PPVC에 의한 건축 환경 변화와 타워 크레인(1)

PPVC에 의한 건축 환경 변화와 타워 크레인(1)

 

건설기계산업연구원장  김인유

 

최근 건축현장은 과거의 건축 방식에서 PPVC(prefabricated pre-finished volumetric construction : 조립식 프리 마감 형체 제작) 방식으로 환경이 변화되고 있어 타워크레인의 대형화가 요구되고 있다.

 

* PPVC(prefabricated pre-finished volumetric construction : 조립식 프리 마감 형체 제작) : 조립식 건축 기술로 시공기간을 단축시키고 천재지변의 악영향을 최소화하며, 각 조립부분의 품질관리를 더욱 세밀하게 할 수 있다는 장점을 가지고 있다.

 

조립식 건물은 건설에 필요한 요소들은 외부에서 사전 제작하여 건설 현장으로 운송하는 건설 프로세스를 의미하는 것으로 광범위한 범주를 가지고 있다. 일반적으로 조립식은 벽, 바닥 또는 3차원 모듈(3D), 2차원 건물 패널(2D)로 분류되고 있으며, 이는 건물 외부에 주로 건설되는 것이다.

 

완전히 조립된 모듈식 건축물은 모든 배관, 전기, 내부 마감재 및 고정 장치가 일반적으로 외부 공장에서 이미 설치되어 나오기 때문에 현장에서 최소한의 시공 시간이 필요하다. 이 PPVC(prefabricated pre-finished volumetric construction) 방법은 기존의 현장 구성 방법보다 모듈화를 통한 생산성과 지속 가능성을 높여주고 있다.

 

1) 건설 시간 절약 : 가장 확실한 이점은 건설 시간을 절약하는 것입니다. 예를 들어 6층 호텔을 3개월에 걸쳐 지을 것을 조립된 모듈식은 20일 만에 지을 수 있어 재정적 이익을 가져올 수 있다.

 

2) 품질 보증 : 날씨로 인한 지연을 받지 않는다는 것이다. 또한, 모든 생산을 산업표준에 의한 품질 향상과 보증할 수 있다는 것이다.

 

3) 안전 : PPVC방식 건축이 많을수록 고소작업 시간을 줄여 안전성을 확보할 수 있다.

 

4) 교통량 감소 : 모듈식 구조로 인해 현장 배달 수가 90% 줄어들고 현장까지의 근로자의 평균 이동 거리가 75% 단축됩니다.

 

5) 채용 문제 극복 : 기존의 노동 활동의 80%를 외부 모듈 제조 시설에서 할 수 있고, 소수의 전문가만이 현장에서 조립하는 공정을 수행하여 인력 채용문제를 극복할 수 있다.

 

6) 현장의 소음, 먼지 및 이산화탄소 오염 감소 : 현장 의 건설 단계는 모듈화에 따른 건설기계 사용 빈도가 감소하고, 모듈 배치용 전기 타워 크레인은 주변 및 환경에 대한 소음 및 오염 영향을 최소화한다.

 

7) 폐기물 및 공간 감소 : 모듈식 구조는 기존 구조보다 폐기물이 절반으로 줄고, 모듈은 즉시 조립 위치로 크레인에 의해 이동되어 건축 자재 저장 공간을 줄여 준다.

 

8) 지속 가능성 : 거의 90%의 외부  산업화한 모듈 생산은 친환경 및 린(Lean) 건설에 큰 잠재력을 가지고 있어 제조 및 건물 수명 동안 온실가스 배출량을 줄입니다.

 

PPVC의 교통 비용은 다음과 같습니다.

1) 모듈 운송 제한 : 도시 내부 부지에 대한 제한적 도로 규제, 중량물에 대한 교통허가 및 교통 제한은 경제적 비용이 추가될 수 있다. 전체 운송 크기는 폭 3.4 미터, 높이 3.2 미터, 길이 12 미터로 제한되며, 최대 무게는 30~40톤으로 PPVC 운송비용 증가 요인의 20%입니다.

 

2) 크레인 크기 : 6층 이상에서는 설치에 필요한 공간으로 인해 타워 크레인이 선호되고 있다. 두 가지 유형의 PPVC 모듈 시스템이 일반적으로 사용됩니다. 강철 모듈식 장치의 무게는 8 ~ 20톤이며 콘크리트 모듈식 장치의 무게는 25~35톤입니다. 콘크리트 모듈은 내구성과 검사 용이성으로 인해 주거용 건물에서 선호되는 경우가 많습니다. 시멘트 생산은 전 세계 이산화탄소 배출량의 약 5%를 차지하기 때문에 저탄소 집약적인 모듈 구조는 하이브리드 및 경량 목재 모듈을 더 많이 볼 수 있습니다.

 

모듈 무게에 추가되는 것은 특수 제작된 자체 균형 리프팅 프레임이다. 이는 모듈에 내부 힘이 유입되는 것을 방지하고 정확한 위치 설정을 위해 모든 모듈의 개별 무게 중심을 수용한다. 이러한 이유로 PPVC 프로젝트에는 대용량 타워 크레인이 필요합니다. 싱가포르에서의 경험에 따르면 30톤 이상의 타워 크레인의 초기 비용 및 임대 요금은 PPVC 프로젝트 총량의 15%를 차지합니다. 그러나 PPVC 시장을 위한 최근의 타워 크레인 개발은 향후 프로젝트의 크레인 비용을 더욱 쉽게 조정 통제할 수 있도록 계약자들을 도와줄 것이다.

