20세기 공학의 최대 실수 ‘타코마 다리’ 붕괴 사고…반복되는 붕괴 사고 해법은 [노승완의 공간짓기]

인간이 삶의 안식처로 건물을 짓고 살기 시작한 이래 건축물 관련 사고는 끊임없이 이어져왔다. 이런 시행착오를 통해 더 튼튼하고 안전한 건축 기술이 발달하게 된 것 또한 사실이다.

높이 800m가 넘는 초고층 건축물을 세울 만큼 기술력이 발달한 시대에 한편에서는 건물 붕괴사고가 여전히 발생하고 있다.

그동안 필자가 여러 건설회사에서 설계, 시공, 프로젝트 매니지먼트 등 업무를 수행하며 고민해왔던 건물 붕괴 사고의 원인과 예방책을 소개해 보고자 한다. 

1940년 미국 ‘타코마 다리’ 붕괴 사고가 남긴 교훈 

1940년 11월 7일 오전 11시 미국 워싱턴주 타코마시. 당시 세계에서 세 번째로 긴 현수교인 타코마 다리(Tacoma Narrows Bridge)가 바람에 출렁이다 붕괴됐다. 같은 해 7월 준공한 지 겨우 넉달 만에 발생한 일이었다.

설계자인 레온 모이세프(Leon Moisseiff)는 1909년 29세에 맨해튼 다리를 설계한 이후 유명세를 탔다. 이후 타코마 다리를 설계하면서 신기술을 도입하며 교량 상판을 얇고 가볍게 하면서도 강성을 확보하여 원가를 절감했다.

하지만 설계 과정에서 그가 놓친 중요한 요인이 있었으니 바로 바람과 진동이었다. 사고 당일 바람은 초속 19m/s로 설계상 계산된 풍속 53m/s 보다 훨씬 약했다. 그러나 얇은 상판은 바람의 영향으로 좌우가 위아래로 흔들리는 공력탄성적인 플러터(Flutter) 현상이 발생하여 결국 다리의 각 부재들이 힘을 버티지 못하고 붕괴됐다.

이후 전세계 교량 공학자들 사이에서는 현수교 설계시 공기역학적인 요소를 반드시 고려하게 됐으며, 타코마 다리는 붕괴 이후 1950년에 새로 건설되어 아직까지 남아있다.

  건축물 붕괴에는 몇 가지 원인과 변수가 작용한다 

멀쩡할 것만 같은 건축물들이 무너지는 데에는 몇가지 원인이 있다. 첫 번째는 자연 재해로 인해 발생하는 것으로 지진, 해일, 산사태 등이 해당한다. 두 번째는 타코마 다리 사례와 같이 설계 오류나 부실에 의해 애초에 계획이 잘못되어 발생하는 사고다.

세 번째는 부실시공에 의한 것으로 우리에겐 뼈아픈 삼풍백화점, 성수대교 붕괴사고 등이 있다. 마지막으로 공사 중 가설 계획 오류로 인한 사고로 지난해 발생한 광주 화정동 아파트 사고가 대표적이다.

해일과 산사태 등은 대비하기 어렵지만, 지진에 있어서는 내진 설계 규정이 날이 갈수록 강해지고 있어 그 피해를 축소할 수 있다. 또한 설계나 시공 과정 중 부실 사례도 각종 심의, 공사 중 감리 검측 과정 등을 통해 많이 줄어들고 있다. 하지만 대처하기 까다로운 한 가지가 바로 공사 중 발생하는 사고이다.

  우리는 완공된 건물만 보게 되지만 건설과정 중에는 무수히 많은 변수가 작용한다. 외부에 노출된 상태에서 일을 해야하기 때문에 날씨의 영향이 가장 지배적이다. 하지만 공사가 정말 어려운 이유는 따로 있다.

일반적으로 설계는 준공 후 사용하는 데에 초점을 맞춰 이루어진다. 다시말해 건물의 용도가 공장인지 병원인지 학교인지 주택인지 등에 따라 구조설계에 적용하는 하중값이 다르고 이와 별개로 공사 중 발생하는 개구부 혹은 이어서 공사하는 부위를 보강해야 하는 기준 등은 설계도서에 별도로 명시한다.

그러나 공사를 하기 위해서는 무수히 많은 장비와 자재가 필요하고 공사 계획에 따라 전체 공사 기간이 좌우되기도 한다.

설계도면에는 공사 순서 반영이 어렵고, 공사중 사용하는 다양한 중장비의 설치 및 이동 동선과 그로 인한 구조체의 영향 등을 반영할 수 없으므로 이런 보강조치 및 구조검토는 현장 엔지니어들의 몫이 될 수 밖에 없다.

