최강 교량시공 노하우 ‘100년＋’ 다리를 만든다

건설 R&D 기술 끝없는 진화｜대우건설

도시 구조물 성능개선 전후 상태평가 실험.

토목·주택·플랜트 기술 ‘3박자’ 세계가 주목

지난해 말 경상남도 거제시와 부산 가덕도를 잇는 총 길이 8.2km의 거가대교가 준공되며 국내 토목 기술의 눈부신 발전을 드러냈다. 대한토목학회가 선정한 ‘올해의 토목구조물’에서 대상의 영예를 거머쥔 대우건설의 거가대교는 각종 토목 신기술의 집약체다.

대우건설은 토목뿐 아니라 건축, 주택, 플랜트 등 분야에서 고루 두각을 나타내는 모범생이다. 이를 위한 으뜸 요건은 성실. 바로 이 성실함으로 기본기를 충실히 다지기 위해 주력한 분야가 기초 연구다.

대우건설의 기초부터 탄탄한 연구개발(R&D) 성과가 놀라운 신기술로 발현됐다. 국내 최대 규모의 건설 기술연구소를 갖고 있는 기업답게 실험과 연구에 투자를 아끼지 않은 결과다. 그 씽크탱크 속에 진귀한 보물들이 담겨 있었다.

경기도 수원시에는 총 3만424㎡ 대지에 9개 건물로 이뤄진 대우건설 기술연구소(원장 송효성)는 실험동과 정면의 방향을 달리하고 있었다. 홀로 남쪽을 향해 건물 정면을 배치한 까닭은 햇빛을 많이 받기 위해서다.

최근 건설업계의 트렌드가 된 제로에너지 기술을 구현하기 위한 태양광 연구에 적합한 구조다. 연구관리동에는 총 71개의 기술이 알차게 구현돼 있다. 그 연구 기술들을 따라가보니 과연 오랜 고민의 흔적이 엿보였다.

노후 교량 수명 100년 이상으로

최근 대우건설이 두각을 나타낸 분야 중 하나는 역시 교량 기술이다. 대우건설은 화재로 손상된 서울외곽순환고속도로 부천고가교의 긴급 복구공사를 예상보다 1개월 이상 앞당겨 준공했다. 여기에 자체 연구개발한 ‘프리캐스트 교량 바닥판 공법’이 사용됐다. 이 기술은 국토해양부가 지정한 건설신기술 405호에 해당한다.

원리는 간단하다. 사전에 공장에서 제작된 여러 개의 프리캐스트 바닥판을 현장으로 운반해 조립, 설치하는 공법이다. 프리캐스트 바닥판은 기존 현장타설 콘크리트 바닥판보다 공기를 50% 단축하고 고강도 콘크리트를 사용해 수명을 연장한 재료다.

이 공법을 사용하면 현장 공정 과정이 축소될 뿐 아니라 복구공사에 어려운 영하의 날씨에도 설치가 가능하다. 또 공사 중 소음, 먼지 등으로 인한 환경오염과 교통 체증을 크게 줄일 수 있다.

기존 방식대로의 교량 복구 작업 시에는 이동량이 많은 차량을 통제하다보니 교통 혼잡을 초래하곤 했다. 그러나 이 공법을 사용하면 교량의 반만 걷어내 작업을 실시하는 동안 나머지 반에 해당하는 공간으로 차들이 지나다닐 수 있다. 차량 통제로 인해 발생할 손실을 줄이고 경제성을 높인 것.

교량 복구와 더불어 시공 기간도 대폭 단축하는 효과를 내는 기술이다. 교량을 하나하나 쌓아서 결합하는 조립식 기술은 이미 해외에서 발달돼 있다. 대우건설은 이 기술을 1997년부터 개발해 완벽히 보유하는데 성공했다. 따라서 완전조립식 교량을 급속 시공하는 일이 가능하다.

교량 건설에 쓰이는 교각, 바닥판, 방호벽 및 거더를 공장에서 제작해 현장에서 조립하면 시공 속도가 빨라진다. 회사는 이를 통해 시공 기간을 50% 이상 단축하려는 계획이다.

