2014년 6월 8일 일요일

비정형 건축이야기 3_ 비정형 건축물의 설계 최적화


 비정형 건축물의 설계 최적화의 필요성

비정형 곡면 건축물의  설계 최적화 과정이 필요한 이유는 일반 산업제품들과 달리 규모가 크고 다양한 형상을 가지기 때문에 기존 산업에 사용되는 압출성형과 같은 제조방식으로는 막대한 비용과 시간이 필요하여 경제적이지 못하고 시공성을 확보할 수 없다. 
따라서  곡면 유형과 재료, 구조 등을 고려한  설계 최적화 과정을 통해서 경제성 및 시공성을 확보하고 최대한 디자인에 근접한 곡면을 완성하기 위함이다. 

Sydney Opera House는 현상단계와 시공단계의 형상이 다른데, 이는 설계단계에서   7년 동안 무려 12번의 형태 검토가 진행되었고, 마지막 단계에서 지름 75m 구형에서 모든 지붕 쉘 형태들이 완성될 수 있도록 하여 초기 그림에 불과했던 디자인이 완성 될 수 있었다.









   [그림1]Sydney Opera House


 현재 비정형 곡면 건축물의 디자인은 일정한 곡률정보를 가지고 있는 원통형, 구형의 형상에서 벗어난 다양한 곡면 형태로 변화하고 있다. 하지만 설계단계에서 곡률, 재료, 구조를 고려한 합리적인 설계 최적화 과정이 생략될 경우 시공단계에서는 시공품질 저하, 누수등에 의한 시공하자등이 발생할 수 있고 설계의도와 다른 결과물로 시공될 수 있다.



                                   [그림2] 비정형 곡면부 시공 불량 사례


[그림2]과 같은  시공불량사례는 비정형 2방향곡면 형태에 재료, 공법을 같이 고려하지 않고 일반적인 평면이나 일방향 곡면에 적용했던 평이음 방식 그대로 적용했기 때문에 발생한 문제이다.  설계단계에서  설계최적화를 통한 엔지니어링이 이루어지지 않거나 시공단계에서는 VISUAL MOCK-UP을 통한 곡률, 재료, 공법등을 한번 더 검토되지 않을 경우  이와 같은 시공품질 불량과 시공하자들이 발생하게 된다.



                     [그림3] Weltstadthaus Peek & Cloppenburg, Germany

[그림3]Weltstadthaus Peek & Cloppenburg(Architect: Renzo Piano)는 제한된 공사비로 인하여 2방향 곡면 외피를 6500여장의 순수 평면유리로 비정형 곡면을 구현한 건축물이다. 설계최적화 과정에서 곡률의 정도에 따라 유리모듈을 다르게 적용하여 자연스러운 곡면을 유도하였고, 평면화 과정에서 유리엣지에 발생하는 틈을 최대 6mm이하로 통제하여 창호 프레임에서 흡수 될 수 있도록 설계되었다.

  그런데 설계최적화  과정 없이 비정형곡면 커튼월이 시공 될 경우  [그림4]인천아시안게임 계양경기장과 같이  곡률이 심한 구간은 유리 엣지에 틈이 많이 발생하여 창호프레임에 흡수 될수 없기 때문에 유리를 삼각형으로 나누어야 되며, 평면 사각형 구간에도 시공 오차들이 많이 발생하여  곡면의 완성도가 낮고 시공품질을 확보할 수 없게 된다.



[그림4]  인천아시안게임 계양경기장


 따라서 비정형 건축물의 시공품질 확보를 위해서는 반드시 설계단계에서 설계 최적화과정을 통해 비정형 곡면 디자인이 검토되고  설계가 완성되어져야 한다. 

 –계속-


*REFERENCE




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2014년 6월 2일 월요일

2014 한국건축시공학회 춘계 학술발표대회 '비정형 건축물의 IPD 도입 필요성 검토' 발표




2014년  한국건축시공학회 춘계 학술발표대회에서'비정형 건축물의 IPD 도입 필요성 검토' 라는 주제를 발표하였다. (일시: 2014. 5.10일, 경주 The-k 경주호텔)

주요 내용은 다음과 같다.

