[논문]국내 모듈러 주택의 특성 및 MC 설계를 통한 건축자재 표준화 효과 분석

이창재; 임석호

doi:10.6107/jkha.2015.26.6.103

[국내논문] 국내 모듈러 주택의 특성 및 MC 설계를 통한 건축자재 표준화 효과 분석
An Analysis on Architectural Characteristics of Domestic Modular Housing and Building Material Standardization Effect through MC Design 원문보기

한국주거학회 논문집 = Journal of the Korean Housing Association, v.26 no.6, 2015년, pp.103 - 113

이창재 (한국건설기술연구원 연구원) , 임석호 (한국건설기술연구원 연구원)

Abstract ▼ AI-Helper

Modular construction is a process in which a building is produced off-site in module boxes using standard materials. Since the introduction of prefabrication in building construction, Modular Coordination (MC) has become an essential design tool in building design and construction. However, in Korea, the design standardization has not been adequately applied to modular construction. This study intends to analyze the current status of modular construction in Korea and explore the applicability of MC design in the construction industry. The analysis of the current status of MC design within Korean four major modular construction companies indicates that an incremental dimension is not properly used in horizontal planning modules, which results in a problem of increasing construction cost by high material loss rate. But, in vertical planning modules, a incremental dimension of 100 mm (1 M) is found to be used although the structural system varies among manufacturers, which demonstrates the potential for an open system to be well applied in modular construction, despite different structural systems.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

¹⁾ 그러나 모듈러 건축 도입기인 국내의 상황은 모듈러 건축시장의 규모를 확대하기에는 미흡한 시장 도입기라는 점을 고려한다면 재료손실률을 최소화하고 규격화된 자재사용을 통해 제작 및 시공성을 높이며 경제성을 확보하기 위해서 최우선적으로 고려되어야할 부분은 Modular coordination(이하 MC 설계)이다. 따라서 본 연구에서는 국내 모듈러 건축 특성을 파악하고 설계 표준화 가능성을 모색하며 MC 설계의 적용을 통하여 주요 자재의 표준화 효과를 규명하고자 한다.
현재까지의 모듈러 관련 연구는 설계기준, 현장적용 및 경제성평가 등 모듈러 건축 전반에 걸쳐 연구가 활발히 진행되었지만 국내에 건립된 모듈러 주택의 사례를 중심으로 건축특성을 파악하고 표준설계 방향을 모색하는 연구는 아직까지 미비한 실정이었다. 따라서 본 연구에서는 국내 모듈러 건축의 일반 및 설계특성을 파악하고 이를 기반으로 MC 설계의 적용 가능성 및 효과를 규명하고자 하는 기초적인 연구로써 의의가 있다.
그러나 현재 국내의 경우 모듈러 건축에 설계 표준화가 적용되는 사례가 미비한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 국내의 모듈러 건축사례를 분석하여 MC 설계 적용 가능성에 대하여 논하고자 한다.
본 연구에서는 국내 모듈러 주택의 건축 및 설계 특성을 파악하였고 MC 설계 적용 가능성과 효과를 분석하였다.

제안 방법

MC 설계 특성에서는 모듈정합 설계(MC)에 따른 건축물별 증분치수 적용 여부를 분석하기위해 수평·수직계획모듈 등을 분석기준으로 설정하였다.
국내의 모듈러 건축 제조사의 구축사례 중 4곳을 선정하고 모듈치수에 관한 내용은 설계 도서를 분석하였다. 도면에 표기되지 않았거나 도면만으로 분석이 어려운 재사용성 및 난방, 외장마감재 등에 관한 사항은 해당 모듈러 제작사의 실무자들과의 면담을 통해 분석이 이뤄졌다.
그리고 사례별로 설계표준화 적용 여부 및 가능성을 파악하기 위해 유닛사이즈 및 수평·수직계획모듈을 분석하고 필요성에 대하여 서술하였다.
국내의 모듈러 건축 제조사의 구축사례 중 4곳을 선정하고 모듈치수에 관한 내용은 설계 도서를 분석하였다. 도면에 표기되지 않았거나 도면만으로 분석이 어려운 재사용성 및 난방, 외장마감재 등에 관한 사항은 해당 모듈러 제작사의 실무자들과의 면담을 통해 분석이 이뤄졌다.
주거용도로 사용되고 있는 대학생 임대주택, 독신자숙소, 직원 합숙소, 공공기숙사 4개의 사례를 분석하였다. 분석기준은 모듈러 주택의 건축적 특성을 파악을 위해 일반사항과 설계특성 분석으로 나누어 조사하였는데 일반특성에서는 사용성을 파악할 수 있는 용도 및 입면 형태를 파악할 수 있는 외벽마감, 필로티 설치유무를 파악하였고 규모를 파악할 수 있는 층수, 건축면적을 조사하였으며 기타로 난방방식 등을 기준으로 설정하였고 일반적인 구조시스템을 파악할 수 있는 구축방법, 재사용성에 대한 내용을 기준으로 설정하였다.
국내 모듈러 건축 연구의 초기단계에서 Lim(2004)은 철골조 유닛하우스의 모듈정합설계기준의 적용성을 검토하고 선진화된 일본의 공업화 주택 설계기준을 분석하였다. 수평계획모듈, 수직계획모듈 주요부위 등으로 나누어 국내 실정에 맞게 도출하여 향후에 계획되는 모듈러 건축을 위해 설계기준안을 제시하였다. Jung, Jung and Cho (2012)는 모듈러 시스템을 활용한 국내의 리모델링 적용사례를 조사하였고 국내시장에 도입 및 확산 가능성과 해결해야 할 문제 등을 고찰하였다.
아래의 전개도는 방화석고보드(KS F 3504:2012) 규격을 기준으로 현황 조사한 업체 A, B, D⁴⁾사 그리고 수평 계획모듈 3 M, 수직계획모듈 1 M 증분치수를 따른 MC 설계 표준안(Mock-up으로 실제 제작됨)을 비교한 것으로 공장제작시에 방화석고보드를 시공하는 것을 전개도로 표현하였다. MC 설계 표준안에서 석고보드 사용 유형이 가장 적어 시공성을 극대화 할 수 있었고 부재 부합률⁵⁾이 99.
일반특성에서는 사용성 및 입면형태 등을 파악할 수 있는 요소로 설정하였고 일반적인 구조시스템을 파악하기 위해 구축방법, 재사용성에 대한 내용을 조사하였다. 설계 특성 분석에서는 기존에 ‘철골조 유닛하우스의 오픈시스템을 위한 설계기준 설정연구(이하 모듈러 MC설계 기준)’에서 제안된 모듈러 건축 MC 설계 기준을 기준으로 분석하였다.

