안녕하세요, 비정형 건축 및 파사드 엔지니어링 전문 기업 위드웍스(WITHWORKS)입니다.
혹시 여행지에서 혹은 매체에서 자하 하디드(Zaha Hadid)나 프랭크 게리(Frank Gehry)의 건축물을 마주하고 압도된 경험이 있으신가요? 물결치듯 흐르는 곡선, 중력을 거스르는 듯한 비정형 파사드는 보는 이로 하여금 경이로움을 자아냅니다.
하지만 엔지니어의 시선에서 그 아름다운 곡선은 '도전' 그 자체입니다. 디자이너가 펜 끝으로 그려낸 자유로운 곡선을 딱딱한 물성의 건축 자재(유리, 금속 패널, UHPC 등)로 구현해 내는 과정은 물리적 한계와 경제적 비용이라는 거대한 벽을 넘어야 하기 때문이죠.
여기서 위드웍스의 치열한 고민이 시작됩니다.
"이 아름다운 디자인을 그대로 유지하면서,
합리적인 비용으로, 안전하게 지을 수는 없을까?"
1. 수학으로 푸는 건축의 난제: 3차원 곡면
건축에서 가장 비싼 요소 중 하나는 바로 '이중 곡면(Double Curved Surface)'입니다. 공(Ball)을 종이로 매끄럽게 감쌀 수 없듯이, 두 방향으로 휘어진 패널을 제작하려면 특수한 금형과 고가의 장비가 필요합니다.
만약 건물을 덮는 10,000장의 패널이 모두 제각각 다른 곡률을 가진다면 어떻게 될까요? 비용은 기하급수적으로 늘어나고, 공사 기간은 무한정 길어질 것입니다. **더 큰 문제는, 예산과 공기를 맞추기 위해 타협하다 보면 시공 품질이 낮아지고, 결국 설계자가 의도했던 디자인과는 전혀 다른 결과물이 만들어진다는 것입니다.**
두 프로젝트의 건축가는 COOP HIMMELB(L)AU로 같지만 완전히 다른 품질로 완성됨
하지만 난해한 도면 앞에서도 망설이지 마세요. 위드웍스는 복잡함을 명쾌함으로 바꾸는 솔루션입니다.
2. 해법: 제너레이티브 디자인과 최적화 (Rationalization)
위드웍스의 엔지니어들은 최적화 알고리즘(Optimization Algorithm) 과 파라메트릭 디자인(Parametric Design) 기술을 활용해 이 난제를 해결합니다. 특히 최적화 설계 단계에서 공사비(Cost)와 시공 품질(Quality)에 대한 면밀한 검토를 병행하여, 디자인 의도를 살리면서도 경제적이고 완성도 높은 결과를 도출합니다. 현재 우리는 이 기술을 통해 비정형 외장 패널의 설계를 최적화하고 있으며, 더 나아가 차세대 솔루션인 AI 기반 패널 최적화 기술을 연구하며 끊임없이 진화하고 있습니다.
"Flat pieces cost one dollar, single curvature pieces cost two dollars; double curvature pieces cost ten dollars."
(평면 부재가 1달러라면, 단일 곡면은 2달러, 이중 곡면은 10달러가 든다.)
- Frank Gehry (프랭크 게리)
① 비싸고 어려운 곡면을 '스마트한 곡면'으로 변환
자체 개발된 최적화 알고리즘이 3차원 형상을 정밀하게 분석합니다. 디자인의 원형(Aesthetic)을 해치지 않는 오차 범위 내에서, 제작이 어려운 '이중 곡면'을 제작이 쉬운 '단일 곡면(Single Curved)'이나 '평면(Flat)' 패널로 근사화(Approximation)시킵니다.
② 패턴의 발견과 모듈화 (DfMA)
무질서해 보이는 곡선 속에서 수학적 패턴을 찾아냅니다. 설계최적화 알고리즘을 이용하여 제작비용이 가장 많이 들어가는 2방향 곡면을 최소화하고, 전개가능한 트위스트 곡면, 평면패널로 최적화하여 공사비 절감 및 제조기간을 최소화합니다. 곡률에 따른 패널의 간격, 높이를 파라메트릭하게 조정하여 시공 품질이 2방향곡면과 큰 차이를 느끼지 못하도록 최적화 설계엔지니어링을 진행합니다.
이것이 바로 위드웍스가 추구하는 DfMA (Design for Manufacture and Assembly)의 핵심입니다. 공장에서 빠르고 정확하게 생산할 수 있도록 설계 단계부터 데이터를 제어하는 기술, 여기에 CNC T-BAR와 같은 정밀 가공 기술이 더해져 오차 없는 시공이 가능해집니다.
3. 보이지 않는 안전까지 설계하다: 알고리즘 기반 FEM 구조 해석
아무리 아름다운 디자인도 안전하지 않다면 건축물이 될 수 없습니다. 하지만 비정형 UHPC(초고성능 콘크리트) 패널, 3차원으로 비틀린 Twisted Tube System, 그리고 수천 개의 각기 다른 접합부 형상인 Smart Node System 등은 기존의 일반적인 해석 방법으로는 검증이 불가능한 영역입니다.
위드웍스는 알고리즘 기반의 FEM(유한요소해석) 자동화 기술을 통해 이 불가능을 가능으로 바꿉니다. 사람이 일일이 계산할 수 없는 복잡한 형상을 데이터 기반으로 정밀하게 스캔하고, 각 패널과 노드에 가해지는 풍하중, 적설하중, 열팽창 등을 시뮬레이션하여 구조적 안전성을 입증해 냅니다.
- 과설계 방지: 필요 이상으로 두꺼운 자재를 쓰지 않아 공사비를 절감합니다.
- 취약점 발견: 하중이 집중되는 위험 구간을 미리 찾아내어 Smart Node 등으로 보강합니다.
단순히 '튼튼하게' 짓는 것을 넘어, 데이터에 근거하여 '가장 효율적으로 안전하게' 짓는 것. 이것이 위드웍스 엔지니어링의 핵심입니다.
Beyond Structure, Toward Value
디자이너의 상상은 위드웍스의 Smart Node, CNC T-BAR , Twisted Tube 기술, 그리고 고도화된 구조 엔지니어링을 만나 비로소 현실의 건물이 됩니다. 단순히 형태를 만드는 것을 넘어, 경제적 가치와 시공의 안전성까지 확보하는 과정입니다.
가장 아름다운 건축물은 가장 스마트한 수학 위에서 탄생합니다.
여러분의 상상이 도면 위에 머물러 있다면, 위드웍스와 함께 현실로 끌어내 보세요.
"건축의 시공 품질은 검증된 과정(Process)에 비례합니다.
위드웍스는 기술적 근거를 바탕으로 새로운 건축적 가능성을 실현합니다."
오늘 읽은 내용, 도움이 되셨나요?
남들보다 앞선 건설 기술 트렌드를 놓치지 마세요.
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