OSC공법| 공장생산 건축기술로 만들어진 건물 | Off-Site Construction | Poly-Carbonate | GFRP | GFRC

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▶OSC공법에 의한 건축설계사례 | 모듈러건축 | Off-SIte Construction | 탈현장건설

건설산업이 현장중심의 노동집약적인 특성으로 인해 생산성이 저하되는 문제로 인해 노동중심에서 기술중심으로 현장중심에서 공장중심으로 전환으로 인해 생산성, 품질, 안전성을 높이는 OSC공법에 대한 소개와 사례를 살펴본다. 단순노동인력의 수급이 점점 어려워지고, 주52시간제, 중대재해처벌법 등 규제환경의 변화에 따라 공기가 증가되는 게 현실화되고 있다.

OSC공법과 OSC공법으로 진행된 "더시스템랩 건축설계사무실"의 설계 사례들을 살펴본다.

OSC공법(탈현장 건설 또는 공장건설)

OSC(Off-Site Construction)는 건축물이 설치될 부지가 아닌 공장에서 부재, 선조립 부분, 부품, 유닛 등을 생산해 현장에 반입, 설치 및 시공하는 공법이다.

OSC공법의 필요성

기능인력의 고령화 및 공급부족, 품질저하, 외국인 근로자 증가추세는 건설산업의 전반적인 품질저하 및 안전사고 증대 등의 문제 유발
52시간 근무제 도입에 따른 근로시간 단축
최저임금제 시행 등으로 사업환경 변화
작업폐기물, 장비 수반 작업 중 발생하는 불필요한 온실가스 및 미세먼지, 소음 등에 대한 저감 대책 절실

OSC공법의 필요성과 장점

구조재 등을 표준화, 부품화로 인한 높은 효율성
건설업의 제조업화 가능
건설기능공 부족문제의 새로운 패러다임의 제시
건설업의 생산성 향상을 기대
기상/기후 등 외부요인 영향의 최소화 및 현장 시공과의 병행을 통한 공기단축효과 가능
안전 관리의 효율성 및 안전한 현장 가능

OSC공법의 효율화 방안

OSC공법은 생산과정의 효율화를 위해 현장방식과는 달리 각 부재 등을 기획-설계 및 엔지니어링 생산-시공-유지관리의 과정이 재구성될 수 있다.
효율성을 위해 다양한 신기술 도입으로 기능인력 바탕의 현장 생산방식에서 첨단 기술 중심의 OSC공법으로 전환이 필요하다.
OSC방식뿐 아니라 물류와 현장설치로 연계된 OSC공급망을 구축하고 이를 효율화해서 건설 생산과정 전반의 생산성 향상이 가능하다.

다음으로 프리캐스트(PC)로 설계된 사례를 살펴보자

Poly-Carbonate
GFRP | STEEL PLATE · F.R.P
Concrete MOLD
GFRC | UHPC(Ultra High Performance Concrete)

1 Poly-Carbonate | POLY-CARBONATE · ALUMINUM

1) 한강 터널

본 프로젝트는 서울시 한강 진입터널 리모델링 프로젝트로, 더_시스템랩은 보차혼용 구간인 10개소를 담당했다. 모든 진입로는 높은 통행량과 상습 침수구역으로 자유로운 디자인 구성이 어려웠으며 시간 또한 촉박했다. 이에 따라 신속한 구축방식은 물론, 사후관리의 적합성을 고려하여 현장조립이 가능한 폴리카보네이트(POLY-CARBONATE) 모듈을 진공성형(vacuum forming) 기법으로 제작하게 되었다. 해당 모듈은 반복적 3차원 타일의 개념으로 각 진입로의 디자인 다양성과 동시에, 일관된 패턴의 논리를 적용하고자 했다. 또한 모듈 외피는 엠보싱 마감처리로 모듈 자체 곡률의 변화를 터널 상부램프와 빛을 산란시켜 상호작용하도록 했으며, 스크래치에도 내구성을 보장할 수 있는 소재로 강화시킬 수 있었다. <더시스템랩>

