지속가능한 건설기술 개발의 First Mover 
창의와 도전으로 뭉친 신개념의 미래지향적 연구
조선대학교 스마트그린 건설기술개발 기초연구센터 최재혁 교수

건설 산업 분야의 친환경·자원절약형 건설기술의 개발은 국가기술지도(NTRM)에서 제시하는 건설 분야 발전전략의 핵심이다. 따라서 건설 산업 폐기물을 절감하고 CO2 배출량 등 환경부하를 줄이기 위해 구조물의 장수명화에 의한 폐기물 저감, 부재의 재사용 및 재료의 재활용이 용이한 건설시스템에 대한 연구가 꾸준히 진행되어 왔다. 조선대학교 스마트그린 건설기술개발 기초연구센터는 환경부하 저감을 위한 신개념 구조시스템을 구축해 폐기단계에서 재순환량을 높일 수 있는 혁신적인 건설기술과 센싱 관련 IT 기술을 융합시킴으로써 세계적 수준의 친환경 건설기술 확보에 앞장서고 있다.

환경 친화적 건설기술 개발 선도
조선대학교 스마트그린 건설기술개발 기초연구센터(이하 센터)는 건축물의 생산·시공→유지관리→해체→보수·재생 전 과정에 걸쳐 CO2 배출량, 재활용 가능성, 폐기문제 등의 총체적인 개념을 주목하고 있다. 동시에 부재레벨에서 재사용이 가능한 새로운 개념의 Fabricable 구조시스템 구축, 건축물 전생애기간의 건전성 확보 및 센싱 기반 재활용 관리운영 기술, 부재 재사용의 세대가 거듭될수록 얻어지는 시공 경제성 평가 등 스마트그린 건설기술개발의 기본적인 개념에 대해 연구하고 있다. 

‘지어지는 모든 건축물은 해체 된다’는 당연한 명제에도 불구하고 그동안 건설업계는 수명이 다하고 난 이후에 뚜렷한 대책 없이 새롭게 건설하는 것에만 초점을 맞춰 성장해왔다 해도 과언이 아니다. 센터는 이러한 문제점을 고찰하고 극복하기 위해 실제 건설 현장에서 사용될 수 있는 다양한 연구를 수행하고 있다.

최재혁 교수(센터장, 공학박사)는 “우선 건축 구조물의 기본 설계 시부터 조립·해체가 자유로운 Fabricable 구조시스템으로 시공할 수 있는 건축기술이 기본적으로 확립돼야 합니다”라고 말했다. 그는 여기에서 부재레벨에서 재사용을 가능하게 할 장수명화 기술과 사용기간 동안 탄성한계 이내에서의 손상여부를 보증할 수 있는 손상검출기술을 기반으로 한 무손상 보증기술이 요구된다고 덧붙였다. 

마지막으로 건설자재의 특성정보 인식을 저장할 수 있는 데이터베이스를 구성해 부재의 재사용이 세대를 거듭하더라도 그것이 처음 생산되었을 때의 특성(재료강도, 항복특성, 부재디테일(또는 사이즈), 사용된 장소 등)이 그대로 전수될 수 있는 물류관리 기술이 뒷받침돼야 스마트그린 건설기술개발의 최종목표를 달성할 수 있다고 설명했다.

건축물 재사용 연구, 우수한 성과로 귀결
세계 각국에서는 건설 산업의 환경부화저감에 대한 기술 확보를 위해 Sustainable Building Project를 발표하며 건설측면에서의 환경대책을 요구하고 있다. 특히 WTO 체제 하에서 UN, OECD, ISO 등을 중심으로 한 국제단체는 CO₂ 저감에 의한 지구온난화 방지, 지속가능한 개발 및 LCA를 주제로 한 건설생산기술에 관한 연구를 활발히 진행하고 있으며 환경부하 저감목표 및 실천기간 등의 강제 규정을 설정하고 있다. 

