안녕하세요, 위드웍스(WITHWORKS)입니다.
고속도로 위를 달리다 보면 만나는 수많은 휴게소들. 하지만 세종포천고속도로의 '처인휴게소'는 조금 다릅니다. 하늘에서 내려다보면 마치 고속도로 위에 떠 있는 거대한 하트(Heart)나 뫼비우스의 띠를 연상케 하는 유려한 곡선이 특징입니다.
지하 1층, 지상 3층 규모(연면적 7,316.02㎡)의 이 건축물은 두 개의 기울어진 원통이 교차하며 만들어내는 비정형 디자인의 정수인데, 처인 휴게소 프로젝트 이전에 한국도로공사의 요청으로 몇 번의 DfMA 기술 세미나를 위드웍스에서 진행했습니다. 발주처에서는 이 프로젝트는 반드시 잘 완성해야 하는다는 강한 의지와 2D 도면으로 이 복잡한 디자인을 건축하는 것은 한계가 있다는 것을 누구보다도 잘 이해하고 있었기 때문에 위드웍스의 3D 엔지니어링 내용이 공사관계사들에게 충분히 잘 전달될 수 있었습니다.
오늘은 이러한 복잡한 형상의 건축물을 잘 완성하기 위해서 반드시 해야 하는 메인 구조체와 파사드의 관계를 검토하면서 진행한 위드웍스의 3D 엔지니어링 대한 내용을 이야기하고 그 인사이트를 공유하려고 합니다.
외장재 지지를 위한 철골 구조 검토 및 DfMA
DFMA를 위해 다음과 같은 사항들을 우선 검토하면서 3D 설계엔지니어링을 진행하였습니다.
- 메인 구조체와 파사드 간섭 체크 : 기존 건축설계 프로세스의 한계로 인해 메인 구조설계를 진행하는 구조사무소에서는 파사드 구조를 설계하지 않기 때문에 외장 구조체와의 이격거리는 고려하지 않고 설계될 때가 많은데, 우선 외장공사의 시공성이 나올 수 있는지 메인구조체와 파사드와의 간섭검토를 가장 우선 진행.
- 메인 구조부재 추가 및 위치 조정: 2D 도면에서는 보이지 않던 '누락된 구조 지점'을 찾아내어 메인구조체 추가 부재 설치를 진행하고, 외장재와의 이격거리가 너무 멀거나 가까운 부재는 위치를 수정하여 파사드 시공성과 구조성능이 확보되도록 함
- DfMA (Design for Manufacture and Assembly): 현장에서의 오차를 없애기 위해, 공장에서 정밀 제작(OSC)이 가능하도록 CATIA를 통한 외장 마감재 및 하지트러스의 CNC 가공이 가능한 3D 모델링 완성
시공 BIM을 통한 철골 부재 보강 및 최적화 설계
2D로 설계되는 비정형 프로젝트에서 늘 누락되면서 문제가 되는 부분이 바로 파사드 구조 지점에 대한 고려 없이 메인구조가 설계되어 있는 경우입니다. 아래 이미지와 같이 공사의 지연, 공사비 증액, 품질저하는 결국 파사드의 지지점을 전혀 고려하지 않은 메인구조설계의 문제에서 부터 시작됩니다. 그것이 공사관계자들의 분쟁으로 이어지기도 하는데, 이러한 부분을 최소화하기 위해서는 설계단계서부터 파사드 엔지니어링을 진행하여 메인 철골 구조설계에 반영하여 공사비 누락이 없으면서 파사드의 구조안전도 같이 확보될 수 있도록 하여야 합니다.
다행히 철골 제작단계에서 이러한 내용을 보완할 수 있었기 때문에 큰 공사비 증액이나 공기지연 없이 변경을 진행하여 메인 철골구조체의 제작설계에 반영할 수 있었습니다.
⭐️ 메인 철골 누락 및 추가 설치 사례-1, MBC 상암 신사옥 판매시설
커튼월과 비정형패널 경계부분에 파사드 구조체 지지를 위한 지지 구조체 누락으로 파사드 공사 시 추가 철골을 보강하였고, 앞뒤쪽 3D 형상으로 완성되는 부분에도 파사드 구조체의 지지점이 없어서 파사드 지지를 위한 철골 구조 부재 보강을 하였습니다. 마감 공사 단계에서 이러한 메인 철골 부재 보강을 할 경우, 공사비가 많이 상승하게 되고 공기지연 또한 발생할 수 있습니다.
⭐️ 메인 철골 누락 및 추가 설치 사례-2, 서천 국립생태원 생태체험관
원형 파이프의 입체 트러스 구조로 전시관 형상이 완성되었지만 지붕마감을 하기위한 지점에 대한 설계가 메인구조에 반영되지 않았고, 만약 메인 구조체에 추가 부재가 설치되지 않을 경우 외장공사에 심각한 문제가 발생하 수 있어서 메인구조체를 보강하여 비정형 내외장 일체형 모듈러 공법이 적용될 수 있도록 했습니다.
Result & Insight : 불확실성을 없애고 가치를 더하다
처인휴게소는 시공단계의 촉박한 일정에도 불구하고, 시공 BIM을 통해 2D로 완성된 설계 도서의 누락을 입체적으로 보완함으로써 공사비 증액을 최소화했고, 정확한 데이터를 기반으로 제작 및 시공이 이루어져 공사 기간을 준수할 수 있었습니다. 복잡한 비정형 건축물이지만 구조적 안전성과 미학적 완성도를 모두 이루어 낼 수 있었습니다.
일반적으로 메인구조설계를 진행하는 구조사무소에서 파사드 구조설계를 동시에 진행하지 않기 때문에 파사드 구조 지점 누락은 비정형 건축물에서 흔히 발생하는 문제라고 할 수 있습니다. 이런 문제를 해결하기 위해서는 설계단계에서부터 제작 및 시공을 고려하여 DfMA기반의 3D 설계엔지니어링을 통한 실시 설계 도서가 완성되게 되면, 시공단계에서 발생하는 공기지연, 공사비증액, 시공품질 불량등에 대한 문제들은 대부분 해결 할 수 있으며 아무리 형상이 복잡하고 어려운 건축물이더라도 건축물의 완성도는 높아질 수 있습니다.
설계단계에서부터 3D를 같이 병행하여 설계를 완성하는 것이 가장 최선이지만 어쩔 수 없이 2D로 진행했더라도 처인휴게소 프로젝트 사례와 같이 시공단계에서는 반드시 시공 BIM을 진행하여 경험에 의존하지 않고 정확한 3D 설계를 통해 2D 설계를 검토하고 보완하는 것이 프로젝트를 성공시킬 수 있는 가장 핵심입니다.
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