모듈러 주택, 미래 건축시장의 주역 공장 제작 후 현장서 조립·완성 2-1

모듈러 공법에 해당하는 프리패브 공법, PC 공법, 패널라이징 공법 등을 소개하고 전원주택에의 적용 사례 등을 소개한다.

글 편집부
사진 및 자료 전원주택라이프 DB

케이씨모듈러 여주 전시관 / 케이씨모듈러는 신기술인 ‘적층형 PC 모듈러 건축공법’을 한국건설기술연구원과 3년간 연구·개발 끝에 완료했으며, 지난 2021년 12월 국토교통부로부터 공업화 주택 인증서를 받았다. PC 모듈러 주택 공법은 시공이 간단하고 빠르면서 기존 철골조나 목구조에 비해 내화, 단열, 차음 등에서도 우수한 성능을 보여 쾌적하고 안전한 주거 환경을 제공한다. 조립은 40평인 2층 단독주택 기준으로 1~2일이면 끝난다. PC 모듈러 공법을 적용함으로써 본격적인 PC 모듈러 주택산업을 추진할 계획이다.

최근 원자재 가격 상승, 건설 인력난 등으로 주택 건축 시 공사비와 인건비가 급등하면서 ‘탈 현장화 프리패브(Off site Pre-Fabrication)’ 건축 방법인 모듈러 건축에 대한 관심이 증대되고 있다. 정부가 직접 나서 모듈러 주택 활성화에 힘을 싣거나 대형 건설사인 GS건설은 아예 자회사를 설립해 모듈러 단독주택 모델하우스까지 선보이고 있다. 이렇듯 국가와 대기업에서 모듈러 주택에 관심을 갖고 있기 때문에 앞으로 모듈러 주택 시장은 더욱 활기를 띨 것이며 그에 상응해 기술 수준도 올라갈 것으로 기대된다. 모듈러 주택이 아직 건축주가 예상하는 것보다 건축비가 낮진 않지만 동일한 자재를 사용하는 경우, 현장 건축비에 비해 20~30% 정도 저렴하다고 전문가들은 평가한다.

공장 제작하고 현장 조립하는 새로운 공법
모듈러 공법은 공장에서 일정한 규격의 유닛을 미리 제작해 현장에서 조립·완성하는 건축공법을 말한다. 공장에서 기본 골조와 전기 배선, 온돌, 현관문, 욕실 등 전체 공정의 70~80%가량 사전 제작 후 현장에서는 조립 및 마감공사만 이뤄 완성시킨다. 즉 하나의 건축물 단위가 아닌 각각의 유닛을 어떻게 조합하느냐에 따라 다양한 형태의 건축물로 구현할 수 있는 ‘건축형태 제품’으로 이해하면 쉽다.

모듈러 주택은 표준화된 모듈러 유닛을 공장에서 제작한 다음 현장으로 옮겨 설치하고 최소한의 마감 작업을 통해 완성하는 주택을 의미한다. 모듈러 공법은 표준화된 실내 공간을 모듈 형태로 공장 제작해 공사 현장에 설치·조립하는 건축 공법이며, 제조업에서의 대량 공장 생산의 개념을 건설업에 도입한 탈현장(Off-site)에서 이루어지는 프리패브(Prefabrication) 공법이라고도 한다. 대량으로 생산해 이를 조립한 상태로 현장으로 가져오는 공장형 건축이므로 사전에 제작할 수 있어 현장의 공기를 단축할 수 있고 대량 생산을 통해 건축 비용을 절감할 수 있다. 조립식 건축의 일종이기에 공장에서 건축물의 주요 부분을 제작하고 단위 유닛을 현장으로 운반해 단기간 내 설치 마감하므로 건설 폐기물도 적게 나와 친환경적인 건축 시스템을 구현할 수 있다는 것이 특징이다.