이러한 배경 속에서 센터는 건축물의 재사용과 관련된 연구를 집중 수행하며 그 성과는 양적, 질적 성장을 거듭하며 발전하고 있다. 지난 2011년 한국연구재단의 기초연구실지원사업(BRL)에 선정되어 총 5년간 2단계로 사업을 수행하고 있는 센터는 1단계 기간인 지난 3년(11.9~14.8)동안 SCI급 논문 34편, 국내저널 29편을 등재하며 내실 있는 연구 성과를 일궈왔다. 특허출원의 경우 국제출원 13건을 포함해 총 45건을 출원했으며, 그 중 26건(국제특허등록 1건)은 등록을 완료한 원천기술을 확보하고 있다.

이외에 3년간 17명의 석·박사 인력을 배출해 현재 국내 건설관련 연구, 시공, 행정 분야에서 활발히 활약하고 있으며, 최근 싱가폴에서 열린 BIM(Building Information Modeling) International Competition에서 우수한 성적을 거두는 등 인력 양성에도 힘쓰고 있다.

원천기술을 대상으로 한 대외적인 성과로는 2012년 12월 스마트그린 건설기술기초연구의 일환으로 개발된 요소기술의 일부분이 지역 건설업체에 기술양도(4,400만 원)가 이뤄져 현재까지 5군데의 건축현장에 적용, 약 25억 원의 매출을 창출했다. 이를 시작으로 2014년 지역00법원의 신축공사시공에 기술지도 및 기술제공에 이어 2015년 7월 ‘건축 구조물의 진동제어를 위한 스마트그린 핵심요소기술(기술특허 3건, 디자인특허 2건)’을 기술이전(5,500만 원)하며 지역 건설 산업의 원천기술 제공 역할도 충실히 수행하고 있다. 

건설기술에서의 Green-Tech 필요성
건축물의 생산과 운영과정에서 발생하는 지구 환경부하는 세계 총에너지 소비 및 온실가스 배출량의 30~40% 정도를 차지하고 있다. 이제 곧 온실가스 배출 정량화에 이어 실제적인 규제까지 실행에 옮겨지게 되면 건설 분야에서도 새로운 형태의 건설 산업이 선보이게 될 것으로 전문가들은 예상하고 있다.

이를 방증하듯 국토해양부와 한국건설교통기술평가원에서도 국토해양 R&D가 지향해야 할 가장 이상적인 미래 시나리오를 <Green Innovation>으로 설정하고, 저탄소 녹색성장에 부합하는 미래 성장 동력을 창출할 선도 과제로서 30대 미래 핵심기술 <Green-up 30>을 선정했다. 또한 정부는 온실가스 감축목표를 핵심지표로 한 저탄소 녹색성장 추진에 2009~2013년 간 총 107조 원 수준(GDP의 2%)을 투입할 것이라 밝힌바 있으며, 이를 통해 총 182~206조 원(GDP의 3.5~4%) 수준의 추가 생산유발효과가 발생할 것으로 내다보고 있다.

최재혁 교수 역시 이러한 추세를 직감하며 관련 연구를 통한 실효성 있는 대응전략을 펼치고 있다. 그는 “이미 일본 등에서는 새로운 대지에 건설을 하는 경우가 아니라면 기존의 건축물을 폐기하는 비용이 신축 건설사업에 비용부담으로 가중돼 결국 기존 건축물을 리모델링해 사용하는 사업방식으로 전환하는 사례가 점차 늘어나고 있습니다”라고 조언했다. 이를 위해 건설 산업 폐기물을 절감하고 CO2 배출량 등 환경부하를 줄이기 위해 구조물의 장수명화에 의한 폐기물 저감(Reduce), 부재의 재사용(Reuse) 및 재료의 재활용(Recycle)이 용이한 건설시스템의 개발이 필요한 시점이라 최 교수는 강조했다. 

