Intro : 건설 현장, 불확실성과의 싸움에서 해답을 찾다
건설 현장은 늘 날씨, 작업자의 숙련도, 안전사고 등 수많은 불확실성과 싸워야 하는 공간입니다. 특히나 곡선과 다면체로 이루어진 비정형 건축물이라면 그 난이도는 기하급수적으로 상승합니다. 최근 건설업계의 메가 트렌드로 자리 잡은 DfMA(Design for Manufacturing and Assembly, 제조 및 조립을 고려한 설계)의 진정한 '꽃'은 바로 이 복잡한 비정형 파사드를 모듈화 하는 데 있습니다. 현장에서 땀 흘려 용접하고 맞추는 대신, 공장에서 정밀하게 제작된 비정형 유닛을 입체적으로 조립하는 방식이죠.
Challenge : 왜 비정형 파사드에 모듈러 공법이 필요할까 ?
직각으로 이루어진 일반적인 박스형 건물과 달리, 비정형 건축물은 부재 하나하나의 곡률과 각도가 다릅니다. 이를 현장에서 직접 시공하게 되면, 높은 곳에서 위험한 고소작업을 해야 할 뿐만 아니라 약간의 오차만 발생해도 전체적인 디자인이 틀어지게 됩니다.
"비정형 패널 수백, 수천 장을 현장에서 직접 맞춘다? 이는 품질 저하와 공기 지연, 그리고 안전사고로 직결되는 가장 큰 위험 요소입니다."
또한 비정형 하지 구조체의 용접 품질은 매우 중요한 부분인데, 현장에서는 용접 조건이 좋지 않아서 용접품질을 확보하는 것이 용이하지 않고, 가설비계 등이 추가되어야 하므로 공사비 상승, 공기지연으로 이어질 수 있습니다. 특히 현장 용접하면서 시공오차가 발생할 경우 선제작된 유리, 패널등이 맞지 않기 때문에 다시 제작해야 하기 때문에 공기와 품질에 영향을 주는 더 큰 리스크들이 존재합니다.
결국, 비정형 파사드의 품질을 높이기 위해서는 현장 작업을 최소화하고, 공장 제작 비율을 극대화하는 '모듈러(Unitized) 공법'이 그 해답일 수 있습니다. 그런데 이를 위해서는 제조, 운반, 설치를 고려한 파사드 엔지니어링(Facade Engineering)과 시공 현황을 반영하기 위한 3D 스캐닝 측량과 역설계 기술들이 반드시 선행되어야만 합니다.
Solution : DfMA의 핵심은 비정형 파사드 모듈러
비정형 파사드 모듈러에 대한 위드웍스의 고민과 실행은 이미 20년 전부터 시작되었습니다. 현장의 난제를 비정형 파사드 모듈러 기술를 적용하여 기술적 난제들을 해결하였습니다. 비정형 파사드 모듈러를 구현하기 위해서는 공장제작의 정밀도가 중요합니다. 철골구조체는 제조, 시공 중 오차가 발생하더라도 3D 스캐닝과 역설계를 통해 파사드 모듈러에 반영하면 되지만 (하지구조체와 간섭이 일어날 경우 형상 변경 필요), 파사드 모듈러는 정해진 공차 이내에서 제작되지 않게 되면 현장조립이 되지 않기 때문에 정밀하게 제작하는 것이 매우 중요합니다. 정밀한 제작을 위해 하지 구조체의 레이저 절단 및 용접은 필수적이며, 때로는 지그를 활용하여 3차원적으로 정밀하게 조립될 수 있도록 공법화 해야 합니다. 위드웍스가 참여하여 성공적으로 완성한 비정형 파사드 모듈러 사례들을 살펴보겠습니다.
