예비 건축주를 위한 패널라이징 Panelizing의 이해 ②

요 몇 년 사이 패널라이징을 도입한 전원주택 시공 업체들이 크게 늘었다. 전원주택을 짓고자 하는 예비 건축주들에게서도 이에 대한 문의가 이어지고 있기도 하다. 이에 전문가를 통해 일반인들이 쉽게 접근할 수 있는 패널라이징에 관한 글을 연재한다. 편집자 주

자료협조 : 리플래시 기술(주) www.refreshsystem.co.kr

패널라이징 Panelizing 장점과 종류
패널라이징은 2차원 판재 부품을 사용한다는 것이 3차원 입체구조의 모바일/모듈 공법과 가장 큰 차이점이다. 모듈 공법보다는 현장 작업 기간이 길다는 단점이 있으나 건축주의 다양한 요구 조건을 보다 충족시키고, 기존의 현장 시공 공법보다는 빠르고 건축물의 구조안전과 품질을 향상할 수 있는 게 장점이다. 우리나라와 같이 다양한 대지 조건에 따른 건물 평면과 형태에 능동적으로 대처하며 공기 단축과 건축물 구조안전을 확보하고 품질을 높일 수 있는 공법이다.

패널라이징 공법으로 시공한 용인 땅콩주택.

패널라이징 Panelizing은 바닥, 벽, 천장/지붕 각 부위를 운반 크기와 연결 방법, 구조내력 등을 고려해 요소 분해한 후, 엔지니어링 된 제작 도면(Shop Drawing)에 따라 공장에서 제작한 후 현장에서 조립하는 방식이다. 지난 호에서 설명한 모바일/모듈 공법에서는 일체화된 3차원 입체 부품이 쓰이지만 패널라이징에서는 판, 벽 판을 뜻하는 패널 Panel 이란 단어에서 보이듯 2차원 판재 부품을 사용한다는 것이 가장 큰 차이점이다.

재래식 현장 공법과 모바일/모듈 방식의 중간 정도라 할 수 있는 패널라이징 공법은 현장에 패널을 설치한 후 마감 작업을 현장에서 해야 하므로, 모바일/모듈 방식에 비해 현장 작업 기간이 더 소요된다. 그러나 모든 작업을 현장에서 하는 기존 공법에 비해 공장에서 제작된 부품을 단기간에(당사의 경우, 층당 하루 정도 소요) 설치할 수 있으며, 지붕 골조가 완료돼 비를 피할 수 있기에 외부의 기후 조건 영향에서 비교적 자유롭다.

평면과 형태에 제약이 많아 몇 가지 설계도면에 의지해 제작하는 모듈 공법에 비해 패널라이징은 건축주의 다양한 요구 조건을 반영한 주문형 방식이 가능해 근래 단독주택 개성화 추세를 보다 충족시킬 수 있다. 또한 사전 제작한 도면에 따라 공장에서 제작되므로 설계도면에서 발생할 수 있는 오류와 누락 부분의 검토 보완이 가능하다.

공장 제작 단계에서부터 못 박기, 개수 등의 품질 관리가 이루어지므로 현장에서 책임자의 능력과 성실함에 전적으로 의지해야 하는 기존 시공 방법보다 건축물 구조 안전과 품질을 향상시킬 수 있다는 것 또한 장점이다. 녹다운 Knock-down 방식(조립과 분해가 가능한 방식)으로 모듈 공법에 비해 부피가 작아져 운반이 편리하고 비용이 절감되며 특히 목조주택의 경우 연결 조립 부위 시공이 용이하다.

더불어 부지가 좁고 일조권 등 법규가 까다로운 우리나라는 외국처럼 동일한 형태의 건축물을 반복해 시공하는 것이 어려운 경우가 많으므로 대지 및 법규, 건물 평면과 형태에 능동적으로 대처하면서 건축물 구조안전을 확보하고 품질을 높이며 공사 기간을 단축할 수 있는 공법이 바로 패널라이징인 것이다.

정리하면 패널라이징은 모듈 공법과 기존 현장 공법의 절충 형태를 취하며 각 공법의 장점을 최대한 발휘하는 효율적인 공법이라 하겠다.

제작된 패널을 운반 전용 Rack에 싣는 모습.

Open Panel.

제작된 프레임에 판재를 놓고 기계로 못을 박는 모습.

패널라이징의 종류와 실제
목조 패널라이징은 마무리 정도에 따라 Open Wall과 Closed Wall로 구분한다.
• Open Wall : 먼저 스터드 Stud(각 재 기둥)로 제작한 벽체 틀을 제작하고 그 외벽에 합판, OSB 등의 판재를 부착한 패널을 공장에서 만든다. 그리고 단열재, 전기 배선, 설비 배관 및 내벽 판재는 현장에서 시공하는 공법이다. Closed Wall 공법에 비해 현장 투입 인력과 공사 기간이 증가하나 현장에서의 융통성을 가질 수 있다.

• Closed Wall : Open Wall에 창호, 단열, 배선, 배관 작업 후 내벽 판재까지 공장에서 제작하는 공법으로 일부에서는 외벽과 내벽까지 제작하기도 한다. Open Wall에 비해 공사 기간과 현장 인력 투입이 줄어들지만 현장에서의 변경이 어려운 것이 흠이다. 따라서 제작도면 및 제품의 제작 정밀도와 배선, 배관 및 판재의 연결부 처리가 매우 중요하다. 공장에서 도면 작업 등에 많은 시간이 필요하지만 현장 작업 기간이 단축되므로 추위 때문에 오랜 기간 현장 작업이 불가능한 북부 유럽에서 발달한 공법이다. 기후 등의 특별한 제약이 없는 한, 설계 작업과 현장에서의 융통성 등을 고려해 대부분 Open Wall System을 채택하고 있다.

