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    (연구자 인터뷰)

    연구자 인터뷰는 기계.건설공학 분야의 종사자의 추천 및 자체 선정을 통해 선발된 우수 연구진을
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    • 이현수 교수
      소음전달경로 분석 및 층간소음 저감 구조의 개발
      이현수 교수(서울대학교 건축과)
      이메일:hyunslee at snu.ac.kr
      장소:서면인터뷰
      984 1 1

    안녕하세요. 메이트릭 회원 여러분!

    층간소음이 사회문제로 대두되면서 건설업계가 근본적인 해결을 위해 빠르게 움직이고 있습니다. 대형 건설사들은 층간소음 저감을 위해 새롭게 선보이는 아파트에 자체 개발한 자재나, 층별 설계구조를 변경하는 등의 특화 설계를 적용시키고 있는데요.
    벽식 구조 아파트의 층간소음에 대응하기 위해 바닥 두께를 증가시키는 방안은 실제로는 작은 면적의 실에서는 큰 효과를 보기 어렵고, 바닥 이외의 부재에서 전달되는 소음의 기여율 비중도 상당히 크기 때문에 바닥에만 집중한 현재의 방법은 매우 효율적이지 못하다고 합니다.
    이번 서면 인터뷰에서 만나 보실 분은 공동주택에서의 소음전달경로 분석 및 층간소음 저감 구조의 개발 연구를 하신 서울대학교 건축공학과 이현수 교수님이십니다. 그럼 교수님의 연구와 대외 활동에 대한 자세한 이야기 나눠보도록 하겠습니다.


    1. 교수님의 현재 하고 계신 연구에 대해서 간단히 소개를 부탁드립니다.

    우리 연구실은 1980년 김문한 교수님이 설립하신 이래로 건설시공기술 및 건설경영(Construction Management) 분야에 관한 연구를 하고 있습니다. CM이라는 분야가 건설현장 및 건축물에서 발생하는 데이터를 기반으로 하여 최적화, 효율성, 경제성 등을 다루는 학문 분야이기 때문에 최근의 빅데이터, 4차 산업혁명 등의 키워드에 많은 영향을 받는 분야이기도 합니다.

    인터뷰의 주 대상인 층간소음 연구는 일견 건축 환경 분야의 주제라고 볼 수도 있고, 우리나라의 아파트에서 문제가 되는 바닥 충격음은 건축물의 진동으로부터 유발된다는 측면에서 구조 분야의 문제라고도 볼 수 있습니다. 그렇지만 아파트라는 건축유형은 다른 건축유형보다 경제성에 굉장히 민감한 특성이 있습니다. 그 때문에 층간소음의 문제는 적절한 수준의 차음성능을 감당할만한 비용으로 달성하는 일종의 최적화 문제로 바라볼 수 있습니다. 그래서 이러한 CM의 시각으로, 시공성을 고려해서 층간소음의 문제를 다루어보자는 것이 연구의 시작점이라고 할 수 있습니다.


    2. 공동주택의 바닥은 각 층간의 바닥 충격음을 충분히 차단할 수 있는 구조로 하여야 한다고 규정되어 있습니다. (주택건설기준 등에 관한 규정 제 14조 3항) 바닥 충격음에 대한 최저 성능 기준으로 경량 충격음은 58dB, 중량충격음은 50dB을 만족하도록 고시하고 있는데요. 이번 연구를 통해 바닥 충격음에 대한 부재별 영향 정도를 파악하셨다고 들었습니다. 부재별 영향 정도에 대한 자세한 설명 부탁드립니다.

    바닥 충격음에 의한 피해는 소음의 피해자가 존재하는 공간의 주변 구조물이 충격원(이웃집)에 의해 떨리고, 이것이 피해자가 있는 공간의 공기를 진동시킴으로써 발생합니다. 이러한 구조를 통한 전달 중 충격이 직접 가해진 구조체를 통한 전달을 직접전달(Direct transmission)이라고 하고 이외의 구조체를 통해 전달되는 것을 간접전달(Flanking transmission)이라고 합니다.