1. 금강대학교 원각도서관 옥상 조형물, 2005년
1)8개의 거대한 연꽃 모양을 똑같이 만들기 2) 옥상 현장 용접을 최소화,라는 목표를 이루어 내기 위해 각파이프 벤딩의 현장제작하는 원설계에서 지상에서 거대한 연꽃 형상의 구조틀을 조립한 뒤 대형 크레인으로 한 번에 인양하는 방식으로 시공하도록 (파사드 모듈러를 적용) 다시 엔지니어링 했습니다. 모듈러 공법 적용을 위해 연꽃잎을 구성하는 구조부재부터. 제조 방법까지 전부 변경하여 Pre fab으로 조립하여 설치하는 디테일로 적용했고 이를 통해 성공적으로 프로젝트가 완성될 수 있었습니다.
다만 철골에서 제조 및 시공오차가 설계 예상치 보다 더 컸기 때문에 접합부 부분을 완벽하게 맞추지는 못했지만 그 당시로는 건축에서 거의 사용되지 않은 CNC 레이저 가공기술을 적용하여 3D 형상을 가진 모듈러의 정밀도를 최대한 높일 수 있었습니다.
2. 대구 디아크, 2012년
디아크 프로젝트는 매우 짧은 공기내에 공사를 마무리해야 했던 프로젝트입니다. 이러한 요구조건을 만족시키기 위해서는 하지트러스 부재를 하나씩 설치하는 녹다운 방식으로 현장에서 공기 내 준공은 불가능해 보였습니다. 따라서 비정형 AL. 패널을 설치하기 위한 하지 시스템과 지붕에서 가설재 없이 합판, 방수 공사가 이루어지기 위해 데크까지 일체화한 대형 유닛을 하부에서 제작하여 인앙하는 파사드 모듈러 공법을 적용했습니다. 데크가 포함된 하지틀 모듈을 설치된 후 후속 공사였던 단열, 방수 및 마감 패널공사는 크게 어려움 없이 짧은 기간 내에 잘 완성되었습니다.
3. 서천 국립생태원 생태체험관, 2012년
국립생태태원 생태체험관은 지상에서 최상단부까지 약 30m 이상으로 지붕공사 및 지붕하단 천장공사를 일반적인 건축공사 방법으로는 안전 및 시공품질 확보(현장 벤딩)가 용이하지 않아서 모듈러 방법 제안하였고 이 공법으로 변경하여 공사가 진행되었습니다. 내외부 마감재 뿐만아니라 방수, 단열을 포함하여 일체화시킨 모듈러를 제작하여 설치하도록 하였는데, 스틸 커튼월의 시공오차로 인해 선제작된 모듈러의 일부는 현황에 맞춰 다시 제작 설치하는 일도 있었습니다. 국내 시공현장에서는 선행공정의 시공오류가 발생했을 때 형상을 다시 수정하여 공사를 진행하는 것이 아니라 통상 다음 공정에서 시공오류를 반영하여 공사하는 것이 현실입니다. 따라서 선행공정의 오류를 확인하고 지오메트리를 재 수정 하여 발주하는데 까지 재료에 따라 다를 수는 있지만 최소 몇 개월의 시간이 소요될 수 있습니다. 그런데 이러한 부분을 간과할 경우 내부공사 일정까지 지체될 수 있으므로 업체 간 현장 분쟁의 소지도 충분히 발생할 수 있습니다. 커튼월 시공사와 유리 시공사 둘 다 공사 중 부도가 나는 최악의 상황이었지만 다행히 위드웍스가 엔지니어링을 맡은 지붕공사 부분은 DfMA방식으로 공사가 진행되었기 때문에 일부 커튼월 시공오류로 제재작 하는 것을 제외하고는 큰 문제없이 공사가 잘 마무리되었습니다.