1 모듈러 공법의 장점

2 모듈러 공법의 단점

이른 일반적인 인식, 그러나 충분한 잠재 가능성
모듈러 주택의 장점은 대표적으로 기간, 비용, 친환경성을 키워드로 가진다. 모듈러 주택에 사용되는 유닛의 70~90%까지 공장에서 제작되기에 현장 기초 공사와 시공이 동시에 시작되는 것은 물론, 표준화된 시스템으로 시공 속도가 빠르며 공장 제작에서 오는 품질의 균일성이 높아 신뢰를 끌어낸다. 기존 습식공법의 작업에 비해 현장 작업률을 20%까지 낮춤으로써 공기의 단축 및 인건비 절감 효과도 가져온다. 이와 더불어 대량 생산으로 인한 부재 및 설비비의 감소로 기존보다 매우 저렴한 수준에서 건축할 수 있다. 여기에 공장에서의 사전 제작 및 모듈러 유닛의 재활용성으로 시공, 사용 및 폐기 과정에서 발생하는 이산화탄소 및 건설폐기물을 최소화할 수 있어 친환경적인 건축 방법이라고 할 수 있다. 또 조립 가능의 구조물인 만큼 해체가 쉬워 장소를 이동해야 할 경우 기존의 집을 그대로 떼어 옮길 수도 있다.

시공 현장에서의 가장 큰 장점은 무엇보다 날씨의 영향을 받지 않는다는 점이다. 모듈러 주택은 공장에서 사전 작업이 진행되기 때문에 계절이나 날씨의 영향을 최소화할 수 있는 것이다. 자연스럽게 현장에서 발생하는 먼지나 소음으로 인한 민원을 줄일 수 있으며, 지진과 같은 외부 충격을 모듈러 유닛들이 분산해 흡수함으로써 기존의 주택보다 유연성을 가지기 때문에 그 피해도 적다.

반면 부품 연관성과 입체 이동을 고려함으로써 평면 제약이 많아 변화에 쉽게 대응하지 못하고 디자인과 결과물이 획일적이라는 단점도 가진다. 또한 부품과 부품의 연결로 인해 불필요한 벽체 등이 중복돼 마감 수준에 비해 공사비가 높아지는 경향이 있고, 평면이 아닌 입체를 운반하다 보니 부피에 따른 운반비가 과도하게 상승하는 경우가 있다. 운반 및 취급 시 부품 손상에 대비해 입체의 임시 강도 보강을 위한 추가 비용이 발생하기도 한다.

아직 시장 규모가 크지 않기 때문에 공장에서 제작되는 유닛이 대부분 수작업으로 생산되는 경우가 많아 가격 측면에서 큰 혜택을 보기가 쉽지 않은 것이다. 아직은 다품종 소량생산 방식에 그칠 수밖에 없어 외국과 동일한 생산 시스템 하에서의 혜택을 누리기에는 아직 시간이 필요할 것으로 보인다.

공장에서 유닛을 제작하는 모습

모듈러 공법의 키포인트는 ‘제작 유닛’
모듈러 주택 공정은 크게 ‘공장 제작’과 ‘현장 조립’으로 나뉜다. 공장에서 설계안에 따라 필요한 개수의 유닛을 생산-포장-운반하고, 현장에서는 이동된 유닛을 수직-수평으로 조립한다. 실제 현장에서는 유닛 간 조립 과정만 거치면 건축물이 완성되는 것이다.

그럼 모듈러 공법의 종류에는 무엇이 있을까. 모듈러 건축은 구조적 유형에 따라 기둥과 보가 하중을 받은 라멘식의 모듈러 유닛 적층방식, 벽체가 하중을 받는 내력벽식의 모듈러 유닛 적층방식, 철근콘크리트 또는 철골조 구조물에 공장제작의 Box Module 삽입 방식 등 대표적으로 세 가지로 구분할 수 있다. 모듈러 주택은 레고 블록을 조립해 나가는 건축 형식이라고 생각하면 이해가 쉽다. 이미 만들어진 레고 조각을 내가 원하는 대로 쌓아 올려 하나의 완성된 작품을 만드는 것처럼 공장에서 70~90%까지 제작된 유닛을 현장으로 옮겨 최종 작업을 완료하는 것이다. 모듈러 주택은 컨테이너 방식으로 모듈을 쌓아 올리는 방법과 철골구조의 프레임을 짠 후에 그 안으로 모듈을 끼워 넣는 방법이 있는데, 최근에 언급되고 있는 모듈러 주택의 경우 전자의 방식을 택하는 사례가 많다.

