수리 및 복원정비 기법 연구

건축문화재연구 수리 및 복원정비 기법 연구

전통건축 조사연구를 통해 집적된 양식 및 기법 관련 자료를 활용하여 건축문화재의 실제적인 수리, 복원, 정비에 대한 학술·기술 연구, 원형 고증 및 복원설계 등을 추진하는 사업이다. 주요 사업으로 중요 석탑 수리복원(감은사지 삼층석탑, 불국사 다보탑, 불국사 삼층석탑, 미륵사지 석탑)과 건축유적 복원정비 연구(정림사지, 황룡사지, 미륵사지) 등을 진행하고 있다.



미륵사지석탑 보수정비사업

미륵사지석탑

익산 미륵사지 석탑은 1998년 구조안전진단 결과 콘크리트 노후화 및 구조적 안전성이 우려되어 1999년 해체보수가 결정되었다. 이후 국립문화재연구소는 2001년부터 석탑의 해체조사 및 보수정비를 추진하였다. 해체 전 석탑에 대한 구체적인 자료는 찾기가 어려웠으나 해체조사 과정에서 상세한 자료가 축적되기 시작하였고 건축, 고고학, 미술사, 보존과학 등 여러 분야에서 다양한 학술조사와 함께 수리기술에 대한 연구가 진행되었다. 미륵사지 석탑은 2010년 해체 및 발굴조사가 완료된 후 원래의 부재를 최대한 재사용하기 위한 과학적 보존처리 등을 거쳐 2017년 석탑의 조립이 완료되었다.

개요

미륵사는 백제 무왕(武王, 600-641) 대에 창건되었다. 미륵사의 창건기사는 『삼국유사』를 통해 전해지는데 왕과 왕비가 사자사(獅子寺)에 가는 길에 용화산 밑 큰 못에서 미륵삼존이 나타난 것을 보고 연못을 메워 세 개의 금당과 탑 등을 세워 창건한 것으로 알려져 있다. 미륵사지 석탑은 2009년 1월 발견된 사리장엄구를 통해 639년이라는 건립시기가 밝혀졌으며, 미륵사지 내 유일한 건축물로 남아있었다. 본래는 9층이었을 것으로 추정되고 있으나 17세기 이전에 이미 붕괴되었으며, 1915년 일본인들이 무너진 부분에 콘크리트를 보강한 모습으로 전해졌다. 미륵사지 석탑은 현존하는 최고(最古), 최대(最大)의 석탑으로 알려져 있으며, 내부에는 十자형 공간과 심주가 구성된 독특한 구조이다. 각 층 모서리에는 귀솟음이 반영된 우주(隅柱)가 있고 1층에는 초석과 초반석이 별도로 구성되어 있다. 또한 옥개석은 목조건물의 지붕처럼 앙곡(昂曲)과 안허리곡이 가미된 부드러운 곡선을 이루는 등 고대 목조건축의 양식이 반영된 석탑이다. 석탑은 1998년 구조안전진단 결과에 따라 문화재위원회에서 해체수리가 결정되었으며, 2001년 해체조사에 착수하여 2017년 조립이 완료되었다.


해체 전 미륵사지석탑 해체 전 미륵사지석탑
미륵사지 전경 미륵사지 전경

해체조사

1998년 구조안전진단 결과에 따라 문화재위원회는 석탑의 장기적 보존을 위해 해체보수를 결정하였다. 이에 전라북도에서는 가설덧집을 설치하였고 2001년 10월 이후 국립문화재연구소가 대행사업으로 추진하게 되어 석탑에 보강된 콘크리트 및 탑 부재의 해체조사를 진행하게 되었다.


해체 전 석탑(동측면) 해체 전 석탑(동측면)
해제 전 석탑(조감) 해제 전 석탑(조감)

1915년 일본인들이 석탑을 보강하기 위해 타설한 콘크리트를 전통석공이 정으로 깨뜨려 부재와 분리하였으며 2004년까지 해체된 콘크리트의 양은 총 185톤 정도이다.


콘크리트 해체(5층) 콘크리트 해체(5층)
콘크리트 해제(2층) 콘크리트 해제(2층)

전통 드잡이공이 석탑 부재를 안전벨트로 매듭 묶기 한 후 호이스트(10t 규격)를 사용하여 해체하였다. 석탑 부재의 안전한 해체와 운반에는 많은 경험과 숙련된 기술이 필요하다.


