부산 북항의 랜드마크가 될 '부산 오페라하우스'. 마치 진주를 품은 조개처럼 유려한 곡선의 비정형 파사드는 보는 이들을 압도합니다. 하지만 건축 엔지니어의 시각에서 이 아름다움은 거대한 '기술적 도전(Challenge)'입니다. 수천 개의 서로 다른 크기를 가진 UHPC 외장재를 어떻게 구조적으로 안전하게, 그리고 정밀하게 지지할 수 있을까요?
오늘은 부산 오페라하우스 파사드 구현을 위해 검토되었던 3가지 핵심 공법(트위스트, 폴딩, 스마트노드)의 치열했던 구조 성능 검증 과정을 공개합니다. 비록 현장에는 원안 설계인 '트위스트 공법'이 적용되고 있지만, 대한건축학회의 객관적인 실험 데이터를 통해 위드웍스(WITHWORKS)의 '스마트 노드(Smart Node)' 기술이 보여준 압도적인 구조 성능을 되짚어보고자 합니다.
Challenge: 비정형 파사드, 연결의 미학이자 난제
부산 오페라하우스의 핵심은 '비정형성'입니다. 직선 부재들이 만나 곡면을 이루기 위해서는 연결 부위(Node)가 3차원으로 비틀어져야 합니다. 이를 구현하기 위해 세 가지 공법이 링 위에 올랐습니다.
- 트위스트 공법 (Twist Method): 곡선 부재를 레이저 용접하여 노드 없이 비정형 입면을 구현하는 방식 (원설계).
- 폴딩 공법 (Folding Method): 강판을 절곡(접음)하고 용접하여 노드 없이 구조체를 형성하는 방식 (시공사 제안).
- 스마트 노드 공법 (Smart Node Method): 3D 프린팅 기술로 주조된 노드를 사용하여 직선 부재를 정밀하게 연결하는 방식 (위드웍스 제안).
이 3가지 공법은 대한건축학회 주관하에 동일한 조건에서 엄격한 구조 성능 실험을 거쳤습니다. 과연 그 결과는 어땠을까요?
Solution: 데이터로 증명된 '스마트 노드'의 압승
실험 결과는 명확했습니다. 위드웍스의 스마트 노드 시스템은 압축, 인장, 휨 등 모든 핵심 구조 성능 평가에서 타 공법을 압도하는 결과를 보여주었습니다.
1. 압축 성능 (Compression Strength) - 튼튼함의 기초
건물의 하중을 버티는 힘인 압축 강도에서 스마트 노드는 독보적이었습니다.
- 스마트 노드: 3138.2 kN
- 트위스트: 2,636.0 kN
- 폴딩: 2,149.7 kN
스마트 노드는 폴딩 공법 대비 약 46% 더 우수한 압축 저항 능력을 증명했습니다. 이는 3D 프린팅 주조 기술을 통해 응력이 집중되는 부위를 매끄럽게 처리하고, 용접량을 최소화하여 재료 본연의 강성을 유지했기 때문입니다.
2. 인장 성능 (Tension Strength) - 2배 이상의 격차
부재가 당겨질 때 버티는 힘인 인장 성능에서의 격차는 더욱 극적입니다.
- 스마트 노드: 4,710.1 kN
- 트위스트: 2,056.8 kN
- 폴딩: 2,087.6 kN
"스마트 노드는 타 공법 대비 2배 이상 강력한 인장 강도를 기록했습니다. 특히 용접부 파단이 발생한 타 공법과 달리, 스마트 노드는 압도적인 구조적 안전성을 입증했습니다."
3. 면내 휨 성능 및 안전성 - 신뢰의 기술
바람이나 지진 등 외부 힘에 버티는 면내 휨 성능에서도 스마트 노드(1,605.1 kN)는 가장 우수한 결과를 보였습니다. 설계 하중 대비 얼마나 여유가 있는지를 나타내는 안전율(Safety Factor) 확보 측면에서 스마트 노드는 설계력 대비 6.65배의 안전성을 확보한 것으로 나타났습니다.
Why Smart Node? 기술적 차이의 비밀
왜 이런 차이가 발생했을까요? 해답은 DfMA(Design for Manufacture and Assembly)와 제작 방식에 있습니다.
| 구분 | 트위스트 (Twist) | 폴딩 (Folding) | 스마트 노드 (Smart Node) |
|---|---|---|---|
| 제작 방식 | 레이저 로봇 용접 | 절곡 + CO2 용접 | 3D 프린팅 주조 + 기성재 |
| 용접량 | 많음 (품질 관리 난이도 상) | 가장 많음 (열변형 우려) | 가장 적음 (품질 균일) |
| 구조적 특징 | 예각 접합부 용접 취약 우려 | 국부 좌굴 발생 가능성 | 복잡한 형상 일체화, 응력 분산 우수 |
스마트 노드는 복잡한 3차원 형상을 3D 프린팅 몰드를 이용해 '주조(Casting)' 방식으로 일체화하여 제작합니다. 억지로 철판을 휘거나 용접으로 이어 붙이는 방식에 비해 용접량이 획기적으로 줄어들고, 이는 곧 구조적 결함 가능성을 낮추는 결과로 이어집니다.
Result & Insight: 선택은 달랐어도, 기술은 남았다
최종적으로 부산 오페라하우스 현장에는 원안 설계인 '트위스트 공법'이 적용되어 시공 중입니다. 하지만 대한건축학회의 성능 검증 용역은 위드웍스에게 큰 의미를 남겼습니다.
바로 "가장 복잡한 비정형 건축물도 스마트 노드 기술이라면 가장 안전하게 구현할 수 있다"는 사실을 객관적인 데이터로 입증했기 때문입니다. 스마트 노드는 단순한 연결 부품이 아닙니다. 복잡한 비정형 디자인을 현실 세계에 가장 안전하고 정밀하게, 그리고 경제적으로 구현해내는 엔지니어링의 결정체입니다.
비정형 건축의 난제 앞에서 고민하고 계신가요? 구조적 안전성과 디자인의 자유, 두 마리 토끼를 잡는 해법은 위드웍스에 있습니다.
부산오페라 용역 보고서_대한건축학회.pdf
drive.google.com
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