 

• 반복성

PPVC 시공법으로 가장 큰 비용 절감을 제공하는 프로젝트는 반복성이 높은 프로젝트이다. 예를 들면 학생 숙소, 호텔, 주거용 타워 및 저렴한 주택 등이 그 예입니다. 이는 전 세계적인 추세인 도시화로 인한 수요가 증가하고 있는 건물 유형이다.

PPVC 건축은 노동력 부족, 전통적인 건축 비용이 비싸고 급격한 주택 부족으로 인해 신속하게 건설해야 할 경우의 솔루션이 될 수 있다. 

 

호주, 싱가포르 및 영국의 정부는 외부 제작 건설을 전략적 우선순위로 삼고 있다. 싱가포르 주택 개발위원회 (HDB)는 2019년 프로젝트의 35%에 대해 구체적인 PPVC 방법을 채택했습니다. 호주 정부는 사람들이 충족시킬 수 있는 교통 거리 때문에 소위 '20분 도시 '를 만들려고 합니다.  탄소 배출을 줄이기 위해 고층 주거용 타워의 수를 늘릴 것입니다. 전 세계의 다른 지방 자치 단체가 따라갈 것입니다.

싱가포르는 오늘날 모듈식 건축을 위한 가장 큰 시험장입니다. 다른 곳에서의 초기 실험은 리프팅 장비에 대한 도전이었고, 1967년 캐나다 몬트리올 엑스포를 위해 지어진 12층의 Habitat 67 아파트 단지는 조립식의 잠재력을 보여주었습니다. 무게가 각각 80톤인 354개의 콘크리트 모듈은 Dominion Bridge 레일을 활용하여 특수 목적으로 제작된 데릭 크레인을 사용하여 배치되었다. 

 

30.5 미터 반경에서 82톤의 용량과 18.2미터에서 100톤의 용량을 제공했으며, 정사각형 Francon 리프팅 프레임의 각 모서리에서 콘크리트 모듈의 수평을 맞추기 위해 리프팅 로프 끝에 개별적으로 작동되는 유압잭이 설치되었다.

또한, 1967년에 텍사스의 샌 안토니오에서 경제적인 디자인과 짧은 시공 시간이 눈에 띄는 또 다른 PPVC 프로젝트가 시작되었다. 22층의 Hilton Palacio de Rio 호텔은 단 10개월 만에 완성되었다. 모듈식 구조로 인해 2년 작업이 9개월로 단축되었다. 300톤의 Manitowoc 4000W ring crane을 사용하여 46일 동안 총 496개의 객실 모듈을 배치하였다. 가구를 포함하여 완벽하게 장착된 35톤 모듈은 Helicoguide 카운터 밸런싱 기능이 있는 특수 목적으로 제작된 로드 스프레더를 사용하여 ¾ 인치(19mm)의 정확도로 제자리에 들어 올렸다. 이것은 Sikorsky 헬리콥터 모터와 60마력 엔진으로 구성되었다.

하루에 계획된 10개의 완전한 방 대신에, 건축업자는 하루에 35개의 모듈을 들어 올리게 되었으며, 모듈식 구조의 이점을 최대한 활용할 수 있도록 리프팅 장치를 갖추는 것의 가치가 있음을 보여주었다.

 

오늘날의 PPVC 프로젝트에서 사람들이 태그 라인을 사용하여 꼬인 모듈을 올바른 방향으로 놓았으나 이는  너무 많은 인력이 필요한 비효율적인 접근법이며 위험할 수 있다. 따라서 과거 Helicoguide와 같은 태그 라인 대신 완전히 새로운 서스펜션 장치인 자이로 스코프(gyroscopes)를 사용하였다. 지난 몇 년간 부하 회전을 제어하기 위해 태그 라인 방법은 감소하고 자이로와 같은 여러 제품이 출시되었다. 일본 타워 크레인 제조업체인 Kitagawa는 자이로 마스터(Gyro-master)라고 합니다. 호주 Verton Group에서 개발한 모듈식 Everest 시리즈 독립형 스프레더는 원격 작동식 가변 노력 회전 장치를 사용하여 최대 1,500톤의 정지 하중을 제어합니다.

 

리모콘은 리프팅 구역에서 리거를 제거하여 안전성이 향상되고 사이클 시간이 25% 나 단축되고 현장에서 필요한 줄거리 작업 인력(riggers)이 줄어듭니다.

 

Kitagawa는 최대 75톤의 용량을 제공하며 이미 일본에서 125톤까지 사용하고 있다. 이 장비는 하중을 시간을 최소화하고, 정확한 위치에 놓기 위해 자체 밸런싱 리프팅 프레임과 함께 사용하여야 한다. 이러한 리프팅 칼라(collar) 프레임은 모듈의 구조적 무결성에 대처하기 위해 여러 개의 슬링 포인트를 제공할 수 있다. 

 

<계속>