스마트그린에 대한 고찰과 연구 확대
일본 및 유럽에서는 리유스(Reuse) 부재를 활용해 친환경성과 경제성을 동시에 추구하고자 하는 연구결과들이 실제 시공현장에 적용되어 상용화를 눈앞에 두고 있다. 국내에서도 근래에 많은 관심과 관련기술 개발이 진행되고 있다.  

최재혁 교수가 이끄는 스마트그린 건설기술개발 기초연구센터에서도 이에 대한 연구를 집중적으로 수행하고 있으며, 최근 (사)한국건축시공학회에서 발간하는 ‘한국건축시공학회지’ 9월호에 특집으로 다뤄진 바 있다. 「부재리유스를 위한 스마트그린 건설기술개발 (Development of Smart Green Construction technology for Member reuse)」이란 제목으로 게재된 이번 특집기사는 ▷조립·해체가 자유로운 Fabricable 구조시스템의 구성(연구책임: 최재혁 교수), ▷구조물의 장수명화 및 손상검출기술(연구책임: 박정웅 교수), ▷센싱 기반의 통합시스템 개발(연구책임: 황석승 교수), ▷친환경 고성능 섬유시멘트복합체 적용 Precast 슬래브 / 벽체 시스템의 스마트그린 건설기술(연구책임: 조창근 교수), ▷스마트그린 구조시스템의 경제성 및 친환경 성능평가(연구책임: 조규만 교수) 등 총 5개의 연구 성과를 통한 스마트그린 건설기술개발의 기본적인 개념과 해법이 소개되며 학계의 이목이 집중되었다. 

끝으로 최재혁 교수는 스마트그린 건축물이 형성될 수 있는 센터 고유의 기 확보된 원천기술을 바탕으로 향후 실제 Mock-Up 건축물 시공을 통해 그 가능성을 보다 구체적으로 점검할 계획이라 밝혔다. 그는 “스마트그린 건설기술개발 사업은 건설 분야에서는 다소 생소한 ‘분해를 위한 디자인(Design for Disassembly)’ 개념을 처음 도입한 세계적으로도 보기 드문 모험적인 연구입니다”라고 강조하며 앞으로도 ‘평이함보다 창의적이고 새로운 발상을, 안이함보다는 끝없는 도전’을 통해 선도적인 건설기술 확보에 전진하겠다고 포부를 밝혔다.

차별화된 센터의 역량과 기능 확대로 지속가능한 친환경 건설기술개발을 선도하고 있는 조선대학교 스마트그린 건설기술개발 기초연구센터와 최재혁 교수의 노력이 전 세계 건축 구조물 재사용 기술의 글로벌 거점연구기관, Green-Korea 조성의 초석으로 자리매김 할 수 있길 희망한다.  
    

The first mover of sustainable construction technology
A new concept research for future generation
Director Prof. Jae-Hyouk Choi of Chosun University’s Smart Green Construction Technology Development Basic Research Laboratory

Leading the development of eco-friendly construction technology
Chosun University’s Smart Green Construction Technology Development Basic Research Laboratory (the lab) carries out researches on the whole concept of CO2 emission, waste and recycle of a building as well as creating a new concept ‘Fabricable Construction System’. It also studies on securing the quality of a building, Sensing-based Recycle Management Technology, and evaluation for construction’s economic feasibility. Generally speaking, it is the fate of a building to be dismantled at the end of the day but many builders tend to ignore the fact and just focus on building construction itself.

The good news is that the lab provides ways to improve this problem. Director Prof. Choi of the lab said “It is urgent for builders to use ‘Fabricable Construction System’ with which they can assemble and dismantle a building freely. The system requires ‘Long-life Technology’ that can enable the reuse of the building in the member level, and ‘Non-damage Guarantee Technology’ that can guarantee the building within the boundary of an elastic limit based on Damage Detection Technology.” Also important is ‘Physical Distribution Management Technology’ that can build a data base about construction materials for the reuse of member (intensity, breakdown characteristic, member detail, size and location) to pass it down to the next generation.

