리야드 KAFD 메트로 스테이션의 4가지 혁신

Intro: 미래에서 온 환승역, 사막의 중심에 서다

사우디아라비아의 수도 리야드, 그 뜨거운 사막 한가운데 마치 미래 도시의 파편이 내려앉은 듯한 장관이 펼쳐집니다. 세계적인 건축가 자하 하디드(Zaha Hadid)의 유작이자, 현대 건축 공학의 임계점을 시험한 '킹 압둘라 금융지구(KAFD) 메트로 스테이션'이 그 주인공입니다.

KAFD 메트로 스테이션, designed by Zaha Hadid Architects

 총 사업비 225억 달러(약 30조 원), 85개 역사를 잇는 거대 인프라 구축 사업인 '리야드 메트로 프로젝트'의 심장부인 이 역사는 2024년 12월 공식 개통하며 사막의 새로운 이정표를 세웠습니다. 폭 45m라는 제한된 대지 조건을 극복하고 3개 노선이 교차하는 복잡한 환승 시스템을 구현해 낸 단순한 교통 허브를 넘어, 첨단 디지털 기술과 DfMA 공법이 어떻게 자연의 극한을 예술로 승화시킬 수 있는지 보여주는 이 건축물의 4가지 혁신적 기술을 탐구해 봅니다.

 

1.Challenge: 50℃ 사막 한가운데 유기체를 짓다

이 건축물을 처음 마주한 엔지니어들이 느꼈을 막막함은 감히 상상하기 어렵습니다. 바람에 의해 끊임없이 일렁이는 사막의 모래언덕(Sand Dunes)을 건축적 언어로 번역한 이 건물은 직선이 거의 없는 극단적인 비정형 3D 곡면으로 이루어져 있습니다.

가장 큰 난제는 크게 세 가지였습니다.

• 형태적 복잡성: 전통적인 2D 도면으로는 도저히 구현할 수 없는 유기적 곡선
• 극한의 환경: 50℃에 육박하는 폭염과 극심한 일교차, 모래바람
• 구조적 한계: 3개 노선이 교차하는 막대한 진동을 견디면서도 기둥 없는 무주 공간(Column-free space) 확보

 

이 복잡한 난제를 해결하기 위해 설계팀과 엔지니어들은 기존 건설업의 상식을 뒤엎는 완전히 새로운 디지털 제조 방식을 도입해야만 했습니다.

 

2. Solution: 알고리즘과 DfMA가 만났을 때

💡 혁신 1. 데이터가 빚어낸 곡선: 파라메트릭 디자인과 BIM

자하 하디드 아키텍츠(ZHA)는 이 건물의 형태를 구상할 때 리야드 주변을 감싸는 자연 현상, 즉 바람에 의해 끊임없이 일렁이며 유기적인 곡선을 그리는 사막의 모래언덕(Sand Dunes)에 주목했습니다. 이를 건축적 언어로 번역하기 위해 도입된 핵심 기술이 바로 '파라메트릭 디자인(Parametric Design)'입니다.

초기의 평면적인 디자인은 북쪽과 남쪽의 강한 풍하중을 견디기 위해 반복적인 알고리즘 과정을 거쳐 입체적인 형태로 발전했습니다. 승객의 보행 동선 데이터와 사막의 기후 변수를 계산하여, 3개의 지하철 노선과 모노레일이 교차하는 복잡한 환승 체계 속 승객의 흐름을 '사인 곡선(Sine-wave)' 형태의 3차원 네트워크로 매핑했습니다. 이는 출퇴근길 시민들의 움직임을 자연스러운 물결처럼 유도하여 병목 현상을 획기적으로 줄인 공학적 해법이 되었습니다.

 

 

💡 혁신 2. 디지털 마슈라비야: 비정형 GFRC 파사드
KAFD 메트로 스테이션의 외관을 결정짓는 것은 약 25,000m²에 달하는 거대한 유리섬유 보강 콘크리트(GFRC) 외장 패널입니다. 일반 콘크리트로는 불가능한 얇은 두께(25~30mm)의 GFRC는 복잡한 3D 곡면 성형에 최적의 소재였습니다. 이 파사드는 방위별 일조 시뮬레이션을 통해 알고리즘으로 천공율을 조절하여, 태양 복사열은 78% 차단하면서도 자연 채광 유입율은 42%를 유지하는 '스마트 스킨'으로 기능합니다.

 

 

 

 [주요 콘크리트 소재별 성능비교]   

• GFRC (유리섬유보강콘크리트): 압축강도 50~80 MPa. 25~30mm의 얇은 두께로 경량화가 가능하며 일면 몰드를 사용하므로 다양한 3D 곡면 파사드 성형 및  일면 노출에  적합 함   
• UHPC (초고성능 콘크리트): 압축강도 100~200+ MPa. 초고강도이며 내구성이 뛰어남.  3D 형상일때는 양면 몰드 사용해야 하므로 반복적인 패턴에 유리 하며 내외부 양면 노출이 가능함 
• 일반 구조용 콘크리트: 압축강도 24~35 MPa.  무게 및 철근 배근 때문에 비정형 고면 외장재로는 부적합 함.   