대상 데이터

A사 주택의 용도는 기숙사이며 입주대상은 대학생으로 총 48인이 입주가 가능하다. B사의 모듈러 주택은 독신 직원들의 숙소로 활용된다.
주거용도로 사용되고 있는 대학생 임대주택, 독신자숙소, 직원 합숙소, 공공기숙사 4개의 사례를 분석하였다. 분석기준은 모듈러 주택의 건축적 특성을 파악을 위해 일반사항과 설계특성 분석으로 나누어 조사하였는데 일반특성에서는 사용성을 파악할 수 있는 용도 및 입면 형태를 파악할 수 있는 외벽마감, 필로티 설치유무를 파악하였고 규모를 파악할 수 있는 층수, 건축면적을 조사하였으며 기타로 난방방식 등을 기준으로 설정하였고 일반적인 구조시스템을 파악할 수 있는 구축방법, 재사용성에 대한 내용을 기준으로 설정하였다.

데이터처리

설계 특성 분석에서는 기존에 ‘철골조 유닛하우스의 오픈시스템을 위한 설계기준 설정연구(이하 모듈러 MC설계 기준)’에서 제안된 모듈러 건축 MC 설계 기준을 기준으로 분석하였다.

이론/모형

즉 안목치수 기준으로 너비방향을 3,000 mm (3 M 증분치수)으로 길이방향은 6,000 mm (3 M 증분치수), 천장고를 2,400 mm로 선정했을 경우 모듈러의 너비방향은 D 패널 2장과, C패널 2장으로 시공하고 길이방향은 1,200×3,000 규격의 E패널 5장을 사용하여 시공할 수 있다. 그리고 천장부분의 석고보드도 KS 방화석고보드 규격을 참고하여 시공하면 된다.

성능/효과

이러한 문제점들은 설계 진행시에 안목치수 기준으로 300 mm (3 M) 증분치수를 적용하면 바로 해결될 수 있다. 그리고 각 업체마다 구조시스템이 상이함에도 불구하고 수직계획모듈에서는 100 mm (1 M)의 증분치수를 사용하고 있음을 분석하였다. 이는 구조시스템이 상이하더라도 충분히 모듈러 건축에서 오픈시스템을 적용할 수 있다는 가능성을 보여주고 있다.
C사의 건물은 직원용 합숙소로 사용하고 있으며 D사의 건축물은 공동주택으로써 대학생을 대상으로 하는 기숙사인데 근린생활시설 및 장애인실이 설치되어 있다. 사례들의 용도를 살펴보면 기숙사 및 1-2인 숙소로 사용되고 있는 것으로 나타났고 모듈러 주택의 외벽마감은 공장제작 효율성 및 운반성이 좋은 강판패널이나 외단열시스템을 사용하고 있었다. 특히 4개사모두 제작비 및 공기를 단축하기 위해 동일한 유닛사이즈를 사용하였고 Enclosed된 입면기법을 사용하여 파사드가 단조롭게 보이는 문제점이 나타났다.
수직계획모듈은 기본적으로 층고를 기준으로 하며 100 mm (1 M)의 증분치수를 사용한다. 사례조사 결과 층고는 2,800 mm부터 3,090 mm까지 분포하였는데 A와 C사는 100 mm (1 M) 증분치수를 사용하고 있었다. 층간대는 수평계획모듈과는 다르게 부재의 치수 및 구조시스템의 영향을 받는 부분이다.
안목치수 기준으로 각 사례들의 수평계획모듈을 비교해 보면 너비방향은 A사 및 B사 정도가 3M 증분치수에 일치한다고 할 수 있으나 길이방향은 전체가 3M 증분치수를 따르지 않는 것으로 나타났다. 이는 자재의 손실률을 높이고 자재의 과잉사용을 초래하여 건축단가를 높이는 문제점을 초래한다.
시공의 효율성 및 정밀도를 위해서는 규격화된 증분치수로 계획되어야 한다. 업체별 설계 사례를 분석한 결과 B사, C사, D사의 제작 및 시공오차를 감안한다면 거의 100 mm (1 M) 증분치수와 유사하게 나타났다. 이는 모듈러 제작사의 구조시스템이 상이하지만 수직계획모듈의 증분치수 기준을 표준화 시킬 수 있는 가능성을 보여준다고 할 수 있다.

