매년 초고층 건축물 관련 프로젝트가 증가하고 있으며, 초고층 건축물의 높이가 증가함에 따라 시공법과 함께 유지관리 방법도 기존방식과는 큰 차이를 보이고 있다. 또한 유지관리 업무 중 가장 빈번하게 수행되는 외벽 청소작업을 보다 안전하게 작업하기 위한 근본적인 대책으로 청소작업의 자동화 및 기계화가 요구되고 있다. 그리고 초고층에서 발생되는 돌풍 등 외부환경의 영향에 대응할 수 있는 방법으로 가이드레일 청소로봇 시스템이 제기되고 있다. 따라서 본 연구는 초고층 건축물 외벽 청소작업의 자동화 및 기계화를 위한 선행연구로써, 외벽 청소로봇 운용을 위한 가이드레일 기본단위유닛 도출과 가이드레일 개념(안)을 개발하는 것이다. 이를 통하여 초고층 건축물 외벽 청소로봇운용을 위한 선행연구이며, 운용에 필요한 최적의 가이드레일 최종설계의 기반을 마련하고자 한다.
매년 초고층 건축물 관련 프로젝트가 증가하고 있으며, 초고층 건축물의 높이가 증가함에 따라 시공법과 함께 유지관리 방법도 기존방식과는 큰 차이를 보이고 있다. 또한 유지관리 업무 중 가장 빈번하게 수행되는 외벽 청소작업을 보다 안전하게 작업하기 위한 근본적인 대책으로 청소작업의 자동화 및 기계화가 요구되고 있다. 그리고 초고층에서 발생되는 돌풍 등 외부환경의 영향에 대응할 수 있는 방법으로 가이드레일 청소로봇 시스템이 제기되고 있다. 따라서 본 연구는 초고층 건축물 외벽 청소작업의 자동화 및 기계화를 위한 선행연구로써, 외벽 청소로봇 운용을 위한 가이드레일 기본단위유닛 도출과 가이드레일 개념(안)을 개발하는 것이다. 이를 통하여 초고층 건축물 외벽 청소로봇운용을 위한 선행연구이며, 운용에 필요한 최적의 가이드레일 최종설계의 기반을 마련하고자 한다.
In recent years, the number of high-rise buildings has been on the rise. As buildings have become larger in scale, significantly different issues related to their construction and maintenance have emerged. In addition, the automation and mechanization of the cleaning work for the curtain wall, one o...
In recent years, the number of high-rise buildings has been on the rise. As buildings have become larger in scale, significantly different issues related to their construction and maintenance have emerged. In addition, the automation and mechanization of the cleaning work for the curtain wall, one of the most frequently-performed tasks in building maintenance, is required as a fundamental measure. For this reason, a guide-rail cleaning robot system is emerging as one of the measures in response to external factors, including gust. Therefore, this is a preliminary study for the automation and mechanization of the curtain wall cleaning of high-rise buildings, and aims to derive the basic units and prepare for the concept of the guide rail. It is expected to serve as precedent research for the development and operation of a curtain-wall cleaning robot, and to prepare the basis for an final design of optimal guide rail.
In recent years, the number of high-rise buildings has been on the rise. As buildings have become larger in scale, significantly different issues related to their construction and maintenance have emerged. In addition, the automation and mechanization of the cleaning work for the curtain wall, one of the most frequently-performed tasks in building maintenance, is required as a fundamental measure. For this reason, a guide-rail cleaning robot system is emerging as one of the measures in response to external factors, including gust. Therefore, this is a preliminary study for the automation and mechanization of the curtain wall cleaning of high-rise buildings, and aims to derive the basic units and prepare for the concept of the guide rail. It is expected to serve as precedent research for the development and operation of a curtain-wall cleaning robot, and to prepare the basis for an final design of optimal guide rail.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
현재 국내에서는 적용된 곤돌라 레일시스템의 레일은 로봇하중에 대한 구조적인 대응이 어려우며, 특정 건축물에만 특화되어 있어 이를 개선한 가이드레일 로봇청소 시스템의 전용 가이드레일 개발이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 초고층 건축물 외벽 청소작업의 자동화 및 기계화를 위한 선행연구로써, 외벽 청소로봇 운용을 위한 가이드레일 기본단위유닛 도출과 가이드레일 개념(안)을 개발하였다.
