건축/환경에너지

Nikkei Architecture_2022.7.28 뉴스 기술 (p13~14)

오바야시구미의 3D프린터 건축, 드디어 착공
장관 인증 취득은 일본에서 처음

오바야시구미는 도쿄도 기요세시에 있는 오바야시구미의 기술연구소 안에 시멘트계 건설 3D프린터를 이용해 연면적 27.09㎡, 최고 높이 4.04m의 단층 건물 시설을 ‘인쇄’한다. 국토교통성 장관 인정을 취득하고 3D프린터로 건축물을 짓는 사례로는 일본 최초다. 22년 5월에 착공했으며, 22년 11월의 완성을 목표로 한다.

시멘트계 건설 3D프린터는 특수한 모르타르를 노즐에서 토출하여 적층하며 구조물을 조형하는 기술. 오바야시구미는 산업용 로봇 팔을 베이스로 자체 제작한 프린터를 현지에 설치해, 기초와 천장을 제외하고 현장에서 직접 조형하는 '온사이트 프린팅'에 도전한다.

조형하는 시설의 명칭은 ‘(가칭) 3D프린터 실증동’(이하, 실증동)이다. 재료의 사용량을 최소한으로 억제하면서 최대한의 공간을 확보할 수 있는 모양으로 했다. 형틀을 사용하는 재래 공법으로는 표현하기 어려운 3차원 곡면을 많이 사용한 것이 특징이다. 실증동에는 공조나 세면, 조명 등의 설비도 만든다.

3D프린터로 조형하는 벽은 실외 측의 구조체층, 중앙의 단열층, 실내 측의 설비층(케이블 보호층이나 공조 덕트층)으로 이루어진 복층 구조로 했다. 덴카가 개발한 3D프린터용 특수 모르타르 '덴카 프린털'을 이용해 각 층의 테두리를 조형하고, 구조체층에는 오바야시구미가 개발한 초고강도 섬유 보강 콘크리트 '슬림 클리트'를 충전한다. 철근은 이음매 이외에는 사용하지 않는다.

시공할 때는 프린터를 실내 측 중앙 부근에 설치하고, 사전에 타설해 놓은 기초 위에 벽 테두리를 조형해 나간다. 조형하면서 슬림 클리트 타설이나 단열재 충전, 설비 공사를 진행하므로 공기 단축 및 자원 절약이 가능하다.

현장은 대략 4~5명 체제다. 그 중 1명이 타설한 벽에 천공(drilling)을 하거나 단열재 충전 등 복수의 역할을 담당한다. 디자인 설계를 담당한 오바야시구미 설계솔루션부의 기무라(木村) 과장은 “3D프린터로 조형하는 건축물에 설비 배관이나 배선을 시공하는 노하우는 확립되지 않았기 때문에 실증동에서 검증하고 싶다”라며 의욕적이다.

천장에는 연구소 내의 별도 장소에서 프린트한 바닥판을 건다. 천장 시공 후에는 3D프린터를 옥상층으로 옮겨 파라펫을 조형한다. 실증동은 단층주택이지만 기술적으로는 복수층을 건축할 수 있는 것을 보여주려는 목적이 있다.

구조체에는 지정 건축 재료에 해당하지 않는 슬림 클리트 등을 이용했기 때문에 건축 확인을 받으려면 국토교통성 장관 인정을 취득할 필요가 있었다.

-- 옥외 조형을 염두에 두고 연구개발 --
구조 설계를 맡은 오바야시구미 구조설계부 스즈키(鈴木) 과장은 “토목 분야에서는 실적이 있는 슬림 클리트지만 건축물에 적용해도 문제가 없음을 보여줘야 했다. FEM(유한요소) 해석을 이용해 내력을 평가했다”라고 말한다. 연구개발과 설계에 소요된 기간은 2년 정도다. 또한 슬림 클리트 성능 평가, 장관 인정 취득, 건축 확인에는 총 6개월이 소요되었다.

오바야시구미는 19년 슬림 클리트를 이용해 셸형 벤치를 제작한 이후 건축물의 온사이트 프린팅 실현을 위해 연구개발을 계속해 왔다. 오바야시구미 생산기술연구부의 사카가미(坂上) 과장은 “사용하는 모르타르는 모양을 유지하기 위해 단시간에 경화하는 성질이 있어야 한다.

반면에 경화가 너무 빠르면 펌프가 막히는 등의 문제가 발생한다. 옥외에서 안정적으로 시공하기 위해 고온 하에서의 모르타르 제어나 토출 능력의 향상에 노력했다”라고 말한다.

완성 후에는 내구성 및 환경 성능 평가를 예정하고 있다. 생산기술연구부의 가네코(金子) 부장은 “실증동에는 검증하고 싶은 요소를 담았다. 장기적으로는 재래 공법으로 시공하기 어려운 부위에 프린터를 도입하는 사용법도 생각할 수 있다”라고 말한다.

사업비는 공개하지 않는다. “이번 실증동처럼 높이 방향으로 곡면을 도입한 모양을 재래 공법으로 만들면 비용이 커진다. 비용 면에서 승부할 수 있다”(사카가미 과장). “실적이 증가하면 비용 문제는 해결할 수 있다”(가네코 부장).

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