모듈러 건축은 현대 건축 분야에서 빠르게 성장하는 혁신적인 건축 방식 중 하나입니다. 기존의 건축 방식과는 다르게 지속 가능한 개발을 목표로 하기에 미래를 대비하여 건설업에서 빠르게 확산될 가능성이 높은 방식입니다. 이번 글에서는 이러한 모듈러 건축의 공법, 개념 및 배경, 장단점, 기존 건축 방식과의 차이점, 그리고 실제 사례 및 건축 과정에 대해 자세하게 살펴보고자 합니다.
모듈러 건축의 개념 및 배경
모듈러 건축은 건축물을 구성하는 개별 모듈을 공장에서 미리 제작한 후 현장에서 조립하는 방식입니다. 이러한 모듈은 건축물의 주요 구조부, 내부 인테리어, 배관, 그리고 전기 설비 등까지 포함할 수 있습니다. 모듈러 건축은 20세기 중반부터 발전하기 시작했으며 특히 전쟁 후 재건과 도시 확장이 필요한 시기에 빠른 건설 과정이 요구되면서 발전했습니다. 초기에는 임시 건축물이나 공공 주택에 사용되었으나 최근에는 기술 발전과 함께 상업용 빌딩, 학교, 병원, 주거용 건축물 등 다양한 분야에 적용되고 있습니다.
이 공법의 기본 원리는 공장에서 미리 제작된 모듈을 현장에서 조립하여 하나의 완성된 건축물로 만드는 것입니다. 이는 공장에서 제작된 각각의 모듈이 독립적으로 기능하며, 현장에서 이들을 결합하여 건축물을 완성합니다. 이러한 방식은 공장에서의 표준화된 생산과 현장에서의 신속한 조립을 가능하게 합니다.
모듈러 건축의 공법
모듈러 건축의 공법은 건축물의 종류와 요구 사항에 따라 달라질 수 있습니다.
(1) 상자형 모듈 (Box-type Module)
상자형 모듈은 건축물의 주요 구조를 이루는 모듈입니다. 주로 사각형 또는 직사각형의 형태를 가지고 있습니다. 상자형 모듈 공법은 벽, 바닥, 천장 등을 모두 포함한 완전한 구조체를 공장에서 제작하여 현장에서 조립하는 방식입니다. 이 공법은 주로 주거용 아파트나 호텔 건축에서 흔히 사용되며, 각 모듈은 하나의 완전한 방이 되도록 제작합니다.
(2) 플랫팩 모듈 (Flat-pack Module)
플랫팩 모듈은 벽체, 바닥, 천장 등의 평판 요소를 공장에서 제작한 후 현장에서 조립하는 방식입니다. 이는 모듈 자체를 조립 하기 전 부품 상태로 현장에 운반하여 조립하는 방식입니다. 학교, 병원 등에서 주로 사용되며 현장에서 유연성이 높은 것이 가장 큰 특징이자 장점입니다.
(3) 3D 볼륨 모듈 (3D Volumetric Module)
3D 볼륨 모듈은 완전히 조립된 3차원 구조체를 공장에서 제작한 후 현장에서 간단하게 조립하는 공법입니다. 이 공법은 앞서 언급한 주거용 건물, 사무실, 병원 등 다양한 건축물에 적용될 수 있습니다. 특히 오피스 빌딩이나 고층 주거용 건축에서 사용하는데, 고층 건물에서 3D 볼륨 모듈을 사용할 경우 건축 시간을 단축할 수 있습니다.
(4) 혼합형 모듈 (Hybrid Module)
혼합형 모듈은 다양한 모듈의 공법을 조합하여 사용하는 방식입니다. 상자형 모듈과 플랫팩 모듈을 혼합하여 건축물의 일부는 공장에서 조립하고, 다른 부분은 현장에서 조립하는 방식이 하나의 예라고 볼 수 있습니다. 대형 상업용 건축물에서 이러한 공법을 주로 사용하며 건축물의 복잡한 설계와 구조를 효과적으로 구현할 수 있습니다.
모듈러 건축의 장점
가장 큰 장점 중 하나는 건설 시간을 크게 단축할 수 있다는 것입니다. 공장에서 미리 제작된 모듈을 현장에서 신속하게 조립하여 전체 건축 기간을 줄일 수 있고, 긴급한 프로젝트나 대규모 개발에서 유용하게 작용합니다. 호텔이나 병원과 같은 건축물은 모듈러 공법을 통해 몇 달 내지 1년 이상의 건축 기간을 단축할 수 있기 때문입니다. 공장에서 대량 생산이 가능하기에 자재와 노동의 비용도 절감할 수 있습니다. 현장에서 작업이 줄어드는 만큼 건설 현장 관리 비용도 줄일 수 있습니다. 즉, 모듈러 건축을 적용하면 전체 건축 비용을 10~20% 정도 절감할 수 있습니다. 저는 현장에서 일을 하는 편이며 주로 공원, 체험원 등 주변에서 볼 수 있는 시설의 공사를 담당하는데요. 아무래도 공원의 파빌리온이나 쉼터 같은 구조물을 모듈러 방식으로 제작하면 수월하겠다고 생각했어요. 현장에서 작업하는 시간과 비용을 무시할 수 없기에 이런 경제적 측면에서 모듈러 방식을 도입해봐야겠다고 생각했습니다.