 

 

💡 혁신 3. 도면 없는 건설: 고도화된 DfMA와 파사드 엔지니어링
이토록 복잡한 건물을 전통적인 현장 타설 방식으로 건축하는 것은 불가능합니다. 여기서 핵심 해법으로 DfMA(제조 및 조립을 고려한 설계) 공법입니다. 
최적화된 비정형 패널 설계를 위해 Rhino와 Grasshopper(전체 파사드 외피 분석 및 패널 전처리), Sofistik(구조 해석), Matlab(브래킷 연결부 크기 결정을 위한 응력 분석 및  FEA 해석)으로 이어지는 다단계 연산 프로세스가 도입되었습니다. 이 고도로 정밀한 컴퓨터 해석을 통해 개별 패널과 4개 지점의 스테인리스 스틸 연결 브래킷이 설계되었으며, 공장에서 제작된 부재들은 현장에서 밀리미터 단위의 오차 없이 정밀하게 조립(Assembly) 되었습니다. 이는 우아한 곡선과 정확한 섀도우 갭(Shadow-gap) 디테일이 적용되었습니다. 

또한, 다이아그리드 간격에 맞춰 각 패널의 크기를 결정하고, 곡면(Undulating form)을 강조하거나 특정 수준의 차양(Shading) 기능을 제공하도록 패널별로 개별화(Individualised) 설계가 적용되었습니다. 내부 마감에는 GFRG(유리섬유 보강 석고)가 적용되어 외부의 유려한 형태를 내부 공간까지 매끄럽게 끌어들였습니다.

유리 & 차수벽공사

GFRC 공사

내부마감(GFRG)

 

💡 혁신 4. 뼈대가 곧 외피(구조-외피 일체화 시스템): 자립형 물결무늬 엑소스켈레톤 구조 
광활한 무주 공간과 킹 파드 로드(King Fahd Road)의 높은 풍하중에 대응하기 위해, 반복되는 물결무늬(Sine waves)를 3차원으로 확장한 '자립형 엑소스켈레톤(외골격)' 철골 지붕 및 파사드 구조를 채택했습니다. 이 거대한 뼈대를 구성하는 데만 4,200톤, 전체 프로젝트에는 총 8,000톤의 강재가 투입되었습니다.

• 다중 지지 구조 프레임: 건물 단면을 횡단하는 1차 구조 아치(수직 지지)와 이를 횡하중으로부터 보강하는 2차 프레임으로 구성됩니다. 아치 사이에는 스틸 다이아그리드(1.4m~2.0m 간격, 200x100mm~300x150mm 부재)가 설치되어 커튼월 시스템과 유리창을 견고하게 지지합니다.
• 독립적 열차 지지 시스템: 외부 뼈대와 별개로, Line 1 고가교(Viaduct)를 지지하는 거대한 Y자형 컬럼 시리즈가 적용되었습니다. 하부 층과 에스컬레이터는 이 컬럼의 상부 꺾인 부분에 연결되어 하중을 전달하며, 메트로 노선의 막대한 진동을 외피 구조와 완벽히 분리해 냅니다.

여기에 사막의 열팽창 변위를 유연하게 흡수하기 위해 특수 설계된 슬롯형 볼트(Slotted bolts)와 신축 가스켓(Expansion gaskets)을 적용하여, 외피와 내부를 이음새 없이(Seamlessly) 통합했습니다.

 

 

자립형 엑소스켈레톤

 

3. Result & Insight: 랜드마크를 넘어, AI 시대 건축계에 던지는 메시지

KAFD 메트로 스테이션은 기술, 예술, 그리고 환경적 요구가 하나의 유기체처럼 통합된 현대 건축의 경이로운 성취입니다. 파라메트릭 디자인부터 디지털 시공법인 DfMA와 BIM의 고도화된 연동(Rhino-Sofistik-Matlab)에 이르기까지, 이 프로젝트는 미래 도시가 추구해야 할 기술적 지향점을 명확히 보여주고 있습니다.

 

자하 하디드가 남긴 이 웅장한 유산 앞에 서면, 우리는 근본적인 질문을 마주하게 됩니다.

"우리는 기술로 자연의 극한을 일방적으로 정복할 것인가, 아니면 기술을 통해 자연과 공존하는 새로운 방식을 찾을 것인가?"

KAFD 프로젝트는 복잡한 형상을 억지로 구현하는 것이 아니라, 데이터를 기반으로 한 최적화(Optimization)와 정밀한 공장 제작을 통해 그 해답을 제시했습니다. AI와 스마트 건설 시대가 도래함에 따라, 설계 데이터를 오차 없이 제조와 조립으로 직결시키는 DfMA는 더 이상 선택적인 시공 옵션이 아닙니다. 비정형의 유려한 디자인을 가장 경제적이고, 친환경적이며, 안전하게 현실로 이끌어내는 필수 불가결한 '건축의 새로운 언어'입니다.

 

KAFD가 증명했듯, '디지털 연속성(Digital Continuity)'을 확보하는 DfMA를 기반으로 한 파사드 엔지니어링만이 다가올 미래 건축의 한계를 돌파할 유일한 열쇠일 것입니다.

 

[참고 문헌 및 출처]

• Tim Abrahams, "ZHA's magic gets Riyadh Metro off to a flying start", RIBAJ, 3 Dec 2024.
• Zaha Hadid Architects, King Abdullah Financial District (KAFD) Metro Station  

    * 본문 내 인포그래픽 이미지는 글의 이해를 돕기 위해 AI로 생성되었습니다.

 

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