2) MCM 플래그쉽 스토어 | MCM M:AZIT FLAGSHIP

본 건물은 강남구 신사동에 위치한 오래된 단독주택을 리모델링하여 MCM의 플래그십 스토어로 탈바꿈한 사례이다. 25일의 기간 내에 설계부터 인허가, 시공을 거쳐 믿을 수 없는 속도로 완성된 본 프로젝트는, 시간 절감을 위해 내부 철거를 하는 동안 PRE-CASTING이 가능한 폴리카보네이트(POLY-CARBONATE)를 사용하여 공장에서 신속한 진공성형 (vacuum forming) 모듈 생산으로 조립식 입면을 완성하였다. 현장 철거가 마무리되는 동시에 모듈을 설치하는 방식으로 공사를 관리하여, 제시된 기간 내에 프로젝트 완성이 가능하였다. 본 건물의 전면 파사드는 가로수길의 상징인 가로수의 잎사귀 형태와 MCM 로고의 월계수 잎을 상징하며, 중심으로 갈수록 곡률이 점증적으로 깊어지는 모듈은 그 자체로 부자재의 도움 없이 구조적으로 안정된 벽체의 형성을 가능하게 하였다. <더시스템랩>

3) 삼성래미안 갤러리

3X3M 프로파일의 끝부분을 동일하게 메트릭스를 만들어서 진공성형에 필요한 몰드를 제작하고 열을 가해서 찍어내면 부품이 생산되어 조립을 하게 되면 패널이 되는 , 강도와 강성이 높은 패널을 현장으로 옮기고, 그 기간 동안 현장은 철골로 골조를 설치하고 있게 된다.

OSC를 하기 위해서는 자재를 이동해야 하는데, 물류에 대한 관점에도 고려해야 된다. 3x3m는 모듈은 4.5톤 트럭에 10개씩 정확히 실어지도록 하기 위한 방법으로 결정되었다.

2 GFRP | STEEL PLATE · F.R.P

R.F.P는 요트를 생산할 때 사용되기도 하지만, 정화조를 만들 때 쓰이는 범용화 된 재료 중 하나이고, 구조적 강성이 폴리카보네이트 보다도 훨씬 뛰어나다.

1) 현대뮤지엄 | HYUNDAI MUSEUM OF KIDS ART

미술관은 아이들에게 지루하다는 인상을 줄 수 있다. 동선이 다른 체험 프로그램에 비해 길고, 라운지나 카페테리아 이외에 휴게공간도 따로 없기 때문이다. 콘텐츠에 오랜 시간 집중하기 어려운 아이들에게 미술관이 새로운 체험을 제안해야 하는 이유이다. 현대 MOKA는 “하나의 동선을 가진 미술관”을 주제로 계획되었다. 아이들이 쉬거나 책을 읽을 수 있는 징검다리 계단과, 편안하게 걸으며 빛과 그림자의 통로를 지날 수 있는 램프로 층과 층이 연결된다. 이 두 가지의 장치로 아이들은 일상에서 경험할 수 없는 시공간적 경험과 함께, 놀이, 체험, 학습을 다양한 방식으로 체험할 수 있을 것이다. 또한 이 미술관은 아이들과 부모들의 신체적 차이 (눈높이와 보폭, 움직임의 반경 등)를 고려한 새로운 스케일을 적용했다. 아이들과 부모들의 활동 영역과 눈높이에 맞추어 차이를 두고 공간 구석구석을 설계했다. 현대 MOKA는 위와 같은 미술관 내 공간의 스케일과 동선으로 아이들과 부모들에게 미술관의 차별화된 놀이, 체험, 학습의 과정을 제공할 것이다. <더시스템랩>

건물의 층고가 11미터의 높이가 있는데 11미터를 한 번에 가공할 수 있는 곳이 요트공장 밖에 없어 요트공장에서 CNC로 정확히 재단한 다음에 F.R.P Mold를 만들어 기둥을 생산하게 된다. 이 기둥은 커튼월을 설치하기 위한 멀리온의 역할을 한다.

