< PreviousMagazine of the Korea Concrete Institute 48 기술기사 1 | TECHNOLOGY ARTICLES 김현수 선임연구위원 은 건국대 학교 건축공학과에서 학사 및 석사과 정을 졸업한 후 독일 하노버대학교에 서 생태주거단지 연구로 박사학위를 취득하였다. 1994년부터 한국건설기 술연구원에서 생태도시 및 건축 분야 기술 개발 연구에 주력하여 환경생태 계획 기법과 생태면적률, 그린루프 기 술 등을 개발하여 보급하였다. 최근에 는 Net Zero Carbon Building 수준의 생태건축시스템의 개발과 실증 연구를 수행하고 있다. hskim1@kict.re.kr 이건철 교수는 일본 나고야대학 도시환경학전공에서 전단변형 의존성 을 고려한 굳지 않은 콘크리트의 레올 로지 성질에 관한 연구로 박사학위를 취득하였으며, 한국건설기술연구원 및 한국건설생활환경시험연구원을 거 쳐 현재 한국교통대학교 건축공학전공 교수로 재직 중이다. 현재 자기감지형 복합체 기반의 건물 안전성 향상기술 개발 및 화재손상 콘크리트 구조물의 화재피해 온도 예측 · 보수보강 기술에 관한 연구를 수행하고 있다. gclee@ut.ac.kr 정석만 과장은 한국교통대학교 건 축공학과에서 유 · 무기 복합 균열저감 재를 이용한 건식모르타르의 균열 저 감에 관한 연구로 석사학위를 취득하 였으며, 동 대학원에서 박사과정에 재 학 중이다. (주)인트켐 기술연구소에 서 근무한 후 2018년부터 (주)위드엠 텍 기술연구소 선임연구원으로 재직하 고 있으며, 주요 연구 분야는 콘크리트 성능 개선 혼화재의 개발 및 이를 이용 한 스마트건설 기술의 융합과 관련된 영역이다. jsm0829@withmtech.com 양완희 상무는 건국대학교 건축공 학과에서 학사 및 석사과정을 졸업하 였고, 동 대학원에서 알칼리 활성화 포 틀랜드 고로슬래그 시멘트 콘크리트 의 특성에 관한 연구로 박사학위를 취 득하였다. (주)인트켐 기술연구소에서 근무한 후 2017년부터 (주)위드엠텍 기술연구소장으로 재직하고 있으며, 주요 연구 분야는 산업부산물의 활용 및 콘크리트 성능 개선 혼화재의 개발 및 적용과 관련된 영역이다. yangwh@withmtech.com 김상헌 수석연구원은 건국대학 교 건축공학과에서 학사 및 석사과정 을 졸업하였고, 동 대학원에서 콘크리 트 펌프 압송에 따른 관내압력에 관한 실험적 연구로 박사학위를 취득하였 다. 2016년까지 건국대학교에서 박사 후연구원 및 초빙교수로 재임하였으 며, 2017년부터 한국건설기술연구원 에서 콘크리트를 비롯한 다양한 건축 자재의 재료 및 시공 기술 개발 등 차세 대 건설기술 연구를 수행하고 있다. sangheonkim@kict.re.kr 콘크리트 구조기준(2012) 영문판 • 콘크리트 구조기준(2012) 영문판이 발간되어 회원들께 무상으로 PDF파일을 제공하고 있습니다. • 학회 홈페이지(http://www.kci.or.kr) 자료실에서 내려 받으실 수 있습니다. 기술기사 2 | TECHNOLOGY ARTICLES 화재에 의한 RC 구조물의 수치해석적 후속 손상 평가 기술 Numerical Approach of Subsequent Damage of RC Structures after Fire 제 33권 4호 2021. 07 49 황주영 Ju-young Hwang 동의대학교 토목공학과 조교수 1. 머리말 낮은 열전도도로 인해 목재, 강재 등 다른 건설재료에 비해 내화성능이 뛰어나다고 알려진 철근콘크리트(RC, Reinforced Concrete) 부재도 화재와 같은 고온에 장시간 노출될 경우 재료 강성 저하, 비역학적 변형이 발생하며, 그로인 해 전체 구조시스템이 치명적인 손상을 입을 수 있다는 것이 이미 많은 연구자들에 의해 보고되어 있다. 