건축/환경에너지

Nikkei Construction_2022.5 특집 요약 (p32~37)

건설용 3D프린터 (2)
실용화 원년, 토목구조물의 공공 공사 투입 

형틀을 사용하지 않고 구조물을 조형할 수 있어 생산성을 높이는 기술로 주목 받고 있는 건설용 3D프린터. 프린터로 만든 하수통이 처음으로 공공공사에서 설치되었고, 옹벽이나 연석 설치 계획도 추진되고 있다. 올해는 건설용 3D프린터 실용화의 원년이 될 것으로 보인다.

-- 건설용 3D프린터로 만든 토목 구조물 --
국토교통성 도사(土佐)국도사무소의 도로 개량 공사에서 처음으로 건설 3D프린터로 만든 집수조가 설치되었다. 이를 시작으로 올해에는 다수의 공공공사에서 인쇄 조형 계획이 추진되고 있다. 스타트업 기업 폴리우스(Polyuse, 도쿄)에 따르면 20~30개의 공사에서 추진될 전망이다.

올 2월 25일, 고치(高知) 현 아키(安芸) 시의 난고쿠아키(南国安芸)도로 아카노하시(赤野橋) 하부공사 현장에 100여명의 견학자들이 몰려들었다. 목적은 올 1월에 현지에 설치된 건설용 3D프린터로 만든 집수조를 보기 위해서이다. 설치된 집수조는 외관 상 일반 집수조와 차이가 없었다.

집수조의 크기는 1m×1m×1m, 조형한 곳은 시멘트계 건설용 3D프린터를 개발하는 폴리우스. 공공공사에서 3D프린터로 조형한 본설 구조물 설치는 첫 시도였기 때문에 견학자들의 관심이 높았다.

이 공사는 고치(高知) 시에 본사를 둔 이리마지리(入交)건설이 수주했다. 감리 기술자인 이리마지리건설 토목부의 이시카와(石川) 과장은 3D프린터 도입의 계기를 다음과 같이 말한다.

“건설업계는 저출산ㆍ고령화로 인력 부족이 심각하다. 특히 젊은 인력이 적다. 새로운 기술이나 매력적인 기술이 필요하다고 생각했을 때에 우연히 만난 것이 형틀 없이 콘크리트 구조물을 조형할 수 있는 3D프린터였다”.

3D프린터를 공공공사에서 사용하는 프로젝트는 국토교통성이 추진하고 있는 ‘생산성 향상 챌린지 공사’의 일환이다. 수주자가 시공 계획서를 통해 성인화(省人化) 및 생산성 향상을 위한 대응을 제안. 그 효과를 인정받으면 발주자는 공사성적평정에서 가점을 주는 구조이다. 비용은 원칙적으로 수주자가 부담한다.

집수조는 가나가와(神奈川) 현 가마쿠라(鎌倉) 시에 있는 폴리우스의 공장에서 인쇄 조형되었다. 갠트리(문형) 크레인으로 노즐을 이동시키면서 모르타르를 연속적으로 토출ㆍ적층하여 구조물을 조형한다.

“측구(側溝)와 접하는 공동(空洞)부 주위의 재료를 단단하게 만들 필요가 있다. 데이터를 바탕으로 모르타르와 물의 비율을 자동으로 변환하고 있다”라고 폴리우스의 오오카(大岡) COO(최고집행책임자)는 말한다.

-- 현장을 경험한 이후 인식이 180도 바뀌었다 --
이리마지리건설 현장에서는 3D프린터로 조형한 집수조 설치를 통해 공기(工期) 단축 효과를 검증했다. 일반적으로 집수조 설치에는 형틀을 조립한 후 타설, 양생을 포함해 6~8일이 필요하다. 하지만, 3D프린터를 사용하면 형틀의 조립이 필요 없어 양생 기간을 줄일 수 있다.

“건설용 3D프린터에 대한 인식이 공사를 실시한 후에 180도 바뀌었다”(오오카 COO). 지금까지의 ‘기술자의 일자리를 빼앗는다’ 등의 부정적인 의견에서 생산성 향상과 같은 긍정적인 의견으로 바뀌었다.

이리마지리건설과의 현장 검증을 계기로 복수의 건설회사로부터 문의가 들어왔다고 한다. 직원 수 60명 정도 규모의 이리마지리건설도 건설 3D프린터를 공공공사에 도입할 수 있다면 ‘우리도 할 수 있다’는 믿음이 생겼을 것이다.