후속연구

이는 구조시스템이 상이하더라도 충분히 모듈러 건축에서 오픈시스템을 적용할 수 있다는 가능성을 보여주고 있다. 이와 더불어 구조체, Unit plane, Unit sizes 등의 설계 대상에 따라서 합리적 설계기준선을 설정하고 한국산업규격(KS)에서 규정하고 있는 치수체계를 준용한다면 모듈러 건축의 프리패브율을 높여 획기적으로 공사기간을 단축하고 경제성을 확보할 수 있을 것으로 본다. 특히 MC 설계와 BIM을 연계하여 공장 제작 사전에 마감재 및 부재에 대한 최적 시공순서를 시뮬레이션 한다면 자재 절감 효과를 극대화 시킬 수 있을 것으로 판단된다.
이와 더불어 구조체, Unit plane, Unit sizes 등의 설계 대상에 따라서 합리적 설계기준선을 설정하고 한국산업규격(KS)에서 규정하고 있는 치수체계를 준용한다면 모듈러 건축의 프리패브율을 높여 획기적으로 공사기간을 단축하고 경제성을 확보할 수 있을 것으로 본다. 특히 MC 설계와 BIM을 연계하여 공장 제작 사전에 마감재 및 부재에 대한 최적 시공순서를 시뮬레이션 한다면 자재 절감 효과를 극대화 시킬 수 있을 것으로 판단된다.
즉 모듈러의 구조체, Unit plane, Unit sizes 등의 설계시 필요에 따라서 기준을 구분하며 도면의 기준선 표현도 유형에 따라 3가지로 나눠서 병기 표현해야 한다. 합리적 설계기준선 설정을 통해서 MC 설계 체계를 적용하고 설계사무소 및 제작사에서 이를 준용함으로써 오픈시스템기반의 모듈러 건축시장을 확대해 나갈 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	모듈러 건축공법이란?	공업화 주택의 한 종류인 모듈러 건축공법은 현장축조의 기존방식과 차별화된 공법으로 공장에서 3D 박스형태의 정형화된 입방체로 구성되는 구조체 내부에 각종 내장재, 기계설비, 전기배선 등을 미리 시공하고 현장운반 후에는 이를 조립하여 완성하는 건축공법으로(Lee & Lim, 2011) 단기간 주거공급이 가능한 장점을 갖고 있다. 이러한 모듈러 공법을 활용하여 공공임대주택 대상 조립식 주택 실증단지 구축 및 관련기술 개발 등이 최근에 국토교통부 주도하에 적극적으로 추진되고 있다.
	모듈러 건축공법의 장점은?	공업화 주택의 한 종류인 모듈러 건축공법은 현장축조의 기존방식과 차별화된 공법으로 공장에서 3D 박스형태의 정형화된 입방체로 구성되는 구조체 내부에 각종 내장재, 기계설비, 전기배선 등을 미리 시공하고 현장운반 후에는 이를 조립하여 완성하는 건축공법으로(Lee & Lim, 2011) 단기간 주거공급이 가능한 장점을 갖고 있다. 이러한 모듈러 공법을 활용하여 공공임대주택 대상 조립식 주택 실증단지 구축 및 관련기술 개발 등이 최근에 국토교통부 주도하에 적극적으로 추진되고 있다.
	모듈러 건축공법의 단점은?	이러한 모듈러 공법을 활용하여 공공임대주택 대상 조립식 주택 실증단지 구축 및 관련기술 개발 등이 최근에 국토교통부 주도하에 적극적으로 추진되고 있다. 그러나 지금까지의 모듈러건축에 대한 설계는 일반 습식건축물과 동일한 설계방법을 사용하고 있어 건식자재에 대한 특성 및 공장제작을 전제로 하는 자재 및 부품의 표준설계가 이뤄지지 않고 있는 실정이다. 특히 모듈러 건축은 현재 기존의 RC 공법대비 130%의 공사비가 소요되는 것으로 나타나(Park, 2014) 건축비를 낮추기 위해서는 시공의 효율성을 높여 공사기간을 줄이고 규격화된 자재를 사용하는 표준설계가 필수적이라고 할 수 있다.

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