이 기법의 장점은 속도 향상 뿐 아니라 성능 강화에도 기여하는 것이다. 기존 공법으로 시공한 교량이 과다한 차량 이동으로 인해 20년도 안 돼 파손된다면, 이 공법은 ‘100년 가는 튼튼한 다리’를 만들기에 적합하다. 오현철 토목연구팀 선임연구원은 “바닥판에 균열이 가지 않도록 추후 발생할 수 있는 변수들을 사전에 공장에서 철저히 파악하고 관리하는 까닭”이라고 설명했다.

교량 복구 작업은 부천고가교 외에도 서울 송파구 오륜동의 오륜교와 충청북도 청주시 석소동의 청주IC에 적용됐다. 또 강원도 인제군 한계령에 수해로 손실된 교량을 전면 시공하는 일에도 투입됐다. 무엇보다도 거가대교 시공시 프리캐스트 공법이 공사 효율을 높이는데 기여했다. 향후 노후 교량 교체 등 급속 시공의 대안으로서 그 역할을 주목받고 있는 까닭이다.

거가대교 핵심기술 총동원

교량 건설 부문에서 대우건설은 또 하나의 특화된 기술을 보유했다. 바로 제진기술이다. 이 기술 또한 거가대교 가설에 사용됐다. 태풍이 불 때 실제로 다리가 흔들리는 현상을 제어하기 위해 개발된 이 기술로 거가대교는 초속 70m 이상 태풍이 불어도 끄떡없도록 설계됐다.

거가대교의 교량 구간은 158m 높이의 2개 주탑과 104m짜리 3개 주탑 사장교, 그리고 4구간의 접속교로 이루어졌다. 이 중 사장교 가설에 TMD(Tuned Mass Damper)라는 제진장치를 이용한 내풍안정화 공법이 사용됐다. 신기술 제 613호로 지정된 이 공법의 원리는 다음과 같다.

교량이 시공될 때 가운데에 높은 주탑을 먼저 만든 후 양쪽에서 끈을 매달아 교량을 설치한다. 안쪽에 크레인을 얹어서 바닥판을 하나씩 접합하는데, 가운데부터 시공되는 원리에 따라 공사 중에는 양끝이 접합이 안 돼 바람이 불면 흔들리는 문제가 있었다. 이에 기존에는 케이블을 바닥판에 매달아 바다 속에 묻어 흔들림을 제어하는 방식을 사용했다.

그러나 이 방식은 기초 구조물을 깊은 바다 속에서 만드는데 따른 어려움이 있었고, 배의 통행을 간섭해 위험성이 높았다. 따라서 TMD 제진장치가 주탑 위에 설치됐다. 이는 주탑 높은 곳에 매달린 진동추가 구조물의 흔들림과 같은 횟수로 진동해, 진동 에너지를 반대로 뺏어가는 원리로 설계됐다.

실제로 구조물의 흔들림을 현저히 줄이는 효과를 내며 기존 공법에 비해 경제성을 높였다. 이 밖에 대우건설이 보유한 기타 기술 중 하나는 해상구조물 기초 기술이다. 이는 석션 파일이라 불리는 설비를 바닷속에 설치해 해양 장비의 기초로 사용하는 것이다. 석션 설비는 수심에 상관없이 설치되며 양쪽에서 앵커라는 장비가 이 장치를 묶어 지탱해 준다.

장치가 밑으로 가라앉았다가 떠오르는 것을 자유자재로 할 수 있어 이 기술을 이용해 해상 풍력발전 설비 등 다양한 구조물 설치가 가능하다. 대표적으로 전망하는 것이 이동식 해상 공항이다. 이동이 가능한 공항을 심해 한 가운데에 설치할 수 있는 것이다. 고비용에 따른 효율성이 보장되지 않아 구체적으로 논의되고 있지 않지만 이동식 공항 설치를 가능하게 했다는 점에서 의미가 크다.

또한 대우건설은 전통적으로 상하수도 설비 분야에 강점을 보유해 왔다. 유의찬 환경에너지연구팀 선임연구원에 따르면 ‘분리막을 이용한 하수고도처리공법’이 대표적 기술이다.

이는 막이라는 합성수지에 뚫린 미세한 구멍들로 물이 통과하며 오염 물질을 걸러내는 역할을 한다. 서울 영등포 하수장에서는 이 최신 기술로 하루 2만5000t의 물이 처리되고 있다.

