혁신적인 건설 3D 프린팅 세계에 혁신적인 건축 법규 필요하다

건축 법규에는 역사가 담겨 있다. 대부분 1666년 도시를 휩쓸고 파괴한 런던 대화재 같은 비극적인 사건 이후에야 제정되었다. 그 이후 예를 들면 건물 내화성, 밀집된 도시 지역 공공 안전 등을 높이기 위해 (특히 코로나19로 힘든 지금 시기와 관련 있음) 법규가 제정되었다. 미국에서는 1915년 최초의 국가 건축 법규가 제정되었고, 그 이후로 시, 주, 심지어 국제법이 어렵게 만들어지고 있다.

어지러운 건축 규제의 세계는 이제 건설 업계의 새로운 기술을 평가해야 하는 새로운 과제를 안고 있다. 건물을 혁신하겠다는 약속과 함께 3D 프린팅은 프로세스를 더 빠르고, 더 저렴하고, 더 안전하며, 더 지속가능하게 만든다. 즉 건축업자가 건물 관계자들과 성공적으로 협상을 할 수 있다면, 가장 시급한 관심사는 ‘3D 프린팅 건물이 안전하다고 어떻게 확신할 수 있는가?’다.

건설 업계에 특화된 3D 프린터를 제조하는 보스턴 기반 아피스 코어(Apis Cor)의 창업자 겸 CEO인 안나 체니우타이(Anna Cheniuntai)는 “3D 프린팅 기술은 매우 혁신적이고 와해적인 반면, 건설 산업은 매우 보수적인 산업이다. 따라서 현실에서는 3D 프린팅을 구현하기가 어렵다. 오늘날 우리가 넘어야할 가장 큰 과제는 건설 공무원과 당국이 쉽게 프로세스를 인증하고 건축 허가를 발급할 수 있도록 표준을 만드는 것이다”라고 밝혔다.

아피스 코어와 구조 엔지니어링 회사인 손턴 토마세티(Thornton Tomasetti)는 둘 다 미국 보스턴 오토데스크 테크놀로지 센터에서 작업하고 있으며, 3D 프린팅 벽체에 대한 산업 표준을 만들기 위해 협력하고 있다. 이런 노력이 미래에 초점을 맞춘 건축 법규를 만드는 첫걸음이 되기를 희망하고 있다.

전례를 추구하다

아피스 코어는 창립 이래 몇몇 프로젝트에서 3D 프린팅의 장점을 입증했다. 예를 들어, 2016년에는 모바일 콘크리트 프린터를 사용하여 제작된 세계 최초의 ‘현장’ 3D 프린팅 주택을 완성했다. 러시아 스투피노(Stupino)에 위치한 400 평방피트(약 37 제곱미터)의 원형 주택은 단 24시간 만에 세워졌으며, 비용은 약 1만 달러에 불과했다. 해비타트(Habitat for Humanity)가 1,050 평방피트(약 97.55 제곱미터)의 3베드룸 주택을 짓는데 비용은 약 5만 달러, 시간은 8개월 정도 소요되었던 것과는 대조적이다.

그 후 2019년 10월에 아피스 코어는 두바이 정부의 2층 건물을 위한 3D 프린팅 벽체를 완공했다. 이 건물은 높이 31 피트(약 9.5미터), 면적 640 여 평방피트(약 60 제곱미터) 규모로, 현재까지 지어진 3D 프린팅 건물 중 가장 크다.

그러나 개념 증명은 전례와 같지 않다. 손턴 토마세티의 패트릭 케니(Patrick Kenny) 엔지니어는 3D 프린팅을 대규모로 승인하기 위해 건축 관계자들이 선례를 요구한다고 밝혔다.

케니 엔지니어는 “건설은 제조업과 다르다. 현재 건설업은 처음 10개 제품을 망치고 공정을 개선할 수 있는 제조업처럼 1,000개, 10,000개 또는 백만 개의 똑같은 건물을 짓지 않는다. 각 건물은 각자 프로토타입을 가지고 있어, 의사 결정자들을 매우 보수적으로 만드는 역할을 한다”고 말했다.

바로 여기에 건축 법규가 들어온다. 법규 관계자는 보편적 표준을 준수하도록 만드는 것을 통해 이질적 건물을 더욱 동일하게 만든다. 그들은 그렇게 함으로써 완성된 건물을 미래의 건물을 위한 선례로 바꾸어 리스크를 완화한다.

3D 프린팅과 같은 새로운 기술의 문제는 전례가 없다는 것이다. 아니면 전례가 있는가?

법규 관계자를 더욱 편하게 해주기 위해 아피스 코어는 3D 프린팅 벽체에만 특별히 초점을 맞추고 있다. 이 벽체 설계는 철근용 중공 코어가 완비된 전통적인 콘크리트 조적 유닛(CMU) 벽을 모방한다. 3D 프린팅은 획기적으로 새로운 형태를 가능하게 할 수 있지만, 아피스 코어는 새로운 건설 방법을 합법화하는 열쇠는 전통적인 방식과의 공통점을 찾는 것이라고 생각한다.

