고공까지 콘크리트를 안전하고 정확하게 잘 전달하는 것, 말로는 간단하지만 참 어려운 일이다. 그래서 포스코건설과 포스코가 팔을 걷어붙였다. 심지어 국내 최초로 국산화에 성공해 원가절감 효과가 큰 이 기술, 포스코 뉴스룸이 자세히 알아봤다.

l 콘크리트, 초고층 빌딩 위로 ‘스마트하게’ 날아 오른다

건설업계에서 펌프 압송에 의한 콘크리트 타설 공법은 가장 효율적인 방법으로 알려져 있다. 작업성, 신속성 및 경제성이 높기 때문. 최근 초고층, 장대형 건축물이 늘어남에 따라 콘크리트 압송 기술은 더욱 중요해지고 있다.

그중 단연 핵심 기술은 압송 설비, 그리고 압송이 가능한 콘크리트 제조다. 이때 압송 설비에 쓰이는 배관은 압송 조건, 콘크리트의 종류와 품질, 단위 시간당 압송량 등을 고려해 배관의 직경 및 두께를 결정해야 한다. 배관의 직경이 커질수록 배관을 통해 이동할 수 있는 콘크리트의 양이 늘어나지만, 너무 커지면 배관 자체가 무거워지고 비용이 증가하므로 이에 대한 고려가 필요하다.

‘초고층 건물’은 높이 200m 이상 또는 50층 이상인 건축물을 말한다(건축법 시행령 제2조 18). 하늘로 높이 솟은 초고층 빌딩들도 분명히 콘크리트로 지을 텐데, 도대체 어떻게 저 위까지 콘크리트를 끌어 올리는 걸까?

초고층 건물을 건설할 때 콘크리트는 지상층부터 최상층까지 연결된 강관을 통해 이동한다. 수직으로 200m 이상 옮기기 위해 펌프가 지상에서 엄청난 압력으로 콘크리트를 쏘아 올린다. 건물 높이가 높아질수록 내구성이 좋은 고강도 콘크리트를 사용해야 하기 때문에 최상층까지 콘크리트를 정확하고 안전하게 끌어올리기는 매우 어렵다.

더욱이 콘크리트는 굳기 전에는 물과 달리 점도가 있는 꾸덕꾸덕한 상태이기 때문에 콘크리트가 올라가다가 뭉쳐버리면 배관이 좁아지거나 막힐 수 있다. 이는 공사 일정이나 안전에 영향을 줄 수 있다.

이에 포스코건설은 포스코와 함께 콘크리트 막힘 현상과 시공성을 개선하는 해법을 내놨다. 전자기장(EMF)을 활용해 고강도 콘크리트를 원활하게 올려보내는 기술, 고강도·경량 조건을 갖춘 최적 크기의 배관, 그리고 콘크리트 압송 효율을 극대화해 줄 AI 기반 IoT 모니터링 기술. 이 세 가지 기술로 완성한 포스코 스마트 콘크리트 압송 시스템(POSCO Smart Concrete Pumping System)이 바로 그것이다.

(1) 전자기장이 만든 윤활층으로 막힘 없이 콘크리트 압송

콘크리트를 초고층까지 효율적으로 끌어올리기 위해 도출된 아이디어는 전자기장(EMF)을 활용하는 것. 2017년 사내 창의 아이디어 경진대회에서 나온 이 아이디어의 핵심은 전자기장을 통해 배관 내부에서 콘크리트 유동성을 높이는 것이다.

배관에 전자기장 발생기(EMF Generator)를 붙이면 특정한 전자기파가 발생되고, 유체(배관 안에서 흐르는 물질)가 특정 방향으로 힘을 받아 움직이게 된다. 그리고 전자기파가 유체 경계층 근처에 얇은 피막을 형성시켜 유체의 속도를 높여준다. 이 아이디어는 독일의 상하수도관에서 착안했다. 유럽의 물은 석회질이 많아서 수도관 안에 석회 스케일이 끼는데, 이를 방지하기 위해 활용하는 전자기장 기술을 벤치마킹한 것.