석탑 해체 석탑 해체
석축 해체 석축 해체

석축을 해체하면서 가려져 있던 1층 탑신 및 기단부가 드러났다. 특히, 남서편 석축 해체 중 새로 발견된 석인상은 두상과 몸체가 거의 훼손되지 않은 양호한 상태였다. 석인상은 석축을 쌓기 전에 조성된 것으로 추정된다.


남서측 석인상 출토 남서측 석인상 출토
1층 해체 전 보강 1층 해체 전 보강

석탑은 1층 및 기단부까지 기울고 변위된 모습으로 향후 안전한 보수정비를 위해 해체가 불가피한 상황이다. 2009년 1월에는 십자형 통로 내 심주석을 해체하는 과정에서 백제 무왕때 봉안한 사리호 등 사리장엄 유물이 발견되었다.


해체 전 십자형 통로 해체 전 십자형 통로
십자형 통로 전체평면 십자형 통로 전체평면

실측조사

해체 전에 탑 부재의 위치와 형태를 디지털 측정장비로 정밀하게 실측조사하여 기록화하고 있다. 각 부재 위치는 기준점으로부터 3차원(X,Y,Z) 거리를 측정하여 해체 후에도 각 부재의 원래 위치를 알 수 있도록 한다. 또한 보수정비 이후 부재의 위치를 측정함으로써 해체 전후의 상태를 서로 비교할 수 있다.


해체 전 부재 위치 측량 해체 전 부재 위치 측량
측량 개념도 측량 개념도

부재의 실측조사는 형태와 치수, 제작기법 등을 파악하기 위한 것으로 현장 실측도면과 사진, 3차원 데이터로 기록하였으며 향후 보수정비계획 수립을 위한 자료로 활용되고 있다.


해체 부재 사진촬영 해체 부재 사진촬영
귀옥개석 CAD도면 귀옥개석 CAD도면

스캔해체과정에 따른 평면 형상과 부재 형태는 3D스캔을 통해 3차원 형상정보로 기록된다. 이 데이터는 보수정비를 위한 컴퓨터 시뮬레이션 등을 통하여 석탑의 구조해석과 붕괴 원인 등에 대한 학술연구를 위한 기초자료로 활용되고 있다.


부재3D스캔 부재3D스캔
3D스캔작업 3D스캔작업
십자통로3D스캔 십자통로3D스캔
공극비 공극비
점군데이타 점군데이타
레지스터링과정 레지스터링과정
3D형상화 3D형상화
3D스캔 후속처리데이터 3D스캔 후속처리데이터

발굴조사

미륵사지 석탑 기단부 발굴조사는 석탑 축기부(軸基部)의 조성기법을 규명하고 구조적 상태를 확인하여 향후 석탑의 보수정비에 참고하기 위해 실시되었다. 이를 통해 미륵사를 창건하면서 건물지를 포함하여 넓게 조성한 대지 성토층과 탑지(塔址)를 조성하기 위해 되파기한 굴광선(堀壙線) 및 다짐층 등 축기부의 구조와 상태를 확인하였다. 굴광선 안쪽은 주로 사질토 또는 사질점토에 할석을 혼합한 토석혼축다짐으로 조성하고 초석 하부에는 동탑지와 같이 초반석이 모두 설치한 것으로 조사되었다. 또한, 초반석 중간부터 상면 높이까지는 할석이 혼합되지 않은 별도의 사질점토로 판축다짐하고 심초석(心礎石) 하부 및 십자형 공간 바닥석 하부의 토층은 큰 차이가 없는 것으로 확인되었으며 목봉(木棒)으로 달구질한 흔적이 뚜렷하게 관찰되었다.
할석이 혼합되지 않은 사질점토판축층은 기단 내부에 전체적으로 동일한 층을 형성하고 있었는데 이는 초석높이까지 내부에 적심석을 설치하면서 할석 및 다짐흔 등으로 인해 불규칙하게 돌출되는 토석혼축다짐층의 윗면 높이를 수평으로 조성하기 위한 것으로 추정된다.

