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국내 3D프린팅 건설 기술, 어디까지 왔나

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국내 3D프린팅 건설 기술, 어디까지 왔나

유럽·美 중심 기술개발·시공 활발...공사기간 단축, 작업인력 최소화로 비용 절감
삼성ENG·현대건설·반도건설·현대BS&C 등 연구개발 가세, 전문업체 인수 '경쟁'
"수직골조 방식 의존 조형물 수준...주거 충족 하려면 인허가 제도 개선 뒤따라야"

건설업계에 ‘스마트건설’의 기술 연구개발과 현장 도입이 활발하다.

제4차 산업혁명의 물결이 건설산업의 디지털 전환을 재촉하면서 BIM(3D 기반 건물정보 디지털모형)을 비롯해 모빌리티·스마트홈·인공지능(AI)·사물인터넷(IoT)·드론·원격제어·로봇·빅데이터 등 스마트기술들이 속속 건설시장에 진입하고 있는 것이다.

다양한 스마트건설 분야 가운데 최근 건설사의 관심을 받고 있는 기술은 ‘3D(3차원) 프린팅’이다.

이미 유럽 등 선진국 건설현장에선 3D프린팅 기술로 지은 주택들이 속속 등장하고 있다.

지난 2일 네덜란드 아인트호벤공과대학이 전문 건설설계사와 손잡고 순수한 3D프린팅 기술로 방갈로 스타일의 1층 주택 5채를 5일 만에 ‘뚝딱’ 지어져 은퇴부부의 보금자리로 제공했다.

러시아에서도 한 건설사가 3D프린팅으로 하룻만에 콘크리트 주택 한 채를 우리 돈 1100만 원 공사비로 후다닥 만들어냈다.

중동의 아랍에미리트(UAE) 두바이는 공사비 1억 6000만 원을 투입해 17일만에 복층 구조의 건물 하나를 3D프린팅으로 건설했다. 더 놀라운 사실은 3D프린팅 건축에 참여한 작업인원이 고작 1명이었다는 점이다.

미국과 중국도 3D프린팅 건설을 앞다퉈 상용화하고 있는 추세다. 또한, 주택 범주를 뛰어넘어 강철 재질의 다리(교량)을 설계·제조하는 작업에 3D프린팅이 투입되는 등 기술 적용 사업영역이 갈수록 확대되고 있다.

◇건설기술연구원 30평 시범주택 3D프린팅 시공 성공…"2023년께 빌딩·교량 대형구조물 건설 목표"


삼성엔지니어링이 개발한 3D프린팅 로봇으로 제작한 건축물(왼쪽)과 건축물제작 과정 모습. 사진=삼성엔지니어링이미지 확대보기
삼성엔지니어링이 개발한 3D프린팅 로봇으로 제작한 건축물(왼쪽)과 건축물제작 과정 모습. 사진=삼성엔지니어링


한국도 이같은 3D프린팅 건설 추세에 부응해 전문연구기관과 건설사, 대학들이 연구개발과 직접 제조에 나서고 있다.

이미 한국건설기술연구원은 국토교통부의 도시건축연구사업 과제의 하나로 3D프린팅 건축사업에 착수해 콘크리트 건축물 완공을 목표로 실무작업에 매진하고 있다.

2018년부터 스마트건설지원센터를 신설해 기술 고도화와 기업 건설현장 적용 등을 지원하고 있다.

건설기술연구원 건설자동화연구센터의 서명배 박사는 “유럽을 중심으로 3D프린팅 건설이 활발하다”면서 “미국·덴마크는 주로 소형주택을, 러시아는 대형주택을 3D프린팅으로 짓는 사례가 나오고 있다”고 해외시장 현황을 전했다.

서 박사는 국내외 건설현장에 미숙련 외국인 노동인력이 다수이고 위험지역 투입으로 인건비용과 안전사고 문제가 수반되자 각 나라와 기업들이 3D프린팅 기술을 기반으로 로봇 대체 움직임을 보이기 시작했다고 설명했다. 아직 건설현장에 로봇팔 수준의 무인기술력이 투입되는 수준이지만 앞으로 무인(無人)시공 단계로 옮겨가는 추세라고 말했다.

국내 건설업계도 3D프린팅 기술을 원하는 요구가 다양해지고 있다.

서 박사는 “국내에선 우리 연구원 주관으로 건설자동화연구단이 2016년부터 운영되고 있으며, 현재 3D프린팅 기술로 30평 모델의 시범주택을 시공하는데 성공했다”고 밝혔다.

시범주택은 벽체 중심으로 지어지는 이른바 ‘수직골조 방식’을 적용했지만, 오는 2023년부터 주택의 슬라브·보를 3D프린팅으로 건설하는 ‘수평골조 방식’ 기술을 연구개발한다는 계획이다.

