▲ 3D 프린팅으로 만든 비정형 구조물

현대엔지니어링이 3D 프린팅을 이용해 비정형 철근을 제작하는 등 비정형 건축분야 혁신 시공기술로 시장 선점에 나서고 있다.

현대엔지니어링은 25일 비정형 건축 구조물 시공을 위해 UHPC(Ultra High Performance Concrete, 초고성능 콘크리트)를 재료로 철근 적층형 3D 프린팅과 거푸집 제작에 로봇을 활용한 기술 개발을 완료하고 관련 특허를 출원했다고 밝혔다.

이번 기술 개발은 세계적으로 증가하고 있는 비정형 건축 분야의 시공 기술을 선점하기 위해 현대엔지니어링과 삼표의 공동 연구로 진행됐으며, 건축 로봇 솔루션 스타트업 ‘BAT’가 참여해 로봇 구동을 위한 프로그램을 개발했다.

2018년 개발 착수 이후 2년 여간의 연구 끝에 초고성능 콘크리트(UHPC)와 스마트 건설기술(로봇, 3D 프린팅)의 융합을 기반으로 한 3D 프린팅 비정형 건축물 시공 기술을 확보하는 성과를 이뤘다.

주요 적용 스마트 건설기술로는 국내 최초 3D 프린팅 비정형 철근 제작, 로봇을 이용한 EPS 거푸집 제작, 3D스캐닝 정밀도 검측 및 BIM이 있다.

일반적인 건축물은 직선으로 이뤄진 반복적인 형태를 가지고 있어 거푸집 제작 및 콘크리트 타설이 용이하다. 반면, 독창적인 형태를 갖는 비정형 건축물은 복잡한 곡면과 유선형을 포함하고 있어 높은 난이도의 시공능력을 필요로 한다.

비정형 건축물 시공의 중요한 요소는 거푸집설치와 균열 보강 방식이다. 기존 시공 방식은 비정형 형상에 맞춰 철근을 일일이 가공해 사용하거나 콘크리트의 균열을 제어하기 위해 강섬유를 사용하며 특수거푸집 제작이 필요하다. 이는 강섬유 노출에 의한 부식 발생과 거푸집에 의한 품질 저하 문제를 가지고 있다.

현대엔지니어링이 개발한 비정형 건축물 시공 기술은 금속 3D프린팅 기술로 구조물 형상에 따라 철근을 비정형 형태로 적층 제작하고, 6축 다관절 로봇이 EPS(스티로폼)를 절삭, 밀링 가공해 오차를 최소화한 거푸집을 제작하게 된다.

철근과 거푸집 제작 과정은 3D GUI(Graphic User Interface)를 통해 모니터링하고 전체 공정의 시공과정 및 개선점은 BIM 기술을 이용해 쉽게 파악할 수 있다.

이 기술을 적용해 비정형 건축물을 시공하면 기존 제작 방식에 비해 제작 시간을 획기적으로 단축할 수 있고 오차가 거의 없는 정밀 시공이 가능해 경제성과 고품질을 확보 할 수 있다.

현대엔지니어링과 삼표는 기술 개발의 성과를 검증하기 위한 실물 구조물 (Mock-up)을 시공해 기술 개발의 성과를 점검했다.

다양한 곡선으로 이뤄진 폭 2.5m × 길이 5.0m × 높이 3.5m × 두께 50mm 크기의 비정형 구조물을 시험 제작했다.

시공을 완료하고 3D스캐닝을 이용해 검측한 결과 시공오차는 ±2.5mm 이내로 확인되어 기술의 신뢰성을 입증했다.

현대엔지니어링은 비정형 건축물 시공기술 개발을 계기로 BIM, 금속 3D프린팅, 로봇 및 3D스캐닝 등 스마트 건설기술의 확대 적용을 위한 후속 기술 개발에 박차를 가할 예정이다. 빠른 시간 내에 실효성 있는 시공 기술을 시장에 선보일 것으로 전망된다.

현대엔지니어링 관계자는 “4차산업혁명의 주요 기술을 활용한 스마트 건설기술을 이용해 세계적으로 확대되고 있는 고강도 비정형 건축물 제작 역량을 확보했다”며 “개발된 기술을 이용해 비정형 고강도 PC 외장재와 공동주택 문주 특화 시공 등 당사 특화 상품개발 및 적용을 확대해 나갈 계획”이라고 밝혔다.