017. PC (Precast Con'c) 공법에서 open system과 close system

017. PC (Precast Con'c) 공법에서 open system과 close system

 

*70회-논술10. PC (Precast Con'c) 공법에서 open system과 close system에 대하여 설명하시오.    

*93회2교시-2. 건축공사에서 PC(Precast Concrete)공법의 개요를 설명하고, 현장타설콘크리트공법과 비교할 때 유리한점 과 불리한 점에 대하여 설명하시오.

[요약]

1. PC설치장소에 따른 분류 : 고정공장생산, 간이공장생산, 현장생산

2. 생산방식에 의한 분류 : Open System과 Close System

3. Open System : 특정건물의 형태를 결정하지 않고, 각 구성부품을 모듈정합화 하여 생산

4. Close System :  완성된 주택의 형태가 사전에 결정되고, 이를 구성하는 부분들이 부품으로 제작

[해설]

1. PC공법의 분류
PC공법은 설치장소, 생산방식에 따라 다음과 같이 분류된다. 

(1)설치장소에 의한 분류
1) 고정공장생산방식
2) 간이공장생산방식
3) 현장생산방식

(2)생산방식에 의한 분류
1) 오픈 시스템 (Open System)
특정한 건물의 형태를 미리 결정하지 않고, 주택을 구성하는 각 부품들을 모듈정합(modular coordination)화 하여 이 부품들을 적절히 선택, 조합함으로써 다양한 형태의 주택을 구성해가는 시스템이다.

북미에서 발달한 「2"×4"」경량목구조공법이 오픈시스템의 장점이 잘 이용된 예라고 할 수 있으며, 오늘날 건설현장에서 공기의 단축이나 시공의 개선을 위하여 새시 등의 부품을 점차 다량으로 사용해 가는 것도 포괄적인 개념에서의 오픈시스템을 볼수있다.

유럽은 1990년대부터 하프 슬래브(Half Slab), 외벽패널, 커튼월부재 등에 오픈시스템을 도입하였으며 그로인하여 현재는 자동화와 주문량 증가로 제품단가가 저렴하여지고 다양해져서 건설에 PC제품을 자유로이 사용하고 있다. 이 오픈시스템은 그 효율이 발휘되기 위해서는 부재의 표준화와 모듈정합
(modular coordination)이 우선 확립 되어야 한다.

2) 클로즈드 시스템(Closed System)
오픈 시스템과는 상반된 개념의 생산방식으로 완성된 주택의 형태가 사전에 결정되고, 이를 구성하는 부분들이 부품으로 제작되어 조립되는 시스템이다.

콘크리트 대형패널계통의 조립식 주택은 대부분 클로즈드 시스템을 채용하고 있으며, 우리나라에서는 현재 이 시스템만을 사용하고 있다.

클로즈드 시스템의 경우라도 미리 설계된 주택의 적당한 모듈에 바탕을 두어 몇 가지 계열화된 평면이나 또는 유사한 건물형식을 구성할 수 있으므로 이것을 적절히 활용하여 확대한다면 자유도를 증대시킬 수 있으며, 다양성을기할 수 있을 것이다.
특히 거주자가 가장 직접적으로 느낄 수 있는 새시, 칸막이, 화장실, 수납부분 등을 개선하여 마감에 다종의 다양한 자재와 복합적인 공법을 도입함으로서 오픈시스템의 분위기를 낼 수도 있을 것이다.

일반적인 경우 조립식공법의 초기에는 클로즈드 시스템을 채용하여 물량적인 문제에 대응하며, 이후 양적인 문제가 해결된 다음에는 주택에 대한 보다 다양한 요구가 대두되며 이때부터 오픈시스템화 되는 경향을 띤다.
 

*클로즈드 시스템과 오픈 시스템의 비교 

 























 2. 오픈시스템(open system)의 도입
1) 현재 사용되고 있는 부재의 활성화
국내의 PC공장들은 크로즈드 시스템에 의한 생산방법으로 생산을 하고 있다.

어느 공장이나 발주자의 주문에 의하여 PC부재의 형태에 관계없이 생산하고 있기 때문에 테이블의 가동율 및 몰드의 회전율이 떨어지고 생산성이일정하지 않는 문제가 발생하고 있다.

