부재 선제작

프리패브리케이션(prefabrication) 또는 프리패브화 또는 부재 선제작 또는 사전 제작은 공장이나 기타 제조 지역의 구조 부품들을 조합하고 건설 지역에 운송하여 구조물을 위치시키는 것을 의미한다.

이 기법은 주택뿐 아니라 고층빌딩 등 수많은 지역에 적용된다. 고층화한다는 것은 지금까지보다도 더 많은 재료를 지상으로부터 상당히 높은 곳까지 운반하여야만 하는 것이기 때문에 가볍게, 더욱이 소수의 인원으로 공사가 이루어지도록 하지 않으면 안 된다. 그래서 패널화(化)·유니트화(化)라는 것이 필연적으로 나오게 된다. 커튼월의 사고 방식도 이러한 것에서 나왔다.

프리패브 주택의 건축 방법에는 크게 나눠서 2종류가 있다. 그 하나로는 패널 방식이라고 해서 지붕·천장·벽·마루 등의 부위(部位)마다에 패널을 공장에서 만들어 현장으로 운반해다 조립하는 방법이다. 현재 선진 제국의 프리패브 주택의 대부분은 이러한 방법으로 만들어진다.

집 전체를 공장에서 만들지 않고 패널화하는 이유는, 우선 수송이 편하기 때문이다. 집 전체를 공장에서 만들더라도 이를 실을 수 있는 트럭이 우선 없으며, 만일 있다고 하더라도 그렇게 큰 트럭이 통과할 수 있는 도로 역시 많지 않다. 또 패널을 결합시키는 방법을 변경시킴으로써 여러 모양의 생활 조건에 맞는 여러 종류의 주택을 만들 수 있다는 것도 커다란 이유가 된다.

또 하나의 프리패브 주택의 방법은 유니트 방식이다. 거실·침실·욕실 등 방으로서 만들어진 공간단위(유니트)를 미리 방으로서 만들어 놓고서, 이 유니트를 짜맞추어 가는 방식이다. 선진국에서는 이 방법을 채용하고 있는 곳도 있다.

프리패브화(化)한다는 것은 여러 가지로 이로운 점이 있다. 공장에서 부품을 만드는 것이므로 현장에서의 공사 기간이 단축된다는 것과, 증축이나 개축, 즉 주택의 성장발전이 이뤄지기 쉽다는 것을 들 수 있다.

주택의 성장 발전을 관찰해 보면 건물 전체가 질서 없이 성장하는 것이 아니라 어린이 방이 증축된다든지, 거실의 장식을 바꾼다든지, 설비를 새로운 형(型)으로 바뀐다든지 하는 식으로, 방마다 그 변화와 성장의 방식이 다르다. 건물이 부품화(部品化)되어 있으면 증축도 편하고, 변화시키기도 쉬운 것이 만들어진다.^[1]

정의

부재 선제작은 구조물의 구성 요소를 공장이나 다른 제조업 현장에서 조립한 뒤, 완성된 조립품이나 하위 조립품을 해당 구조물이 위치할 건설 현장으로 운송하는 방식을 말한다. 일부 연구자들은 이를 "최종 설치 과정의 구성 요소를 형성하기 위해 다양한 재료를 결합하는 것"이라고 정의한다.

가장 흔히 인용되는 정의는 2007년 구디어(Goodier)와 깁(Gibb)이 내린 것으로, 건설 현장으로의 운송 및 설치 이전에 특정 수의 건축 구성 요소, 모듈, 요소를 제조하고 사전 조립하는 과정으로 설명한다.^[2]

부재 선제작이라는 용어는 구조물 외의 물건을 고정된 장소에서 제조하는 것에도 적용된다. 기계의 일부 섹션이나 이동 가능한 구조물의 제작을 주 제조 현장에서 다른 장소로 옮겨 해당 섹션을 조립된 상태로 공급할 때 자주 사용된다. 일반적으로 기계의 전기·전자 부품이나 펌프, 기어박스, 압축기와 같이 별도의 품목으로 공급되는 기계 부품을 지칭하는 데는 사용되지 않으며, 과거에는 전체 기계와 함께 제작되던 기계 본체의 특정 구획을 지칭하는 데 사용된다. 기계 본체의 조립식 부품은 다른 구성 요소와 구별하기 위해 '하위 조립품'(sub-assemblies)이라고 부를 수 있다.