5. MBC 상암 신사옥 판매시설, 2013
모듈러 시공의 가장 큰 장점은 선조립을 해서 현장에 들어오거나 현장의 빈공간에서 일차 제작 후 인양하여 조립하기 때문에 공기 단축을 이루어 낼 수 있습니다. 이 현장 역시 공기가 매우 촉박한 상태에서 위드웍스가 참여하여 가장 어려운 구간인 커튼월과 만나는 전면부를 모듈러 방식으로 제안하여 공법을 변경했습니다. 커튼월 시공현황을 외장패널 및 파사드 모듈러에 반영하기 위해 3D 스캐닝 및 역설계를 진행하였고, 이를 통해 짧은 공기 내에서 외장패널 공사가 문제없이 잘 완료될 수 있었습니다.
7. 세종정부종합청사 3-1 구역, 2015
세종정부종합청사 3-1 구역의 외장패널의 원 설계 디테일은 알루미늄 시트 패널 클로즈 조인트였습니다. 그런데 비정형 파사들 구간을 클로즈 조인트 디테일로 구현이 불가능했기 때문에 알미늄 복합패널로 변경하여 파사드 모듈러 공법으로 비정형 구간뿐만 아니라 정형구간의 까지도 파사드 모듈러 공법을 적용하여 절대 공기 내에서 성공적으로 잘 완성할 수 있었습니다.
10. 해운대 엘씨티 캐노피, 2019
해운대 엘씨티 비정형 캐노피는 CNC T-BAR 하지 시스템을 모듈러 공법으로 적용하여 현장용접을 최소화하였으며, 이를 통해 최고의 시공 품질을 확보할 수 있도록 하였습니다. DfMA의 가장 큰 장점은 아무리 형상이 복잡하더라도 모듈러를 설치한 후 실측 없이 비정형 패널을 제작, 조립하기 때문에 공기단축 및 시공품질 확보에 매우 유리합니다.
9. 가좌동 오피스텔 옥탑 파사드, 2020
가좌동 오피스텔 옥탑 파사드구간에 파사드 모듈러를 적용한 이유는 다른 프로젝트와 마찬가지로 짧은 공기내에서 공사를 완료하기 위해서였습니다. 설계, 제조, 시공 포함하여 3개월내에 완성해야 하는 목표를 가지고 진행하였고 모듈러 공법을 적용하여 목표했던 기간내에 완성할 수 있었습니다. 타워 크레인 철거 일정때문에 파라펫 콘크리트의 타설 이전에 파사드 모듈러의 제작설계 및 모듈제작을 선 진행했는데, 콘크리트 파라펫의 시공오차가 예상했던 설계 공차를 벗어나서 현장에서 대응하면서 문제를 해결하였습니다. 시공 현황을 정확하게 실측하여 반영하지 않고 선행해서 설계기준대로 제작설계 및 제작을 진행할 경우 선공정의 시공오차로 인한 리스크는 매우 큽니다. 아무리 현장이 급해도 도면이나 BIM 모델링 기준으로 선제작하는 것은 매우 신중하게 판단하여 결정해야 할 사항입니다.
10. 갤러리아 광교, 2020
원설계 비정형 글라스 파사드에 적용된 볼 노드 공법으로는 유리중심선과 구조프레임 중심축이 평행하지 않는 문제점으로 인한 시공불량의 문제가 예상되어 위드웍스에서 제안한 스마트노드 공법으로 변경하여 공사가 진행되었습니다.. 그런데 부재와 노드를 하나씩 연결하여 현장조립하는 녹다운 방식은 용접 품질 확보에 어려움이 있고 공기지연될 수 있는 상황이었으므로, 인근 야드에서 Pre fab으로 제작하여 현장으로 옮겨서 설치하는 파사드 모듈러 방법을 적용했습니다.
각각의 형상이 다른 모듈들이 양시 발생하는 집중하중으로 인해 구조체의 변형이 오지 않도록 하기 위해서 인양 엔지니어링을 진행하여 인양 위치까지 지정하여 안전하게 인양이 되도록 유도했습니다. 스마트노드공법으로의 설계 변경, 파사드 모듈러 공법 적용, 각 모듈러별 인양엔지니링 덕분에 짧은 공사기간과 협소한 시공여건 불구하고 성공적으로 공사를 마무리할 수 있었습니다.