이번 발굴조사를 통해 서탑의 축기부의 구조 및 조성방식 등이 상세히 밝혀졌으며 서탑의 축조를 위한 탑지의 조성방법과 순서를 파악할 수 있었던 것은 중요한 성과이다. 한편, 내부 십자형 공간의 남측 바닥석을 해체하는 과정에서 진단구(鎭壇具)로 추정되는 다양한 유물이 출토되었다. 이 유물들은 바닥석 하부 토층에서 산발적으로 출토되었는데 토제나발(土製螺髮), 청동뒤꽂이(銅串)를 비롯하여 금동제, 유리제, 철제 등 종류가 다양하였다. 나발과 뒤꽂이 등을 제외하고 대부분 파편상태로 출토되었으며 과거 미륵사지 발굴조사 당시 출토된 유물과 비슷한 양식으로 조사되었다.


서측 기단 외부 탐색트렌치 내부 서측 기단 외부 탐색트렌치 내부
석탑 해체 및 발굴조사 완료 후 전경 석탑 해체 및 발굴조사 완료 후 전경

보존처리

석탑 구성 암석의 특성과 채석산지, 침해생물과 제거시험, 오염물의 평가와 제거시험, 보존환경 등에 대한 조사연구를 수행한 결과에 근거하여 보존처리 계획과 향후 보존관리 방안을 수립하였다.


보존과학 종합손상도 보존과학 종합손상도
보존환경관리방안 보존환경관리방안

손상된 부재의 보존처리 과정은 세척 → 균열 충전 → 성형(석재, 수지) → 구조보강 및 접합 → 색맞춤 → 강화발수 등의 과정으로 이루어진다. 오염물은 종류와 오염 정도에 따라 원래의 표면에 대한 손상을 최소화하여 습식과 건식 방법으로 제거한다.


표면오염물 제거(블라스팅) 표면오염물 제거(블라스팅)
금속보강재 삽입 금속보강재 삽입

파손된 부재는 구조적 성능 확보를 위해 석재의 상태 및 재사용 부위에 따라 금속보강재(티타늄봉 등)를 삽입한다. 파손된 부분은 에폭시수지를 사용해 접착하고 균열 부위에는 에폭시수지를 충전하여 2차 훼손을 방지한다.


접착면 에폭시 수지 접착면 에폭시 수지
균열 충전(인젝션 그라우팅) 균열 충전(인젝션 그라우팅)

무기질 재료로 표면을 정리한 후 아크릴 물감을 사용해 색상을 맞춘다. 석재의 풍화도에 따라 발수제는 표면에 1~3회 뿌려 바른다.


접착부위 표면 정리 접착부위 표면 정리
수지 보형 처리 수지 보형 처리

형태적 보완이 필요한 부재는 파손형태에 따라 새로운 석재를 가공하여 접합한다. 가공된 새로운 석재의 표면은 다양한 도구를 이용해 풍화된 표면과 유사하도록 가공하여 질감을 맞춘다.


성형 및 접합 후 마감가공 성형 및 접합 후 마감가공
석재 가공 도구 석재 가공 도구

사리장엄구 수습조사

석탑을 해체하는 과정에서 1층 심주석 중앙의 사리공(한 변 25cm, 깊이 26.5cm) 안에서 사리호 등 9,000여점의 유물이 발견되었다. 출토유물 중 사리호는 외호, 내호, 유리병의 3중 구조로 확인되었으며, 금제사리봉영기의 ‘己亥年’(639년) 명문을 통해 석탑의 건립시기가 밝혀졌다. 이번 발견은 백제지역 최대의 고고학적 성과 중 하나로 평가되고 있으며, 유물의 절대편년 제공 등 백제문화사 연구의 새로운 지평을 열게 되었다.


사리장엄 출토 전 전경 사리장엄 출토 전 전경
사리공 및 심주(2009.01.14) 사리공 및 심주(2009.01.14)
사리장엄 최초 출토 상태 사리장엄 최초 출토 상태
금동제사리외호, 금제내호, 사리 금동제사리외호, 금제내호, 사리
금제사리봉영기(앞면) 금제사리봉영기(앞면)
금판, 금제족집게 금판, 금제족집게
은제관식 은제관식
은제과대장식 은제과대장식
청동합 청동합
각종 구슬류 각종 구슬류
유리판 유리판

가공 및 조립

미륵사지 석탑에 사용된 화강암은 미륵사지 북편의 미륵산에서 채석한 것으로 확인되었다. 현재는 미륵산에서 직접 공급이 어려운 실정이기 때문에 암석학적 조사연구를 통해 가장 유사한 암질의 화강암(황등석)을 선정하였다. 원석은 채석산지 현장조사 및 품질시험을 거친 후 현장에 반입하여 사용한다. 반입된 원석은 석탑 원부재의 가공도 및 풍화도를 고려하여 혹두기, 정다듬(거친정, 고운정), 도드락다듬 등 전통적인 수작업 방식으로 가공하여 원부재와 최대한 조화를 이루도록 하였다.