또한 공장에서의 표준화된 생산 과정을 통해 품질을 일정하게 유지할 수 있습니다. 이는 건축물의 구조적 안정성과 내구성을 보장하며 건축물의 수명을 연장시킬 수 있습니다. 대체로 공공 건축물에 높은 품질 표준이 요구되므로 모듈러 건축은 이를 효과적으로 충족시킬 수 있는 수단입니다. 마지막으로 모듈러 건축은 공장에서의 제작 과정에서 발생하는 자재 낭비를 줄일 수 있으며 현장에서 배출되는 건설 폐기물도 최소화할 수 있습니다. 공장에서 미리 제작된 재료를 활용하는 만큼 현장에서 발생하는 건설 폐기물이나 소음이 줄어들기 때문입니다. 현장에서는 이러한 문제로 인해 가장 민원을 많이 받는데요. 저도 소음과 관련한 부분에 대해 민원을 많이 받은 적이 있습니다. 하지만 공사를 최대한 빠르게 끝내는 것외에는 뚜렷한 해결책이 없어 항상 난감했었는데요. 모듈러 공법이 자리잡는다면 저와 같이 공사를 진행하는 사람의 입장에서는 공사가 훨씬 수월해질 것이라고 느꼈습니다. 에너지 효율적인 설계가 가능하여 지속 가능한 건축을 실현할 수 있어 현재 건설업에서 사용하는 방식 중 가장 환경 친화적이라고 설명할 수 있습니다.
모듈러 건축의 단점
공법의 단점으로는 공장에서의 대량 생산을 필요로 하므로 초기 투자 비용이 높다는 점입니다. 특히 모듈을 제작하기 위한 공장 설비와 운반 장비가 필요할 경우 초기 비용이 크게 증가할 수 있는데, 소규모 프로젝트에서는 이러한 점이 부담이 될 수 있으며 경제적이지 않다는 단점이 있을 수 있습니다. 표준화된 모듈을 사용하는 특성 상 설계가 제한적입니다. 독특한 디자인이나 복잡한 구조물의 경우에는 해당 공법을 적용하기 어렵기에 오히려 비정형적인 구조를 가진 건축물의 경우 전통적인 건축 방식이 더 적합할 수 있습니다. 마지막으로 현장에서 조립하는 과정에서 문제가 발생할 수 있는 가능성이 충분합니다. 모듈 간의 연결 부위 혹은 모듈 운반 과정에서 발생한 문제, 현장의 기후 조건 악화 및 현장의 여러 상황에 따라 조립이 지연될 수도 있어 이러한 점을 감안하고 공법을 적용해야 합니다.
모듈러 건축과 전통 건축 방식의 차이점
모듈러 건축은 전통적인 건축 방식과 건축 속도, 품질 관리, 설계 유연성, 그리고 환경 영향에서 차이점이 있습니다.
- 건축 속도 : 모듈러 건축은 전통적인 건축 방식보다 건축 속도가 빠릅니다. 공장에서의 모듈 제작과 현장에서의 조립이 동시에 진행되어 전체 건축 기간을 단축시킬 수 있습니다. 반면 전통 건축 방식은 현장에서 모든 공사가 순차적으로 진행되기 때문에 오래걸릴 수 있습니다.
- 품질 관리 : 공장에서의 표준화된 생산을 통해 품질을 관리할 수 있어 현장에서의 변수를 최소화하고, 건축물의 품질을 일정하게 유지합니다. 반면 전통 건축 방식은 현장 작업에 따라 품질이 달라질 가능성이 있으며 작업자의 숙련도에 크게 의존합니다.
- 설계 유연성 : 전통적인 건축 방식은 설계에 대한 유연성이 높아 건축물의 디자인과 구조를 자유롭게 변경할 수 있습니다. 하지만 모듈러 건축은 표준화된 모듈을 사용하기 때문에 설계에 제약이 있을 수 있습니다.
- 환경 영향 : 모듈러 건축은 현장에서의 작업이 적고, 공장에서 제작을 주로 하기 때문에 자재 낭비를 줄일 수 있어 환경에 친화적이다는 평을 받습니다. 반면 전통 건축 방식은 현장에서 발생하는 건설 폐기물이 많고, 자재 낭비가 발생할 가능성이 높습니다.
모듈러 건축의 사례
모듈러 건축은 전세계적으로 다양한 건축 프로젝트에 사용되고 있으며 이러한 사례들은 발전 가능성과 효율성을 보여줍니다. 총 4가지의 각자 다른 국가에서의 사례를 살펴보고자 합니다.