전자기장이라 하니 어려워 보이지만, 계란 프라이 만들기에 비교하면 원리를 쉽게 이해할 수 있다. 처음에 프라이팬에 식용유를 부으면 계란이 프라이팬에 들러붙지 않는다. 자동차 앞유리에 발수제를 뿌리면 유리창에 코팅막이 생겨 빗물이 방울방울 굴러 떨어지게 만든다. 식용유와 발수제가 ‘윤활층’을 형성하기 때문이다.

마찬가지로 콘크리트가 수백 미터 상공까지 계속 이동할 수 있는 비결은 바로 이 윤활층, 즉 전자기장을 이용해 배관 내부에 형성시킨 ‘얇은 물 피막’ 덕분이다. 배관에 부착된 전자기장 발생기가 콘크리트와 배관 사이에 만든 물 윤활층 덕분에 조청처럼 점도가 높고 유동성이 좋지 않은 콘크리트가 배관에 들러붙지 않는 셈이다.

이렇게 전자기장 활용 기술을 적용하면 에너지를 10~20% 적게 쓰고도 같은 양의 콘크리트를 압송할 수 있으며, 콘크리트 타설 시간도 단축시킬 수 있다. 콘크리트 외에도 준설토 등 다른 재료에도 적용할 수 있다.

(2) 월드톱프리미엄 강재로 가격은 낮추고 퀄리티는 높이고!

좁은 1차선 도로보다 넓은 고속도로에서 더 많은 자동차가 원활하게 달릴 수 있다는 건 당연한 사실. 초고층 건물 건설에 필요한 배관도 마찬가지다. 압송관 직경이 넓을수록 더 많은 콘크리트를 고층부까지 전달할 수 있다. 이를 건설용어로 바꾸면 토출량, 즉 배관에서 단위시간 동안의 유체 배출량이 많아진다는 뜻이다. 토출량이 많아지면 공사기간 역시 단축된다.

초고층 빌딩의 경우, 직경 5인치의 배관을 사용하면 토출량이 적어 시공이 오래 걸린다. 그리고 관 내부가 넓지 않기 때문에 콘크리트를 고압으로 쏘아 올리는 펌프의 압력이 높게 전달된다. 이때 5인치 배관을 6인치로 바꿔주면 공기를 단축할 뿐 아니라, 배관 내 압력을 낮춰 시공을 안전하고 원활하게 할 수 있다.

하지만 직경과 비용이 비례하지는 않는다. 보통 많이 사용하는 직경 5인치 배관을 6인치로 변경하면 가격이 약 5배 상승하는데, 이는 6인치 배관이 유럽산 수입재이기 때문. 더욱이 롯데타워 같은 초고층 빌딩을 지을 때 6인치 배관이 필수적인데, 국내산 6인치 배관이 없다보니 국내 건설사들은 비싼 유럽산 배관을 사용하고 있었다.

이 문제를 포스코의 월드톱프리미엄(WTP) 강재 P110이 해결했다. 바로 국내산, 고품질의 직경 6인치 배관 강재를 개발한 것이다.

포스코의 P110 강재로 생산한 6인치 배관은 유럽산과 경도(단단한 정도)는 같으면서도 항복강도(변형되지 않고 견딜 수 있는 강도)는 2.1배, 충격인성(흡수할 수 있는 충격의 크기)은 1.4배 높다. 유럽산보다 2배 가까이 높은 내부 압력도 견딜 수 있으니, 초고층 건물 공사를 더 빠르고 안전하게 진행할 수 있다. 원가는 40% 낮췄다.

이뿐만이 아니다. 두께는 12.5mm에서 7mm로, 3m 길이 배관의 무게는 120kg에서 90kg으로 줄였다. 배관 무게가 줄었기 때문에 시공 시 운반이 훨씬 수월해지는 효과도 있다.