    아파트에서 위층의 소음이 아래층으로 들리는 현상 대부분은 직접전달의 영향이 클 것입니다. 층간소음으로 인한 갈등 중 가장 많은 부분이 위층에서의 소음 때문에 발생할 만큼 가장 먼저 해결해야 할 문제이기 때문에 많은 기존 연구가 이 직접전달을 줄이는 데 초점이 맞춰져 있고, 질문에 언급하신 최저 성능 기준 역시 이에 대한 기준이라고 할 수 있습니다. 그런데 실제 층간소음 관련 민원을 살펴보면 전체 민원의 약 20% 정도는 위층에서의 소음 때문이 아니라고 보고되고 있습니다.

    따라서 간접전달에 의한 비중도 관측해 볼 목적으로 부재별 영향 정도를 파악해보려고 했습니다. 이 부재별 영향 정도는 아파트의 한 방을 기준으로 실을 둘러싼 각 면의 진동을 측정하고, 비교하는 시도라고 표현할 수 있습니다.


    3. 실제 바닥 충격음 실험을 통해서 충격원의 위치 및 질량에 따라 각 부재가 어떤 진동반응을 보이는지 확인하셨다고 하는데요. 결과가 궁금합니다.

    측정현장은 송도 F16-1블록 포스코 현장에서 진행되었습니다.




    측정은 최종마감 공사는 진행되지 않은 상태의 포스코 현장에서 진행되었습니다. 실제 측정은 표준 중량충격원인 뱅머신을 통해 아파트의 한 세대 거실의 다섯 지점을 타격하고, 위아래로 두 세대의 거실과 3개의 방에서 진동과 소음을 측정했습니다.

    실별로 둘러싼 바닥, 벽, 천장 6면에 진동 가속도계를, 실 중앙의 마이크를 통해 데이터를 수집했습니다. 실제 아파트는 단일 소재로만 구성되지 않기 때문에 측정결과는 부위별, 단열재 설치 여부, 주요소재, 내력벽 여부 등으로 분류해서 각 분류별로 진동량(Overall Amplitude, OA)이 어떻게 차이가 나는지 분석했습니다.
     
     


    분석결과, 부위별 진동량의 크기가 바닥>천장≈벽으로 나타났습니다. 여기에서 흥미로운 사실은 천장과 바닥은 같은 슬래브임에도 바닥이 크게 진동한다는 점입니다. 일반적인 아파트의 바닥은 직접전달을 효과적으로 감쇠시키는 방법으로 알려진 뜬 바닥 구조의 형태로 시공됩니다
    그런데 간접전달의 측면에서는 이 형태는 골조보다 상대적으로 가벼우므로 실내 소음의 기여도가 크다고 볼 수 있습니다. 측정결과를 정리하면, 실의 소음은 뜬 바닥층, 비내력벽 등 상대적으로 가벼운 부재들의 진동에 의한 영향이 크다고 정리할 수 있습니다.




    4. 개발 중이신 층간소음 저감구조의 Prototype제작에 대해서 설명 부탁드립니다.

    연구 초기 단계에서는 뜬 바닥 구조처럼 진동 감쇠에 초점을 둔 마감재를 벽, 바닥, 천장에 적용하고, 이 조합에 따른 저감량을 제시해 주는 모델을 구상했습니다. 이와 동시에 시공성을 고려해서 타 공정에 독립적으로 시공 가능한 건식공법으로 개발 방향성을 잡았습니다. 이러한 방향성에는 리모델링에서의 적용할 수 있도록 하는 목표도 있었습니다.

    다만 현장 측정을 통해서 파악한 바로는 이러한 접근법으로는 실질적인 소음저감 효과를 거두기 어려울 것으로 판단했습니다. 건식으로 구현하기 어려운 고중량의 기존 뜬 바닥 구조도 충격 진동의 간접전달에 취약한 것으로 나타났기 때문입니다. 따라서 현재는 직접전달에 대한 대응으로 기존 뜬 바닥 구조보다는 효과적인 이중건식바닥구조 형태를, 간접전달에 대한 대응으로 골조로의 접근법, 두 가지의 조합을 연구목표로 삼고 있습니다.


    5. 연구하시는 층간소음 저감구조가 상용화가 된다고 해도, 역시 건설사들 입장에서는 예산 부분이 가장 큰 관심사일 것이라고 생각됩니다. 경제성 측면에서 극복해야 할 과제와 현재의 문제점은 없으신가요?