특히 고도화되고 복잡화된 현대 구조물에서 화재에 따른 구조물의 손상은 물적 피해 뿐 아니라, 인명 피해와도 직결되므로 고온 노출에 따 른 RC 구조물의 내화성능 평가 연구는 필수적이다. 화재가 발생하게 되면, 구조물 내부의 온도 변화에 따라 부분적으로 재료의 강성이 저하하게 되고, 거동의 비선형성이 급격히 증가하게 된다. 많은 연구자들이 표준화재실험 등을 통해 RC 단면의 온도 변화를 규명하고, 그에 따른 재료의 강 성저하를 평가하였다. 또한, 해석적 거동예측을 위해 고온에서 구조계의 변형에 영향을 주는 비역학적 변형률 등을 고려한 다양한 재료모델을 제시하기도 하였다. 그러나 대부분의 실험적, 해석적 연구가 부재 단위에서의 접근에 한정되어 있어 화재에 따른 전체 구조물의 거동을 평 가하기에는 한계가 있다. 따라서 화재에 따른 부재의 물성 변화가 전체 구조시스템에 어떠한 영향을 미치는지에 대한 평가 방법이 필요하다. 이에 더해, 고온에 노출된 콘크리트의 경우, 고온에서보다 다시 상온으로 냉각되었을 때 냉각과정에서 발생하는 미세균열의 영향으로 인해 재료의 강도저하가 추가적으로 발생한다는 사실이 실험적으로 보고되어 있다. 따라서 고온하에서의 성능평가에만 치중되어 있는 기존의 연구에 더해, 상온으로 냉각된 이후의 RC 구조물의 안전성 평가 방법 또한 필요하다. 이러한 화재에 의해 RC 구조물에 발생할 수 있는 후속 손상의 경우, 실제 열원과의 거리가 먼 지점에서의 안전성 확보 측면이나, 화재 진압 이후에도 구조물의 붕괴 위험이 잔존함을 나타내는 것이므로, 정확한 평가를 통한 사고상황에서의 대 책이 수립되어야 한다. 따라서 본고에서는 수치해석적 기법을 이용한 비대칭 화재에 따른 구조물의 안전성 평가 방법과 화 재 후 상온상태에서의 RC 부재의 저항력 평가 방법에 대해 간략히 소개하고자 한다.기술기사 2 | TECHNOLOGY ARTICLES Magazine of the Korea Concrete Institute 50 2. 화재에 따른 RC 부재의 비선형 구조해석 2.1 콘크리트 재료 모델 고온에 노출된 콘크리트는 압축강도, 재료 강성 등이 감소하며, 응력의 변화와 무관한 변형률도 발생한다. 이 를 묘사하기 위해 여러 연구자들의 실험 결과와 모델 식이 제안되고 있는데, 다음과 같이 화재 발생 경과 시 간 t 가 지난 시점에서의 콘크리트 변형률을 역학적 변 형률(Mechanical strain, )과 비역학적 변형률(Non- mechanical strain, )로 나누어 표현한 대표적인 모델 을 본 해석에 적용하였다. 2.1.1 응력-변형률 관계 역학적 변형률의 경우 일반적으로 응력-변형률 곡선으 로 제시되는데, 본 해석에서는 응력-변형률 곡선 <그림 1>을 기본 토대로 하여 온도에 따른 압축강도 감소와 이 에 대응하는 변형률 모델을 적용하여 수정한 관계식을 사 용하였다. 2.1.2 비역학적 변형률 비역학적 변형률은 화재 발생 시 응력의 변화와 관계 없이 구조계의 변형을 증가시키는 변형률로써, 식 (1) 에서 볼 수 있는 바와 같이 본 해석에서는 온도 변형률 (Free thermal strain, ), 크리프 변형률(Creep strain, ), 비정상상태 변형률(Transient creep strain, )을 고려하였다. 온도 변형률은 온도 상승에 따른 콘크리트의 자유팽 창을 나타낸 것으고, 크리프 변형률은 화재 지속 시간에 따른 추가적인 변형이다. 이에 더해, 고온에 노출된 콘크 리트는 물리적, 화학적 성분 변화에 의해 예측보다 큰 변 형이 발생하게 되는데, 이를 비정상상태 변형률이라고 한다. 2.2 철근 재료모델 화재에 따른 철근의 변형률 역시 역학적 변형률과 비 역학적 변형률로 표현 가능하다. 