채석산지 현장조사 채석산지 현장조사
화강암 원석 할석 화강암 원석 할석
부재 가공 부재 가공

미륵사지 석탑은 2013년 11월 조립공사에 착수하여 2017년 11월에 6층까지 조립을 완료하였다. 석탑 조립 시 중점사항은 석탑의 건축적 특성에 따른 조립기준의 설정, 구조적 취약부에 대한 보강, 원부재의 형상을 변형하지 않고 최대한 재사용 하는 것이었다. 석탑의 조립기준은 1층 내부십자형 통로의 정중앙에 위치한 심초석(心礎石)이다. 이 심초석을 기준으로 석탑 조립 중심축(十자)을 확보하고 초석, 고막이석, 기둥석 등을 순차적으로 조립하였다. 이후의 조립과정은 가설덧집에 규준틀을 설치하고 중심축을 수직으로 연장하여 각 층의 조립기준으로 설정함으로써 조립공정의 일관성과 정밀도를 유지하고 안정성을 확보하였다.


기초토층 보강 판축 기초토층 보강 판축
1층 초석 조립 1층 초석 조립
사리봉안식(2015. 12) 사리봉안식(2015. 12)
1층 조립 후 전경 1층 조립 후 전경
2층 조립 후 평면 2층 조립 후 평면
3층 조립 후 전경 3층 조립 후 전경
4층 조립 후 전경 4층 조립 후 전경
5층 조립 후 전경 5층 조립 후 전경
조립완료 후 전경(동북측) 조립완료 후 전경(동북측)
조립완료 후 전경(남동측) 조립완료 후 전경(남동측)