11. 평택 아트센터, 2025
파사드 모듈러 중 가장 어려운 설계 부분이 입체 파사드 모듈러입니다. 평택아터센터는 외관 디자인의 특성상 외벽을 지지하는 메인 구조체가 별도로 없이 와플 형상을 하지 구조체와 외장패널을 일체화하면서 완성되어야 하는 매우 고난도의 파사드 모듈러 프로젝트였습니다. 정확하게 공장에서 제작된 평면 모듈러 하지틀들이 현장에서 입체적으로 조립하여 파사드 구조틀과 모듈러 제작한 입체 폴딩 패널을 적용하여 구현하기 가장 어려운 비정형 파사드임에도 불구하고 시공 완성도를 최대한 높일 수 있었습니다.
12. 청라 하나드림타운헤드쿼터, 2026
이 프로젝트는 파사드 디테일의 타입이 너무 많고 복잡하여 일반적인 현장시공 방법으로는 도저히 구현이 불가능하였습니다. 그래서 설계단계에서부터 파사드 모듈러 개념을 적용하 설계를 완료했고, 시공단계에서는 설계에서 다 챙기지 못한 부분까지 다 포함하여 추가로 몇 배의 엔지니어링을 더 해서 완성한 건축물입니다. 시공 단계에서는 복잡한 형상의 외장 하지틀을 차수판을 포함하여 입체적으로 제작하여 현장에서 볼팅으로 조립할 수 있도록 파사드 모듈러를 설계 및 발주를 진행했고, 전체 AL. 외장패널의 고정지점도 입체 하지틀에서 PDA 브래킷을 활용하여 조립될 수 있도록 시스템화시켰습니다. 복잡한 디자인을 현장에서 각파이프로 절단해서 일일이 시공한다는 것은 공기지연, 시공품질불량등의 요인이 됩니다. 특히 수많은 비정형 외장 패널들을 현장제작된 하지틀에 맞춰서 제작하는 것은 도저히 불가능하기 때문에 파사드 모듈러 공법을 적용하여 비정형 설계가 완벽하게 구현될 수 있도록 하였습니다. 복잡한 디자인일수록 3D 제작설계와 제작에 엄청 시간과 노력이 들어감으로써 현장에서는 단순조립만 하면 되기 때문에 공사가 쉬워지고 품질은 최대한 올라가게 됩니다.
Result & Insight : 파사드 모듈러가 가져온 가치, 그리고 위드웍스의 DfMA기술력
위드웍스 프로젝트 사례에서 살펴봤듯이 비정형 파사드 모듈러 공법은 ① 공기 단축, ② 균일한 고품질 확보, ③ 현장 안전사고 예방이라는 강력한 세 가지 장점을 제공합니다. 일반 커튼월에서는 유닛공법을 적용하여 유리와 프레임을 일체화시켜서 시공하고 있지만, 비정형 파사드에서 3D 제조설계 와 경험들이 많지 않기 때문에 국내 비정형 모듈러 사례들이 많지 않습니다. 위드웍스의 비정형 파사드 모듈러 프로젝트들은 일반적이지는 않지만 앞으로 건축물의 디자인이 AI로 인해 더 복잡해질 수 있으므로 파사드 모듈러 공법들을 잘 활용하게 되면 공기, 품질, 안전등 여러 가지 시공현장의 문제들을 해결하는데 매우 용이할 것입니다.
"비정형 프로젝트를 성공적으로 하려면 어떻게 해야 하느냐? "라고 질문을 위드웍스에 한다면, "DfMA로 하세요"가 정답일 것입니다. 앞으로는 건축물을 공장에서 각 파트들을 제조해서 현장에서는 단순 조립만 해야 하는 시대가 올 것입니다.
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