    아파트는 타 건축유형보다도 경제성에 굉장히 민감한 건축유형입니다. 현재의 뜬 바닥 구조가 일반적으로 활용되는 이유 역시 경제성이라는 측면에서 상당히 안정적인 최적화가 이루어진 형태이기 때문입니다. 그러므로 이 틀에서 많이 벗어나는 형태는 당연히 공사비 측면에서 건설사에 부담이 될 수밖에 없습니다. 따라서 저희 연구진은 바닥구조에 있어서 기존 습식공법을 건식공법으로 대체하고 이를 통한 공기 단축 효과를 분석함으로써 건설사가 감당 가능한 초기공사비 증가분이 얼마나 될지에 대해서 같이 고민하고 있습니다. 여기에는 기존 습식바닥공법이 오랜 기간 사용되어 오면서 공정관리 측면에서도 많이 최적화가 되어있기 때문에, 단순히 공법 변화를 통한 공기 단축이 아니라 TACT와 같은 공정관리 측면에서의 공기 단축 기법과 함께 고려해야만 경제성을 확보할 수 있을 것으로 보입니다.


    6. 대림산업(e편한세상) 건설사는 바닥 차음재를 자체 개발해 신규아파트에 적용하고, 포스코는 바닥 판의 진동에너지 흡수능력(방진 성능)을 개발해 층간소음을 줄이고 있습니다. 이처럼 교수님의 연구가 실제 건설현장에서 어떻게 활용이 될지 궁금합니다.

    대림산업의 경우는 기존 습식공법에서 개선된 바닥 차음재를 사용하는 대신 기포콘크리트 공정을 생략하는 방식으로 경제성 측면에서 현실적인 개선방안을 제시한 사례라고 생각합니다. 포스코 건설의 경우 강재의 지지대를 활용해서 차음성능을 더 확보했다는 점에서 저희의 연구와 비슷하지만, 기존 습식공법처럼 마감모르타르를 사용한 반건식의 형태입니다.

    저희의 개발하는 방향인 완전 건식바닥구조는 기존 건설사 입장에서는 불확실성이 큽니다. 앞에서 언급한 공사비 역시 장애물 중 하나입니다. 따라서 실제 현장시공 등을 통해 하자발생 가능성, 시방서의 개선 등이 앞으로 넘어야 할 산이 많습니다. 그러나 층간소음 문제를 개선한 완전 건식 바닥공법은 교체·수선·철거의 용이성에 따른 리모델링 혹은 아파트의 장수명화 등의 측면에서 파급효과가 클 것으로 기대하고 있습니다.


    7. 층간소음 문제는 국내뿐만 아니라 해외에도 큰 관심을 가질 거라 생각됩니다. 지금까지 연구를 진행해오면서 층간소음 관련 국내외 동향에 관해 설명 부탁드립니다.

    층간소음 문제는 공동주택의 확산 및 도시화와 함께 대두된 문제입니다. 따라서 해당 분야 연구의 시발점은 도시화가 빠르게 이루어진 영국 등 유럽 선진국들이고, 많은 연구가 진행됐습니다. 그런데 바닥 충격음 중에서도 중량충격음의 문제는 신발을 벗고 생활하는 한국, 일본 등 동양 문화권에서 먼저 제기되었습니다. 주거환경의 질에 관한 관심이 점차 높아지면서 서구에서도 최근에는 이 문제에 관해서 관심을 두기 시작하는 것으로 보입니다. 그러나 한국은 아파트 공화국이라고 불릴 정도로 공동주택 주거비율이 높고, 소비자가 요구하는 아파트의 차음 수준도 매우 높습니다. 이는 아파트를 공급하는 건설사의 입장에서는 힘든 문제지만, 이 분야에 관한 연구를 하기에는 역설적으로 좋은 환경이라고 볼 수 있습니다. 따라서 이 문제를 해결하기 위해 지속해서 연구를 계속한다면 건축산업의 측면에서 한국이 기술을 선도하는 분야가 될 수 있다고 판단합니다.


    8. 현재 연구 외에도 중고층 모듈러 건축 운송 및 현장시공 효율화 기술개발도 연구하시는데요. 자세한 설명 부탁드립니다.