추진경과

주요사업내용

주요사업내용 목록
기간 내용
1997년 12월 ~ 1998년 12월 익산 미륵사지 석탑 구조안전진단
1999년 4월 문화재위원회 석탑 해체보수 심의 의결
2000년 1월 ~ 2001년 10월 가설덧집 설치, 미륵사지석탑보수정비사업단 구성, 해체조사 준비
2001년 10월 전라북도와 연구소 대행사업협약 체결, 고유제 실시
2001년 11월 석탑 및 주변 기상환경조사 시작
2002년 1월 ~ 12월 미륵사지석탑보수정비 자문위원회 구성
석탑 6층~3층 해체조사
가설덧집 및 사무동 시설보완공사
2003년 1월 ~ 12월 석탑 2층 해체조사
「미륵사지 석탑 해체조사보고서Ⅰ」발간
석탑 암석 특성 및 석재공급지 조사
생물침해현황 및 보존처리제 조사연구
해외 석조문화재 보수정비 현장조사(캄보디아 앙코르와트)
부재적재장 시설공사
2004년 1월 ~ 12월 석탑 1층 정밀조사 및 콘크리트 해체 완료(185톤)
「미륵사지 석탑 해체조사보고서Ⅱ」발간
부재 가공도 및 표면오염물 조사
해외 석조문화재 보수정비 현장조사(인도네시아 보로부두르)
「미륵사지석탑 해체조사보고회」개최
2005년 1월 ~ 12월 석탑 1층 해체조사
「미륵사지 석탑 해체조사보고서Ⅲ」발간
석탑 콘크리트 성분 분석 및 강도 조사
구조해석을 통한 미륵사지석탑 붕괴원인 조사연구
해외 석조문화재 보수정비 현장조사(그리스 · 이탈리아)
「미륵사지 석탑 해체 및 복원 심포지엄」개최
가설덧집 발판철거공사
2006년 1월 ~ 2007년 12월 석탑 1층 및 석축 해체조사
석탑부재 물리화학적 풍화도 조사
풍화부재 강화처리 조사연구
미륵사지 석탑 구조안정성평가연구 수행
2008년 1월 ~ 12월 석축 해체 완료, 석탑 1층 해체조사
미륵사지 석탑 구조안정성평가연구 완료
석탑 수습유물 성분분석 조사연구
석인상 발굴 및 미륵사지 인근 반출부재 현황조사
석탑 보수정비 기초설계 및 모형제작
석탑 훼손부재 보존처리
현장 공개설명회 개최
2009년 1월 ~ 12월 사리장엄 발견 및 수습조사(사리호 등 19종 684점)
사리장엄 특별전 공동 개최
석탑 1층 및 기단부 해체조사
보강처리부재 구조성능조사연구
석탑 1층부 변위측정 등 정밀조사
「미륵사지 석탑 구조보강방안 워크숍」 개최
석탑 기단부 발굴조사 착수
석탑 훼손부재(기단 및 1층) 보존처리
2010년 1월 ~ 12월 석탑 1층 해체조사 완료
석탑 기단부 발굴조사 완료
「미륵사지 석탑 해체조사보고서Ⅳ 발간
부재 보강처리 설계기준 1차, 2차 연구
축기부 토양 성분분석 및 조사연구, 토층전사
석재 공급지 암석학적 조사연구
석탑 훼손부재(기단 및 1층) 보존처리
「미륵사 국제학술심포지엄」개최
2011년 1월 ∼ 12월 미륵사지 석탑 보수정비 계획설계
3차원 데이터를 활용한 석탑 정밀모형 제작
석탑 축기부 토층 보강방안연구
사리장엄 등 출토유물 실측조사
석탑 및 석축 해체부재 실측조사
석탑 훼손부재(기단 및 1층) 보존처리
「미륵사지 석탑 보수정비 국제포럼」 개최
지역민 대상 공개설명회 개최
2012년 1월 ~ 12월 미륵사지 석탑 기술위원회 구성 및 운영
미륵사지 석탑 보수정비 실시설계
「미륵사지 석탑 기단부 발굴조사보고서」발간
석탑 무기질 보수재료 연구
석조문화재 구조보강처리방법 특허 출원
석탑 봉안물 제작
석탑 훼손부재(기단 및 1층) 보존처리
부재운반로 등 시설보수공사 3건
2013년 1월 ~ 12월 미륵사지 석탑 보수정비공사 및 상주감리 착수
석탑 훼손부재(1층~2층) 보존처리
석탑 기초토층 보강방안 실험연구
석조문화재 보수기술 특허 출원
사리장엄 특별전 공동 개최, 도록 발간
휀스교체공사 등 시설유지보수공사 다수
2014년 1월~12월 석탑 기초보강 판축다짐 완료 및 허용지지력 조사
석재가공작업장 및 대장간 설치, 신부재 가공, 상주감리
분야별 점검단(건축, 구조, 토목, 보존, 석공) 구성 및 현장점검 실시
훼손부재 보존처리 및 기록물 전산화, 금속보강 피복두께 실험연구
석조문화재 보수기술 특허 등록(지반보강, 석재 금속보강)
『미륵사지 석탑 사리장엄 사리장엄』 종합보고서 발간
2015년 1월~12월 석탑 1층부 조립 및 신부재 가공, 상주감리용역 시행
석탑 훼손부재 보존처리(기단~6층 부재)
석조문화재 보수기술 특허 등록 2건
(금속보강 피복두께, 얼라인장치 및 방법)
사리봉안식 행사, 현장 공개설명 및 기술교육, 홍보 등
2016년 1월~12월 석탑 1~2층 조립 및 가공 완료, 상주감리용역 시행
석탑 조립현황 3D스캔 기록화 및 모니터링
석탑 훼손부재(1층~3층) 보존처리
해외 석조문화재 보수 및 활용 현장조사(스페인)
문화재수리 현장교육 및 기술지원, 현장 공개설명 및 언론홍보
2017년 1월~12월 석탑 조립공사(3~6층, 하층기단) 완료, 상주감리용역 시행
석탑 조립현황 3D스캔 및 변위계측 모니터링
석탑 훼손부재(4층~6층, 기타) 보존처리
『미륵사지 석탑 해체조사보고서Ⅴ』발간
문화재수리 현장교육 및 기술지원, 현장 공개설명 및 홍보

담당부서 : 건축문화재연구실 담당자 : 연은희 연락처 : 042-860-9214

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