전 세계적으로 몇몇 특정 도시들에 국가 GDP의 대부분이 집중되는 도시화가 지속되는 가운데, 인구 천만 명 이상의 ‘메가시티(Megacity)’가 늘어나고 있습니다. 메가시티를 구성하는 여러 인프라 시설 중에 특히 교통은 경제적 그리고 환경적 복지에 직접적인 영향을 주기 때문에 가장 큰 관심 요소인데요.
거대한 메가시티 트렌드 속에서 지난 시간, 포스코리포트는 메가시티에 더 효율적인 교통시설을 제공하기 위한 노력들과 지속적으로 변화하는 도시 환경을 수용하기 위해 건설해야 하는 교량의 유형에 대해 주목해 보았습니다.
지난주 소개한 세계적이 교량 전문가 마르코 로시그뇰리(Marco Rosignoli)의 특별 기고문 ‘메가시티 트렌드와 교량 건설의 미래 1편’에 이어 메가시티 트렌드가 철강 비즈니스에 주는 기회 요인과 마르코 로시그뇰리가 말하는 교량 건설의 미래를 포스코리포트로 만나 보세요!
l 도시 교량 건설이 직면한 과제와 솔루션
△ 이미지 출처 – The Daily Mail / 중국 후난성 지슈의 안자이트 현수교에 도색 작업 모습
도시 교량 건설의 주요 과제는 숙련된 노동력을 확보하는 것, 도시와의 접근성을 용이하게 하는 것, 그리고 환경친화적인 방법을 취하는 것입니다.
이 세 가지 과제 중 숙련된 노동력을 확보하기가 쉽지 않은 현재 상황에서 대규모 교량을 건설하기 위해서 많은 양의 조립식 부품이 사용되고 있습니다. 무겁고 거대한 부품들은 소형 선박으로 운송하며, 대부분의 가벼운 모듈 부품은 혼잡한 도시를 뚫고 지상으로 운송할 수 있습니다.
△ 이미지 출처 – San Francisco Public Press / 샌프란시스코-오클랜드 베이 브릿지 위에 조립식 상판 부품을 올리는 부유식 크레인
더불어 교량의 상판을 조립하는 지역의 주변 인프라로 작업에 방해가 될 수 있기 때문에, 인접 지역 인프라의 가용성도 건설 과정에서 해결해야 할 또 다른 과제입니다. 이를 해결하기 위해서는 먼저 세워진 교각 위에 레일을 깔고 여러 조각의 상판을 순차적으로 올려 밀어내는 압출공법을 사용할 수 있는데요. 압출공법은 부품을 잇는 곳을 확인할 수 있고 현장에서 발행하는 첨접의 용접이나 분할을 최적화해 줄 뿐만 아니라 건설 비용도 줄일 수 있어 부품 제작 공차를 완화합니다.
l 규모의 경제에 따른 교량 건설 자재 및 인력 수급
△ 이미지 출처 – The New York Times / 세계에서 가장 긴 항만 대교인 중국의 자오저우 만 대교
메가시티에서의 교량 건설은 크기를 막론하고 필수적으로 요구되는 작업이라고 1편에서도 언급 드린 바 있는데요. 전 세계적으로 늘어나고 있는 신생 메가시티들의 추세를 보았을 때도 교량 건설의 수요는 계속해서 증가할 것으로 보고 있죠. 새로운 교량을 건설하는 경우와 기존 교량을 개선하는 경우를 합쳐 보았을 때 소규모 건설의 횟수가 대규모 건설의 횟수보다 분명하게 많을 것입니다. 그리고 이러한 교량 건설에 대한 모든 투자가 메가시티 내 원활한 교통에 큰 영향을 미치게 될 텐데요.
