비정형 구조물의 시공성을 고려한 3차원 디지털 설계 최적화 프로세스

Abstract

최근 상당기간과 공사비를 최소화할 수 있는 비정형 건축물의 설계와 시공이 새로운 기술로 구현되고 있다. 이는 비정형 건축물의 최적화 설계와 부재화를 통한 공장 생산 시스템과 현장 조립 및 설치 기술로 가능하다. 비정형 건축물의 구현을 위한 연구가 진행되어 왔으나 여전히 비정형 건축물 시공은 설계오류와 시공자의 도면이해 부족, 시공경험 및 공법의 부재 등으로 인하여 시공 품질과 공기, 공사비 증가 등의 잠재적 리스크를 포함하고 있다. 비정형 건축물의 시공품질 향상과 공기단축 및 시공비 상승의 문제점을 해결하기 위한 3D 디지털 설계와 제작 기술을 적용하는 것이 중요하다. 이에 본 연구는 비정형 구조물의 시공성을 고려한 3차원 디지털 설계 최적화 프로세스를 제안한다. 궁극적으로 본 연구는 비정형 구조물의 구조검토, CNC(Computerized Numerical Control) 가공에 의한 부재의 정밀제작, 설치, 시공의 오차관리로 최적 시공의 근간이 되는 비정형 건축물 외피 시스템 구현을 위한 최적화 설계 프로세스를 제시한다.본 연구는 비정형 건축물을 구현한 사례를 살펴보고 디지털 설계 프로세스와 적용 프로그램을 살펴본다. 비정형 건축물의 설계도의 3D 디지털 데이터 구축과 디지털 최적화 구현 사례로 4대강 대표 물문화관(The ARC)을 중심으로 설계단계에서 적용된 최적화 기법을 순차적으로 분석하여 비정형 건축물의 3차원 좌표제어에 대한 방법론을 제시한다. Nowadays the widely used media in architecture include visualizations, animations and three-dimensional models. 3D digital methods using active CAM(Computer Aided Manufacturing) and CNC(Computerized Numerical Control) imaging have been developed for accurate shape and 3D measurements in freeform buildings. In contrast to a conventional building using auto CAD system and others, the proposed digital optimization method is based on a combination of 3D numerical data and parametric 3D model for design and construction. The objective of this paper is therefore to present digital optimization process for constructability of freeform building. The method can be useful in the effective implementation of an error-proofing process of freeform building during design and construction phase. 3D digital coordinate data can be used effectively to identify correct size of structural and finish members and installation location of each members in construction field. In addition, architects, engineers and contractors can evaluate design, materials, constructability and identify error-proofing opportunities. Other project participants can also include representatives from all levels of management, departments as well as workers and key subcontractors' personnel, if necessary. The 3D digital optimization process is therefore appropriate to serious variations in freeform shape. For future study, the developed digital optimization method is necessary to be carried out to verify the robustness and accuracy for constructability in construction field.