본 연구에서는 커튼월이 적용된 초고층 건축물에 가이드레일 청소로봇 시스템의 구성요소인 가이드레일을 적용하는 경우로 연구범위를 제한하여 가이드레일 개념(안)을 개발한다.
본 연구의 목적은 초고층 건축물 외벽 청소작업을 위한 가이드레일 로봇청소 시스템의 가이드레일 개발에 대한 선행연구로써, 외벽 청소로봇 운용을 위한 가이드레일 기본단위유닛 도출과 가이드레일 개념(안)을 개발하는 것이다. 이를 통하여 초고층 건축물 외벽 청소로봇 운용에 최적인 가이드레일에 대한 최종설계의 기반을 마련하고자 한다.
본 연구의 목적은 초고층 건축물 외벽 청소작업을 위한 가이드레일 로봇청소 시스템의 가이드레일 개발에 대한 선행연구로써, 외벽 청소로봇 운용을 위한 가이드레일 기본단위유닛 도출과 가이드레일 개념(안)을 개발하는 것이다. 이를 통하여 초고층 건축물 외벽 청소로봇 운용에 최적인 가이드레일에 대한 최종설계의 기반을 마련하고자 한다.
제안 방법
국내 커튼월 설계 전문 컨설팅 업체(W사)의 차부장급 실무자를 대상으로 2차에 걸쳐 가이드레일 개념(안)에 대한 자문 및 검토를 실시하였다. 1차는 2011년 12월(14일간) 개념(안) 도출 관련 자문을 실시하였으며, 2차는 2012년 2월(7일간) 개념(안)의 최종설계 가능성을 검토하였다.
경제성 등을 기준으로 평가하였다. 가이드레일 개념(안)에서 커튼월 매립형 가이드레일과 외부 돌출형 가이드레일 2가지 형식에서 각각 적합한 유형을 평가하였으며, 최종설계 가능성이 높은 유형은 Type A-3인 커튼월 매립-돌출 복합형 가이드레일과 Type B-1인 외부 돌출-표준형 가이드레일로 각각 선정되었다.
도출된 가이드레일 기본단위유닛을 기반으로 기능과 디자인에 따라 Table 2에서처럼 총 7가지의 가이드레일 개념(안)을 도출하였다. 가이드레일 개념(안)은 커튼월의 기밀성 및 수밀성, 단열성, 시공 및 유지관리 편의성, 성능 효율성, 경제성 등의 측면을 고려해 도출하였다
현재 곤돌라 레일시스템의 레일이 적용된 대표적인 국내 건축물은 동부 금융센터, 타워 펠리스Ⅲ, 63 빌딩, GS 타워 등이 있다. 가이드레일 설계의 기본사항인 요소기술을 도출하기 위하여 국내의 곤돌라 레일시스템 레일의 장단점을 분석하였다.
국내 커튼월 구조 전문 컨설팅 업체(U사)의 소장급 전문가 자문을 통해 가이드레일 개념(안)에 대한 구조를 검토하였다. Table 4는 가이드레일 개념(안) 중 정성적인 검토결과가 좋은 매립형과 돌출형 각각 1가지 타입을 토대로 구조적인 검토를 진행하였다.
국내 커튼월 설계 전문 컨설팅 업체(W사)의 차부장급 실무자를 대상으로 2차에 걸쳐 가이드레일 개념(안)에 대한 자문 및 검토를 실시하였다. 1차는 2011년 12월(14일간) 개념(안) 도출 관련 자문을 실시하였으며, 2차는 2012년 2월(7일간) 개념(안)의 최종설계 가능성을 검토하였다.
국외에서는 일부 건축물에 가이드레일 로봇청소 시스템을 적용하여 외벽 유지관리를 수행하고 있다. 그리고 건축물 특성에 따라 외벽 청소로봇의 이동방식이 결정될 수 있으며, 본 논문에서는 수평 이동방식과 수직 이동방식으로 구분하였다. 수평 이동방식의 외벽 청소로봇은 수평방향의 가이드레일을 따라 청소로봇이 이동하면서 건축물 외벽을 청소하는 방식이다.