다만, 철근의 경우 콘크 리트와 달리 비정상상태의 변형()은 없다고 가정할 수 있다. 철근 역시 콘크리트와 마찬가지로 온도가 높아 짐에 따라 항복강도와 강성이 감소하는데, 본 해석에서 는 과도적 실험(Transient test)을 통해 철근의 온도 크리 프 효과를 내재적으로 고려한 응력-변형률 모델을 사용 하였다<그림 2>. 2.3 내화해석 알고리즘 화재에 노출된 RC 구조물의 수치해석을 위해서는 순 차적 해석방법(sequentially coupled analysis)이 사용된 다. 화재 노출시간에 따른 부재 단면의 온도 분포를 평 가하기 위한 비정상 열전달 해석을 수행하여 단면의 온 도 분포를 구하고, 단면요소 각각에 열응력 형태로 온도 의 영향을 반영하여 변형률과 응력을 계산하였다. 특히 콘크리트와 철근의 비역학적 변형률을 영향을 반영하기 위해 별도의 등가외력항으로 정의하여 힘-변위 평형방 정식을 구성하여 각 절점 변위 성분에 따른 요소 강성행 렬을 구성하였다. 그림 1. 노출온도에 따른 콘크리트 압축측 응력-변형률 곡선그림 2. 노출온도에 따른 철근의 응력-변형률 곡선제 33권 4호 2021. 07 51 3. 화재 후 후속 손상 평가 3.1 구조적 손상: 비대칭 화재 비대칭 화재 상황에서의 전체 구조계의 거동을 평 가하기 위해 International Federation for Structural Concrete(fib, 2008)에서 제시하고 있는 예제를 바탕으로 <그림 3>과 같은 three-bay 프레임 구조를 구성하였다. 콘크리트 압축강도( f'c)는 30 MPa, 철근 의 항복강도( FY)는 500 MPa, 철근의 탄성 계수( Es)는 200 GPa로 가정했으며, 프레 임의 보 부분에는 42 kN/m의 등분포하중 을, 각 기둥 부재의 끝단에는 집중하중 형 태로 층 하중( P)을 재하하여 해석을 수행 하였다. 보 부재보다 위로 기둥 부재를 구 성한 것은 다층 구조물의 거동을 모사하기 위함이다. 시간에 따라 구조물에 가해지는 화재 온도는 ISO-834 표준화재곡선(ISO, 1975)을 따른다고 가정했다. 구조물을 구역에 따라 Left, Center, Right로 나누고, 화재 시나리오에 따라 Center, Right, Center&Right의 세 가지 화재 상황을 가정하였다. 화재 발생 구역 에서 각 부재는 최소 3면, 최대 4면이 고 온에 노출되도록 하였으며, 화재가 발생 하지 않은 구역의 보 부재와 기둥 부재는 초기 상태의 온도분포를 유지한다고 가정 하였다. 각각의 상황에서 층 하중 또한 세 가지 재하 조건( P = 1,000 kN, 2,500 kN, 4,000 kN)에 대 해 해석을 수행하였다. 각 화재 시나리오별로 프레임 구 조물 중 일부가 하중을 추가로 받지 못하는 경우를 최대 내화 시간으로 보고 전체 시간에 걸쳐 휨모멘트 변화를 측정하였다. 대표적으로 층 하중 P= 2,500 kN이 작용하는 경우 에 대해 각각의 화재 시나리오에 따른 해석 결과를 <그 림 4>에 나타내었으며, 각 시나리오별 내화 시간을 <표 (a) 전체 구조계(c) 기둥 단면 (b) 보 단면 그림 3. Three-bay 프레임 구조 (c) Center&Right fire case 그림 4. P = 2,500 kN 재하 시 Three-bay 프레임 구조 휨모멘트도(단위: kN·m) (b) Right fire case (a) Center fire case기술기사 2 | TECHNOLOGY ARTICLES Magazine of the Korea Concrete Institute 52 1>에 정리하였다. <그림 4>에서 보면 Center 구역에서 만 화재가 발생했을 때에는 화재 노출 130분까지 구조물 이 유지되지만, 비대칭 화재가 발생한 경우(Right 구역과 Center&Right 구역)에는 각각 내화 시간이 90분, 40분으 로 대칭 화재가 발생한 상황(Center 구역)에 비해 내화 시 간이 현저히 줄어든 것을 확인할 수 있다. 