Part1  IPD(Intergrated Project Delivery) 정의 및 필요성
         프로젝트들의 대형화, 복잡화, 비정형화로 인해 설계, 시공의 전문화된 통합프로세스를 통해 효율성 극대화가 필요하고, 비정형 건축물은 설계단계에서 시공공법의 부재로 인하여 시공품질의 불량, 공사비 증액의 원인이 되고 있음.

Part2 비정형 건축물의 설계 및 입찰 현황
          현재 대부분 관급공사는 설계시공 분리발주 방식으로 입찰되고 있으며, 최근 비정형건축물이나 시공이 복잡한 건축물들은  설계 품질 보완을 위하여 기술제안 입찰 방식이 증가하고 있음.

Part3 비정형 건축물의 설계 및 시공의 문제점    
  •     설계단계: 정형건축물의 공법이 그대로 비정형에 반영되거나, 비정형 건축물 시공가능한 공법을 적용하지 않아 예정공사비가 실행이하로 책정됨. 
  •      시공단계: 저가 입찰로 인한 시공품질이 확보가 되지 않거나 설계도면 미비로 공사중 설계변경 및 공사비 증액이 발생 하고 있음.
Part4 현행 입찰방식에서의 시공의 적절성 검토 
       인천아시안 게임 경기장, 동대문디자인 플라자의 입찰방식을 비교하여 본 결과 시공 품질저하나 설계변경으로 인한 공사비 증액 발생등의 문제점이 발견됨
Part5 비정형 건축물의 IPD 적용을 위한 국내 사례 분석    
     1. The ARC, 대구
       IPD로 발주된 공사는 아니지만 설계단계에서 시공사, 발주처,전문 시공업체등 공사에 관계한 모든 구성원들이 참여하여 설계를 완성 시킴.  9개월여의 짧은 공사기간에도 불구하고 완벽하게 Digital Fabrication에 의한 비정형 건축물 완성.  

    2. 세종시 정부 종합청사 3단계 1구역 건립공사 
      전형적인 설계시공 분리발주 공사로 시공단계에서 외피설계의 문제점을 발견하고 1년여 기간동안 비정형 외피공법의 적정성 검토, 공법 설계 및 설계 변경을 진행함.

Part6 결론
      1. 두 종류의 관급 발주공사의 시공과정을 비교함으로써 현재 진행되고 있는 설계시공 분리발주 제도의 불합리한점과 개선되어야 할 방향이 검토됨. 
   
       2. 현행의 설계시공 분리발주 시스템에서는 공사와 관련된 발주처, 설계자, 시공사,감리 등의 관계자들이 상호 신뢰 보다는 감시체계를 통해 불신과 마찰이 많아 프로젝트 수행에 어려움이 있음.  

        3. 비정형 건축물은 외장재 시스템이 복잡하기 때문에 기존 설계시공분리발주 방식에서는 완성되기 어렵고, 설계단계에서 부터 발주처, 설계자, 시공사, CM, 전문 시공업체들이 모여서 한팀을 구성하여 설계가 완성되어야 공사단계에서 시공품질 확보 및 공사비 증액이 없이 시공될 수 있음.  





   선진화된 건축 기술 도입과 건축엔지니어의 활성화를 위해서는 현재 최저가 발주 시스템으에서 IPD 시스템으로의 전환이 필요하다. 선진 유럽이나 미국에서는 이러한 시스템을 이미 도입하여 시행하고 있기 때문에 단순히 발주처에서 관리하기 쉽고 편한 현재의 설계시공분리발주 시스템으로는  디지털 건축기술을  활성화 시키는데 장애 요인이 된다.  따라서 현재  진행되고 있는 건축 프로젝트들의  문제점들을 인식하여 건축기술을 기반으로한 선진화 시스템으로 변화하지 않으면 안 될 것이다. 






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