일반적으로 몰드는 최소 100회 이상 사용하여야 경제성이 있으나 대형 프로젝트가 아닌 경우 평균 30회 정도를 사용하는 것으로 조사 되었다.
몰드를 설치하는 소요기간이 통상 7일이 소요 되는 것을 감안하면 테이블 가동율의 최대치는 80%를 밑돌 수밖에 없다. 또, 한번 철거된 몰드는 같은 형태의 부재생산이 주문될 때까지 사용할 수 없으므로 다른 사업을 위하여 폐기할 수밖에 없는 현실이다. 이는 곧 경제적이 못하다는 결론에 도달한다.

예를 들어 3개의 공장건물을 3개 PC공장에서 건설 하는 것으로 가정하고 기둥, 보 시스템의 하프 슬래브를 사용하여 건설 할 경우 크로즈드 시스템으로 생산할 경우 각공장마다 기둥, 보, 슬래브의 각개의 몰드가 필요하지만 3개 공장이 분담하여 오픈시스템으로 생산할 경우 각 공장은 기둥, 보, 슬래브
의 한가지종류 몰드만으로 건설이 가능하다.

이 경우 크로즈드 시스템으로 생산을 하였을 경우 몰드 회전율이 30% 라면 오픈시스템을 적용하면 90%의 몰드 회전율을 기대할 수 있다. 또, 몰드회전율 증가에 따른 공장의 몰드를 설치하지 않은 여유 테이블은 다른 부재의 생산에 활용 할 수 있으므로 공장의 생산성도 증가 하게 된다.

공장은 일정량의 제품을 꾸준하게 생산하여 테이블의 가동율을 높이는 방법이 가장 경제적인 생산방법이다. 그러기 위 하여는 테이블의 가동율이 최대가 될 수 있도록 몰드의 개조나 보수를 최소로 하여야 한다.

즉 공장에서는 일정규격의 제품만을 위주로 생산을 하고 현장여건에 따라 발생하는 PC제품 규격에 맞지 않는 부분은 현장 콘크리트 타설 방법으로 보완함으로 하여 PC제품의 생산성 확보와 효율적인 건설이 가능하다.

공장에서 PC 제품을 반복 생산함으로 하여 생산성 및 경제성을 확보할수 있고 저렴한 PC 부재 공급이 가능하고 그로 인한 사용량도 증가할 것이다. 결과적으로 PC부재의 생산을 활성화하기 위하여는 공장마다 생산품목을 단순화, 전문화 자동화 되어야한다.

오픈시스템을 본격적으로 도입하여 실용화하기 위 하여는 여러 단계의 절차와 많은 시간을 필요로 하므로 공장들의 협력이 우선되어야 하고 접합부의형태의 표준화 등 초소의 필요요소부터 정리하는 등의 노력이 요구되고 시범적으로 몇 개의 건축물 건설에 적용하여 실용화 여부를 검토하며 발생한 문
제점을 보완 적용하는 다각적인 확인 절차를 거쳐서 확대해 나가는 것이 바람직하다. 이를 위 하여는 업체 간의 전사적인 노력 및 정부차원이 지원이요구된다. 

2) 공장용 PC부재의 모듈화
우리나라 건설교통부의 통계자료에 의하면 2003년 14,738,000㎡, 2004년14,740,000㎡, 2004년 13,576,000㎡ 면적의 산업용건물을 건설하고 있다.

이들 산업용 건물에 PC공법을 적용하기 위 하여는 먼저 국내 기존공장을 조사하여 업종별로 대지면적, 기둥간격, 규모 등을 분석하여 표준모델을 제시하고 모듈화하는 방법이다.

업종별로 규모, 스팬, 기둥간격, 층고, 하중조건, 등이 다르고 같은 업종이라도 생산 품목에 따라 다를 수 있다. 그러나 그 변수를 조합하고 분석하여 최대공약수를 도출하고 규격화 하는 방법이다. 표 6-5는 1995년 반월공단의 기존공장의 건물규모 조사하여 분석한 것으로 업종별로 유사한 기둥간격을 가지고 있는 것으로 분석 되고 이를 근거로 할 때 거의 모든 업종이 기둥간격이 12.0m× 7.2m 정도의 모듈이면 대체적으로 만족 시킬 수 있다 것을 알 수 있다.