특히 Right 구 역에서 화재가 발생한 경우, 보의 열팽창에 의해 오른쪽 기둥에 발생하는 변형이 상당히 크고, 그로 인해서 기둥 에 작용하는 최대 모멘트 값이 노출 전에 비해 5배 이상 증가한 것을 확인할 수 있다. 전반적으로 층 하중이 커질수록 내화 시간이 짧아지 는 경향을 보이며, 특히 화재 구역이 비대칭일 경우 대칭 일 때보다 구조물의 붕괴를 가속화시킨다는 것을 확인할 수 있다. 이러한 비대칭 화재는 직접적으로 영향을 받는 최 외곽 기둥에 급격한 변형을 가져오고, 2차 모멘트 효과 에 의한 모멘트 증가로 인해 빠른 시간 안에 구조물의 붕 괴를 일으키기 때문에 대칭 화재에 비해 상대적으로 짧은 내화 시간을 가진다는 것을 확인할 수 있다. 3.2 재료적 손상: 화재 후 상온상태 고온에 노출된 콘크리트는 냉각되고 난 후의 강도가 고 온일 때의 강도보다 더 낮게 나온다는 것이 많은 연구자 들의 실험 결과를 통해 보고되어 있다. 이는 콘크리트를 구성하는 골재와 시멘트 페이스트 간의 열팽창률 차이에 의해 콘크리트가 냉각되면서 발생하는 미세균열의 영향 으로 분석할 수 있는데, 아직 그 자세한 메커니즘은 완벽 하게 규명되지 않았다. 하지만 냉각 후 저하된 콘크리트 의 강도는 연구자들의 실험을 통해 제시되어 있으며, 일 반적으로 노출된 최대 온도와 냉각 조건이 가장 크게 영 향을 주는 것으로 연구되고 있다. 반면, 고온 후 냉각 상태에서 철근의 강도는 화재 상태 일 때보다 회복된다는 연구결과가 보고되어 있다. 특히 400 ℃ 이하의 온도에 노출된 경우에는 상온으로 냉각되 었을 때, 다시 가열되기 전의 강도를 회복한다는 실험 결 과가 나와 있다. 이러한 구조부재의 거동을 살펴보기 위해 350 mm× 350 mm 단면의 구형 단면 기둥을 설정하였으며 철근의 피복은 45 mm, 철근은 인장 측과 압축 측에 동일한 양으 로 배근된 것으로 가정하고, 고온 노출 상태인 ‘Under- fire’와 화재 후 상온 상태인 ‘After-cooling’각각의 모델 을 적용한 해석 결과를 P-M 상관도를 통해 비교하였다. 이때, 철근비, 세장비, 화재 지속시간(R)을 각각 달리하여 해석하였다. 해석 결과를 나타낸 <그림 5>에서 확인할 수 있듯이 전 반적으로 ‘After-cooling’의 부재 저항력이 ‘Under-fire’ 상태 일 때 보다 작게 나타나는데, 특히 화재 시간에 따 른 영향에서는 큰 차이를 보인다. ‘Under-fire’의 경우 부 재 저항력의 감소에 있어 화재 시간의 영향이 큰 반면, ‘After-cooling’의 경우에는 초기 화재에 의한 영향이 크 게 나타난다. 이는 ‘Under-fire’의 경우에는 화재 초기 열 변형률에 의한 재료의 팽창이 전반적인 부재의 강도 저하 를 억제하는 역할을 하지만, ‘After-cooling’에서는 냉각 시 재료의 열팽창률 차이에 의해 발생하는 미세균열의 영 향이 화재 초기부터 나타나기 때문으로 판단된다. 5. 맺음말 화재에 의한 RC 구조물의 손상은 인명과 재산에 치명 적인 피해로 이어질 수 있으므로, 설계 시 필히 고려되어 야 할 사항이다. 다만, 현재의 설계 시 내화에 대한 고려는 표 1. 화재 시나리오 별 Three-bay 프레임 구조 내화 시간 P (kN) Fire-resistant time(min) Center (C) Right (R) Center&Right (CR) 1,0001308060 2,5001309040 4,000705030 그림 5. 