이에 건축물 외벽 청소로봇의 이동방식 및 작업방법 등에 대한 샘플시나리오를 작성하였다. 그리고 작성된 샘플시나리오의 장단점을 분석하여, 적합한 가이드레일 요소기술을 도출하였다.
도출된 가이드레일 기본단위유닛을 기반으로 기능과 디자인에 따라 Table 2에서처럼 총 7가지의 가이드레일 개념(안)을 도출하였다. 가이드레일 개념(안)은 커튼월의 기밀성 및 수밀성, 단열성, 시공 및 유지관리 편의성, 성능 효율성, 경제성 등의 측면을 고려해 도출하였다
도출된 기본단위유닛을 발전시켜 매립형 4개, 돌출형 3개로 총 7가지의 가이드레일 개념(안)을 도출하였다. 도출된 개념(안)에 대해서 관련 전문가의 정성적‧정량적 검토를 실시하였다. 검토결과, Type A-3인 커튼월 매립-돌출 복합형 가이드레일과 Type B-1인 외부 돌출-표준형 가이드레일 모두 최종설계의 가능성이 높다고 판단되었다.
이를 기반으로 매립형과 돌출형 가이드레일의 기본단위 유닛도 도출하였다. 도출된 기본단위유닛을 발전시켜 매립형 4개, 돌출형 3개로 총 7가지의 가이드레일 개념(안)을 도출하였다. 도출된 개념(안)에 대해서 관련 전문가의 정성적‧정량적 검토를 실시하였다.
둘째, 가이드레일 요소기술을 기반으로 가이드레일 기본 단위유닛을 도출하였다.
그러나 수직이동 청소로봇은 수직으로 청소작업을 하는 로봇이 이동되기 때문에, 건축물 입면에 수직 가이드레일만 설치되어도 된다. 따라서 2가지 이동방식에 공통적으로 적용되는 수직이동용 가이드레일을 기준으로 요소기술을 도출하였다.
본 논문에서는 수평이동과 수직이동 2가지로 구분하여 샘플시나리오를 작성하였다.
본 연구에서는 가이드레일, 멀리언, 서멀브레이크, 개스킷, 바래킷 등 총 5가지의 가이드레일 요소기술을 도출하였다. 이를 기반으로 매립형과 돌출형 가이드레일의 기본단위 유닛도 도출하였다.
Figure 2 (a)인 동부 금융센터는 서울 대치동에 위치한 업무시설로 총 35층 규모의 유닛타입(unit type)의 커튼월 형식이다. 수직 이동방식의 가이드레일이 적용되었으며, 2중 모헤어(mohair) + 개스킷(gasket)의 외기 차단 시스템을 도입하였다. 가이드레일 내측의 3중 개스킷으로 차단하여 수밀, 기밀 성능을 높였으며, 모헤어를 통해 외부의 먼지 등의 이물질 차단에 유리하지만, 비 단열바 사용으로 단열, 결로의 성능 확보가 어렵다.
Figure 2 (b)인 타워 펠리스Ⅲ는 서울 도곡동에 위치한 주상복합시설로 총 69층 규모의 세미-유닛타입(semi-unit type)의 커튼월 형식이다. 수직 이동방식의 가이드레일이 적용되었으며, 서멀브레이크(thermal break) + 개스킷의 외기 차단 시스템을 도입하였다. 가이드레일 내측으로 2, 3차 개스킷과 실런트(sealant)로 차단하여 수밀, 기밀 성능을 높였으며, 서멀브레이크와 외부 개스킷을 통해 외기 차단에 비교적 유리하지만 외부 작업 시 개스킷을 제거해야만 작업이 가능하다.