폴리우스에 따르면, 올 여름 경에 중부 지방에서 옹벽을, 긴키(近畿)지방에서는 연석을 각각 3D프린터로 조형해 설치하는 공사가 결정되었다고 한다. 두 곳 모두 국토교통성 공사이다.

“올해 공공공사에서 건설용 3D프린터로 조형할 예정인 안건은 20~30건 정도 있다. 올해는 건설용 3D프린터 실용화의 원년이 되지 않을까 생각한다”(오오카 COO).

-- 만드는 과정에서 고칠 수 있는 장점 --
그렇다면 기업들이 건설용 3D프린터에 관심을 가지는 이유는 무엇일까? 생산성 향상에 기여하는 점 이외에도 조형 후 몇 시간 안에 사람이 밀어도 움직이지 않을 정도로 굳는 '신속함’, 그리고 곡면 등을 쉽게 조형할 수 있는 '높은 설계 자유도' 등의 장점에 매력을 느끼는 사람이 많다.

하지만, 폴리우스의 이와모토(岩本) 대표이사 CEO는 다른 이점을 들고 있다. 그것은 “만드는 과정에서 고칠 수 있다는 점”이라고 한다.

올 4월 5일, 폴리우스의 공장에서 60cm x 60cm x 85cm의 집수조를 시험 조형하는 자리에 참석한 기자는 그의 말을 이해할 수 있었다. 당시 이와모토 CEO는 미장 작업으로 조형 중인 집수조 형태를 다듬고 있었다.

기존과 같이 형틀을 조립해 타설할 경우, 탈형한 후가 아니면 표면 기포나 콜드조인트 등을 알 수 없다. 반면 3D프린터는 조형 중에도 오류를 발견하면 미장 작업 등으로 고칠 수 있어 결과적으로 실패 횟수를 줄일 수 있다.

단점으로 볼 수 있는 내구성의 경우에도 3D프린터로 조형한 구조물의 코어 공시체를 보면 일반 공시체와 차이가 없을 정도로 치밀하다.

압축 강도도 일반 콘크리트와 다르지 않다. 이리마지리건설이 설치한 집수조의 재령(材齡) 28일의 압축 강도는 1mm² 당 약 53N이었다.

-- 하천 제방의 계단도 시야에 --
앞으로 건설용 3D프린터로 어떤 구조물을 만들 수 있을까? 집수조의 경우, 규격에 없는 크기나 디자인을 쉽게 만들 수 있다. 예를 들어, 증수 시 수압이 가해지는 한쪽만 곡면 형상의 집수조 등을 만들 수 있는 것이다.

하천 제방에 있는 콘크리트 계단 개조도 가능하다. 많은 출수로 파손되어 유지관리가 쉽지 않은 제방의 계단이 적지 않다.

이 밖에도 설계의 자유도를 활용해 경사가 다른 중력식 옹벽 간의 접합부에 사용할 수도 있다. 폴리우스가 검토 중인 유근(有筋)의 조형 방법이 확립된다면 용도는 보다 넓어질 것이다.

폴리우스는 다양한 기업들과 3D프린터를 이용한 구조물 개발 및 연구를 추진하고 있다. 특히 지방의 건설사들은 유력한 협업 상대이다. 예를 들면 이리마지리건설 외에도 요시무라(吉村)건설공업(교토 시) 등 지방의 건설 회사들과 함께 3D프린터의 사용 실적을 늘리고 있다.

“건설용 3D프린터를 어디에 활용하면 어떤 효과가 나올지는 우리도 아직 모른다. 건설회사로부터 아이디어를 받아 구현하는 일이 많기 때문에 실무에 밝은 지방 건설회사들과 컨소시엄을 구축하는 메리트는 크다”라고 오오카 COO는 말한다.

현재 프린터 제조사로서 3D프린터의 일반화를 목표로 하고 있는 폴리우스이지만, 향후, 폭넓게 보급된다면 입지를 바꿀 계획도 가지고 있다. 고객이 3D프린터 사용시 요금을 지불하도록 하고, 폴리우스는 3D프린터의 설계 데이터 제작 방법이나 적절한 형상에 대한 컨설팅 등 사업의 상류 쪽으로 이동하는 것이다.

폴리우스는 올해 안에 요시무라건설공업을 비롯한 여러 회사와 대학에 3D프린터를 제공하여 조형을 맡게 될 예정이다.

-- 끝 --

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