현재 대부분의 산업용 건물은 구조체로는 철골골조를 지붕과 외부는 경량단열 패널을 사용하여 건설하고 있으나 화재에 취약하고 7~8년 사용 후 패널을 교체하여야 하는 문제점을 가지고 있다.
위 모듈을 근거로 하여 모듈화 된 PC설계를 하고 PC공장별로 나누어 규격화 된 PC상품을 생산, 조립하며, 일부 모듈화 할 수없는 부분은 현장타설공법과 병행하여 건설한다면 기존의 철골구조 건물보다 경제적이면서 여러형태까지 적용범위를 확대 할 수 있다. 

3 기대효과
현재 PC업계는 완전PC공법의 생산방법 위주로 건설되었던 공장이 주택건설수요가 없어졌으나 공장전체의 생산시스템을 변경할 수없는 실정이므로 기존의 완전PC공법의 생산방법을 유지하면서 일부복합화공법 등을 도입하면서 공장일부를 부재생산 특성에 맞도록 변경하거나 개조하고 특정부재 생산전용라인을 설치하는 등 최근에 요구되는 소규모의 다양한 품종의 주문에 대처하고 있다.

복합화공법을 본격 도입하면 사무용빌딩, 산업용빌딩, 주택, 병원, 학교건축 등생산된 부재를 적용할 수 있는 범위가 넓어지고 PC부재의 생산이 활발해져 생산원가도 저렴해 질 것이다. 복합화 공법 중 이미 개발되어 사용하고 있는 지하주차장의 경우 기존의 공법에 비하여 현장인력의 절감, 공사기간의 단축, 우수한 품질, 환경부하 감소, 폐기물감소와 현장 반 출입 차량의 감소 등 PC공법의 장점이 잘 나타나고 있으며 사용량도 증가하고 좋은 평가도 받고 있다.

특히, 민원이 많이 발생할 요소가 많은 지하구조물 공사를 단 시간내에 할 수있고 완료된 지하구조물은 지상 층 골조공사에 필요한 야적장, 현장사무실 등으로 활용할 수 있어 적용 범위를 확대하고 있다.
또한 지하주차장에 사용되는 부재를 기둥, 보, 슬래브 등을 세분화하여 공장별로 생산을 분담하는 오픈시스템을 도입할 경우 보다 더 저렴한 부재의 공급이 이루어 경제성을 갖추게 될 것이다.

현재 물량이 증가하고 있는 산업용 건물과 판매용건물에 대하여도 지금 적용하고 있는 프리스트레스트 공법과 함께 복합화공법을 적용하면 부재의 종류가 다양해져 적용 범위가 확대 될 수 있다. 또한 이들 건물을 모듈화하여 생산을 하면 기존의 철골구조의 공사비 보다 저렴할 수 있고 영구적 건물로 유지보수비가 적게 들어가므로 수요자의 주문이 늘어 날것이다.

2003~2005년도 PC공장의 평균 가동율이 70.7%로 저조하였으나 복합화공법과 오픈시스템을 적극적으로 도입한다면 수요가 창출되어 가동율도 빠른 시간내에 높아질 것으로 전망된다. 

4. 결론
우리나라에 PC공법은 1770년대에 도입되어 1990년대 초에 활성화가 되었다가 주택의 대량건설 수요가 감소함에 따라서 침체되기 시작하여 IMF시절을 거치면서 많은 공장들이 정리되거나 폐쇄되어 현재는 10여개 공장이 가동 중 에 있다. 

현재 우리나라의 PC제품의 주문은 발주자, 설계자의 다양한 요구와 건설의 다변화에 의하여 대량생산에서 소량의 다품종으로 변하여 가고 있고 기존의 P.C공장들도 그동안의 주택부재 생산방식의 제품생산은 생산성이 떨어져 생산시설을 변경하거나 생산라인을 개조하여 주문에 적응하고 있으나 한계를 가지고 있다.