Figure 2 (d)인 GS 타워는 서울 역삼동에 위치한 업무시설로 총 38층 규모의 유닛타입의 커튼월 형식이다. 수직 이동방식의 가이드레일이 적용되었으며, 프로파일(profile)의 외기 차단 시스템을 도입하였다. 일체형 프로파일 타입으로 빗물받이 시스템(gutter system)이 적용되어 별도의 개스킷 등 기밀재가 불필요하지만 단열바를 사용하지 않아 단열, 결로 성능 확보에 취약하다.
연구결과물로 도출된 가이드레일 개념(안) 유형에 대해서 전문가 검토를 실시하였으며, 가이드레일의 최종설계에 대한 가능성을 검증하였다. Kim[10]은 가이드레일 시스템 적용에 따른 커튼월 공사비의 개략적인 증액요인을 분석하였다.
본 연구에서는 가이드레일, 멀리언, 서멀브레이크, 개스킷, 바래킷 등 총 5가지의 가이드레일 요소기술을 도출하였다. 이를 기반으로 매립형과 돌출형 가이드레일의 기본단위 유닛도 도출하였다. 도출된 기본단위유닛을 발전시켜 매립형 4개, 돌출형 3개로 총 7가지의 가이드레일 개념(안)을 도출하였다.
가이드레일 로봇청소 시스템의 가이드레일은 외벽 청소로 봇의 바퀴와 유기적으로 연계되기 때문에, 선행적으로 외벽 청소로봇에 대한 기본적인 분석이 필요하다. 이에 건축물 외벽 청소로봇의 이동방식 및 작업방법 등에 대한 샘플시나리오를 작성하였다. 그리고 작성된 샘플시나리오의 장단점을 분석하여, 적합한 가이드레일 요소기술을 도출하였다.
전문가 검토는 가이드레일 개념(안)이 아이디어 수준이기 때문에, 정량적 분석보다 정성적 분석을 선행하였다. Table 3에서처럼 1.
첫째, 건축물 외벽 청소로봇의 이동방식 및 작업방법 등에 대한 샘플시나리오 작성을 통해 가이드레일 요소기술을 도출한다.
수직 이동방식의 가이드레일이 적용되었으며, 서멀브레이크(thermal break) + 개스킷의 외기 차단 시스템을 도입하였다. 가이드레일 내측으로 2, 3차 개스킷과 실런트(sealant)로 차단하여 수밀, 기밀 성능을 높였으며, 서멀브레이크와 외부 개스킷을 통해 외기 차단에 비교적 유리하지만 외부 작업 시 개스킷을 제거해야만 작업이 가능하다.
건축물 외벽 청소로봇의 수평이동과 수직이동은 건축물의 특성, 건축물 외벽 청소로봇의 작업방향, 건축물의 구조체(수평부재 및 결합 시스템의 보강), 커튼월 시스템 구성 등의 몇 가지 측면에서 기술적 특징을 나타냈다. 그리고 수평 이동 청소로봇은 수직이동을 하는 도킹스테이션과 수평이동으로 청소작업을 하는 로봇이 모두 이동되어야 하므로, 건축물 입면에 수평/수직 가이드레일 모두가 설치되어야 한다.
도출된 개념(안)에 대해서 관련 전문가의 정성적‧정량적 검토를 실시하였다. 검토결과, Type A-3인 커튼월 매립-돌출 복합형 가이드레일과 Type B-1인 외부 돌출-표준형 가이드레일 모두 최종설계의 가능성이 높다고 판단되었다. 본 연구는 가이드레일 청소로봇 시스템 개발의 초기단계에 해당하며, 향후 진행될 청소로봇의 상세설계에 맞춰 가이드레일의 경제성, 시공성 및 유지관리 용이성 등에 대한 추가검토를 진행할 계획이다.
이러한 업무프로세스는 가이드레일 청소 로봇 시스템의 외벽 청소로봇 운용을 위한 샘플시나리오 작성의 참고자료로 활용하였다. 그리고 외벽 청소업체의 현장 조사 결과, 외벽 청소작업에는 기본적으로 보통인부 4인 1조로 투입되며, 상황에 따라 작업조의 인원과 수를 조정하는 것으로 조사되었다. 향후 경제성을 고려해 가이드레일 청소로봇 시스템에 투입되는 인력의 초기목표는 청소로봇 1대를 운전하는 건설기계운전원 1명으로 설정해야 한다고 판단된다.