또한 DBS(Daewoo Biogas System)는 음식물쓰레기, 축산폐수, 하수 슬러지를 바이오가스로 뽑아내는 시스템을 말한다. 이 시설은 국내 축산 폐기물 처리시설 6군데에 적용되고 있으며 이탈리아에도 기술 수출 협약을 맺은 상태다.

‘그린 프리미엄’은 대우건설이 주택 부문에 도입한 친환경 빌딩 구현 기술을 통칭한다. 에너지 소비를 줄이고 결과적으로 제로에너지 주택 뿐 아니라 제로에너지 빌딩을 구현한다는 목표다.

대표적으로 프레임 알루미늄과 ABS의 복합구조 창호를 사용한다. 알루미늄의 구조적 강점과 ABS라는 플라스틱 재질의 열손실 감소 기능을 이용해 건물 외피 에너지를 절약하는 것. 대우건설은 2011년까지 자체 공급하는 아파트에서 50% 이상 에너지 절감을 달성하겠다고 선언한 바 있다.

풍동실험실 등 아낌없는 R&D 투자

거대한 규모의 실험동은 대우건설의 다양한 기술을 뒷받침하는 탄탄한 기초로 작용한다. 먼저 풍동실험실은 국내에서 대우건설과 현대건설만이 보유한 실험동으로 가치가 높다.

특히 대우건설은 3m 길이의 팬을 실험동 위쪽에 설치하고 내부와 외부를 완전히 분리해 사시사철 실험을 가능하게 했다. 실험실에는 컨테이너 위에 실제 건물의 축소판 모형을 구현해 바람의 세기에 따른 영향을 실험한다.

건물 모형에 뚫린 미세한 구멍들 안쪽으로는 튜브 모형의 센서가 연결돼 있어 건물 부분마다 다른 바람의 세기를 측정한다. 실험실에는 서울 마포구 상암동에 들어설 640m 높이의 Lite 빌딩 모형이 자리 잡고 있는데, 이 모형을 통해 바람의 피해를 측정하고 예상한다.

음향실험동은 대우건설 만의 특별한 설비다. 이곳에는 무향실, 반무향실, 잔향실이 자리 잡고 있는데 기계류의 소음이나 방음벽 특성 등을 연구한다. 이 공간에 다양한 재료들을 투입함으로써 층간소음, 울림소리 등을 측정해 최적의 건축 기술을 구현하려는 계획이다.

또한 설비실험동에는 태양열이 건물 내부에 가장 효율적으로 구현될 수 있는 조건을 실험하는 인공기후 실험장치가 자리하고 있다.

건설지형 바꾼 현장밀착형 기술 강점

해상구조물 기초 기술.

1983년 설립 이후 대우건설의 기술연구원은 다양한 가시적 성과를 냈다. 먼저 지난 2010년 기준으로 특허출원 102건, 신기술 지정 8건의 기록을 보유했다. 이는 타 건설사 대비 월등히 높은 수준이다. 연구원들이 발표한 논문은 지난해 기준 160건에 달한다.

또 지난해까지 총 16건의 국책과제에 참여해 왔다. 여기에 자체 과제 43건이 더해져 총 59건의 과제를 시행해 온 것. 올 해에도 탄소저감형 건설재료 기술, 항공기 충돌을 고려한 격납 건물용 Fiber 콘크리트 적용기술 등의 개발을 추진하고 있다. 지난해 연구원의 현업지원 성과를 살펴보면 기술지원 213건, 시험지원 261건을 달성해 총 929억 원의 수익성 개선 효과를 냈다.

또한 2011년 추진할 중점 업무는 크게 미래 핵심기술 개발, 현장 밀착형 기술지원, 기술사업 활성화로 나뉜다. 미래 핵심기술에는 녹색성장, 신재생에너지, 초고층빌딩 건축 등에 적용되는 메가 프로젝트 기술이 포함된다. 현장 밀착형 기술에는 원가절감, 일괄 기술지원 체계운영, 기술 노하우 축적 및 전파 등이 강화될 전망이다. 마지막으로 기술사업 활성화를 위해 사업화 시스템 구축, 고객 만족 강화, 기술 홍보활동 등에 치중한다.