2) 하나은행 제주 | PLACE 1 JEJU

하나은행 플레이스 1 시리즈는, 규정된 브랜드 아이덴티티 전략에 의거한 메뉴얼을 일괄적으로 적용하는 프로젝트가 아니었다. 각각의 지점들은 그 지점이 속한 지역의 특수성을 맥락적으로 파악하여 새로운 건축적 접근으로 해석되어야 했다. 다시 말해 그러한 개별화된 건축적 해석 자체가 플레이스1 시리즈의 아이덴티티로 표현되어야 하는 것이다. 플레이스1 제주의 경우 두 가지의 특수 상황이 고려되었다. 첫째는 바람이 심한 지역에 위치한다는 것, 두 번째는 구도심에 위치해서 보행자 접근 영역이 매우 협소하다는 것이었다.

낡은 3층짜리 타일 건물에 코너를 절개하고 새로운 엘리베이터 코어를 보행 가로 쪽에 심는 것은, 이 프로젝트의 핵심이다. 이를 통해 이용자들은 건물 내부로 깊이 들어가지 않고도 가로에서 바로 엘리베이터를 통해 모든 층으로의 진입이 가능하다. 이는 플레이스 1 삼성동의 경우처럼 슬로우 코어를 설치함으로써 은행의 업무시간 이외에도 건물 전체를 활용하는 것이 가능하며, 공개공지가 부족한 고밀도의 구도심에, 옥상정원과 같은 휴식공간을 도시가로에서 바로 접근하는 것을 허락한다. 이러한 새로운 도시조직으로서의 건축물의 코어를 만들기 위해, 바람이 강한 제주도의 특성을 감안하여, 현무암의 조직과 유사한 다공성 F.R.P 구조 모듈을 개발하였으며, 이는 실내 가구부터 건축물의 부품까지 통합적으로 적용되었다. <더시스템랩>

하나의 단위셀을 만들고 이것을 이어 붙여 가구부터 건축의 외관까지 만드는 방식이다. 하나의 컴포넌트로 내외부를 전부 컨트롤하는 디자인으로 진행된다. 이 또한 제작을 위해 FRP로 몰드를 만들고 공장->사이드윙 트럭->배->현장으로 옮겨지는 방식으로 진행된다.

3 Concrete MOLD

1) 한남동 HANDS CORP. | HANNAM OFFICE

본 건물은 서울에서 가장 교통 정체가 심한 한남대로에 위치한다. 교통 정체가 심한 공간에서 “도시적 경관에 관한 입장을 어떻게 정의할까”라는 질문이 프로젝트의 출발점이 되었다. 본 건물은 오피스 공간으로 설계되었으며, 모든 공간은 발코니로 연결된다. 발코니는 크지 않지만 가벼운 담소를 나눌 수도 있고, 바깥의 공기를 잠시 마실 수 있는 공간으로 만들어져 사무공간의 밀도로 인한 피로감을 줄여주는 역할을 한다. 발코니는 건물 외주부를 오목-볼록하게 입체적으로 흐르는 서피스(surface)를 구조면으로 설정하면서 확장 불가능한 외부공간을 설정하였다. (이는 오피스에서의 발코니를 실내공간의 연장으로 사용할 수 없게끔 구조적으로 설정해 줌으로써 발코니를 면적에서 제외시키는 전략적 지점이 되었다.)

주요 서피스 구조를 다시 메인 스트럭쳐(main structure)와 서브 스트럭쳐(sub-structure)로 나누면서, 유기적인 구조체의 사이를 발코니로 설정하게 되었다. 철판 거푸집을 이용해 곡면 프레임이 연속적으로 이어진 파사드 구조물은, 정면에서는 정적인 표정이지만, 걸어가면서 시선을 바꿔보면, 건물의 형태와 입체감도 동적으로 변화한다. 도시를 스쳐 지나가는 사람들이 잠깐 쳐다보는 건물의 모습, 그리고 그 건물 발코니에 서 있는 사람을 본다는 것은 아주 짧은 순간이지만 무언의 커뮤니케이션이 일어날 수 있는 순간이다. 그리고 그 순간이 무표정한 도시에서 살아가는 사람들에게 잠깐의 여유와 소소한 즐거움을 줄 수 있을 것으로 기대한다. <더시스템랩>

구조, 마감, 단열 등으로 구분된 공정을 하나의 공정으로 통합하여 진행된다. 표면이 구조가 되는 방식을 적용하여 공정을 단일화한다. 위 그림의 색은 분할 몰드를 생각해서 조립형 몰드로 공장에서 제작해서 현장에서 조립하는 방식이다.