(1) 호텔 건축
미국의 Marriott International은 모듈러 건축을 사용하여 여러 호텔을 건설했습니다. 뉴욕 맨해튼에 위치한 AC Hotel의 경우 이러한 공법을 사용해 빠르게 건축될 수 있었을뿐만 아니라 고급 호텔의 품질을 유지하면서 공기 단축을 달성할 수 있었습니다. 해당 프로젝트에는 약 90개의 모듈이 공장에서 미리 제작된 후 현장에서 조립하여 사용되었고 공법의 효율성을 인정받은 대표적인 사례로 기록되어 있습니다.
(2) 주거용 아파트
런던의 Wembley Park 프로젝트는 모듈러 건축의 공법을 사용하여 500개 이상의 아파트 유닛을 건설하였습니다. 공사 기간을 약 30% 단축하였으며 현장에서 발생하는 소음과 먼지도 최소화할 수 있었습니다. 시간과 비용 절감을 목표로 하여 공법의 성공적인 사례로 남았습니다.
(3) 학교 및 교육 시설
일본의 kokuyo는 모듈러 건축을 사용하여 학교와 교육 시설을 신속하게 건설했습니다. 재난 후 복구 작업에서 필요했던 것으로, 공법의 신속성 덕분에 학생들이 빠르게 교육 시설로 복귀할 수 있었습니다. 단지 신속성에만 초점을 두지 않고 지속 가능한 건축 자재를 사용하여 친환경적인 교육 시설을 구축해 공법에 대한 관심을 끌었습니다.
(4) 병원 및 의료 시설
중국의 우한에서는 COVID-19 팬데믹 기간 동안 모듈러 건축을 사용하여 긴급 병원을 건설하였습니다. 이를 통해 몇 주 만에 병원이 완공되었으며 대규모 환자를 수용할 수 있도록 설계하여 빠르게 치료를 진행할 수 있도록 도왔습니다. 인구가 많은 만큼 다수가 몰려 치료가 지연될 수 있었음에도 많은 사람이 동시에 치료받을 수 있도록 해결해준 것입니다.
모듈러 건축의 과정
총 4단계로 구성됩니다. 첫 번째 단계는 설계로, 건축물의 전체 설계를 작성하고 각 모듈의 세부 설계를 진행합니다. 설계는 모듈러 건축의 핵심으로 전체 건축물의 품질과 기능을 결정짓는 중요한 과정입니다. 각 모듈의 크기, 형태, 내부 구조, 전기 및 배관 설비, 연결 방법 등을 설계합니다.
설계가 완료되면 각 모듈을 공장에서 제작합니다. 벽체, 바닥, 천장 등의 구조물 뿐만 아니라 내부 인테리어와 설비까지 모두 완성합니다. 구조물의 조립, 배관 및 전기 설치, 인테리어 작업 등을 포함하며 이러한 모듈들이 완전히 준비되었을 때 현장에 운반됩니다. 공장에서의 표준화된 공정으로 안정성있게 높은 품질을 유지합니다.
공장에서 완성된 모듈은 현장으로 운반되는데, 대형 트럭이나 크레인을 사용하여 현장으로 이동시킵니다. 모듈의 크기와 형태에 따라 특수한 운반 장비를 준비하고 현장까지의 운반 경로와 환경을 고려하여 계획합니다. 현장에서 조립은 신속하게 진행되는데, 이러한 과정에서 먼저 크레인을 사용하여 적재하고 모듈 간의 연결 작업을 진행합니다. 조립은 제작과 운반에 비해 짧은 시간이 소요됩니다.
모듈의 조립이 완료되면 건축물에 필요한 최종 마무리 작업을 진행합니다. 내부 장식, 외부 마감, 전기 및 배관 연결 등이 포함되며 이러한 작업이 완료될 경우 건축물은 최종 점검을 거쳐 사용 준비가 완료되도록 합니다. 최종 점검에서는 모든 시스템이 정상적으로 작동하는지 다시 한 번 확인하며 필요한 상황에서는 보완 작업을 진행합니다.
모듈러 공법은 건설업에서 주목해야 할 속도, 비용, 품질, 환경 등 다양한 측면에서 장점을 가지고 있는 것이 확실합니다. 단점이 뚜렷하나 프로젝트에 맞게 이를 적용한다면 더 큰 성과를 이끌어낼 것이라는 사실은 두드러집니다. 현대적이고 자연과 조화로운 공간을 효율적으로 빠르게 만들 수 있을 것 같아서 건설업에 종사하는 저로써는 공법의 발전이 더욱 기대가 되더라고요. 앞으로 지속적인 기술 발전과 함께 다양한 건설 현장에서 사용될 것으로 예상되는 만큼, 모듈러 공법이 더욱 더 미래 지향적이고 긍정적인 방향으로 발전할 수 있도록 많은 연구와 지원이 필요하리라 생각합니다.