고온 노출 상태에 따른 P-M 상관도()제 33권 4호 2021. 07 53 부재 단위에 국한되어 있는 부분이 많고, 재료적으로 고 온 상태에서의 물성 변화만을 고려하고 있다. 화재에 따 른 RC 구조물의 저항성능을 정확히 평가하기 위해서는, 비대칭 화재와 같이 구조적인 요인으로 인한 전체 구조 계의 손상이나, ‘After-cooling’과 같이 고온 노출 후 냉각 시 발생 가능한 미세균열 등의 재료적 후속 손상에 따른 강도저하를 고려할 필요가 있다. 1. Fib-international, Fib bulletin 26[State-of-art report] : Fire design of concrete structures – structural behavior and assessment, 214, 2008. 2. ISO 834: Fire Resistance Test – Elements of Building Construction, International Organization for Standardization, Switzerland, 1975. 3. Hwang, J.Y. and Kwak, H.-G., A Numerical Model of Reinforced Concrete Members Exposed to Fire and After-Cooling Analysis. The Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea, 28(1), 101~113, 2015. 참고문헌 담당 편집위원 : 남일우(한동대학교) namiru@handong.edu 황주영 교수는 한국과학기술원 (KAIST)에서 학사를 졸업하고, 동대 학원에서 구조공학 분야 박사학위을 취득하였다. 2021년부터는 동의대학 교 토목공학과 조교수로 재직하고 있 다. 주 연구분야는 콘크리트 구조물의 시간의존적 거동해석 및 강재-콘크리 트 합성구조 거동 해석이다. agree.hwang@deu.ac.kr 학회지광고 게재 안내 콘크리트학회지는 격월간으로 발행되어 11,000여 회원을 비롯한 콘크리트 관련 업계, 학계, 유관 기관 및 단체 등에 배포되고 있습니다. 저렴한 가격과 가장 효과적인 방법으로 귀사를 홍보할 수 있는 콘크리트학회지 광고에 많은 이용을 부탁드립니다. 1. 광고 게재면 2. 할인 혜택 : 우리 학회의 특별회원사가 게재하는 광고 또는 연간 6회 이상 게재 시 상기 협찬금을 아래와 같이 할인 하여 드립니다. 단, 일시불로 납부하여야 적용 가능합니다(가로안은 회원사 기준입니다). 1년 계약 : 10 % 할인(15 %) 2년 계약 : 20 % 할인(25 %) 게재면광고 협찬금게재면광고 협찬금 표 2120만원간지 1110만원 표 3120만원간지 2100만원 표 4150만원내지(본문 내)70만원공사기사 1 | CONSTRUCTION ARTICLES 드론을 활용한 비정형 토공량 산출 기술과 공동주택 외벽 친환경 불연 몰딩 기술(힐스테이트 죽림 젠트리스) Atypical Earth-work Calculation using Drones & Non-flammable Exterior Design Molding for Eco-friendly Technology(Construction Article of the Hillstate Juklim Gentrice) Magazine of the Korea Concrete Institute 54 문예지 Ye-ji Moon 현대엔지니어링(주) 기술연구소 매니저 김기성 Ki-Sung Kim 현대엔지니어링(주) 힐스테이트죽림 책임매니저 권해원 Hae-Won Kwon 현대엔지니어링(주) 기술연구소 책임매니저 한상민 Sang-Min Han 현대엔지니어링(주) 힐스테이트죽림 공무파트장 주병수 Pyung-Soo Ju 현대엔지니어링(주) 힐스테이트죽림 책임매니저 이윤재 Yoon-Jae Lee 현대엔지니어링(주) 힐스테이트죽림 현장소장 1. 