국토개발기술대전 최우수상작

문서 내 토픽

1. 3D 프린팅 건축 기술

2 in 1 3D 프린팅 공법은 3D 프린터가 두 종류의 콘크리트를 자동으로 타설하는 기술로, 거푸집 역할을 하는 Printed Concrete(PC)와 구조재 역할을 하는 Reinforced Concrete(RC)로 구성됩니다. 이를 통해 기존 3D 프린팅 건축에서 불가능했던 철근 시공이 가능해져 벽체의 내구성이 향상됩니다. 또한 이중 노즐을 사용해 서로 다른 종류의 콘크리트를 토출할 수 있어 내구성이 향상되며, 노즐의 스크류 기능으로 높은 점성의 콘크리트를 원활하고 안정적으로 공급할 수 있습니다. 이를 통해 기존 3D 건설 프린터에 비해 공사기간 단축, 비용 절감, 인력 절감, 환경오염 방지, 비정형 구조물 시공 등의 장점을 가집니다.
2. 건축 시공 공법

2 in 1 3D 프린팅 공법은 기존 거푸집 제작 과정을 생략하여 공사기간을 단축할 수 있습니다. 또한 컴퓨터로 제어되는 무인시스템을 통해 현장 인력을 최소화할 수 있어 인력 부족 문제를 해결하고 안전사고를 줄일 수 있습니다. 이 공법은 외벽을 PC 타입 콘크리트로 만들고 내벽을 RC 타입 콘크리트로 채워 내구성을 높이며, 단열재 시공과 철근 배근이 가능합니다. 이를 통해 기존 3D 프린팅 건축에 비해 성능과 품질이 향상된 건축물을 빠르고 효율적으로 시공할 수 있습니다.
3. 콘크리트 배합 설계

2 in 1 3D 프린팅 공법에서 사용되는 PC 타입 콘크리트의 배합은 골재 : 결합재의 150%, 결합재(B) : 시멘트 70%, 플라이애쉬 20%, 실리카퓸 10%, 물 : 결합재의 15%, 혼화제 : 유동화제 2.4%, 응결지연제 0.7%로 구성됩니다. 이는 3D 프린팅 콘크리트에 적합한 압출성과 적층성을 가지는 배합으로, 초기점도 300Pa·s, 초기전단응력 180Pa의 특성을 가집니다. 이를 통해 콘크리트를 안정적으로 토출하고 적층할 수 있습니다.
4. 건축 시공 프로세스

2 in 1 3D 프린팅 공법의 작업 순서는 기존 공정에서 거푸집 관련 과정을 생략하고 간소화된 프로세스로 진행됩니다. 먼저 PC 타입 콘크리트를 토출하고, 단열재 작업과 철근 배근을 한 후 RC 타입 콘크리트를 토출하는 방식으로 적층 공정을 반복합니다. 이를 통해 기존 공법에 비해 공사기간을 단축하고 비용을 절감할 수 있습니다. 또한 인력 투입을 최소화하고 안전사고를 줄일 수 있어 건설 산업의 자동화와 대량생산을 가능하게 합니다.
5. 건축 시공 장비

2 in 1 3D 프린팅 공법에 사용되는 주요 장비로는 지게차, 데오도라이트, 전동톱, 핸드카, 전동 지게차, 펌프카, 3D 로봇팔 등이 있습니다. 이 중 3D 프린터는 기존 로봇팔을 활용하거나 갠트리 형태로 구성되며, 이중 노즐을 통해 PC와 RC 타입의 콘크리트를 각각 토출할 수 있습니다. 노즐의 이동속도는 약 10cm/s이며, 노즐과 레이어 간 높이는 20mm로 설계되어 콘크리트의 적층성을 높입니다.
6. 건축 시공 비용

2 in 1 3D 프린팅 공법을 적용한 경우, 기존 시공법 대비 공사기간과 비용을 크게 절감할 수 있습니다. 예를 들어 33m² 규모의 주택 시공 시 기존 시공법은 최대 5일, 1,500만 원이 소요되지만, 2 in 1 3D 프린팅 공법은 최대 2일, 500만 원으로 60% 이상 비용을 절감할 수 있습니다. 이는 거푸집 제작 및 해체 공정 생략, 인력 절감, 자동화된 시공 프로세스 등을 통해 가능합니다. 또한 비정형 디자인 구현 시에도 기존 대비 추가 공정이 필요 없어 비용 절감 효과가 더욱 크게 나타납니다.
7. 건축 시공 인력