셋째, 도출된 기본단위유닛을 발전시켜 가이드레일 개념(안)을 도출하고, 관련 전문가 검토를 통해 가이드레일 개념(안)의 유형별 개발 가능성을 검증한다.
커튼월의 주요부품인 알루미늄, 서멀브레이크, 개스킷 등의 추가와 함께 인건비, 가공·조립비, 설치비 증가로 약 30%의 비용상승을 예측하였다.
후속연구
건축물 외벽 청소로봇의 수평이동은 1개 층을 1개의 존(zone)으로 관리하는 건축물에 적합하며, 외부 노출을 꺼리는 호텔이나 보안유지가 필요한 디자인룸 등에 활용성이 높을 것으로 판단된다.
본 연구는 가이드레일 청소로봇 시스템 개발의 초기단계에 해당하며, 향후 진행될 청소로봇의 상세설계에 맞춰 가이드레일의 경제성, 시공성 및 유지관리 용이성 등에 대한 추가검토를 진행할 계획이다. 그리고 연구결과물은 초고층 건축물 외벽 청소로봇 운용을 위한 선행연구이며, 운용에 필요한 최적의 가이드레일 최종설계의 기반이 될 것으로 기대한다.
따라서 가이드레일의 요소기술은 이동용 가이드레일, 커튼월 고정용 멀리언, 외기 차단용 서멀브레이크, 이물질 및 습기 차단용 개스킷, 가이드레일 외부 돌출에 따른 고정용 브래킷 등 총 5가지로 구성되며, 이는 가이드레일 기본단위 유닛의 주요기술로 활용할 것이다.
검토결과, Type A-3인 커튼월 매립-돌출 복합형 가이드레일과 Type B-1인 외부 돌출-표준형 가이드레일 모두 최종설계의 가능성이 높다고 판단되었다. 본 연구는 가이드레일 청소로봇 시스템 개발의 초기단계에 해당하며, 향후 진행될 청소로봇의 상세설계에 맞춰 가이드레일의 경제성, 시공성 및 유지관리 용이성 등에 대한 추가검토를 진행할 계획이다. 그리고 연구결과물은 초고층 건축물 외벽 청소로봇 운용을 위한 선행연구이며, 운용에 필요한 최적의 가이드레일 최종설계의 기반이 될 것으로 기대한다.
00kgf/㎝이다. 분석결과, Type A-3인 커튼월 매립-돌출 복합형 가이드레일과 Type B-1인 외부 돌출-표준형 가이드레일 모두 휨응력과 처짐에서 구조적으로 충족되는 수치가 도출되어, 향후 2가지 타입을 기반으로 가이드레일을 최종 설계할 계획이다.
그리고 외벽 청소업체의 현장 조사 결과, 외벽 청소작업에는 기본적으로 보통인부 4인 1조로 투입되며, 상황에 따라 작업조의 인원과 수를 조정하는 것으로 조사되었다. 향후 경제성을 고려해 가이드레일 청소로봇 시스템에 투입되는 인력의 초기목표는 청소로봇 1대를 운전하는 건설기계운전원 1명으로 설정해야 한다고 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
외벽 청소작업을 보다 안전하게 작업하기 위한 근본적인 대책으로 요구되는 것은?
매년 초고층 건축물 관련 프로젝트가 증가하고 있으며, 초고층 건축물의 높이가 증가함에 따라 시공법과 함께 유지관리 방법도 기존방식과는 큰 차이를 보이고 있다. 또한 유지관리 업무 중 가장 빈번하게 수행되는 외벽 청소작업을 보다 안전하게 작업하기 위한 근본적인 대책으로 청소작업의 자동화 및 기계화가 요구되고 있다. 그리고 초고층에서 발생되는 돌풍 등 외부환경의 영향에 대응할 수 있는 방법으로 가이드레일 청소로봇 시스템이 제기되고 있다.
가이 드레일(guide rail) 청소로봇 시스템이란?