머리말 힐스테이트 죽림 젠트리스는 아래 <그림 1>과 같이 단지 주변으로 죽림근린공원과 자연녹지가 인접해있을 뿐만 아니 라, 추가적으로 대규모 공원 조성 또한 예정되어 있어, 흔히들 말하는 최고의 숲세권 아파트라 할 수 있다. 또, 아래 공사 개요에서 알 수 있듯 여수죽림지구의 중심에 위치하고 있어 순천완주고속도로와 연결된 국지도 22번, 여수 시내로 진입 하는 도원로가 바로 이어지는 편리한 도로교통망을 갖추고 있다. KTX 여천역도 인근에 위치하고 있어 서울 및 수도권과 의 이동도 용이하며 각 분야별 인프라가 잘 갖춰져 있는 미래가치가 더욱더 기대되는 곳이라 할 수 있다. 해당 현장은 자연에 인접한 환경으로 지형이 균질하지 않고, 수목이 자라고 있는 등 정확한 토공량을 산출하기에 어려 움이 있었다. 이에 드론에 부착된 카메라 및 3D 스캐너를 통해 현황정보를 취득하고 가공하여 3차원 모델 정보를 구축함 으로써, 비정형/수목 지형에서의 정밀한 토공량을 예측하고자 하였다. 또한 2018년 언론 제보를 통해 현장에 사용된 공 동주택 외벽 디자인 몰딩의 불연 성능에 대한 품질 이슈가 크게 있었고, 이러한 사회적 이슈에 대응하고자 개발한 친환경 불연 몰딩 기술을 적용하였다. 본 기사에서는 드론을 활용한 비정형 토공량 산출 기술과 공동주택 외벽 친환경 불연 몰딩 기술에 관하여 소개하고자 한다. 그림 1. 전경 및 공사개요 항 목내 용 사업명여수 죽림 지역주택 조합 아파트 신축사업 대지위치전라남도 여수시 소라면 죽림리 579번지 외 일원 공사기간2019.08 ~ 2021.11(27개월) 대지면적51,969.00 m 2(15,748평) 건축면적11,015.71 m 2(3,338평) 연면적148,119.97 m 2(44,884평) 규모지하2층~지상15층 / 18개동 989세대 구조철근 콘크리트조 발주처죽림현대지역주택조합 시공사현대엔지니어링(주)제 33권 4호 2021. 07 55 2. 드론을 활용한 비정형 토공량산출 기술 당 현장은 자연환경에 인접해 있어 주변 환경 조성 계획 시 비정형적인 자연환경 그대로의 현황자료 수집 에 어려움이 있었다. 최근의 토공량 산출 기법으로는 GPS(Global Positioning System) 측량법이 주로 사용되 고 있는데, 당 현장 주변부에서는 수목이 우거져 있어 GPS 수신이 불량하였고 자연지형물 등으로 인하여 토공 량 산출을 위한 종횡 단면도 구성을 위한 일정한 GPS 측 량에 어려움이 있었다. 이에, 아래 <그림 2>의 측정위치(흰색 네모 박스)에 대 해 드론을 이용하여 사진정보와 3D 스캔 정보를 수집하 였고, 그 결과분석을 통해 예상 토공량을 산출하였다. 먼저 드론에 설치한 카메라를 이용하여 항공사진과 같 이 지면과 수평으로 투영한 2D 사진정보를 80 % 중복률 로 취득하고 그 사진정보를 Pix4D Cloud(2D 사진정보 를 이용하여 3D 좌표 정보를 구축하는 과학기술 상용 프 로그램)을 통해 좌표, 길이, 면적, 부피를 측정할 수 있는 점군데이터(Point cloud data: 3차원 좌표를 가지는 점군 자료), 정사영상(Orthophotograph: 수평 투영 영상으로 변환한 영상)과 수치표고모델(DEM: Digital Elevation Model)정보로 변환하였다. 이 결과와 함께 3D 설계 프 로그램인 Revit의 3차원 계획과 연계하여 EL + 8.0을 기 준으로 예상 성토량을 <표 1>의 (b)와 같이 산출하였다. 