2) 폴스미스 플래그쉽스토어 | PAUL SMITH FLAGSHIP

패션브랜드 ‘폴 스미스’의 아시아 최초 신축 플래그십 스토어는 강남 도산공원에 위치한다. 고급 브랜드 매장이 밀집된 지역적 특성상, 해당 브랜드 정체성 표현에 집중하여 설계했다. ‘건축적 형태미’는 용적률을 비움으로써 표현하는 것이 일반적이나, 본 건물의 100평 남짓한 대지의 조건과 주변의 고밀도 상권 환경에서는 표현되기 어려웠다. 이로 인해 최대 용적률 확보가 가능한 콘크리트 쉘(CONCRETE SHELL) 형태를 구성했다. 초기 용적률을 초과하는 면적의 볼륨은 건물의 모든 EDGE를 곡면 처리함으로써 법적 한계치를 고려하여 설계했다. NC절삭기를 이용한 곡면 스티로폼 블록을 콘크리트 거푸집으로 활용하였으며, 이는 합판거푸집의 노동력을 통한 조립과 비교하여 비용면에서 현격한 경제성을 보여주었다. 결과적으로 최대의 건폐율과 용적률을 확보함과 동시에 상대적으로 비워놓은 느낌의 형태미 표현이 가능했다. 본 건물의 형태는 특정 되어진 듯 하나, 방문자 개개인의 각기 다른 해석을 통한 도심 속 다양한 이야기의 생산을 기대한다.

4 GFRC | UHPC(Ultra High Performance Concrete)

1) 울릉도 코스모스 리조트 | KOSMOS RESORT | UHPC

울릉도는 대한민국의 도서지역 중, 원시적인 자연환경이 가장 잘 보존된 곳이다. 우리는 울릉도 송곳산 부근의 자연경관을 마주한 순간, 이러한 대지에 건축물을 설계하기보다는 자연을 담는 그릇을 만들고자 했다. 코스모스는 자연을 담는 동시에 우주 속 자연 현상을 관조하는 일종의 천체 도구가 되기를 희망했다. 프로젝트명 Kosmos (Cosmos의 어원) 또한 이러한 맥락에 기인한다. 코스모스의 주요 구조부 일체는 UHPC로 현장타설되었으며, 12cm 두께의 연속적인 나선형 VAULT들이 기본적 형상을 이룬다. 이 형상은 대지를 둘러싼 기념비적 자연경관요소와 이를 가로지르는 달, 태양, 별들의 궤적에 기인한다. 현재 개발의 여파가 미치지 않은 울릉도의 북면지역에 설립된 코스모스는 앞으로 지역발전에 중요한 분기점이 될 것이다. 또한 코스모스는 울릉도의 경이로운 자연과 조우하는 장소로서, 건축이 가져야 하는 태도에 대한 일종의 선례가 되기를 희망한다. <더시스템랩>

울릉도의 현장은 육지의 비용의 1.5배에서 2배가 조금 넘는 비용이 드는데 그중 상당한 비용이 물류비용이다. 울릉도 송곳산이라는 곳에 위치한 현장은 장대한 느낌의 장소여서, 건축은 이에 반해 가벼웠으면 좋겠다는 아이디어를 구현하기 위해 UHPC를 적용하게 된다. 일반 콘크리트 강도의 5배 정도 강하지만 두께는 12cm로 줄여주어 가벼운 느낌의 건물을 구현한다.

UHPC는 굉장히 입자가 고운 가루이며, 경화될 때 온도가 굉장히 높으며, 압력이 강하여 거푸집이 일반적인 거푸집이 아니라 구조설계에 의해 개발된다.

몰드는 배에 싣기 전에 공장에서 제작하여 바지선으로 현장에 보내면, 현장에서 몰드를 조립해서 타설 하는 방식으로 진행되었다.

