일본산업뉴스요약

Nikkei X-TECH_2023.10.20

3D프린터 주택, 이대로라면 보급되지 않는다
건축물 재료 등에 관한 제도가 관건

‘가까운 미래에는 3D프린터 주택이 일본 내에 줄지어 늘어서게 될지도 모른다’. 이러한 뉴스가 TV나 신문 등에서 자주 다루어지고 있다. 그러나 그 실현 가능성은 현재로선 상당히 낮다. 건축물 재료 등에 관한 제도가 바뀌지 않는 이상 한낱 꿈의 이야기로 끝날 것이 거의 틀림없다.

급속한 진화를 거듭하고 있는 건설 3D프린터는 노즐을 수평으로 이동시키면서 특수 모르타르를 연속적으로 토출, 수 센티미터 두께의 층을 겹겹이 쌓아 올려 구조물을 조형하는 신기술이다. 프린터에는 산업용 로봇 핸드를 개조한 것이나, 문형(갠트리형) 전용 머신 등이 이용된다. 모르타르란 시멘트와 모래, 물을 반죽한 건축 재료로, 3D프린팅에 사용할 경우 경화 속도를 조절하기 위해 혼화제 등을 섞는 경우도 있다.

건설 3D프린터를 이용하면 사람이 철근과 형틀을 조립하고 거기에 콘크리트를 채워 만드는 기존의 철근콘크리트(RC) 건축물에 비해 공기(工期) 단축, 성인화(省人化), 자원 절약 등을 기대할 수 있다.

건설 3D프린터는 건설 분야의 디지털 퍼블리케이션(데이터를 바탕으로 제조를 하는 기술)의 대표격으로 손꼽히고 있으며, 미국에서는 100채로 이루어진 주택단지 건설도 추진되고 있다. 하지만 일본에서는 건설 3D프린터를 이용한 건축 사례가 극히 적다.

그 이유는 현행 건축기준법이 벽이나 기둥과 같은 ‘구조 내력(耐力)상 주요한 부분(건물에 작용하는 하중을 부담하는 부분)’에 모르타르를 사용하는 것을 상정하고 있지 않기 때문이다. 이 때문에 건축 확인 절차를 통과하기가 쉽지 않다.

건축기준법에서는 콘크리트나 철강재, 철근 등 23개 품목의 지정 건축 재료(구조 계산에 강도 등 성능치를 이용하는 중요한 재료)를 구조 내력상 주요한 부분에 사용할 경우, 그 재료의 품질이나 강도 등을 JIS(일본산업규격) 등에 적합하도록 해야 한다. 그럴 수 없는 경우에는 건축 재료 품질에 관해 규정한 건축기준법 37조에 기반하여 제조 체제 등에 관한 심사를 받아 국토교통대신(国土交通大臣) 인정(이하 37조 인정)을 취득할 필요가 있다.

반면, 모르타르는 콘크리트와 매우 유사한 재료이지만, 콘크리트와 달리 자갈을 포함하지 않아 지정 건축 재료에 해당하지 않는다. 이 때문에 비록 강도 등의 성능은 콘크리트와 같은 수준이거나 그 이상이라 하더라도, 앞에서 언급한 ‘구조 내력상 주요한 부분’에 사용할 수 없다.

그렇다면 어떻게 해야 할까? 구조 내력에 대해 규정하는 건축기준법 20조에 따라 재료의 강도 등과 함께 건축물 전체 구조의 안전성에 대해 평가를 받고, 건물 별로 국토교통대신 인정을 취득해야 한다.

건축기준법 20조에 근거한 국토교통대신 인정(이하 20조 인정)을 취득하는 데 필요한 성능 평가 요금은 연면적 500m² 이하에서 51만 엔이다. 그렇게 비싼 편은 아니지만, 인증을 받기 위해 드는 노력과 기간 등을 감안하면 사실상 그보다 더 많은 비용이 소요된다.

-- 모르타르로는 안되기 때문에 자갈을 섞는 케이스도--
이처럼 번거로운 절차를 거쳐 건축물을 지어 실적을 쌓아 나가면, 언젠가는 새롭게 지정된 건축 재료로 자리매김할 가능성은 있다. 하지만, 그때까지 방대한 시간 및 비용이 들기 때문에 장벽은 매우 높다. 단독주택을 프린팅하는데 매번 국토교통대신 인정 취득을 요구 받는 것은 부담이 커 많은 사업자들이 시장 참여를 포기하게 될 것이다.

이러한 사정 때문에 일본에서 건설 3D프린터를 상업 베이스의 일반 주택이나 빌딩 시공에 지금 당장 사용하려면 구조 내력상 주요 부분에 해당되지 않는 곳에 쓸 수밖에 사실상 선택지가 없다.

따라서 지금까지 건설 3D프린터를 이용해 실현된 국내 건축물은 (1)구조체는 철골 등으로 만들고 하중 부담이 없는 외장재 등을 프린트한 것 (2)벽이나 기둥의 형틀(외주부)을 프린트하고 그 내부에 철근을 짜 넣고 콘크리트를 채워서 통상적인 철근콘크리트 건축물과 동등한 구조로 한 것이 중심이다.

이러한 방법에도 기둥이나 벽 디자인에 복잡한 곡면을 도입할 수 있다는 장점은 있다. 하지만 건설 3D프린터의 장점이 충분히 발휘되고 있다고 보기는 어렵다.