(3) 100층 높이 초고층 압송관 내부도 지상에서 확인한다

전자기장으로 콘크리트 압송 효율을 높이고, 배관 강재를 국산화해 원가를 절감했지만, 결국 가장 중요한 것은 ‘저 끝까지 콘크리트를 막힘 없이 완벽하게 전송하는 것’이다. 하지만 배관 속을 들여다볼 수 없으니 콘크리트가 잘 흘러가고 있는지 아닌지 알 길이 없다. 그래서 이 스마트 압송 시스템을 완성하는 마지막 방점은 사물인터넷(IoT)을 활용한 무선 센서다.

건설을 위해 콘크리트를 압송할 때는 배관 내부 압력 등을 실시간 모니터링해야 한다. 이를 위해 그동안 현장에서는 유선 센서를 배관에 설치해 사용하고 있었다. 그러나 건물 높이가 300m, 400m 이렇게 높아지면 모니터링이 어렵고, 단선(斷線)의 위험도 있다. 이번에 개발한 시스템은 무선(無線)의 IoT 센서를 이용한다. 아무리 높은 빌딩이더라도 무선 IoT 센서가 있으면 지상층에서 각종 데이터를 실시간으로 확인할 수 있다.

핵심은 배관에 부착된 IoT 센서가 실시간으로 모은 데이터를 활용해 폐색(Blockage, 막힘)을 예측, 방지하는 것이다. 300m가 넘는 수직배관 곳곳에 붙어있는 센서들이 압송관 속의 압력을 실시간 측정하면, 밸브 개폐시간(Stroke Time) 측정값, 외기온도·콘크리트 특성 등 압송관 외의 다른 인자들과 함께 인공지능(AI)이 데이터를 분석하여 배관 폐색을 예측한다. 마치 초음파 기계로 우리 몸 속 동맥경화를 찾아내는 것과 유사하다. 뉴럴 네트워크를 이용한 콘크리트 폐색 예측 시스템은 2016년 특허 출원까지 마쳤다.

l 하늘로 높이, 글로벌로 널리 뻗어나가는 국산화 기술

전자기장 활용 기술과 WTP 강재, 무선 IoT 센서가 결합된 ‘포스코 스마트 콘크리트 압송 시스템’ 완성을 위해 포스코건설은 명지대학교와 함께 전자기장을 활용한 압송 기술을 연구하고, KTMG와 협력해 IoT 센싱 기술을 개발했다. 포스코는 강재 개발 후 세아제강, 세안 등 고객사 및 중소기업과 함께 강관 제작에 심혈을 기울였다. 2년간의 연구와 테스트 끝에 국내 최초 6인치 국산 콘크리트 배관이 탄생한 것이다.

이 시스템은 포스코건설이 시공 중인 부산 엘시티 더샵(101층, 411m)에 시범 적용되어 골조 공사를 성공적으로 마쳤다. 여의도 파크원(69층, 333m)에는 전자기장 활용 기술을 보완한 약액주입공법이 적용될 예정이다. 케미우스코리아와 함께 개발한 이 공법은 물 대신 콘크리트 혼화제로 배관 내벽에 윤활층을 만들어 콘크리트 유동성과 압송 효율이 더욱 높아질 것으로 기대된다.

▲ 청라 시티타워 조감도

해운대 엘시티와 여의도 파크원에서의 적용 성과를 바탕으로, 포스코건설은 내년 상반기 착공 예정인 인천 청라 시티타워(28층, 448m 예정) 건설에도 이를 적용할 계획이다. 또한 본 시스템의 성능이 입증된 만큼, P110 강재의 적용 범위를 직경 5인치의 일반 배관으로까지 확대해 일반 공동주택에서의 수요도 이끌어낼 수 있도록 시공성과 안정성, 경제성을 확보한 포스코그룹 특화 기술로 발전시킬 방침이다.