다른 메가시티들과의 경쟁 속에서 크고 작은 교량 건설 프로젝트를 위한 원활한 건설 자재 및 인력 수급 문제는 도시 교통 인프라 개선에 가장 필수적인 요소가 될 것입니다. 도시에 교량을 건설할 때 교량의 규모는 건설 과정을 결정지으며, 건설 비용에 따라 교량에 사용되는 재료, 노동력, 그리고 특수 장비의 투자 여부는 규모의 경제를 따르기 때문에, 교량 규모에 상관없이 설계의 최적화 달성이나 고급 철강재의 효율적 사용을 통합적으로 고민하는 것이 필요합니다. 이런 교량 건설 과정에서 나타나는 구조재 부족 현상은 더 효율적이고 친환경적인 철강재 사용을 이끌 것으로 보입니다.
l 규모에 따라 최적화된 교량 건설 과정
△ 이미지 출처 – CARLOS FERNANDEZ CASADO S.L / 압출공법이 적용된 교량 상판 건설 과정
소규모 교량 건설에는 대체로 적은 예산이 할당되기 때문에 교량 설계를 최적화하거나 건설 과정을 기계화하는 데 한계가 있어 더 많은 노동력을 필요로 하는 것이 현실입니다. 따라서 소규모 교량들은 규모의 경제를 실현하기 위해 한 번에 여러 개의 교량에 적용할 수 있는 부품을 모아서 준비해야 하는데요.
압출공법으로 지어진 교량은 공사 중 부가적으로 상판을 지지할 필요가 없어 기존의 도로와 철로에 곧바로 연결할 수 있고, 덧붙여 공사가 이루어지는 지역도 도시 내 기반 시설과 멀리 떨어져 있어서 공사 인부와 일반인들의 위험이나 피해를 최소화할 수 있습니다.
△ 이미지 출처 – Roads and Bridges / 조립식으로 건설되는 미국 펜실베이니아의 교량
대규모 교량 건설 시에는 비교적 넉넉한 예산이 있기 때문에 특수 장비에 더 많은 투자를 할 수 있습니다. 따라서 모듈 부품을 더 쉽고 스마트하게, 친환경적인 방법으로 생산할 수 있죠. 나아가 최종 완성품의 품질과 제품 수명을 증가시킬 뿐만 아니라, 현장 조립에 투입되는 노동력과 도시환경의 보조 인프라 시설에 대한 필요성도 절감시킬 수 있습니다.
l 차세대 도시 교량을 위한 새로운 재료
△ 이미지 출처 – 플리커 / 포스트 텐션 방식을 사용한 미국 제임스타운 베라자노 교량
철과 콘크리트는 교량 건설에 가장 많이 쓰이는 재료입니다. 고급 철강을 사용하여 교량을 건설하게 되면 교량의 상부구조 자체의 하중을 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 교각과 교량 기초에 들어가는 비용까지도 줄일 수 있습니다. 여기에 새롭게 융합된 시스템과 기계화된 플레이트 파형(plate corrugation)은 부품을 조이는 공간을 늘려주어 따로 용접된 보강재 사용을 줄여줍니다.
콘크리트의 경우, 고급 철강으로 만들어진 철근을 사용해 강도를 높이고 부식을 예방하여 수명이 긴 미래의 도시 교량에 적합합니다. 콘크리트가 굳은 후에 인장하는 포스트 텐션 방식은 이미 매우 효율적이기에, 앞으로의 주요 과제는 새로운 수송관과 부식 방지를 위한 재료를 확보하여 시멘트 주입으로 인한 품질 저하를 방지하는 것이 될 것입니다.
철강 교량과 콘크리트 교량 모두 메가시티의 대중교통 시설의 강제 갑판과 사용하기 적합한데요. 생명주기에 따른 총 비용 분석을 본다면 고급 강철이 콘크리트보다 더 경제적인 선택입니다.
미국에서 최근에 지어진 대규모 교량들은 최소 75년에서 100년까지 유지되도록 설계되었습니다. 재생 가능한 보호재를 사용함으로써 철강 교량 유지 기간의 목표는 쉽게 달성할 수 있지만, 도시 교량의 설계 하중이나 상태의 변화는 쉽게 예측하기 어렵습니다. 이런 상황에서 철강 교량은 콘크리트 교량보다 더 적응력이 높고, 추후에도 쉽게 변형하거나 강화할 수 있어 앞으로 교량 건설에서 철강재가 갖는 가치는 계속될 것으로 보입니다.
※ 마르코 로시그뇰리는 21개국에서 37년 이상의 경력을 쌓은 교량 설계, 건설, 법 공학, 그리고 컨설팅 및 교육 전문가입니다.