예를 들면 (2)의 경우, 모르타르로 만든 형틀의 단면적은 구조체로서 카운트되지 않는다. 즉 , 모르타르로 조형한 형틀 부분은 장식으로서의 기능만 갖게 된다.

만일 구조체로서 카운트되어 구조 계산에 넣을 수 있게 된다면, 그만큼 기둥을 가늘게 하는 것이 가능해진다. 재료 사용량이 줄면 원가 절감, 환경부하 저감 등 다양한 효과를 기대할 수 있어 대부분의 건설 3D프린터 관계자들이 안타까워 하고 있다.

건설 3D프린터용 재료 개발을 추진해 온 시미즈건설(清水建設)은 고육지책을 강구. 시미즈건설이 2020년에 개발한 특수 모르타르 'LACTM'에 일부러 자갈을 섞어 지정 건축 재료인 콘크리트로 '개량'. 37조 인정을 취득했다. 이렇게 하면 건물 별로 20조 인정을 받을 필요가 없게 된다.

그러나 이 방식에도 두 가지 해결해야 할 과제가 있다. 첫 번째는 자갈을 섞으면서 생기는 과제다. LACTM 은 시멘트와 모래, 길이 6mm의 합성섬유, 고성능 감수제(減水劑), 혼화재(실리카흄 등)로 구성된 재료만으로도 충분한 강도와 인성(靭性), 내구성을 갖추고 있다. 자갈을 추가한다고 해서 이러한 성능이 높아지는 것은 아니고, 오히려 프린터의 노즐이 폐색되기 쉬워지는 약점이 발생하게 된다.

또 하나는 공장 생산 콘크리트로서 인정을 받았다는 점. 공동으로 인정을 취득한 도쿄콘크리트(도쿄)의 플랜트에서 커버할 수 있는 범위 밖에 사용할 수 없기 때문에 전국으로의 사업 전개가 어렵다. 레미콘은 운반 시간에 제한이 있기 때문에 사용하는 영역에 따라 인정을 취득할 필요가 있다.

새로운 기술이나 서비스를 보급시키려 할 때, 규제가 높은 장벽이 되어 가로막는 케이스는 많다. 나아가 신기술을 기존의 제도에 억지로 적용시키기 위해 품질이나 안전성 확보라는 본래의 목적과는 관계없는 부분에서 불필요한 노력을 강요당하는 일도 일어난다. 건설 3D프린터는 바로 이런 문제에 직면해 있는 것이다.

건축기준법을 관할하는 국토교통성은 지금까지 별다른 액션을 취하지 않았지만, 내각부라는 ‘외압’에 의해 상황은 조금 달라지고 있다.

-- 국토교통성, 비공개 검토위원회에서 논점 정리 --
내각부의 규제개혁추진회의에 마련된 스타트업 이노베이션 워킹그룹은 올 1월 27일에 개최된 제7차 회합에서 건설 3D프린터 재료를 둘러싼 일련의 문제를 다뤘다.

회의록에 따르면, 회합에 출석한 Polyuse(도쿄)의 이와모토(岩本) CEO는 국토교통대신 인정 프로세스에 관한 검토와 전문가회의를 설치해 논의를 가속화하도록 요청했다. Polyuse는 국산 건설 3D프린터를 개발하는 스타트업 기업이다.

회합에 참석한 시미즈 건설설계본부 프로젝트설계부 3부의 마키즈미(牧住) 부장도 “콘크리트나 모르타르 같은 문구에 얽매이지 말고 재료의 성능이나 적용 부위에 따른 원활한 인정이 필요하다”라고 지적했다.

마키즈미 부장은 닛케이크로스텍와의 인터뷰에서 “예를 들면, 프린터와 소규모 플랜트를 세트로 인정하는 구조로 함으로써 현장 반죽이 가능하게 되면 범용성이 높아진다. 또한 모르타르처럼 3D 프린팅에 사용되는 재료를 지정 건축재료로 규정해주었으면 좋겠다”라고 말했다.

이 회합 후 국토교통성은 비공개인 ‘3D프린터 대응 검토 위원회’에서 논점 정리 등을 추진하고 있다. 올해 안에 총 4회의 회합을 개최해 방향성을 정리하고, 이것을 근거로 기준에 대한 재검토 및 실험 등을 추진할 방침이다.

모르타르로 조형한 형틀을 구조체로 간주하거나, 형틀 내에 특수 모르타르를 충전해 철근을 이용하지 않는 구조로 할 경우, 어떤 제도를 적용해야 할까? 또한 건설 3D프린터와 같이 디지털 기술을 이용한 새로운 시공 방법이 등장했을 경우, 어떻게 대응해야 할까?

이와 같은 논점에 대해 3D프린터 대응 검토 위원회에서 논의가 진행 중이라고 한다. 국토교통성의 오카노(岡野) 기획 전문관은 “정리한 내용에 대해 어떠한 형태로든 공표할 계획이다”라고 말한다.

시미즈건설의 마키즈미 부장은 “같은 제도하에서 전례를 답습하는 것만으로는 이노베이션이 일어나지 않으며, 이로 인해 세계에 뒤처져 버린다”라고 우려한다.

기존의 제도가 이노베이션을 방해하거나, 제도가 존재하지 않기 때문에 보급이 늦어지는 상황을 어떻게 해소하고, 인력 부족이나 탈탄소라고 하는 과제에 어떻게 대응해 나갈 것인가? 제도를 만드는 행정 측이 이러한 인식을 민간과 공유해, 뛰어난 신기술의 개발 및 보급에 대한 인센티브를 높여 나가는 것이 필요하다.

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