모듈러 주택은 설계 과정에서 규격화된 유닛의 크기를 고려해 해당 면적에 알맞은 주택을 디자인한다. 주택 안에 포함되는 거실, 주방, 화장실 등의 공간을 모듈러 형식으로 제작해 현장에서는 모든 면이 모두 짜인 구조물을 그대로 얹은 후 단순 조립만 하면 공사가 완료된다. 경우에 따라서는 실내에 들어가는 가구와 가전제품까지도 공장에서 함께 배송되기도 한다.

3차원의 PC 공법과 2차원의 패널라이징 공법
PC 공법은 프리캐스트 콘크리트(Precast Concrete)의 약자로, 콘크리트를 건축자재로써 공장 생산하는 공법을 말한다. 보통은 현장에서 거푸집을 만들고 그곳에 콘크리트를 부어 굳힌 뒤 사용하는데, PC는 공장에서 형틀에 부어 만들어 현장에서 조립하기 때문에 품질이 고르고 공기를 앞당긴다는 장점이 있다. 기둥, 보, 슬래브, 문, 벽, 창틀 등의 구조물을 공장에서 사전 제작해 현장에서는 레고 블록처럼 조립만 하는 것이다. 공장에서 제작되는 만큼 인건비가 절감돼 공사비 용도 줄일 수 있으며 분진과 소음 발생 또한 감소시킬 수 있다.

PC 공법은 공장 생산이라는 점에서 높은 품질을 기대할 수 있다. 또 우기나 동절기 등 날씨에 구애받지 않고 설치가 가능하니 공기를 단축시킬 수 있으며 인건비 및 관리비가 절감된다. 다만, 공장에서 미리 규격이 맞춰 나오기 때문에 표준에 맞지 않는 형태일 경우 문제가 발생할 수 있으며 접합부를 꼼꼼하고 세심하게 시공하지 않으면 누수와 단열에 하자가 생길 수 있다.

케이씨모듈러는 콘크리트 공업화 주택을 생산하고 있다. 한마디로 콘크리트를 재료로 공장에서 생산하고 현장에서 조립하는 방식으로 집을 짓는 것이다. 일반적으로 ‘PC 모듈러 공법’으로 불리며, 유럽에서는 MMC(Modern Methods of Construction)로도 표현한다.

패널라이징 공법은 바닥, 벽, 천장, 지붕 각 부위를 운반 크기, 연결 방법, 구조 내력 등을 고려해 요소 분해한 후 엔지니어링 된 제작도면에 따라 공장에서 제작해 현장에서 조립하는 방식이다. 조립과 분해할 수 있는 녹다운 방식이라 모듈보다 운반이 수월하고 비용도 적게 든다. 모듈러 공법에서는 일체화된 3차원 입체 부품이 쓰이는 반면 패널라이징 공법에서는 벽판을 뜻하는 패널이란 단어에서 보이듯 2차원 판재 부품을 사용한다는 것에서 가장 큰 차이점을 보인다.

재래식 현장 공법과 모듈러 방식의 중간 정도라 할 수 있는 패널라이징 공법은 현장에 패널을 설치한 후 마감 작업을 현장에서 해야 하므로 모듈러 방식에 비해 현장 작업 기간이 다소 소요되기도 한다. 그러나 모든 작업을 현장에서 하는 기존 공법에 비해 공장에서 제작된 부품을 단기간에 설치할 수 있으며 지붕 골조가 완료돼 비를 피할 수 있으므로 외부의 기후 조건 영향에서 비교적 자유롭다. 또 평면과 형태에 제약이 많아 몇 가지 설계도면에 의지해 제작하는 모듈러 공법에 비해 패널라이징은 건축주의 다양한 요구 조건을 반영한 주문형 방식이 가능해 근래 단독주택 개성화 추세를 보다 충족시킬 수 있다. 이뿐만 아니라 사전 제작한 도면에 따라 공장 제작되므로 설계도면에서 발생할 수 있는 오류와 누락 부분의 검토 보완을 사전에 이룰 수 있다.