과정 및 이론

주택 건설의 예는 부재 선제작 과정을 잘 보여준다. 일반적인 주택 건설 방식은 벽돌, 목재, 시멘트, 모래, 강철 및 건설 골재 등을 현장으로 운송하여 그 자리에서 주택을 짓는 것이다. 반면 조립식 건축에서는 기초만 이러한 방식으로 건설하고, 벽, 바닥, 지붕의 섹션은 공장에서 (창문 및 문틀을 포함하여) 미리 제작(조립)한 뒤 현장으로 운송하여 기중기로 들어 올린 후 볼트로 고정한다.

부재 선제작은 선박, 항공기 및 모든 종류의 탈것과 기계 제조에 사용되며, 이전에는 최종 제조 지점에서 조립되던 섹션들을 다른 곳에서 미리 조립한 후 최종 조립을 위해 배송한다.

이 방법의 이론적 근거는 유사한 건설 작업을 그룹화하면 시간과 비용을 절약할 수 있다는 점이다. 숙련된 노동력을 사용할 수 있는 곳에서 조립 라인 기술을 적용하고, 시간이 낭비되는 조립 현장의 혼잡을 줄일 수 있다. 이 방식은 특히 구조물이 반복되는 단위나 형태로 구성되거나, 동일한 기본 구조물을 여러 개 건설할 때 효과적이다. 부재 선제작은 현장에 많은 숙련공을 이동시킬 필요가 없으며, 전력 부족, 물 부족, 가혹한 날씨 노출, 위험한 환경 등 현장의 제약 조건을 피할 수 있다. 이러한 장점과 더불어 조립식 섹션은 일반적으로 구성 재료보다 크고 파손되기 쉬우며 다루기 어렵기 때문에, 이를 운송하고 제자리에 올리는 비용을 고려해야 한다.

역사

부재 선제작은 고대부터 사용되어 왔다. 예를 들어, 영국에서 기원전 3800년경에 건설된 세계에서 가장 오래된 것으로 알려진 공학적 도로인 스위트 트랙은 현장에서 조립하기보다는 외부에서 제작된 목재 섹션을 가져와 현장에서 조립한 것으로 알려져 있다.

고대 스리랑카의 싱할라인 왕들은 약 2000년 전부터 거대 구조물을 세우기 위해 조립식 건물 기술을 사용했으며, 특히 아누라다푸라 왕국과 폴론나루와 왕국 시기에 일부 섹션을 별도로 제작한 뒤 결합하는 방식이 사용되었다.

1755년 리스본 대지진 이후, 포르투갈의 수도, 특히 리스본 바이샤 지구는 전례 없는 규모의 부재 선제작 방식을 통해 재건되었다. 주제 1세의 가장 강력한 왕실 장관이었던 폼발 후작의 지도 아래, 새로운 폼발 양식의 건축과 도시 계획이 등장했다. 이는 초기 지진공학 설계 특징과 혁신적인 조립식 건설 방식을 도입한 것으로, 대형 다층 건물을 도시 외부에서 완전히 제조하여 조각으로 운송한 후 현장에서 조립하는 방식이었다. 19세기까지 이어진 이 과정은 도시 거주민들에게 지진 이전에는 볼 수 없었던 안전한 새 구조물을 제공했다.

또한 포르투갈 알가르브 지방의 빌라헤알드산투안토니우 마을은 1773년 12월 30일에 설립되었으며, 조립식 자재를 대량으로 사용하여 빠르게 건설되었다. 첫 번째 조립식 석재는 1774년 3월에 놓였으며, 1776년 5월 13일까지 마을 중심부가 완공되어 공식적으로 개장했다.

19세기 오스트레일리아에서는 영국으로부터 많은 수의 조립식 주택이 수입되었다.