From research to excellent results
Many countries are pushing forward sustainable building projects in order to reduce environmental damages. With the support of WTO, US, OECD and ISO, those countries are actively carrying out R&D under the subject of LCA to reduce CO2 and are introducing related regulations. In accordance with this global atmosphere, Prof. Choi and the lab is accelerating both quantitative and qualitative growth. The lab was selected as BRL (Basic Research Laboratory) from the National Research Foundation of Korea in 2011 and has carried out a two-level project for 5 years. During the last three years (first level: September 2011 – August 2014), the lab produced 34 papers (29 published on domestic academic journals), has applied for 45 patents (13 in Korea, 1 obtained an international patent), and 26 among them have secured registered original technology. Also, the lab has fostered 17 students with a master’s degree and/or PhD who are actively engaged in the field at the moment and they also showed excellent performance at BIM (Building Information Modeling International Competition) held in Singapore.

In addition, the lab’s part of element technologies actually has been transferred to the industry (worth $40,000) and it is being used in 5 construction sites to generate $2M sales. In 2014, the lab provided technological advice for building a local court, and, in July 2015, transferred ‘Smart Green Core Technologies for Building Structural Vibration Control’ (3 patents, 2 design patents, worth $50,000) to regional construction industries.

Green-Tech is a must for construction technology
The environmental damages occurred during the construction of buildings generates 30% - 40% greenhouse gas emission. With the impending implementation of related regulations, many experts predict that a new concept and type of construction will be introduced. To make the prediction more probable, the Ministry of Land, Infrastructure and Transport and Korea Agency for Infrastructure Technology Advancement introduced a vision ‘Green Innovation’ for the future direction of R&D and ‘Green-up 30 (30 core future technologies)’ as new growth engine. Also, the government announced to invest $107B (2% of GDP) between 2009 and 2013 and predicted that it would generate $182B - $206 (3.5% - 4% of GDP) production inducement effect. Prof. Choi said “Japan, for example, is experiencing an increasing number of cases to remodel the building rather than dismantle it or build a new building as the former option is much more cost effective.” Choi suggested ‘Reduce’, ‘Reuse’ and ‘Recycle’ as ideal alternatives for the construction industry.

Expanding the scope of research on smart green construction
Japan and many countries in Europe are preparing to commercialize ‘Reuse’ policy for both environmental and economic reasons. Korea also shows a keen interest and the development of related technology is being carried out. In accordance with this global trend, the lab published special articles in the academic journal of the Korea Institute of Building Construction under the tile of ‘Development of Smart Green Construction technology for Member Reuse’, which include ‘Composition of Fabricable Construction System (Prof. Jaehyeok Choi)’, ‘Long-life of Building Structure & Damage Detection Technology (Prof. Jeongwoong Park)’, ‘Sensing-based Total System Development (Prof. Sukseung Hwang)’, ‘Eco-friendly High Performance Fiber Cement Complex Precast Slab / Wall System Smart Green Construction Technology (Prof. Changgeun Jo)’ and ‘Economic Feasibility & Performance Evaluation for Smart Green Structure System (Pof. Gyuman Jo).

These five research results explained the basic conceptions and solutions of building construction and they attracted a great attention from academic circles. Meanwhile, Prof. Choi is planning to carry out a mock-up building project to actualize the possibilities of smart green construction in detail. He said “Smart Green Construction Technology Development Research is an unprecedented and unique research model in terms of ‘design for disassembly’. It is a highly innovative and challenging research which will enable us to secure one-step-ahead construction technology.” Power Korea hopes that Choi and Chosun University’s Smart Green Construction Technology Development Basic Research Laboratory will greatly contribute to the development of a new innovative eco-friendly construction technologies in Korea and in the world.
 

방성호 기자  rammstein123@naver.com