체니우타이 CEO는 “우리 벽과 조적 벽 사이의 구조적 유사성을 증명할 수 있다면 건축 관계자들이 조적에 대한 규정과 건축 법규를 살펴볼 수 있기 때문에, 허가 절차를 간소화할 수 있을 것으로 생각한다”라고 전했다. 그는 아피스 코어의 접근법을 통해 건축가들이 기존의 조적 건축에 이미 사용되고 있는 지붕, 기초 등에 검증된 건축 기법을 사용할 수 있다고 덧붙였다.

탄소 섬유 또는 바이오 플라스틱 같이 외피를 밀어내는 재료 대신, 아피스 코어는 콘크리트와 같은 친숙하게 즐겨 찾던 재료로 향한다. 일반 콘크리트는 3D 프린팅에 적합하지 않겠지만, 이 회사는 같은 성분(물, 모래, 시멘트)을 가진 독점 레시피를 개발했다. 이 레시피는 높은 점도와 빠른 응고 시간을 제공하는 비밀 구성 요소이다.

체니우타이 CEO는 “이미 건설에 사용되고 있는 인기 있는 자재에 대해 잘 알고 있는 것이 첫걸음이다”라며, “그런 후에야 새로운 소재를 도입할 수 있다”고 강조했다.

법규 풀기

물론 조적처럼 보이는 3D 프린팅 벽은 조적처럼 작동하는 경우에만 효과적이다. 아피스 코어는 브릭스 엔지니어링 & 테스팅(Briggs Engineering and Testing), 코네티컷 대학교와 협력하여, 강도, 저항, 굴곡 및 압축 평가를 포함한 CMU 블록의 적용대상인 ASTM(미국재료시험학회) 국제 인증 시험과 동일한 배터리에 벽을 통과시켰다.

케니 엔지니어는 “CMU 블록을 기계에서 분쇄하여 얼마나 강한 지 측정할 수 있다”고 하며, “정확히 같은 크기의 3D 프린팅 벽 조각은 정확히 동일한 시험을 받는다”고 말했다. 그에 따르면, 손턴 토마세티는 아피스 코어의 시험 결과를 검토하고 있으며 건물 관계자와 공유할 수 있는 문서로 번역하고 있다. 케니 엔지니어는 “우리가 하려는 것은 이 신소재가 이미 존재하는 매우 유사한 건축 법규인 CMU 코드의 모든 요구사항을 충족한다는 것을 보여주는 것”이라고 말했다.

아피스 코어는 다가오는 두 가지 시범 프로젝트에 대한 경험적 증거를 유연하게 제시할 계획이다. 첫째로 LA 잭슨에 있는 2층 3D 프린팅 주택이다. 아피스 코어는 기존 주택의 절반 비용으로 2주 내에 구조물을 완성할 계획이다. 두 번째는 하우징 트러스트 펀드(Housing Trust Fund)와 함께 진행하는 캘리포니아 산타바바라의 저렴한 3D 프린팅 주택 프로젝트다. 2020년 가을에 시작될 것으로 예상되는 이 두 프로젝트는 표준 허가 절차를 거쳐 3D 프린팅 기술과 거버넌스 모두를 선보일 예정이다.

케니 엔지니어는 “여러분이 하고 싶은 것은 적은 장소에서 적은 사람들을 이기는 것이다. 그 시점에 여러분이 이전에 이런 건물을 지었다는 것을 보여주는 전례가 있을 것이다”라고 말했다.

초기 프로젝트는 매우 간단하다. 그러나 시간이 지남에 따라 아피스 코어는 더 복잡한 기하학적 구조를 갖춘 추가 프로토타입을 도입할 계획이다.

케니 엔지니어는 “지금 우리는 CMU 코드를 파악하고 있다. CMU 코드는 이해하기 쉽고 매우 정확한 요구사항이 있기 때문이다”라고 말했다. 그는 이어 “하지만 결국 3D 프린팅이 현장 콘크리트 코드의 일부가 될 것이라고 본다. 왜냐하면 그 코드는 많은 요건을 갖추고 있지만, 완전히 자유로운 형태이기 때문이다. 기하학적으로 어떠한 제한도 두지 않는다. 이것이 바로 3D 프린팅 콘크리트를 사용해 도달하고 싶은 것이다”라고 밝혔다.

3D 프린팅 주택(빠르고 저렴한 주택)에 대한 약속은 설득력이 있지만, 아피스 코어는 그 여정이 어렵다는 것을 인정한다. 그럼에도 불구하고, 이것은 매우 중요하다.

체니우타이 CEO는 “우리의 목표는 저렴한 주택의 공백을 메우는 것이다. 승인과 허가를 얻는 방법을 알아내고 나면 이를 이뤄 낼 수 있을 것으로 생각한다”라며, “이 기술을 확장할 때 가장 어려운 부분이 이 점이다”라고 말했다.