 정교하게 이어 붙여 만든 공법으로 공기는 기존 주택 대비 최대 30% 줄일 수 있다고 합니다. 또 기존 프리패브 주택의 고질적인 문제점으로 꼽혔던 디자인의 아쉬움과 패널 이음에 대한 불안정한 마감을 대폭 개선해 기존 단독주택 상품과 다른 고급 단독주택을 구현했다는 주장입니다.

자이가이스트의 하남시 덕풍동 위치한 프리패브 콘셉트하우스. / GS건설

실제 목조 프리패브 주택은 패널을 이어 붙이는 방식이어서 이음새 부분의 기밀성이 상품의 질을 좌우하는데 자이가이스트가 공개한 콘셉트하우스는 국내 최고 수준의 기밀성 테스트 결과를 받았다고 합니다.

기밀성은 목조 프리패브 주택의 안정성뿐만 아니라 소음방지와 에너지효율을 결정하는 지표로 한국생산성본부 인증 에너지효율등급 1등급을 받는 등 완성도를 높였다는 평가입니다.

GS건설 GPC

사전제작 콘크리트(Precast Concrete·PC)가 건설업계에서 탈현장과 친환경 사업으로 떠오르고 있습니다. 건설사들은 PC를 새로운 먹거리로 삼으며 ESG(환경·사회·지배구조)에 힘을 쏟기 시작했습니다.

PC는 미리 만들어진 콘크리트 부재를 현장에서 조립·설치하는 공법입니다. 공장에서 만들기 때문에 건설 현장에서 상호 간섭 가능성이 낮고, 거푸집에 현장에서 콘크리트를 타설하고 굳기를 기다리는 과정이 생략됩니다. 이는 현장 인력을 최소화해 안전사고를 예방하며 아울러 공사 중 폐기물 발생량을 줄일 수 있어 친환경 공법으로 평가받고 있습니다.

다만 업계에서는 PC 공법이 아직 과도기에 있어 기존 철근 콘크리트(reinforced concrete·RC) 공법보다는 비용이 더 들어가지만, 부재의 표준화가 이뤄진다면 경제적으로 우위에 있을 가능성이 높다고 평가하고 있습니다.

GS건설은 2020년 PC 사업 진출을 공식화하면서 2021년 PC제조업체인 지피씨(GPC)를 100% 자회사로 편입시켰습니다.

GS건설은 2020년 국내 최초로 지하주차장 외부 벽체에 PC 공법을 적용하는 데 성공했습니다. GS건설은 PC 생산회사인 아이에스동서와 함께 개발한 이 기술을 통해 아파트 지하주차장 바닥의 정형 구간(직사각형 구간)에만 적용되던 PC 공법을 지하주차장 외부 벽체로 확대 적용했습니다.

아파트 지하주자창 외벽을 100% PC 공법만으로 시공에 성공한 것은 국내 첫 사례입니다. 지하주차장 외부 벽체의 경우 정형화된 구간이 많지 않아 PC 공법 적용이 쉽지 않았기 때문입니다.

GS건설은 2022년 가동을 목표로 충북 음성 중부일반산업단지 전체 14만 8426㎡ 부지에 PC 자동화 생산공장을 건설하고 있습니다. 공장은 최신 자동화 생산 설비를 구축할 예정이며 총 투자 규모는 향후 증설계획까지 고려하면 1000억 원 이상일 것으로 추산되고 있습니다.

한성PC건설에서 제작한 사전제작 콘크리트(Precast Concrete·PC)를 사용하는 건설현장. / 한성PC건설

한화건설, PC 제작 기업과 MOU

한화건설은 2021년 9월 공동주택 지하주차장 외벽에 내진 성능을 갖춘 PC 공법을 시범 적용하는 데 성공했습니다. 한화건설은 2020년 10월 국내 최대 PC 제작과 시공 전문기업 한성PC건설, PC 설계 전문 엔지니어링 회사 에센디엔텍과 함께 PC 공법 개발 공동 추진 협약(MOU)을 체결한 바 있습니다.

이후 지하외벽 PC공법 개발에 본격 착수한 지 약 10개월 만에 ‘한화 포레나 수원장안’ 아파트 106동 인근 지하주차장 2개 경간(16M), 총 9개 부재를 시험 시공했습니다.

한화건설은 10만 가구의 주택과 사회기반시설을 건설하는 이라크 비스마야 신도시 건설현장에 PC 공법을 적용해 설계, 시공 능력을 검증받은 바 있습니다. 이어 고양 향동지구에 들어서는 대규모 지식산업센터를 PC 공법으로 건설했습니다. PC 공법이 적용된 단일 건물 지식산업센터로는 국내 최대 규모로 총공사비는 약 2000억 원입니다.

한화건설은 기술 개발을 통해 PC 공법과 특화 아이템 개발에 주력하고 있으며 이를 실제 현장에 적용함으로써 PC 적용 비율을 점차 확대해 나간다는 계획입니다.

출처  

- COMPASS (2022) Architecture, engineering & construction. compassmag.3ds.com
- BISINESSWATCH (2022) 집도 레고처럼 조립한다. news.bizwatch.co.kr
- Redshift (2020) 프리패브리케이션, 위기 속 비상 건물 위한 키를 쥐다. redshift.autodesk.co.kr
- 한국금융신문(2021) GS·한화·반도, ‘사전제작 콘크리트’로 탈현장·친환경. fntimes.com