더 나아가 국내 관련 기업들과 함께 압송관 제작과 기술 컨설팅을 패키지화하여 유럽 등지의 콘크리트 압송 장비 업체에 적극적으로 수출할 계획도 세우고 있다. 하늘을 찌르는 초고층 경쟁이 전 세계에서 이어지는 요즘, 기술의 국산화를 통해 경제성을 확보하고 원가절감에 성공했을 뿐만 아니라 새로운 수익모델도 개척하게 된 셈이다.

국내 건설시장에서 초고층 건축의 증가로 해외 장비업체에 의존해온 지금, 중소기업과의 상생을 통해 국산화한 이번 스마트 콘크리트 압송 시스템이 지어올릴 앞으로의 마천루들이 더욱 기대된다.

포스코건설 초고층 건물 시공 기술력의 집양체가 될 ‘엘시티더샵’!411m의 101층 랜드 마크타워 및 주거타워 A, B동의 지하층 구조공사를 마무리하고 저층부 골조공사가 한창 진행 중인데요. 찌는듯한 폭염에도 대한민국 건설의 새역사를 쓴다는 자부심으로 해운대 공사 현장을 이끌고 있는 박희도 소장을 만나봤습니다. 함께 보시죠!

포스코건설의 새로운 도전, 엘시티 현장

 

장맛비가 오락가락하던 지난 7월 중순, 부산 해운대구 중1동 해운대 관광리조트에서 박희도 포스코건설 현장소장을 만났습니다.그는 엘시티 공사 현장을 관리, 지휘하는 책임자인데요.‘국내 초고층 시공 수행 1세대’라는 타이틀 덕분에 이번 현장에 투입된 것 같다며 쑥스럽게 웃는 그지만, 사실 초고층 현장 2개를 8년간 수행한 베테랑이죠!

 

2000년 12월에 포스코건설에서 새롭게 둥지를 튼 박 소장은 입사 후 건대스타시티 AB공구 소장에 이어 하노이 북안카잉 신도시 현장소장을 거치고 지난 2014년 겨울 한국으로 귀국했습니다.

 

△ 베트남 하노이 신도시 개발사업 현장

하노이 현장은 국내 건설업체로는 최초의 해외 신도시 개발사업이자, 한국의 주거문화를 수출했다는 자부심 덕분에 더욱 뜻깊은 작업이었다고 합니다.

다양한 곳에서 현장을 총괄한 박 소장이지만 101층짜리 빌딩 건설은 처음이기에 매일매일이 긴장의 연속이라고 이야기하는데요. 그만큼 이번 시공에는 고난도, 최첨단 기술력이 집결됐습니다.

마천루에 적용된 최고의 기술력

현재 엘시티 현장에는 100여 명의 인원이 함께 근무 중인데요. 101층 1개, 85층 2개의 타워동, 지하층 및 포디움 공구 1개 동으로 현장은 크게 4개 공구로 구성돼 있습니다. 각각의 공구는 현장 SM(P6) 4명이 책임지고 있는데 박희도 소장은 지하층 및 포디움 공구를 담당하며 현장 대리인의 업무도 병행하고 있습니다.

엘시티 현장은 설계를 관리하는 설계팀, 초고층 요소 기술에 대한 검토를 진행하는 기술팀, 건물에 생명을 불어넣는 기계·전기팀, 최고의 품질을 확보하는 품질팀, 그리고 무재해 준공을 위한 안전팀과 내부 살림 및 대내외 업무를 주관하는 관리·공무팀이 유기적으로 업무를 진행하고 있는데요. 최고의 전문 인력들이 현장에 적용하고 있는 핵심기술은 무엇일까요?