사진정보를 기반으로 모델링 한 경우에는 수목 및 수 풀 역시 토공량으로 인식할 수 있다는 예상에 따라 레이 저를 이용하는 3D 스캐너를 드론에 설치 및 비행을 추가 로 진행하였다. 드론에 설치된 3D 스캐너는 150 m 상공 에서 레이저를 발사하여 수목과 수풀 사이의 지표면에서 반사되는 레이저 정보를 취득할 수 있었고, 전용 프로그 램을 활용하여 전체 영역의 좌표값을 기준으로 사진정보 와 동일한 기준인 EL + 8.0으로 예상 성토량을 <표 1>의 (c)와 같이 산출하였다. 예상 성토량 (b)와 (c)를 비교해본 결과, 3D 스캔을 통 해 산출한 값이 더 많음을 알 수 있었다. 이는 3D 스캔을 통해 취득한 정보에서는 수목 및 수풀과 지형을 별도로 구분할 수 있었으며, 그에 따라서 수목 및 수풀을 제외한 지형의 현황정보를 얻어 지형을 더 정확히 파악할 수 있 음을 확인할 수 있었다. 당 현장의 드론을 활용한 비정형 지역의 토공량 산출 작업은 기존 GPS 측량에 비해 짧은 시간에 정확한 결과 물을 도출할 수 있었다. 또한 사진 정보를 바탕으로 확보 그림 2. 전경 및 측정 위치 (a) 3D 설계모델에서의 암거 부피를 고려한 성토량 : ① 33,431 - ② 7,609 = 25,882 m 3 표 1. 드론을 활용한 비정형 토공량 산출 결과 (b) 드론 사진 촬영 결과에 의한 예상 성토량 : ① 33,431 - ② 7,609 - ③ 9,571 = 16,251 m 3 (c) 드론 3D 스캔 결과에 의한 예상 성토량 : ① 33,431 - ② 7,609 - ④ 7,853 = 17,969 m 3공사기사 1 | CONSTRUCTION ARTICLES Magazine of the Korea Concrete Institute 56 된 정사영상은 지형 현황을 시각적으로 구현함에 따라 향후 시공계획에도 활용할 수 있었다. 본 분석을 통해 드론이 단순한 전경 사진 촬영의 역할 이 아닌, 건설현장의 생산성 및 정밀도를 향상시킬 수 있 는 스마트 건설기술로써 활용될 수 있음을 확인할 수 있 었다. 3. 공동주택 외벽 친환경 불연 몰딩 기술 3.1 기술개발 배경 및 목적 본 기술은 소음진동 전문업체로 경량콘크리트패널을 생산 · 시공하는 에이스 패널과 공동으로 개발한 기술로 써, 불연성, 경량성, 소음 저감성, 현장 가공성, 경제성 등 성능적 측면에서도 우수할 뿐만 아니라 산업부산물인 고 로슬래그와 폐스티로폼을 재활용하는 친환경 불연 몰딩 기술이며 최근 녹색기술(GT-21-01106호)인증을 취득 하였다. 기술 개발 배경은 지난 2018년 언론을 통해 보도된 화 재 피해를 키우는 불법 건축자재(매일경제)의 기사에서 와 같이 외벽에 시공되는 마감재는 법규상 준불연 이상 등급의 자재를 사용하여야만 하나 “몰딩 등 장식용 외장 재는 준불연재 사용률이 특히 저조한 것”으로 보도되었 고 자재 업체들이 성적서만 발급받고 실제 시공은 저가 제품으로 하는 편법을 쓴다고 전했다. 뿐만 아니라, 공동주택 외벽 몰딩은 <그림 3>과 같이 화재 시 수평 확산과 속 빈 구조에 의한 빗물소음 민원 발생, 추락에 의한 사고 위험 등의 사례가 꾸준히 보고되 었었다. 이러한 사회적 품질이슈를 해소할 수 있는 성능 을 갖춘 친환경 기술을 개발하고자 불연재료인 시멘트 페이스트에 독립 기포를 연행시킨 CLC(Cellular Light- weight Concrete)를 속채움재로 하는 몰딩을 개발하고자 하였다. 3.2 친환경 불연 몰딩의 특징 친환경 불연 몰딩은 <그림 4>와 같이 시멘트, 고로슬 래그, 물, 폐스티로폼, 섬유를 혼합한 시멘트 슬러리에 기 포제와 물을 기포 발생기를 통해 생산 혼합하여 심재를 구성한다. 