이 방법은 제2차 세계 대전 중 런던 등지에서 폭격으로 집을 잃은 수천 가구를 위한 임시 주택인 조립식 주택 건설에 널리 사용되었다. 공장에서 섹션을 조립함으로써 현장 시간을 절약했고, 패널의 가벼움은 기초 비용과 현장 조립 비용을 줄였다. 회색 콘크리트에 평지붕을 가진 조립식 주택은 단열이 되지 않아 추웠고, 조립식 주택에 대한 편견이 생기기도 했지만, 런던의 일부 조립식 주택은 예상 수명이었던 10년보다 훨씬 더 오랫동안 사용되었다.^[3]

1851년 런던에 세워진 수정궁은 철과 유리로 된 조립식 건축의 대표적인 사례이며, 이후 더 작은 규모로 옥스퍼드 리울리 로드 역이 뒤를 이었다.

제2차 세계 대전 중에는 나치 U보트에 의해 침몰한 선박을 신속하게 대체하기 위해 설계된 조립식 화물선이 점점 흔해졌다. 이 중 가장 널리 퍼진 선박은 미국의 리버티선으로, 하루 평균 3척씩 생산되어 총 2,000척 이상이 건조되었다.

현재의 용도

건축 및 토목공학에서 부재 선제작의 가장 널리 사용되는 형태는 특정 부품이나 형태가 반복되는 구조물에 조립식 콘크리트와 조립식 강철 섹션을 사용하는 것이다. 현장에서 콘크리트 부품을 만들기 위해 필요한 거푸집을 구성하는 것은 어려울 수 있으며, 콘크리트가 굳기 전에 현장으로 배달하는 것은 정밀한 시간 관리가 필요하다. 공장에서 콘크리트 섹션을 부으면 거푸집을 재사용할 수 있고, 혼잡한 건설 현장으로 젖은 콘크리트를 운송하거나 펌프로 쏘아 올릴 필요 없이 즉석에서 혼합할 수 있다는 장점이 있다. 강철 섹션을 미리 제작하면 현장에서의 절단 및 용접 비용과 관련 위험이 감소한다.

부재 선제작 기술은 아파트 단지 및 반복적인 주거 단위가 포함된 주택 단지 건설에 사용된다. 부재 선제작은 건설 산업화의 필수적인 부분이다.^[4] 조립식 주택 단위의 품질은 거주자가 전통적인 방식으로 지어진 단위와 구별할 수 없을 정도로 향상되었다. 이 기술은 오피스 빌딩, 창고 및 공장 건물에도 사용된다. 조립식 강철 및 유리 섹션은 대형 건물의 외관에 널리 사용된다.

단독 주택, 오두막, 통나무집, 사우나 등도 조립식 요소를 포함하여 판매된다. 모듈식 벽 요소를 미리 제작하면 복잡한 단열재, 창틀 구성 요소 등을 조립 라인에서 제작할 수 있어, 각 벽이나 프레임을 현장에서 제작하는 것보다 품질이 향상되는 경향이 있다. 특히 목조 건축이 품질 향상의 이점을 크게 누린다. 그러나 많은 국가에서 전통적으로 손으로 짓는 방식을 선호하며, 조립식 방식이 "저렴하다"는 이미지는 도입을 늦추는 원인이 되기도 한다. 하지만 현재는 고객의 요구 사항에 따라 평면도를 수정하고 마감재를 선택할 수 있으며, 하중 지지 요소가 목재라 하더라도 벽돌 외장재를 사용하는 등 개인 맞춤형 건축이 가능하다.

오늘날 부재 선제작은 설치 시간 단축 및 비용 절감과 같은 전통적인 현장 건설 대비 여러 장점으로 인해 의료, 소매, 접객, 교육 및 공공 행정과 같은 다양한 산업 및 건설 분야에서 사용되고 있다.^[5] 단층 건물뿐만 아니라 다층 프로젝트 및 건설에도 사용되며, 프로젝트의 특정 부분이나 전체에 적용할 수 있는 가능성을 제공한다.

이러한 공사 방식의 효율성과 속도는 교육 시설의 경우, 개발 과정 중에 시설 운영을 중단하지 않고 프로젝트를 실행할 수 있게 해준다.

부재 선제작은 토목공학 프로젝트에서 건설 현장의 공학 시간을 절약해 준다. 이는 날씨 조건으로 인해 건설 기간이 짧게 허용될 수 있는 교량이나 눈사태 방지 터널과 같은 프로젝트 성공에 필수적일 수 있다. 조립식 교량 요소 및 시스템은 교량 설계자와 시공자에게 건설 시간, 안전, 환경 영향, 시공성 및 비용 측면에서 상당한 이점을 제공한다. 또한 부재 선제작은 교량 건설로 인한 교통 영향을 최소화하는 데 도움이 될 수 있다. 그 외에도 콘크리트 전신주와 같이 작고 일반적으로 사용되는 구조물은 대부분의 경우 미리 제작된다.