이러한 한계를 극복하기 위 하여는 프랑스나 일본의 사례에서 보듯이 우리나라도 크로즈드 시스템에서 점차적으로 오픈시스템형식으로 전환이 이루어져야하고 복합화공법의 적극적 도입은 물론 새로운 기술의 개발과 개발된 기술의실용화의 노력이 요구되고 있다. 또한 판매시설이나 산업용 건물에 대한 조사를 통하여 PC화 할 수 있는 모듈화 작업도 필요로 하며 이러한 조건들이 이루어지면 PC제품의 주문량도 늘어날 것이고 PC공법이 다시 한번 주목을 받을수 있을 것이다.

PC공장들의 기존시설 전체를 일시에 변경하는 것은 많은 비용이 들고 주문량의 생산 등의 어려움 있고 현실적으로 불합리적인 부분이 많으므로 일정기간유럽에서 적용하였던 절충식 형태(Semi-Prefabricatal)의 운영이 바람직하고 점진적으로 여건을 형성하여 오픈시스템을 적용하여야 할 것이다.
복합화공법의 도입 및 실용화는 빠를수록 좋으며 현재 개발되어 실용화한 지하주차장 PC부재의 경우에서 보듯이 공법개발을 하여 실용화하면 PC제품의물량확보가 가능하며 기업이 연구와 개발에 투자를 확대한다면 PC공법은 여러형태의 건설 분야에 적용 될 것이다.

아직도 우리나라의 대부분의 PC공장의 운영형태는 현장운영 방법으로 공사를 수주하면 몰드, 생산, 수송업체를 선정하여 생산하는 방식으로 운영하고 있는 실정이다. 이는 공장의 제품생산량이 불규칙하고 생산물량확보가 불확실하기 때문이며 그 결과 생산에 필요한 숙련공의 고정적인 확보가 어렵고 제품의품질이 저하되는 시행착오를 반복하고 있다.

또한 제조업 형태의 PC공장을 현장체제로 관리함으로 인하여 자재관리, 노무관리, 재고관리 등이 효율적이지 못하여 경쟁력을 잃어가고 있어 통합관리시스템의 도입이 시급하다고 하겠다.
통합관리 시스템은 자재의 입고에서부터 생산, 야적, 수송, 조립에 이르기까지의 전 과정이 동시에 진행되고 공정 상호간에 복잡하게 미치는 영향을 관련정보를 공유하여 각공정마다 정보를 지원함으로서 효율적이고 합리적인 관리가가능하다. 그리고 통합관리 시스템을 효율적으로 운용하기 위 하여는 부재의생산, 운송, 시공을 담당하는 공장과 현장, 수주와 설계자, 공장과 현장에 대한지원업무를 수행하는 본사 사이의 유기적인 업무협력이 이루어지도록 기업의전사적인 관리가 필요하다.

통합관리 시스템을 통하여 생산, 운송, 시공의 각 단계별 부재관리의 효율성을 높임으로써 생산원가의 절감, 재고관리의 합리화, 공사기간 단축 등 많은 경제적 이익의 창출이 이루어 질것이다.
최근 건설현장에서도 지구환경의 보전 차원에서 폐기물을 적게 배출하고 제품 생산시 이산화탄소의 발생량이 적은 공법에 관심이 높아지고 있다. PC 복합화 공법은 건물 제반 성능을 유지하면서도 폐기물의 발생량이 대폭 감소하고공기를 줄일 수 있기 때문에 환경 친화적인 공법으로 점차 인식되고 있다.

우리나라도 선진국의 환경규제에 대응하고 국제경쟁에서 도태되지 않기 위해서는 환경부하가 적은 환경 친화적 공법에 지속적인 관심을 기울임은 물론, 관련분야의 전문가를 양성하고 정부차원의 각종 혜택을 부여하여 앞으로 다가올환경 경쟁시대에 대비하여야 한다.

[참조]PC(Precast Concrete) 조립식 건축공법의 통합관리 및 활성화 방안에 관한연구 2006.7 인하대학교 공학대학원 건축공학과 曺 基 德 논문참조