이 심재가 경량성의 불연소재로 폐자재 및 산 업부산물을 재활용하고 소음저감효과를 확보하게 해주 그림 3. 기존 기술의 피해사례 (a) 화재 시 수평 확산 (c) 몰딩 추락 사고 (b) 속 빈 구조에 의한 빗물소음 그림 5. 기존 기술과의 성능 비교 그림 4. 친환경 불연 몰딩 개념도제 33권 4호 2021. 07 57 는 핵심기술이다. 또한 디자인 자율성 확보를 위해 복잡한 단면의 경우 강판을 활용한 보강방법을 채택하고 있으며, 단면이 단 순한 경우에는 무기계 표면 보강재를 적용하고 있다. 개발 기술의 성능은 아래 <그림 5>와 같이 화재 시 안 전성, 소음 저감성, 설치 구조안정성, 경제성, 시공성에 대해서 기존기술들과 비교하였고 각 평가에 대한 세부 내용은 각각의 항목으로 시험방법 및 기준 기타 조건 등 에 대해서 다음과 같이 설명하였다. 3.2.1 화재 시 안전성 국토교통부에서는 “고시 제2020-263호에서 건축물 마감재료의 난연 성능 및 화재 확산 방지구조 기준”으로 불연성 및 가스 유해성을 검토하도록 하고 있다. 이에 따 른 시험결과는 <표 2>와 같이 불연 성능을 만족하는 것 으로 나타났다. 3.2.2 소음 저감성 소음 저감 성능은 아래 <그림 6>과 같이 3.12 m 높이 에서 고압살수를 통해 가로 및 낙하 거리 2.0 m에 위치 한 몰딩 소음을 유발하고 소음이 발생되는 지점에서부터 1.0 m 이격된 45도 방향의 수음위치(Receiver Position) 2지점에서 등가소음레벨 측정을 실시하는 것으로 계획 하였고, 또 측정 시 배경소음에 대한 검토를 실시하는 것 으로 하여 의뢰자 방식으로 공인기관에 성능시험의뢰를 통해 소음 저감성을 확인하였다. 그 결과를 바탕으로 청 감의 단위인 Sone으로 환산한 결과를 기존 기술과 비교 한 결과 석재와 개발기술은 약 8 %로 1 dB 정도 시끄럽 게 느껴질 수 있는 것으로 나타났으나, 사람의 귀가 3 dB 차이는 쉽게 느끼지 못하는 것을 고려할 때 그 영향은 크 지 않을 것으로 판단된다. 반면 IPU 몰딩(철판 보강 EPS 몰딩)은 석재에 비해 약 2.5배 수준의 차이를 보여 동일 한 소음원에 대해 발생되는 소음이 매우 크게 나타난다 는 것을 확인할 수 있었다. 3.2.3 설치구조안정성 친환경 불연 몰딩의 설치 구조안정성을 확인하기 위해 서 다음 <그림 7>과 같이 정적재하시험과 내충격성 시험 을 실시하였고, 시험방법은 KS F 2613 건축용 비내력 경 량벽체의 성능시험방법(ㄱ자형 편심 당김하중 시험)과 KS F 2221 건축용 보드류의 충격 시험벙법(가지형 추를 이용한 내충격성 시험)을 통해 성능을 확인하고 구조검 토를 통해 설치구조의 안정성을 확보하였다. 3.2.4 경제성 경제성은 여러 요인에 따라 결정되는데, 특히 형상과 단면적에 따라 가격이 결정되기 때문에 단적으로 평가하 기에 어려움이 있다. 다만, 개발제품에 사용되는 소재가 경제성이 우수하므로 당 현장과 같이 직사각형인 경우는 기존 기술들에 비해 월등한 경제성을 확보한다. 표 2. 건축물 마감재료의 난연 성능 및 화재 확산 방지구조 기준 시험결과 질량감소율 (30 % 이하) 최고온도와 최종평형온도와의 온도차 (20 K 이하) 가스유해서 (9분 이상) 27.51.914:17 30초 표 3. 기존 기술과의 경제성 평가(LH 외부 몰딩재 설계기준 참조) 구분 (300*200 mm) EPS 메탈몰딩 압출성형 세라믹몰딩 석재몰딩 설계가48,200원/m 68,080원/m 100,000원/m 이상 그림 6. 친환경 불연 몰딩의 소음 저감 성능시험 전경 및 소음측정 개념도 (a) 살수에 의한 소음 유발(b) 수음 전경Next >