휴대전화 및 기타 서비스를 위한 전파 탑은 종종 여러 개의 조립식 섹션으로 구성된다. 현대적인 격자 탑과 지선 탑도 일반적으로 조립식 요소로 조립된다.

부재 선제작은 항공기 및 우주선 조립에도 널리 사용되며, 날개나 동체 섹션과 같은 구성 요소는 종종 최종 조립 현장과 다른 국가나 지역에서 제조된다. 그러나 이는 에어버스의 경우처럼 상업적인 이유보다는 정치적인 이유로 수행되기도 한다.

장점

공장에서 부분 조립품을 이동하는 것이 각 현장으로 생산 전 자원을 이동하는 것보다 비용이 적게 드는 경우가 많다
현장에서 자원을 배치하는 것은 비용을 추가할 수 있으며, 조립품을 미리 제작하면 현장 작업을 줄여 비용을 절약할 수 있다
지그, 기중기, 컨베이어 등 공장 도구는 생산을 더 빠르고 정밀하게 만든다
진동대, 유압 시험기 등 공장 도구는 추가적인 품질 보증을 제공할 수 있다
공장의 일관된 실내 환경은 생산에 미치는 날씨의 영향을 대부분 제거한다
기중기와 재사용 가능한 공장 지지대는 비용이 많이 드는 현장 가설 공사 없이도 다양한 모양과 순서를 구현할 수 있게 한다
더 정밀한 공장 도구는 건물의 열과 공기 이동을 더 잘 제어하여 에너지 소비를 줄이고 더 건강한 건물을 만드는 데 도움을 준다
공장 생산은 재료의 최적 사용, 재활용, 소음 포집, 먼지 포집 등을 용이하게 할 수 있다
기계가 매개하는 부품 이동과 바람과 비로부터의 자유로움은 건설 안전을 향상할 수 있다
균질한 제조는 높은 표준화와 품질 관리를 가능하게 하여 성능 및 저항 테스트를 거친 품질 요구 사항을 보장하며, 이는 건설 프로젝트의 높은 확장성도 촉진한다.^[6]
산업용 조립 라인의 특정 생산 과정은 높은 지속 가능성을 허용하여 총 최종 비용의 최대 20%를 절감할 수 있으며, 간접비에서도 상당한 절감을 가능하게 한다.^[7]

단점

부피가 큰 조립식 섹션(특히 특수 표지판, 호위 차량 및 임시 도로 폐쇄가 필요한 운행제한차량으로 분류될 만큼 큰 섹션)의 경우, 밀도를 높여 포장할 수 있고 표준 크기의 차량에 더 잘 맞는 재료보다 운송 비용이 더 높을 수 있다
대형 조립식 섹션은 위치에 배치하기 위해 고하중 기중기와 정밀한 측정 및 취급이 필요할 수 있다

현장 외 제작

현장 외 제작(Off-site fabrication)은 부재 선제작과 사전 조립을 포함하는 과정이다. 이 과정에는 일반적으로 작업 현장에서 떨어진 곳에서 단위나 모듈을 설계 및 제조하고, 현장에서 설치하여 영구적인 구조물을 형성하는 작업이 포함된다. 가장 넓은 의미에서 현장 외 제작은 프로젝트 과정을 건설에서 제조업으로, 그리고 설치로 변화시키는 프로젝트 전략을 요구한다. 현장 외 제작의 예로는 주택용 벽 패널, 목재 트러스교 경간, 공항 관제탑 등이 있다.

현장 외 제작(현장 외 건설이라고도 함)에는 네 가지 주요 범주가 있다. 구성 요소(또는 하위 조립) 시스템, 패널 시스템, 체적 시스템, 모듈식 시스템으로 설명할 수 있다. 이러한 범주 아래 다양한 분야나 기술이 개발되고 있다. 시장에는 이러한 범주에 속하는 수많은 다른 시스템이 있으며, 빌딩 정보 모델링(BIM)과 같은 디지털 설계의 최근 발전으로 인해 이러한 시스템을 건설 프로젝트에 통합하는 작업은 점점 더 "디지털" 관리의 영역이 되고 있다.