    중고층 모듈러 건축공법 기술개발 연구 역시 장기적인 시각으로 진행하고 있는 연구라고 할 수 있습니다. 아직 모듈러 건축공법은 소규모 건축물에서만 활용되고 있어 국내시장에서는 경제성 측면에서 활용의 폭이 넓진 않습니다. 따라서 중고층 건축물을 모듈러로 시공하는 기반기술을 확보하여 건설 산업의 획기적인 생산성 향상을 도모하는 것을 목표로 합니다. 이를 통해 다양한 수요자의 요구에 모듈러 건축으로 대응할 수 있게 되므로 건설 산업의 경쟁력을 높일 수 있습니다.

    또한, 중고층 모듈러 건축 설계 및 엔지니어링 기술개발을 통해 고부가가치의 핵심 기술을 확보하는 것을 지향하고 있습니다. 여러 세부로 나뉘어서 연구개발을 진행하고 있지만, 저희 연구진은 이 중 중 고층형 모듈러 건축물 양중 및 설치 프로세스를 개발하고, 현장관리 운영시스템을 개발하는 것을 세부목표로 하고 있습니다. 이를 위해 모듈러 설치 순위 및 양중 장비 선정 방안 등의 모듈러 설치 시 고려사항에 대한 시뮬레이션을 통하여 타당성을 검토하는 연구를 진행 중입니다. 또한, 현장관리 운영시스템 개발을 통하여 모듈러 프로젝트 비용 예측 및 프로젝트 효율성 제고 방안을 제시하여 최적의 모듈러 시공 프로세스를 도출하기 위해 노력하고 있습니다.  



    9. 교수님께서 2005년 계층적 공간정보 및 작업공종 정보를 이용한 공정표 자동작성 방법에 대한 특허를 가지고 계시는데요. 어떤 연구를 통해 특허를 출원하시게 되었는지 궁금합니다.  

    CM 분야의 전통적인 연구 분야인 공정관리의 측면에서 진행했던 연구의 결과물입니다. 건설현장에서의 공정관리는 공정표를 중심으로 이루어지게 됩니다만, 공정표 작성을 위해서는 작업 간의 선·후행 관계, 그리고 작업의 공간의존도 등을 고려해서 작성하게 됩니다. 이러한 관계를 고려하여 공정표를 작성하는 데 소모되는 시간·비용의 문제를 줄이고자 작업 간의 계층정보(Work Hierarchy)과 작업의 공간적 계층정보(Space Hierarchy)를 관계를 미리 입력해 놓음으로써 공사관리에 필요한 작업을 입력하는 것만으로 공정표 작성이 자동으로 이루어질 수 있도록 하는 개념을 구현한 특허입니다.


    10. 같은 분야에서 공부하고 있는 후배들(대학원생들)에게 이 분야의 연구에 대한 비전을 제시해 주시면서 한 말씀 부탁드리겠습니다.  

    경영 분야의 유명한 격언 중에 측정할 수 없으면, 관리할 수 없다는 말이 있습니다(If you can not measure, you can not manage). 서두에도 말씀드렸지만, 최근의 4차산업혁명, 빅데이터 등의 키워드들이 주목을 받기 시작하면서, 건설현장이나 건축물에서 측정 가능한 데이터의 종류가 무척 다양해지고 있습니다. 그 때문에 데이터에서 출발하는 저희 CM 분야가 다룰 영역이 급격히 넓어지고 있습니다. 연구에 필요한 역량은 여러 가지가 있겠지만, 지금 같은 시대에서는 영역 간 경계를 넘어서 상상하는 통합적 사고가 무엇보다도 중요한 것 같습니다. 우리 연구실에서도 건축의 영역을 벗어난 것처럼 생각될 정도의 다양한 연구를 수행하고 있습니다. 따라서 건축 분야에만 본인의 관심사를 가둬두지 마시고, 유연한 사고를 통해 새로운 문제점을 발견하고 해결할 수 있는 연구자의 자세를 가졌으면 좋겠습니다.

     
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    전체댓글 1

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    |2019.05.14
    층간소음이 연구의 주제로 많이 나오네요. 여러가지 개선방법들이 연구되고 제시되고 있는거 같습니다만. 여러 경제적인 이유들도 충분히 고려한 대안들이 나오면 좋겠습니다.
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