2 in 1 3D 프린팅 공법은 기존 시공법 대비 인력을 크게 절감할 수 있습니다. 예를 들어 33m² 규모의 주택 시공 시 기존 시공법은 약 23명의 인력이 필요하지만, 2 in 1 3D 프린팅 공법은 약 14명의 인력만으로 시공이 가능합니다. 이는 거푸집 조립, 해체, 운반 등 인력에 의존하는 작업을 3D 프린팅으로 대체하여 인건비를 절감하고 안전사고를 줄일 수 있기 때문입니다. 또한 숙련된 기술자 1인이 3D 프린터를 운용하면서 전체 공정을 관리할 수 있어 인력 운용의 효율성이 높습니다.
8. 건축 시공 환경

2 in 1 3D 프린팅 공법은 기존 시공법에 비해 환경오염을 크게 줄일 수 있습니다. 기존 시공법은 철제 거푸집과 고정용 목재 사용으로 연간 2조 원의 자원 낭비와 환경오염이 발생하지만, 2 in 1 3D 프린팅 공법은 거푸집을 사용하지 않고 최소한의 목재만 사용하여 자원 절감과 환경오염 방지 효과를 얻을 수 있습니다. 또한 산업 부산물을 재활용하여 콘크리트를 제조함으로써 친환경적인 시공이 가능합니다.
9. 비정형 건축 구현

2 in 1 3D 프린팅 공법은 기존 시공법에 비해 비정형 구조물 시공에 매우 유리합니다. 3D 프린터의 자유로운 움직임과 이중 노즐 시스템을 통해 다양한 형태의 건축물 설계가 가능하며, 후처리 과정이 필요 없어 복잡한 비정형 디자인일수록 기존 대비 비용 절감 효과가 큽니다. 이를 통해 건축주의 개성을 반영한 이상적인 건축물 구현이 가능해져 건축 설계의 자유도가 크게 향상됩니다.
10. 건설 산업 자동화

2 in 1 3D 프린팅 공법은 건설 산업의 자동화와 대량생산을 가능하게 하는 핵심 기술입니다. 무인 시스템을 통한 시공 프로세스 자동화, 인력 절감, 안전사고 감소 등의 장점을 바탕으로 향후 건설 산업의 생산성 향상과 효율성 제고에 기여할 것으로 기대됩니다. 또한 비정형 건축물 시공의 용이성과 공사기간 단축 등의 장점으로 인해 건설 시장에서의 경쟁력을 확보할 수 있을 것으로 보입니다.

Easy AI와 토픽 톺아보기

1. 3D 프린팅 건축 기술

3D 프린팅 기술은 건축 분야에서 혁신적인 변화를 가져오고 있습니다. 이 기술은 복잡한 형태의 건축물 구현, 건설 시간 단축, 자재 절감 등 많은 장점을 제공합니다. 특히 재난 지역이나 긴급 주거 공간 건설에 활용도가 높습니다. 그러나 아직 기술적 한계와 비용 문제가 있어 실용화에는 시간이 더 필요할 것으로 보입니다. 향후 3D 프린팅 기술의 발전과 더불어 건축 분야에서의 활용도가 점점 높아질 것으로 기대됩니다.
2. 건축 시공 공법

건축 시공 공법은 건축물의 품질과 안전성을 결정하는 핵심 요소입니다. 최근 들어 프리캐스트 콘크리트, 철골 구조, 모듈러 공법 등 다양한 공법이 개발되어 적용되고 있습니다. 이러한 공법들은 공기 단축, 품질 향상, 비용 절감 등의 장점이 있지만 아직 기술적 한계와 규제 문제가 있어 보편화되지는 않았습니다. 향후 건축 시공 공법의 지속적인 혁신과 더불어 관련 법규 및 기준의 정비가 필요할 것으로 보입니다.
3. 콘크리트 배합 설계

콘크리트 배합 설계는 건축물의 강도, 내구성, 시공성 등을 결정하는 중요한 요소입니다. 최근 들어 고강도 콘크리트, 자기 치유 콘크리트, 초유동 콘크리트 등 다양한 특수 콘크리트가 개발되고 있습니다. 이러한 콘크리트 기술의 발전은 건축물의 성능 향상과 더불어 시공성 및 경제성 제고에 기여할 것으로 기대됩니다. 다만 이러한 신기술 콘크리트의 실용화를 위해서는 관련 기준 및 규정의 정비, 시공 기술의 고도화 등이 필요할 것으로 보입니다.
4. 건축 시공 프로세스