조립식 건설 시장은 급성장하고 있다. 북미 및 유럽과 같은 기존 시장과 아시아 태평양 지역(주로 중국 및 인도)과 같은 신흥 경제국 모두에서 빠른 속도로 성장하고 있다. 향후 몇 년 동안 상당한 성장이 예상되며, 조립식 모듈식 건설 시장은 2022년과 2030년 사이에 8%의 연평균 성장률(CAGR)로 성장할 것으로 예상된다. 2030년에는 2,710억 달러에 이를 것으로 전망된다.^[8]

같이 보기

각주

↑ 《글로벌 세계대백과사전》, 〈프리패브리케이션〉
↑ (2022) Modularity clustering of economic development and ESG attributes in prefabricated building research. Frontiers in Environmental Science, 10. Retrieved from https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fenvs.2022.977887
↑ Sargeant, Tony Anthony J. (2016년 11월 11일) [2016-09-10]. “'Prefabs' in South London – built as emergency housing just after WW2 and meant to last for just 10 years”. Tonyjsargeant.wordpress.com. 2016년 10월 14일에 원본 문서에서 보존된 문서. 2018년 7월 19일에 확인함.
↑ Goh, Edward; Loosemore, Martin (2017년 5월 4일). “The impacts of industrialization on construction subcontractors: a resource based view”. 《Construction Management and Economics》 35 (5): 288–304. doi:10.1080/01446193.2016.1253856. ISSN 0144-6193.
↑ Details about the modular construction market. Hydrodiseno.com. 2022-08-17. Retrieved 2023-01-05
↑ Zhou, Jingyang; Li, Yonghan; Ren, Dandan (November 2022). “Quantitative study on external benefits of prefabricated buildings: From perspectives of economy, environment, and society”. 《Sustainable Cities and Society》 86. Bibcode:2022SusCS..8604132Z. doi:10.1016/j.scs.2022.104132.
↑ Why Choose Modular Construction? Hydrodiseno.com. 2021-07-29. Retrieved 2023-03-07
↑ Modular Construction Market Size is projected to reach USD 271 Billion by 2030, growing at a CAGR of 8%: Straits Research. Globenewswire.com. 2022-06-18. Retrieved 2023-02-16

출처

“Prefabricated Building Construction Systems Adopted in Hong Kong” (PDF). 2018년 12월 22일에 원본 문서 (PDF)에서 보존된 문서. 2013년 8월 20일에 확인함.

외부 링크

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[1] 《글로벌 세계대백과사전》, 〈프리패브리케이션〉

[2] (2022) Modularity clustering of economic development and ESG attributes in prefabricated building research. Frontiers in Environmental Science, 10. Retrieved from https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fenvs.2022.977887

[Sargeant_2016-3] Sargeant, Tony Anthony J. (2016년 11월 11일) [2016-09-10]. “'Prefabs' in South London – built as emergency housing just after WW2 and meant to last for just 10 years”. Tonyjsargeant.wordpress.com. 2016년 10월 14일에 원본 문서에서 보존된 문서. 2018년 7월 19일에 확인함.

[4] Goh, Edward; Loosemore, Martin (2017년 5월 4일). “The impacts of industrialization on construction subcontractors: a resource based view”. 《Construction Management and Economics》 35 (5): 288–304. doi:10.1080/01446193.2016.1253856. ISSN 0144-6193.

[5] Details about the modular construction market. Hydrodiseno.com. 2022-08-17. Retrieved 2023-01-05

[6] Zhou, Jingyang; Li, Yonghan; Ren, Dandan (November 2022). “Quantitative study on external benefits of prefabricated buildings: From perspectives of economy, environment, and society”. 《Sustainable Cities and Society》 86. Bibcode:2022SusCS..8604132Z. doi:10.1016/j.scs.2022.104132.

[7] Why Choose Modular Construction? Hydrodiseno.com. 2021-07-29. Retrieved 2023-03-07

[8] Modular Construction Market Size is projected to reach USD 271 Billion by 2030, growing at a CAGR of 8%: Straits Research. Globenewswire.com. 2022-06-18. Retrieved 2023-02-16

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