프리패브 건설의 이점이 제조 및 조립용 설계(DfMA)와 함께 성장하다

제조 및 조립용 설계(Design for Manufacturing and Assembly, 이하 DfMA)가 건설 업계에서 성장세를 보이고 있다. 전통적인 설계 방식을 이어가면서도 여기에 다음과 같은 두 가지 중요한 목적을 접목시킨다. 쉽게 제품을 제조하면서도, 이렇게 제조된 제품들을 더 큰 구조물로 조립하기 쉬워지도록 하는 것이다.

건설 업계가 DfMA 상승세로 막대한 이익을 창출하고 있다는 점은 그리 놀라운 일이 아니다. DfMA는 건설 프로젝트가 더 빠르게 완공될 수 있게 기여하는 것은 물론, 더 안전한 근로 환경, 더욱 환경 친화적으로 만드는 데 원칙을 두고 있다.

DfMA는 현대건설공법(MMC, modern methods of construction), 프리패브 건설, 프리패브리케이션, 모듈러 건설, OSC(off-site construction, 현장 밖 건설), OSM(off-site manufacturing, 현장 밖 제조) 등 유사한 기법 안에 속해 있기도 하다.

이 용어들과 완전히 일치하지 않지만, 이들 모두 건설 과정을 제조와 더 비슷하게 만드는 역할을 한다. 이들은 건설 과정을 현장 밖 및 공장 안으로 옮기는데, 이를 통해CAD, 3D 프린팅 등에서 더 많은 최신 기술들과 결합할 수 있는 더 큰 가능성들이 생긴다. DfMA가 건설에 주는 구체적인 이점들을 살펴보자.

1. DfMA, 미술공예운동의 새로운 형태?

DfMA는 미술공예운동(Arts and Crafts movement)과 유사하게 사물이 만들어지는 방식을 탐구하고 받아들여야 하는 설계자와 건축가들에 의해 특징지어 진다. 그들은 설계를 시작하기 전에 공장 공정 과정과 제조 기계로 무엇을 할 수 있는지에 대한 이해가 필요하다. 이 것은 DfMA로 인해 설계자와 건축가들이 발휘할 수 있는 창의성의 범위가 줄어든다는 의미가 아니다. 구식 모듈러 건물이나 프리패브 건물의 단조롭고 정형화된 모습은 DfMA와 함께 풍부한 유연성을 갖출 수 있게 됐고 맞춤형 제작 가능성까지 열어주었다. 설계자와 제조자들도 마찬가지로 전면, 인터페이스 건설, 세부장식 등 많은 면에서 혁신적인 새로운 선택지들을 갖게 됐다. 단독 주택이나 다세대 주택, 공공주택 프로젝트에서 DfMA 작업을 수행할 기회가 증가하고 있기 때문에 계약자나 제조자들과 함께 작업하는 데 시간을 투자하는 것도 성과를 거둘 수 있다.

2. 현대 건설 공법 이용

OSM으로 진보적인 건설사들은 부품의 3D프린팅이나 사물인터넷(IoT) 센서 연결, CAD처럼 야외 환경에서는 결합하기 어려웠던 현대 공법들을 이용할 수 있게 됐다. 또 현장에서의 건설 시간이 감소되고 배치 속도가 빨라졌다. 업계 기관들이 2025년에는 건설 프로젝트의 50%가 OSM 및 3D프린팅을 이용하게 될 것이라고 예측한 것은 어쩌면 당연하다. 이러한 수요는 건설 공급망에 변화를 일게 한다. 하지만 워크플로우를 디지털로 더 많이 연결하게 되면 이러한 변화가 현대 제조 공급망의 효율성을 반영하는데 도움이 될 것이다.

