글 | 김성진(위드웍스 A&E, 대표이사)
비정형 건축물의 심미적 완성도는 곡면의 연속성에 달려 있으나, 실질적인 기하학적 형상은 부위별로 상이한 곡률 반경을 가집니다. 즉, 국부적인 급한 곡률(High-curvature) 구간과 완만한 곡률(Low-curvature) 구간이 공존함에 따라, 각 영역의 기하학적 특성, 공사비, 공사기간에 최적화된 시공 솔루션이 요구됩니다.
수원의 랜드마크 서수원 칠보체육관(설계: 무영건축, 시공:성토건설)이 디자인 완성도와 시공 품질이 높은 이유는 공사비를 고려하여 부위별 특성에 맞춰 CNC T-BAR 공법과 폼 플레이트 공법을 효과적으로 적용했기 때문입니다. 이번에는 비정형 곡면이 심한 구간과 넓은 지붕 구간을 각기 다른 기술로 풀어낸 3D 설계엔지니어링과 각각의 공법에 대해 소개하고자 합니다.
그림 1. 서수원 칠보 체육관
1. Challenge: 곡선의 성격이 다른데, 같은 방법을 쓸 수 있을까?
이 프로젝트의 기본 골조는 직선 파이프로 이루어진 스페이스 프레임(Space Frame)입니다. 문제는 그 위에 구현해야 할 3차원 형상이 위치마다 달랐다는 점입니다. 
그림 2. 스페이스 프레임과 마감까지의 이격거리 검토
난제 1 (테두리): 벽체에서 지붕으로 넘어가는 모서리 구간은 곡률 반경이 작아 급격하게 휘어집니다. 정밀한 곡면형상 제어가 필요.
난제 2 (중앙): 지붕의 중앙부는 곡면이 넓고 완만하여 넓은 면적의 완만한 비정형 곡률을 제어하고 지붕 우수 처리를 원활히 하는 것이 관건.
"하나의 공법을 고집하는 대신, 각 구간에 곡률과 경제성을 고려하여 효율적인 최적의 기술을 섞어 쓰자."
2. Solution: CNC T-bar & 폼플레이트
위드웍스는 3D 시뮬레이션을 통해 곡률 데이터를 분석한 후, 두 가지 솔루션을 적용했습니다.
① 급격한 비정형 곡률 구간 지붕→ CNC T-BAR 시스템 적용
벽체와 지붕이 만나는 구간은 비정형 곡선의 변화가 매우 심합니다. 이곳에는 CNC T-BAR를 적용했습니다.
일반적인 각파이프 벤딩 방법으로는 비정형의 다양하고 급격한 2-Way 곡률을 정밀하게 정확하게 제어하기 어렵기 때문에 공장에서 정밀하게 CNC로 가공 제작된 T-bar가 직선 스페이스 프레임 위에서 정확한 ‘비정형 곡면의 형상제어제' 역할을 합니다. 덕분에 지붕과 벽체가 만나면서 곡률 심한 구간에서 설계 도면 그대로의 날렵한 비정형 곡면을 구현할 수 있었습니다.
그림 3. CNC T-BAR 적용구간
그림 4. CNC T-BAR 시공(급격한 비정형 곡면 구간)
그림 5. CNC T-BAR 설치 전경
② 완만한 곡률구간 지붕 → 폼 플레이트(Form Plate) 적용
반면, 면적이 넓은 완만한 곡률구간 지붕에는 폼플레이트 공법을 적용했습니다.
스페이스 프레임은 직선을 세그먼트로 연결되고 그 위에 데크를 시공해도 직선 세그먼트로 되기 때문에 지붕의 비정형 곡면 형상도 구현하고 공사비를 절감하는 방법으로 CNC 레이저로 커팅된 폼 플레이트를 적용하였다. 이는 복잡한 하지 철물 공사 없이도 직선 데크위에서 완만한 비정형 곡률을 구현하는 매우 스마트한 공법의 적용이었습니다.
그림 6. 폼 플레이트 공법 적용구간
그림 7. 폼 플레이트 시공(곡면이 완만한 지붕구간)
Result: 품질은 높이고, 시공성은 살리다
모든 구간에 고비용 공법(CNC T-BAR 공법)을 일괄 적용했다면 경제성이 문제가 되었을 것이고, 단순 공법(폼 플레이트 공법)만을 고집했다면 설계의 정교한 비정형 곡선미를 살리지 못했을 것입니다.
이번 프로젝트는 전 구간의 곡률 데이터를 분석하여 곡률이 심한 비정형 구간에서는 1mm의 오차도 허용하지 않는 CNC T-BAR 공법과 완만한 곡률 구간에서는 시공의 합리성을 극대화한 폼 플레이트 공법을 최적의 비율로 설계하여 성공적으로 종료되었습니다. 이러한 기술적 유연함을 통해 시공 난이도는 낮추고 디자인 품질은 극대하여 프로젝트를 성공적으로 완성할 수 있었습니다.
AI 기술이 가속화되는 현재, 건축 산업에 요구되는 핵심 역량은 두 가지 상이한 기술체계의 전략적 결합에 있습니다. 단순히 새로운 디지털 기술만을 도입하는 것이 아니라, AI 기반의 첨단 기술과 기존 현장 중심의 숙련 기술을 교차 적용하는 '하이브리드 공법'의 안착이 필요합니다. 각 기술의 한계를 상호 보완하는 이러한 하이브리드적 유연성이 전제될 때, 비로소 진정한 의미의 건축 산업 혁신을 이룰 수 있을 것입니다.