이를 가설계획 검토라고 하는데 공사를 위한 구조 보강, 콘크리트 타설을 위한 가설재 보강 등의 검토를 면밀히 하지 않으면 공사 중에도 건물이 무너질 수 있다는 점을 명심해야 한다.

 

건축은 컨베이어벨트를 타고 움직이는 조립품이 아니다 

한 때 건설업도 제조업처럼 ‘식스시그마’(6 sigma) 관리 기법을 도입하는 분위기가 유행처럼 번진 적이 있었다. 하지만 건축공사는 컨베이어벨트를 타고 움직이는 조립품이 아니다.

앞서 모듈러 주택에 대한 글에서 언급한 대로 최근 모듈화 공법이 조명받고 있지만 어느 한 부분을 100% 모듈화하여 조립하기는 쉽지 않다.

제조업에서라면 제품이 생산 설비를 타고 이동하는 과정 중에 문제가 생기면 센서에 의해 문제가 감지되고 라인을 세우거나 해당 제품을 다른 라인으로 보내는 등의 조치가 자동으로 이뤄질 수 있다.

하지만 건축공사는 ‘시방서’(示方書·공사 순서를 적은 문서)에 정해진 기준과 절차에 따라 사람이 일일이 수작업으로 하나하나 만들고 육안으로 직접 확인, 승인하는 방식으로 진행된다. 따라서 분야별, 프로세스별 담당이 해당 절차가 완벽하게 마무리되었는지 제대로 살펴야만 한다.

  지구에는 중력이 작용하고 바람이 분다 

건물을 올리기 위해 엔지니어가 가져야 하는 생각은 ‘지구는 돌고, 중력은 작용하며 바람은 분다’라는 것이다.

우리는 평소에 느끼지 못하지만, 가만히 멈춰 있을 것 같은 건물은 사실 계속해서 움직이고 있다. 다만 그 움직임이 아주 미세하므로 느끼지 못할 뿐이다. 특히 높이 200m가 넘는 초고층 건물의 경우 최상부에서는 바람이 세게 불 때 약 30~40cm까지도 움직인다.

예전 도곡동에 있는 모 초고층 공사 현장에 방문했을 때, 현장소장이 “우리 건물은 옥상에서 최대 30cm까지도 흔들리도록 설계돼 있다”라고 자랑스레 말하던 기억이 난다.

건물은 한층 한층 위로 올라갈수록 중력과 씨름해야 한다. 중력을 거스르기 위해 받치고 보강하고 지탱해야 한다. 또한 움직임에 대항하기 위해 틈을 만들어 건물이 움직일 수 있는 여유를 주고 또 그 틈을 메워 물이 새지 않도록 하는 등 무수히 많은 세부 검토가 필요하다.

  무엇보다 중요한 것은 ‘전문가 정신’이다. 

해외 현장에서 근무할 당시 외국인 감리단장에게 가장 자주 들었던 말이 바로 ‘전문가 정신을 가져라’(Be professional!)이다. 건설 공사는 자동제어 방식처럼 문제를 감지하고 해결하는 것이 아니라 현장에서 근로자가 놓치고, 담당 엔지니어가 놓치고, 감리도 놓치면 그대로 사고로 이어지게 되므로 무엇보다 기술자적 마인드셋이 중요하단 얘기다.

하지만 수많은 공정과 공종을 관리하는 데 오롯이 인력에만 의존할 수만은 없다. 따라서 좀 더 시스템적으로 접근할 필요가 있다.

몇몇 회사에서는 오래전부터 자체적으로 시행 중이지만, 보다 세분된 프로세스와 절차서를 공사 진행 과정에 반영하고 위험이 많은 공정에 있어서는 반드시 검측과 승인 절차를 이행하지 않으면 다음 단계로 넘어가지 못하도록 하는 ‘홀드 포인트’(hold point) 제도를 건설공사관리의 표준 규정으로 정착할 필요가 있다.

정부 주도로 공사관리 시스템을 만들어 건설사에 배포하고 이를 통해 현장에서 관리토록 하며 감리 보고서 또한 이를 통해 작성토록 하는 방법도 생각해 볼 수 있다. 하지만 아무리 기준과 절차를 만들어도 지키지 않거나 허위로 작성하면 쓸모없는 일이다.

“의사는 수술을 잘못하면 한 사람의 생명을 앗아가지만, 건축 엔지니어는 잘못하면 수백, 수천 명의 생명을 앗아갈 수 있다.”

대학 시절 건축 전공 첫 수업 시간에 전공 교수가 가장 강조한 말이다. 설계부터 시공, 감리, 행정 등 모든 관계자가 전문가로서 사명감으로 각자 맡은 소임을 제대로 이행해 앞으로는 더 이상의 붕괴사고를 뉴스에서 접할 일이 없기를 기도해 본다.