건축 시공 프로세스는 설계, 시공, 감리, 준공 등 다양한 단계로 구성되어 있습니다. 최근 들어 BIM(Building Information Modeling), 4D/5D 시뮬레이션 등 디지털 기술이 도입되면서 시공 프로세스가 점점 체계화되고 있습니다. 이를 통해 공기 단축, 비용 절감, 품질 향상 등의 효과를 거둘 수 있습니다. 향후에는 AI, 로봇 기술 등이 더욱 활용되어 건축 시공 프로세스가 더욱 자동화되고 효율화될 것으로 기대됩니다.
5. 건축 시공 장비

건축 시공 장비는 건축물 시공의 핵심 요소 중 하나입니다. 최근 들어 타워 크레인, 콘크리트 펌프카, 지게차 등 다양한 장비가 개발되어 활용되고 있습니다. 이러한 장비들은 작업 효율성 향상, 안전성 제고, 공기 단축 등의 장점이 있습니다. 향후에는 자율주행, 원격 제어 등 첨단 기술이 더욱 접목되어 건축 시공 장비의 성능이 더욱 향상될 것으로 기대됩니다. 다만 이러한 첨단 장비의 도입을 위해서는 관련 법규 및 기준의 정비, 운영 인력의 전문성 향상 등이 필요할 것으로 보입니다.
6. 건축 시공 비용

건축 시공 비용은 건축물 건설에 있어 매우 중요한 요소입니다. 최근 들어 자재 가격 상승, 인건비 증가 등으로 인해 건축 시공 비용이 지속적으로 상승하고 있습니다. 이에 따라 건설사들은 공법 혁신, 자동화 기술 도입, 자재 재활용 등 다양한 방법으로 비용 절감을 모색하고 있습니다. 향후에는 이러한 노력과 더불어 정부의 정책적 지원, 관련 법규 및 기준의 정비 등이 필요할 것으로 보입니다. 건축 시공 비용의 합리적 관리는 건축물의 품질과 안전성 제고에도 기여할 것으로 기대됩니다.
7. 건축 시공 인력

건축 시공 인력은 건축물 건설의 핵심 요소 중 하나입니다. 최근 들어 숙련 기술 인력의 부족, 고령화 등의 문제가 대두되고 있습니다. 이에 따라 건설사들은 기술 교육 강화, 자동화 기술 도입 등을 통해 인력 문제 해결을 모색하고 있습니다. 향후에는 이러한 노력과 더불어 정부의 정책적 지원, 건설 산업의 근로 환경 개선 등이 필요할 것으로 보입니다. 건축 시공 인력의 전문성과 근로 여건 향상은 건축물의 품질과 안전성 제고에 기여할 것으로 기대됩니다.
8. 건축 시공 환경

건축 시공 환경은 건축물 건설의 안전성과 지속가능성에 중요한 영향을 미칩니다. 최근 들어 환경 규제 강화, 기후 변화 대응 요구 등으로 인해 건축 시공 환경에 대한 관심이 높아지고 있습니다. 이에 따라 건설사들은 친환경 자재 사용, 에너지 효율화, 폐기물 관리 등 다양한 노력을 기울이고 있습니다. 향후에는 이러한 노력과 더불어 정부의 정책적 지원, 관련 법규 및 기준의 정비 등이 필요할 것으로 보입니다. 건축 시공 환경의 지속가능성 제고는 건축물의 품질과 안전성 향상에도 기여할 것으로 기대됩니다.
9. 비정형 건축 구현

비정형 건축은 건축 설계와 시공 기술의 발전에 힘입어 점점 더 활성화되고 있습니다. 이러한 비정형 건축은 독특한 미적 가치와 기능적 효율성을 제공할 수 있습니다. 그러나 비정형 건축의 구현을 위해서는 첨단 설계 기술, 고도의 시공 기술, 특수 자재 등이 필요하므로 비용이 많이 소요되는 편입니다. 향후에는 이러한 기술적, 경제적 한계를 극복하기 위한 지속적인 혁신이 필요할 것으로 보입니다. 비정형 건축의 확산은 건축 분야의 창의성과 혁신을 이끌어 낼 것으로 기대됩니다.
10. 건설 산업 자동화

건설 산업의 자동화는 건축 시공 분야에서 큰 변화를 가져올 것으로 기대됩니다. 최근 들어 로봇 기술, 3D 프린팅, BIM 등 다양한 첨단 기술이 도입되면서 건설 공정의 자동화가 점진적으로 이루어지고 있습니다. 이를 통해 작업 효율성 향상, 안전성 제고, 인력 부족 해결 등의 효과를 거둘 수 있습니다. 그러나 아직 기술적, 경제적 한계가 있어 실용화에는 시간이 더 필요할 것으로 보입니다. 향후에는 관련 기술의 지속적인 발전과 더불어 정부의 정책적 지원, 관련 법규 및 기준의 정비 등이 필요할 것으로 판단됩니다.