위드웍스 A & E (http://withworks.kr) | 위드웍스 인사이트 (https://insite.withworks.kr)
© 월간익스테리어 | FACADE
글 | 김성진(위드웍스 A&E, 대표이사)
비정형 건축물의 심미적 완성도는 곡면의 연속성에 달려 있으나, 실질적인 기하학적 형상은 부위별로 상이한 곡률 반경을 가집니다. 즉, 국부적인 급한 곡률(High-curvature) 구간과 완만한 곡률(Low-curvature) 구간이 공존함에 따라, 각 영역의 기하학적 특성, 공사비, 공사기간에 최적화된 시공 솔루션이 요구됩니다.
수원의 랜드마크 서수원 칠보체육관(설계: 무영건축, 시공:성토건설)이 디자인 완성도와 시공 품질이 높은 이유는 공사비를 고려하여 부위별 특성에 맞춰 CNC T-BAR 공법과 폼 플레이트 공법을 효과적으로 적용했기 때문입니다. 이번에는 비정형 곡면이 심한 구간과 넓은 지붕 구간을 각기 다른 기술로 풀어낸 3D 설계엔지니어링과 각각의 공법에 대해 소개하고자 합니다.
그림 1. 서수원 칠보 체육관
1. Challenge: 곡선의 성격이 다른데, 같은 방법을 쓸 수 있을까?
이 프로젝트의 기본 골조는 직선 파이프로 이루어진 스페이스 프레임(Space Frame)입니다. 문제는 그 위에 구현해야 할 3차원 형상이 위치마다 달랐다는 점입니다.
그림 2. 스페이스 프레임과 마감까지의 이격거리 검토
난제 1 (테두리): 벽체에서 지붕으로 넘어가는 모서리 구간은 곡률 반경이 작아 급격하게 휘어집니다. 정밀한 곡면형상 제어가 필요.
난제 2 (중앙): 지붕의 중앙부는 곡면이 넓고 완만하여 넓은 면적의 완만한 비정형 곡률을 제어하고 지붕 우수 처리를 원활히 하는 것이 관건.
"하나의 공법을 고집하는 대신, 각 구간에 곡률과 경제성을 고려하여 효율적인 최적의 기술을 섞어 쓰자."
2. Solution: CNC T-bar & 폼플레이트
위드웍스는 3D 시뮬레이션을 통해 곡률 데이터를 분석한 후, 두 가지 솔루션을 적용했습니다.
① 급격한 비정형 곡률 구간 지붕→ CNC T-BAR 시스템 적용
벽체와 지붕이 만나는 구간은 비정형 곡선의 변화가 매우 심합니다. 이곳에는 CNC T-BAR를 적용했습니다.
일반적인 각파이프 벤딩 방법으로는 비정형의 다양하고 급격한 2-Way 곡률을 정밀하게 정확하게 제어하기 어렵기 때문에 공장에서 정밀하게 CNC로 가공 제작된 T-bar가 직선 스페이스 프레임 위에서 정확한 ‘비정형 곡면의 형상제어제' 역할을 합니다. 덕분에 지붕과 벽체가 만나면서 곡률 심한 구간에서 설계 도면 그대로의 날렵한 비정형 곡면을 구현할 수 있었습니다.
그림 3. CNC T-BAR 적용구간
그림 4. CNC T-BAR 시공(급격한 비정형 곡면 구간)
그림 5. CNC T-BAR 설치 전경
② 완만한 곡률구간 지붕 → 폼 플레이트(Form Plate) 적용
반면, 면적이 넓은 완만한 곡률구간 지붕에는 폼플레이트 공법을 적용했습니다.
스페이스 프레임은 직선을 세그먼트로 연결되고 그 위에 데크를 시공해도 직선 세그먼트로 되기 때문에 지붕의 비정형 곡면 형상도 구현하고 공사비를 절감하는 방법으로 CNC 레이저로 커팅된 폼 플레이트를 적용하였다. 이는 복잡한 하지 철물 공사 없이도 직선 데크위에서 완만한 비정형 곡률을 구현하는 매우 스마트한 공법의 적용이었습니다.
그림 6. 폼 플레이트 공법 적용구간
그림 7. 폼 플레이트 시공(곡면이 완만한 지붕구간)
Result: 품질은 높이고, 시공성은 살리다
모든 구간에 고비용 공법(CNC T-BAR 공법)을 일괄 적용했다면 경제성이 문제가 되었을 것이고, 단순 공법(폼 플레이트 공법)만을 고집했다면 설계의 정교한 비정형 곡선미를 살리지 못했을 것입니다.
이번 프로젝트는 전 구간의 곡률 데이터를 분석하여 곡률이 심한 비정형 구간에서는 1mm의 오차도 허용하지 않는 CNC T-BAR 공법과 완만한 곡률 구간에서는 시공의 합리성을 극대화한 폼 플레이트 공법을 최적의 비율로 설계하여 성공적으로 종료되었습니다. 이러한 기술적 유연함을 통해 시공 난이도는 낮추고 디자인 품질은 극대하여 프로젝트를 성공적으로 완성할 수 있었습니다.
AI 기술이 가속화되는 현재, 건축 산업에 요구되는 핵심 역량은 두 가지 상이한 기술체계의 전략적 결합에 있습니다. 단순히 새로운 디지털 기술만을 도입하는 것이 아니라, AI 기반의 첨단 기술과 기존 현장 중심의 숙련 기술을 교차 적용하는 '하이브리드 공법'의 안착이 필요합니다. 각 기술의 한계를 상호 보완하는 이러한 하이브리드적 유연성이 전제될 때, 비로소 진정한 의미의 건축 산업 혁신을 이룰 수 있을 것입니다.
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