[R&D 스토리] 'UHPC 마감재 겸용 영구 거푸집'으로 비정형 건축의 한계를 넘다

안녕하세요! 비정형 건축과 파사드 엔지니어링의 해답을 제시하는 '위드웍스(WITHWORKS)'입니다.

건축 현장에서 가장 많은 폐기물을 발생시키고, 공사 기간을 늘리는 주범이 무엇인지 아시나요? 바로 콘크리트의 모양을 잡기 위해 설치했다가 굳으면 뜯어내는 '거푸집'입니다. 특히 곡선이 많은 비정형 건축물에서는 이 거푸집 작업이 기하급수적으로 어려워집니다.

 

위드웍스는 이 문제를 해결하기 위해 국토교통부와 함께 "DfMA 건설시장 확보를 위한 차세대 UHPC-BIPV 마감재 겸용 영구거푸집 기술 상용화"라는 이어달리기 연구 과제를 세종대학교와 공동으로 연구를 수행하고 있습니다. 오늘은 그 2년차 연구 성과와 핵심 기술을 여러분께 소개해 드립니다.

Challenge: 아름다운 비정형 건축, 왜 짓기 힘들까?

곡선이 유려한 비정형 건축물(Free-form Building)은 도시의 랜드마크가 되지만, 시공 과정은 그야말로 '고난의 연속'입니다.

1000 Museum, designed by Zaha Hadid

 

기존 현장 타설 방식은 다음과 같은 치명적인 한계가 있었습니다.

• 자원 낭비와 안전사고: 복잡한 곡면을 만들기 위해 제작된 거푸집은 한 번 쓰고 버려지는 경우가 많고, 설치와 해체 과정에서 안전사고 위험이 높습니다.

• 품질 확보의 어려움: 현장에서 인력으로 비정형 형상을 정밀하게 구현하는 것은 한계가 있어, 별도의 외장재를 또 설치해야 하는 이중고가 발생합니다.

• 에너지 손실: 디자인을 위해 주로 사용되는 유리 커튼월은 건물 에너지 효율을 떨어뜨리는 주범이기도 합니다.

 

"건축의 미학을 해치지 않으면서도, 더 빠르고, 더 안전하고, 더 친환경적으로 지을 수는 없을까?"
위드웍스의 고민은 여기서 시작되었습니다.

Solution: 위드웍스의 기술, '뜯지 않는 거푸집'

위드웍스는 DfMA(Design for Manufacture and Assembly) 기술을 적용하여 공장에서 정밀하게 제작하고 현장에서는 조립만 하면 되는 혁신적인 솔루션을 제시했습니다. 핵심은 바로 UHPC-BIPV 영구거푸집입니다.

 

이 기술의 핵심 목표는 기존 거푸집 대비 구조성능 100% 확보, 에너지 절감 300% 달성입니다.

마감일체형 UHPC-BIPV영구거푸집(시작품제작)

 

1. DfMA 기반의 UHPC 영구거푸집
초고성능 콘크리트(UHPC)로 만든 거푸집을 구조체에 영구적으로 부착합니다. 즉, 거푸집이 곧 건물의 '외장 마감재'가 되는 것이죠. 탈형과 폐기 과정이 사라져 공사 기간과 비용을 획기적으로 줄입니다.

 

2. BIPV(건물일체형 태양광) 스마트 통합
단순한 마감재가 아닙니다. 태양광 패널(BIPV)을 디자인 요소(파사드 루버)로 통합하여, 건물이 스스로 에너지를 생산하게 만듭니다. 위드웍스의 기술력을 응용하여 복잡한 배선과 접합부를 깔끔하게 해결했습니다.

 

3. 3D 프린팅 몰드 기술
복잡한 비정형 곡면을 구현하기 위해 3D 프린팅 기술을 기술을 적용했습니다. 이를 통해 어떤 형태든 오차 없이 정밀하게 생산할 수 있습니다.

Result & Insight: 2년차 연구 성과, 가능성을 증명하다

이번 2년차 연구를 통해 위드웍스는 이론을 넘어 실제 적용 가능성을 입증했습니다.

 

✅ 시제품 제작 및 현장 타설 검증 완료
실제 현장과 동일한 조건에서 UHPC-BIPV 영구거푸집(Type A, B)을 제작하고, 내부에 콘크리트를 타설하는 실험을 성공적으로 마쳤습니다. 측압을 견디는 구조적 안전성과 누수 없는 기밀성을 모두 확인했습니다.

패널두께에 따른 변위검토

✅ 구조 성능의 과학적 입증
세종대학교와 협력하여 리브(Rib) 보강 유무에 따른 휨 강도 평가, 볼트 접합부 전단 실험 등을 수행했습니다. 유한요소해석(FEM) 시뮬레이션과 실제 실험 데이터를 교차 검증하여 구조적 신뢰도를 확보했습니다.

 

✅ 디자인과 기능의 조화
다양한 파사드 루버 디자인을 개발하여, 태양광 패널이 건물의 미관을 해치지 않고 오히려 디자인 포인트가 될 수 있음을 보여주었습니다.

 

위드웍스는 이번 연구를 통해 논문(SCI급 포함) 3건, 특허 출원 3건, 등록 1건, 설계지침 2건 등 다수의 정량적 성과도 달성했습니다. 이는 위드웍스의 기술이 단순한 시공을 넘어 학술적, 기술적으로도 인정받고 있음을 의미합니다.

 

Beyond Structure, Toward Value

비정형 건축물은 더 이상 '돈 먹는 하마'나 '시공 불가능한 꿈'이 아닙니다. 위드웍스의 DfMA와 스마트 건설 기술이 있다면, 가장 난해한 도면도 가장 경제적이고 친환경적인 방법으로 현실이 됩니다.

건축물의 가치를 높이는 기술, 위드웍스가 앞장서겠습니다.

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"복잡한 비정형 건축, 위드웍스의 기술로 해답을 찾으세요."

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