이에 초고층 건축물에서 안전작업이 가능하며, 돌풍 등의 외부환경에도 대응할 수 있는 외벽 청소방식으로 가이 드레일(guide rail) 청소로봇 시스템이 제시되고 있다[4]. 가이드레일 청소로봇 시스템은 가이드레일, 외벽 청소로봇 등으로 구성되며, 커튼월의 일부인 멀리언 내·외부에 가이드 레일을 설치해 가이드레일을 따라 청소로봇이 이동하면서 건축물 외벽을 청소한다는 개념이다.
가이 드레일(guide rail) 청소로봇 시스템은 무엇으로 구성되는가?
이에 초고층 건축물에서 안전작업이 가능하며, 돌풍 등의 외부환경에도 대응할 수 있는 외벽 청소방식으로 가이 드레일(guide rail) 청소로봇 시스템이 제시되고 있다[4]. 가이드레일 청소로봇 시스템은 가이드레일, 외벽 청소로봇 등으로 구성되며, 커튼월의 일부인 멀리언 내·외부에 가이드 레일을 설치해 가이드레일을 따라 청소로봇이 이동하면서 건축물 외벽을 청소한다는 개념이다.
참고문헌 (10)
Kim DG, Kim BK. Construction Robot System Design for High-rise Building External wall Maintenance. Proceedings of the Korea Institute of Building Construction(Industry); 2010 Nov 12; Busan, Korea. Seoul (Korea): Korea Institute of Building Construction; 2010. p. 7-10.
Kim DG, Kim BK. Facade Cleaning Process Analysis For Construction Robot System Design of High-rise Building External wall Maintenance. Proceedings of the Korea Institute of Building Construction(Industry); 2011 May 20; Busan, Korea. Seoul (Korea): Korea Institute of Building Construction; 2011. p. 77-9.
Kim KT, Han JG, Kim CH. An Analysis and Improvement of Exterior Wall Maintenance Works for High-raised Building. Proceedings of the Korea Institute of Construction Engineering and Management; 2010 Nov 5-6; Incheon, Korea. Seoul (Korea): Korea Institute of Building Construction; 2010. p. 359-60.
Joo HJ, K H, Kim KH, Kim JJ. A Study on the thoughts of officers who work for the domestic construction company about introducing the construction robot into the domestic construction industry. Proceedings of the Korea Institute of Building Construction; 2007 Apr 28; Seoul, Korea. Seoul (Korea): Korea Institute of Building Construction; 2007. p. 105-8.
Lee, SD. A Study on the Design Trend of Tall Buildings in the 20th Century [master's these]. Gyeongsan (Korea): Yeungnam University; 2002. 177 p.
Kim CH, Han JG, Kim KT. Building of a Sample Scenario of a Built-in Guide Type Robot for External Wall Maintenance Work of a Skyscraper. Proceedings of International Association for Automation and Robotics; 2011 Jun 29-Jul 1; Seoul, Korea. Seoul (Korea); 2011. p. 647-52.
Lim, WY, A Study on the Facade Design Pattern of Residential High-Rise Building [master's these]. Busan (Korea): Bukyong University; 2008. 59 p.
Kim CH, Han JG, Kim KT. Analysis of performance requirements of a wall-cleaning robot. Proceedings of the Korea Institute of Building Construction(Industry); 2011 May 20; Busan, Korea. Seoul (Korea): Korea Institute of Building Construction; 2011. p. 89-90.
Kim KT, Kim CH, Han JG. Development of a Vertically Moving Scenario of Robotic Exterior Wall Cleaning for High-rised Building. Proceedings of the Korea Institute of Building Construction(Industry); 2011 Nov 18; Suwon, Korea. Seoul (Korea): Korea Institute of Building Construction; 2011. p. 195-6.
Kim CH, Han JG, Kim KT. Analysis of Factors Increasing Construction Cost for the Curtain-wall Accompanied by the Installation of a Guide Rail for High-rise Building Maintenance. Proceedings of the Korea Institute of Building Construction(Industry); 2011 May 20; Busan, Korea. Seoul (Korea): Korea Institute of Building Construction; 2011. p. 97-8.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.