그뿐만이 아닙니다. 포스코건설은 최고의 초고층 타워를 건설하기 위해 공사 중 수직도 및 변형 모니터링을 할 수 있는 SHM(Structure Health Monitoring) 시스템을 적용했습니다. 이는 세계적인 건물 두바이의 부르즈 할리파, 중국의 상하이 타워 등에 활용된 초고층 요소 기술인데요.또한 인공위성을 이용한 위성측량시스템 GNSS(Global Navigation Satellite System)와 계측관리를 통해, 초고층 건물이 수직으로 정확하게 건립되고 있는지 항시 모니터링하는 초정밀 시공 공법도 적용됩니다.

2015년 10월 1일 착공해 50개월 후인 2019년 11월 말 준공 완료가 예정된 엘시티 현장. 꼬박1,000여 일 정도 남은 상황입니다. 공정률은 8%를 넘겼고 이제 주거 타워동 골조 공사를 진행 중입니다.

기본과 안전이 최고의 덕목

△ 사랑하는 아내와 함께

박희도 소장은 올 연말까지는 골조 공사에 주력할 예정이라고 전했는데요. 그는 2015년 7월 발령을 받아 부산에서 다시 현장 생활을 시작했습니다. 5년이 넘는 해외 근무를 마치고 복귀 6개월 만에 다시 가족과 떨어져 지내게 된 것입니다.

불편하고 힘들 만도 하지만 ‘업’의 특성상 어쩔 수 없는 일이라며, 가정을 잘 지켜준 아내와 잘 자라준 두 아들에게 고마운 마음이라고 담담하게 이야기하는 모습이 참 멋졌답니다.

초대형 현장 속 각 공구와 부서의 톱니바퀴가 유기적으로 움직이도록 기획하고 관리하는 최종 조율자의 책임감이 묻어 나온다고나 할까요?

준공 완료 시 ‘주거 시설로는 국내 최고층 건물’ 타이틀을 얻게 되는 엘시티. 국내외 건설 업계 관계자들의 관심이 집중된 만큼 ‘안전과 품질’에 가장 신경을 쓰고 있다고 합니다. ‘아무도 해보지 않은 일’이라는 수식어에는 ‘관심’만큼 ‘우려’도 함께 따라오는 것을 누구보다 잘 알고 있기 때문인데요.그래서 박 소장은 더욱더 철저하게 기본을 준수하고, 가능한 모든 변수를 사전에 예측해 대응하고자 합니다.

대한민국의 랜드마크가 우뚝 서는 그날까지!

도시의 경쟁력이 곧 국가 경쟁력이 되는 시대. 이 때문에 중국, 중동을 비롯한 세계 각국이 도시개발을 위해 초고층 수직복합도시(Vertical & Compact City) 건립 경쟁에 뛰어들고 있습니다. 국제초고층학회는 초고층 건물 세계시장 규모가 2015년 1,138억달러에서 오는 2020년 1,696억달러(약 193조원)까지 증가할 것으로 전망했습니다.

국내 건축법은 30층 이상을 고층, 30~50층을 준초고층, 50층 이상을 ‘초고층 건축물’로 구분하고 있는데 국내 초고층 건물 시장규모는 약 35조원 정도로 추산됩니다. 세계 최고 수준의 외국 업체와 비교할 때 아직은 더 발전시켜야 할 부분이 많이 남아있는 상황이죠.이런 가운데 엘시티 사업은 국내 초고층 건축 경험이 많은 포스코건설을 비롯한 관련 업체들이 해당 분야 기술을 축적하는 계기를 마련해준다는 것에서 더욱 의미가 있습니다.

박 소장 역시 송도국제업무단지로 포스코건설의 미래 비전을 그렸다면, 해운대 엘시티를 통해 포스코건설의 자존심을 세우고 싶다고 포부를 밝혔습니다. 더불어 수주 단계에서부터 시공까지 그룹 전체 임직원들이 보내주는 관심과 지원에도 감사의 인사를 전했습니다.

지난 16년간 초고층 건축 분야에서
꾸준히 연구개발을 이어온 포스코건설!
엘시티의 성공적인 완공을 통해 세계에 대한민국
랜드마크의 자부심을 떨칠 그날을 기다려봅니다.