3. 안전 우선

현장 밖에서 이뤄지는 프리패브 건설은 당연히 자원과 시간을 절약해준다. 완공 기간은 33~50%까지 줄일 수 있고, 또한 현장 건설보다 더 안전하다. 두 경우 모두 미끄러짐, 추락, 과로, 사물과의 충돌, 작업자의 안일함으로 인해 유사한 위험들이 발생한다. 하지만 공장에서 프리패브리케이션으로 벽, 바닥, 심지어 주방 전체나 욕실 전체와 같은 부품들을 제조하는 것은 건설 현장의 높은 곳에서 추락할 수 있는 위험을 줄여준다. 공장들은 또한 밝고 건조하면서 환기도 잘 되는 등 본질적으로 더 통제 가능한 환경이다. 더 많은 작업이 프리패브리케이션으로 이뤄 질수록 현장에는 더 적은 사람이 필요하다. 이는 현장 안전 관리에 더 적은 자원이 쓰인다는 의미다.

4. 산업 표준 위한 연대

지난 해 초 열렸던 모듈러 건설 연구소(Modular Building Institute)의 세계 모듈러 컨퍼런스에 건축가 및 건설자, OSM 업체 900명이 참석한 가운데 미국 모듈러 건설, OSC 산업 시스템, 설계, 계약 및 기타 세부사항에 대한 산업 표준 수립과 모범 사례들을 논의했다. 이와 같은 모듈러 사업자 간에 함께하는 노력으로 정부 지원을 얻고, 대출 자금을 확보하고, 대형 호텔 체인들과 같은 ‘연속적인 건설’ 작업 의뢰가 가능한 고객을 유치하는 것을 목표로 했다. 이러한 모듈러 건설 적용은 규모경제에 도달하고 비용을 절감함으로써 산업 전체에 이익을 가져다 주는데 필수적이다. 최근 미국 모듈러 시장은 산업 표준이 실행되고 모듈러 건설을 보다 적극적으로 받아들인 일본, 오스트레일리아, 유럽의 시장에 비해 조금 뒤쳐져있다. 하지만 미국 에너지부의 첨단건물건설 프로그램(Advanced Building Construction program)과 같은 새로운 노력은 고성능 모듈러와 프리패브리케이트 건설 기술의 배치를 가속화하기 위해 산업 전반에 걸쳐 전문가들을 모아 기반을 마련하고 있다.

5. 환경을 위한 더 나은 방법

DfMAf와 OSM가 더 많이 도입되면 건설 프로젝트가 자주 지연되는 인도처럼 빠르게 도시화되고 있는 지역들에서 건설업이 소매점, 주거, 학교, 병원 건설 등의 증가하는 수요를 충족시킬 수 있게 해줄 것이다. 3D프린팅, 로보틱스, BIM(빌딩정보모델링, Building Information Modeling)을 포함하는 DfMA와 OSM에 사용되는 최첨단 기술들은 그 방법들이 가능하게 하는 속도, 다기능성, 내구성, 안전성 및 품질의 이점에 기여한다. 또한 OSM은 환경 오염을 완화시킬 수 있는데, 물 사용과 먼지 오염을 줄이면서, 자재 사용을 최적화시키기 때문이다. 예를 들어, 프리캐스트 콘크리트 유닛들은 재사용되거나 거의 100% 재활용할 수 있다.

6.  자동화로 더 빠르고 친환경적인 프로젝트 진행  

2007년 경제 대공황 때를 시작으로 2011년까지 사라져간 2백만 개의 건설 일자리를 완전히 회복하지 못한 미국에서는 또한 마감기한을 지키는 것이 문제가 됐다. 하지만 모듈러 및 프리패브 건설 도입이 증가하면 다양한 종류의 자동화를 건설 워크플로우로 가져오고 프로젝트 기간을 단축시킬 수 있다. 모듈러 및 프리패브에서 DfMA 원리를 따르는 것은 그 효과를 만들어낸다. DfMA는 전통적인 건설보다 더 강력한 설계 계획을 이끌어 내고 프로젝트가 훨씬 더 빨리 진행되도록 도와주기 때문이다. 건설 자동화는 또한 목재, 복합재, 플라스틱을 보다 효율적으로 가공하고 설치할 수 있도록 해주며, 이 자재들은 콘크리트와 강철보다 더 환경친화적일 수 있다.