2) 하나은행 서울 | PLACE 1 SEOUL | UHPC

PLACE 1은 KEB하나은행의 리모델링 프로젝트이자, 온라인뱅킹으로 전환되는 은행의 미래 모델을 제시하기 위한 파일럿 프로젝트로 시작되었다. 일반적으로 은행 건물은 운영시간과 보안의 상관관계로 인해, 도시 내에서 중요한 거점을 마련하고 있음에도 불구하고 오후 4시 이후부터는 일반인들의 사용이 제한되는 문제가 있었다. 새로운 유형의 은행 건물의 시작점은 이러한 도시 내에서의 사용상의 제약을 극복하며, 은행을 은행 업무 이외에 라이프스타일의 거점으로서 새롭게 자리매김할 수 있는 모델로 진화시키는 것이 중요한 전략적 지점이었다.

건물 중앙부에 ‘슬로우 코어’를 삽입해 방문객이 산책하는 듯한 느낌을 받을 수 있도록 구성하고, 층별로 도서관, 카페 등 각기 다른 콘셉트를 적용해, 은행 운영과는 별도로 작동할 수 있는 체계를 제안하였다. 건물 외부는 안쪽의 유리면과 바깥쪽의 초고강도 콘크리트(UHPC) 모듈로 구성하고, 그 사이를 이중외피 공간으로 설정하여 에너지 관리를 효율화함과 동시에 테라스 공간으로 사용할 수 있도록 고려했다. 공장생산 UHPC 모듈은 보강을 마친 건물에 부착하는 방식으로 설치해 에너지 및 비용 절감 효과를 극대화했다. 또한 모듈에 설치된 138개의 키네틱 아트디스크로 살아 움직이는 듯한 건물 이미지를 구현하고 도시갤러리로서의 성격을 부여하며, 건물 외부에서도 역동적인 인상을 받을 수 있도록 하였다. <더시스템랩>

FRP 몰드로 시작하였지만, UHPC가 경화될 때 생기는 고온과 고압에 의해 몇 번 만들고 나면 FRP 몰드가 틀어져 변형이 생겨 모서리가 균일하게 연결되지 못해 균일한 모듈을 만들 수가 없게 된다. 철판거푸집으로 바꾸었으나 철판 연결부위가 용접으로 만들어야 하는데, UHPC는 아주 고운 입자여서 아주 미미한 흔적도 다 드러나기 때문에 사용할 수 없었고, 그래서 병합몰드라는 것을 고안하게 된다. 모서리부분은 철판 거푸집으로 하고, 표면은 FRP로 하여 패널을 이어 붙일때 오차가 없도록 하며 고온과 고압에 의한 표면의 오차는 육안으로 잡아내기 어려울 만큼의 오차여서 병합 몰드의 방식으로 8cm 두께로 조립하게 된다.

3) 삼진연구소 | SAMJIN PHARM | UHPC

제약회사 연구소의 실내는 고도의 집중이 요구되는 환경이다. 삼진제약 연구소는 균질한 실내 빛환경 조성을 위해, 서쪽을 향한 주 입면에 대해, 오후 시간대의 적절한 태양광 조절이 가능하도록 부풀어 오른 커튼 형식의 입면을 디자인하였다. 서쪽의 주름 진 형상의 패널은 80mm 두께의 UHPC (Ultra-High Performance Concrete)를 성형하여 제작했다. 철근 배근 없이 제작되는 UHPC의 미학은 일반적으로 우리가 느끼는 콘크리트의 미학과는 차이가 크다. 천 조각처럼 부드럽고 얇지만 무려 콘크리트의 5배 이상의 강도를 구현하며 콘크리트의 물성에 대한 선입견을 재편한다. 이러한 UHPC 셸(shell)은 오후 시간대의 서측 태양광을 차단하여 열부하를 감소시킴과 동시에, 부드러운 간접광의 실내 유입을 형성하며, 외부의 도시전경을 내려다볼 수 있는 감성적인 장치이다. 로비에는 3개 층높이의 보이드 공간에 약 13m의 수직농장인 ‘스마트팜’(Smart farm)을 설치하여 고품질의 유기농 채소를 연구원들이 일상에서 즐길 수 있는 생활환경을 제공하였다. 이는 곧 좋은 음식과 좋은 약은 그 근원을 같이 한다는 동의보감에 기초한 것이다. <더시스템랩>