⇨ 일부에서는 벽체 틀(Stud Frame)만 있는 것을 Open Wall Panel, 여기에 외벽 판재까지 붙인 것을 Half Closed Wall Panel, 벽체 내부와 내벽 판재까지 붙인 것을 Closed Wall Panel로 더욱 상세하게 분류하기도 하나 Open Wall과 Closed Wall로 구분하는 것이 일반적이다.

패널라이징을 실제로 적용하기 위해서는 다음의 과정을 거친다. 먼저 건축주의 요구 사항과 대지가 위치한 지역의 법규 조건에 맞춰 설계도면을 확정한다. 디자인과 요구 조건이 반영돼 확정된 도면은 패널라이징 업체에 넘겨져 엔지니어링 작업에 들어간다.

본격적인 엔지니어링 작업에 들어가기 전, 주어진 도면을 컴퓨터에서 3D로 입체화해 건물을 효율적으로 부품화하는 사전 검토 작업을 한다. 엔지니어링 작업은 벽체나 바닥 부품이 지진, 태풍, 눈이나 적재 하중을 지탱할 수 있는지, 집중 하중이 작용하는 부분이 잘 보강돼 있는지, 위층의 하중이 적절한 하중 전달 경로를 통해 기초까지 잘 전달되는지 등을 공학적으로 검토, 분석한다.

요즘은 건축물 용도에 맞는 전용 프로그램이 잘 개발돼 있어 짧은 기간에 정확한 구조 계산을 수행할 수 있기에 각기 다른 설계에 맞는 주문형 생산이 가능하다. 이렇게 계산된 결과를 바탕으로 각 구성 요소의 제작 도면을 작성하며 이 또한 전용 프로그램의 도움으로 작업을 빠르게 진행할 수 있다.

제작 도면이 완성되면 실제로 공장에서 제작하기 전에 컴퓨터상에서 가상으로 조립해 보는 3D 설계를 통해 부품들이 계획대로 잘 들어맞는지, 누락된 부분은 없는지, 보완할 부분이 없는지 등의 최종 설계 검토를 한 후 공장 제작에 들어간다.

제작된 부품은 전용 운반 Rack에 설치 순서대로 적재돼 현장으로 운반하고 설치된다.

1 프레임 제작 모습.

Open Panel(Semi-Closed) 한 면에만 판재가 부착돼 있음.

패널 시공.

4 Closed Panel 양면에 판재가 부착돼 있고 내부에 단열재와 배관재가 보임(외국 예).

지붕판 패널라이징.

바닥과 지붕의 패널라이징
바닥과 지붕은 경사가 있느냐 없느냐의 차이만 있을 뿐 구조체 하중을 수평으로 이동시켜 벽체로 전달한다는 점에서 구조적 원리는 서로 같다. 또 벽체를 수평으로 놓을 경우 바닥이 될 수 있기에 지붕뿐만 아니라 바닥도 패널라이징 공법 적용이 가능하다.

그러나 높이가 일정하고 길이가 다른 벽체와 달리, 바닥 판은 실의 크기에 따라 폭과 높이의 변화가 심해 생산 장비 마련과 제품 생산 효율성에서 문제가 된다. 바닥 판도 폭을 일정하게 나누고 길이만 변화를 주어 생산, 설치하는 방법을 생각할 수 있겠으나 이 경우, 바닥에 덮이는 OSB의 규격과 운반 가능 크기를 고려하면 바닥 판이 너무 여러 조각으로 나뉘게 되므로 비용 상승, 연결 부위의 구조적 강성 저하 등의 단점이 발생한다.

바닥에 사용하는 OSB는 접합 부위 강성 보강과 소음 저감 등을 위해 OSB 가장자리에 암수의 오늬쪽매(Tongue&Groove, 판자의 한 측면을 화살촉 모양으로 세모를 세우고 반대편에서는 삼각형 골을 내어 맞추는 물리는 방식)를 만드는데, 쪽매의 연결 시공과 OSB의 엇갈림 등을 고려하면 여러 가지 문제점이 발생하는 것이다. 그리고 바닥 판은 지진, 태풍 등의 수평 외력으로부터 건축물을 보호하는 횡격막(Lateral Diaphragm)의 주요 요소이므로 가급적 일체화를 이뤄야 한다는 점도 고려해야 한다.

1 3D 설계 2 엔지니어링

3 공장제작 4 운반

5 현장 설치 6 완공

따라서 바닥 판을 제작할 때 운송, 비용, 구조적 일체성 등이 문제가 되는 패널라이징 공법보다는 먼저 바닥에 트러스(Floor Truss)를 설치한 후 현장에서 판재를 시공하는 공법이 주로 사용되고 있다. 실제 현장 시공 방법을 적용할 경우 바닥 구조 일체화로 건축물의 구조적 강성은 높아지고 공사 기간이나 인력 투입 정도는 바닥 판 패널라이징 공법과 큰 차이가 없다.

지붕 공사도 이와 비슷해 경사지붕의 경우 여러 형태의 지붕 트러스 (Roof Truss)에 OSB 판재를 현장 시공하는 게 보통이다.

글 조종승
건축사, 시공기술사, 패널라이징 전문가