수평골조 방식이 성공하면 일반주택뿐 아니라 빌딩 등 대형건축물, 교량 같은 토목건축물도 3D프린팅 기술로 만들 수 있게 된다.

국내 건설사 사례로는 최근 삼성엔지니어링이 차세대 건설용 3D프린팅 기술 개발 소식을 전했다.

삼성엔지니어링은 지난해 말부터 연구개발에 힘쓴 결과 올해 초 3D프린팅 로봇을 개발한데 이어 이달 초 로봇을 이용해 파일럿 테스트용 3D프린팅 건축물을 출력(제작)하는데 성공했다.

비정형건축 전문기업 마션케이㈜와 협력해 3D프린팅 건축물 시제품 성과를 거두면서 제작기간을 통상기간의 10분의 1 수준으로 단축하는 동시에 제작환경에 상관없이 품질 완성도 향상, 투입인력 절감과 안전사고 예방 등 효과를 기대할 수 있게 됐다고 삼성엔지니어링는 설명했다.

현대건설도 2019년부터 전문업체 ㈜쓰리디팩토리와 3D프린팅 연구에 착수해 비정형 거푸집 제작 기술 개발에 속도를 내고 있다.

특히, 첨단기계식 터널굴착장비(TBM)로 뚫은 터널 내벽의 마감재 제작에 사용되는 거푸집을 제작하는 연구를 진행 중이다.

현대건설은 올해 비정형 소형 구조물을 대상으로 3D프린팅 활용성을 시험할 예정이며, 기술 검증이 끝나면 현장에 시범 적용한다는 계획이다.

반도건설도 지난 8일 전문기업 하이시스와 ‘3D프린팅 건설(3DCP) 기술협력 업무협약’을 맺고 3D프린팅 건설 토털서비스를 제공받는 동시에 전문 시공법을 공동 연구개발하기로 했다.

아울러 미국 블랙버팔로3D(Black Buffalo 3D)와 파트너십을 구축해 해외 3D프린팅 건설시장 진출도 노린다.

이밖에 현대BS&C도 국내 최대 3D프린팅 건설 스타트업 코로나를 인수하고, 경비실 구조물(가로 4×세로 2.5×높이 2.2m)을 14시간 만에 제작해 서울 장충동 사옥 앞에 설치했다.

그러나, 국내 3D프린팅 기술이 가야할 길은 아직 멀다.

◇ "주택 시공에 재료가 핵심"...시멘트·콘크리트 등 재료의 점성·경화 속성을 정확하게 충족시켜야

현대건설 기술연구소가 3D프린팅 기술로 만든 아파트 공원벤치 조형물. 사진=현대건설 블로그이미지 확대보기
현대건설 기술연구소가 3D프린팅 기술로 만든 아파트 공원벤치 조형물. 사진=현대건설 블로그


현재 일부 건설사들이 3D프린팅 건설 사례로 공개하는 주택은 수직골조 방식에 의존하고 있는 ‘조형물 수준’에 머물고 있다는 점이다.

즉, 국내 3D프린팅 건물들은 가시설물로 인정받는 조형건축물이며, 내부에 전기시설은 가능하지만, 단열·방수·내관·수도시설 등 설계와 가설은 할 수 없는 구조이다.

서명배 박사는 “현재의 3D프린팅 주택은 건설 인허가 법규를 고려하지 않은 모델 단계라 아직 사람이 주거하기는 힘들다”면서 “앞으로 2023년부터 5년 동안 인허가 법규를 충족시키는, 즉 사람이 안심하고 살 수 있는 3D프린팅 주택(건물)을 만드는 것이 연구원의 목표”라고 말했다.

아울러 “3D프린팅 건설에 사용되는 시멘트·콘크리트 등 재료의 점성·경화 속성을 정확하게 충족시켜야 하고, 계절·온도·습도 같은 제반 환경 요건에 맞아야 사람이 주거하는 공간으로 완결된다”면서 3D프린팅 주택 시공에서 재료가 핵심이라고 강조했다.

대학들도 3D프린팅 기술 연구개발이 활발하지만, 아직은 기초연구 단계 수준인 것으로 알려졌다.

3D프린팅 건설사업을 더 활성화하기 위해선 국내 건설 인허가 제도·지침의 개선이 선행돼야 하고, 국내에 아직 시공 사례가 전무한 만큼 발주처·건설사·건축주 3자가 3D프린팅 주택의 안정성을 담보하는 노력을 기울여야 한다고 서 박사는 조언했다.


이진우 글로벌이코노믹 기자 rainygem2@g-enews.com