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콘크리트 3D 프린팅 방식으로 시공한 비정형 건축물의 시공타당성 연구 및 경제성 분석

Title
콘크리트 3D 프린팅 방식으로 시공한 비정형 건축물의 시공타당성 연구 및 경제성 분석
Other Titles
Construction feasibility study and Economic Analysis of freeform architecture constructed by concrete 3D printing method
Author
박병호
Alternative Author(s)
PARK BYUNGHO
Advisor(s)
배성철
Issue Date
2021. 8
Publisher
한양대학교
Degree
Master
Abstract
비정형 건축물을 제작하기 위해서는 목재 CNC방식을 통한 곡선형 거푸집 사용으로 인해 많은 건축폐기물 발생하고 있으며 많은 인건비가 발생한다. 이로 인해서 함께 심각한 자연회손이 발생하고 있다. 3D프린팅방식을 통한 비정형 콘크리트 건축을 위한 효율성 및 경제성 제고 방안을 위한 연구로써 비정형 건축물의 철근을 제외한 콘크리트 벽체공사를 포함하는 시공단계로 연구 범위를 한정한다. 거푸집 방식과 콘크리트 3D프린팅 방식을 비교하고 사례연구 분석과 폴리머 3D 프린터 모형제작실험을 통하여 동일한 벽체면적을 제한하고 정형 모델부터 비정형 모델까지 5가지 타입을 출력하므로서 형태별 출력시간을 산출하여 비정형 건축의 시공 효율성과 생산성을 파악하였다. 이와 함께 정형 건축물부터 비정형 건축물 까지 5가지 모델의 거푸집 장식과 콘크리트3D 프린트 방식을 비교하여 예상 건축비용을 산출하였다. 거푸집 방식의 정형 건축물의 경우 표준품셈 방식과 원가계산방식을 모두 적용하였고 실적데이터가 부족한 비정형 건축물 4가지 TYPE의 경우 표준품셈방식으로 공사비를 산출하였다. 콘크리트 3D 프린트 방식의 건축의 경우 국내 건축에 적용된 사례가 부족하여 실적사례를 기반으로 한 건축비용 산출은 불가능 하여 가상의 시나리오를 적용하여 5가지 모델의 공사비를 표준품셈에 의한 방식을 적용 하였고 표준 품셈이 적용되지 않는 새로운 공법은 기존 유사한 공정중에서 비교하여 적용 하였다. 콘크리트 3D 프린트의 장비 금액을 확인 하기 위하여 콘크리트 3D 프린팅 장비를 생산하는 유럽의 3社에 의뢰하여 장비금액 데이트를 받아 평균 값을 적용시켜 공사비를 산출 하였다. 5가지 형태의 벽체별로 거푸집 방식과 콘크리트3D 프린팅 방식의 건축비와 시공기간을 산출하였으며 이를 비교 하여 콘크리트 3D 프린팅 방식의 효율성과 시공타당성을 재료적, 인력 및 공사 시간을 비교 하였으며 이와 함께 콘크리트 3D 프린트 방식으로 건축시 정형 건축물과 비정형 건축물의 생상성 지수를 분석하였다. 앞선 연구결과를 토대로 콘크리트 3D프린트이 향후 가능성을 확인하는 동시에 현제 콘크리트 3D 프린트 방식의 문제점과 한계를 파악하고 해결과제를 제시하였다. |  In order to construct freeform architecture, a lot of construction waste has been produced due to utilizing curved formworks through CNC machining of wood, and a lot of labor costs have been spent. In addition, it brought severe damage to nature. This study is for improving efficiency and economic feasibility of freeform concrete construction by using 3D printing methods. It restricted the research scope into construction stage including concrete wall which excludes reinforcement of a freefrom structure. As comparing the formwork method and the concrete 3D printing method, analyzing case studies, and conducting 3D printer modeling experiments, this study produced five types of buildings from a standard model to a freeform model by limiting the same sized wall area, and then it calculated printing time of each type so that it could verify construction efficiency and productivity of the freeform architecture.   In addition, this study estimated probable cost for construction by comparing the formwork method and the concrete 3D printing method of the five models from the standard modeling architecture to freeform modeling architecture.   In the case of a standard structure from the formwork method, this study applied both a standard estimate process and a cost calculation process. In the case of the four types of freeform architecture, which has few historical data, this study applied a standard estimate process.  In the case of the concrete 3D printing method, it was impossible to calculate construction cost based on historical data because of few domestic cases, so this study adopted the standard estimate process to calculate construction cost of the five models, by applying a hypothetical scenario. In the case of a new construction method that the standard estimate process could not be applied, this study compared and adopted a previous similar case. In order to identify the cost of 3D printing equipment, it asked three european companies, which produce the 3D printing equipment, their price data, and it calculated construction cost by applying the average cost of them. This study calculated construction cost and period of the formwork method and the concrete 3D printing method of each wall type from the five types. By comparing those, it analyzed efficiency and construction feasibility of the concrete 3D printing method depending on material, labor, and construction period. At the same time in the case of construction with the concrete 3D printing method, this study analyzed productivity index of the standard architecture and freeform architecture. Based on previous research results, this study verified the future possibility of concrete 3D printing and simultaneously it identified problems and limitations of the 3D printing method and suggested its solutions. 
URI
http://hanyang.dcollection.net/common/orgView/200000497237https://repository.hanyang.ac.kr/handle/20.500.11754/164180
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GRADUATE SCHOOL OF ENGINEERING[S](공학대학원) > ARCHITECTURAL, CIVIL AND LANDSCAPE ENGINEERING(건축ㆍ토목ㆍ조경공학과) > Theses (Master)
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