[해외 건축 Insight] 세계 최대의 돔, '더 스피어(The Sphere)'

안녕하세요, 위드웍스(WITHWORKS)입니다.

전 세계 건축 및 엔지니어링 업계에서 가장 뜨거웠던 이슈를 하나 꼽자면, 단연 라스베이거스의 스카이라인을 재정의한 '더 스피어(The Sphere)'일 것입니다.

세계 최대의 구형 건축물, 더 스피어

 

 단순한 공연장을 넘어선  더스피어는 총공사비 23억 달러(약 3조 원)라는 막대한 자본과 5년에 걸친 건설 기간을 통해 완성되었습니다. 이는 라스베이거스 역사상 가장 비싼 엔터테인먼트 시설이자, 라이브 엔터테인먼트의 개념 자체를 재편하는 획기적인 기술의 집약체이며, 세계 최대 크기의 돔 건축물입니다. 

 

오늘은 이 기념비적인 건축물이 어떻게 불가능해 보이는 건축물을 현실로 만들어냈는지,  핵심인 DfMA 솔루션을 분석하고 그 인사이트를 공유하려고 합니다. 

 

🏗️ Project Overview

공식 명칭	The Sphere
위치	미국 네바다주 라스베이거스 (255 Sands Avenue)
설계사	Populous
시공사	AECOM
발주처	Sphere Entertainment Co.
규모	높이 366ft (약 112m), 지름 516ft (약 157m)
공사 기간	2018. 09 ~ 2023. 09 (약 5년)
총 공사비	23억 달러 (약 3조 원)

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Design Concept: 완벽한 구(球)의 구현과 난제

스피어의 모든 기술적 혁신은 그 독특한 구 형태의 건축 설계에서 비롯됩니다. 세계적인 스타디움 설계사 '파퓰러스(Populous)'는 미학적 완결성과 구조적 안정성이라는 두 가지 목표를 동시에 달성하기 위해 지오데식(Geodesic) 돔의 수학적 원리를 적용하여 설계되었습니다. 

 

이를 통해 내부 기둥이 전혀 없는 거대한 무주(無柱) 공간을 창조했으며, 이는 스피어의 몰입형 경험을 위한 필수적인 전제 조건이었습니다.

 

핵심은 '이중 구조(Dual Structrue)'

스피어 구조의 핵심은 공연장 본체와 외부 스크린 골격을 분리한 '이중 구조(Dual Structure)' 개념입니다.

• 내부 구조 (Inner Sphere): 관객석, 무대, 거대한 내부 LED 스크린 및 음향 시스템을 지지하는 핵심 공연장입니다. 외부의 하중과 독립적인 구조 시스템으로 되어 있습니다. 
• 외부 구조 (Exosphere): 외부 LED 디스플레이를 지지하는 독립적인 강철 다이아그리드(Diagrid) 스틸 구조체입니다. 삼각형 격자무늬의 이 구조는 하중을 효율적으로 분산시키며 구 형태를 유지하는 역할을 합니다.

단면도: 내외부 이중구조

 

 

두 구조는 서로 독립적으로 설계되었지만, 기초와 일부 지점에서 유기적으로 연결되어 상호작용합니다. 이러한 분리 설계 덕분에 바람이나 온도 변화 같은 외부 환경의 영향이 내부의 정밀한 공연 환경에 미치는 영향을 최소화하면서도, 전체 구조물의 안정성을 확보할 수 있도록 되어 있습니다. 

 

 특히 다이아그리드 시스템의 복잡한 3차원 곡면 구조를 정밀하게 완성하기 위해서  일반적인 현장 용접 방식이나 Fabricated Node 디테일을 적용하지 않고 주조용 노드를 사용하여 DfMA가 가능하도록 하였습니다. 

 

 

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 현장이 아닌 공장에서 짓다 (DfMA)

• 부품의 사전 제작 (Prefabrication)
  약 13,000톤에 달하는 강철 구조물 대부분은  전문 제작 공장에서 3D 모델링 데이터에 기반하여 정밀 가공되었습니다. 이렇게 제작된 부품들은 해상 및 육상 운송을 통해 라스베이거스 현장으로 옮겨져 마치 거대한 조립 키트처럼 결합되었습니다.
• 오차 최소화 (Tolerance Control)
  내부와 외부의 거대한 LED 스크린이 단 하나의 픽셀 오류처럼 보이는 뒤틀림 없이 완벽한 구면을 이루기 위해, 철골 구조의 제작 및 조립 허용 오차는 몇 밀리미터(mm) 이내로 엄격하게 관리되었습니다. 이는 16K 스크린의 왜곡, 이음새, 데드 픽셀을 방지하기 위한 타협 불가능한 조건이었습니다.
• 현장 작업 최소화 (Minimizing On-site Work)
  라스베이거스 사막의 극한 기후 속에서 이루어지는 현장 용접은 품질 저하와 공사 지연의 주요 원인이 될 수 있습니다. 이를 방지하기 위해 대부분의 접합부를 주조용 노드와 고장력 볼트 조립 방식으로 설계하여 공사 기간을 단축하고 균일한 품질을 확보했습니다.

 

🔗 핵심 기술:  '주조 노드'

특히, 비정형 건축에서 가장 기술적 난이도가 높은 부분은 수많은 파이프가 3차원 각도로 만나는 '접합부(Connection)'입니다. 스피어 프로젝트의 철골 제작을 맡은 W&W | AFCO Steel은 이 난제를 해결하기 위해 주조 노드 전문 업체인 Cast Connex에 엔지니어링 및 제작이 이루어졌습니다. 

 

복잡한 응력을 해소하고 정밀 시공을 가능케 한 주조 노드 by CAST CONNEX

 

주조용 노드로 정말하게 조립된 지오데식 돔

 

 

약 366피트(112m) 높이와 적도 기준 약 520피트(158m) 너비에 달하는 세계 최대 규모의 구형 구조체, 엑소스피어(Exosphere)를 완성하기 위해 총 368개의 특수 주조 노드(Cast Steel Nodes)가 사용되었습니다.

참여 기업	엔지니어링 & 공급: Cast Connex 철골 제작: W&W | AFCO Steel
핵심 부품 수량	엑소스피어용 주조 노드 368개 (다양한 형상 타입 적용)
개당 중량	1.6톤 ~ 7.2톤
재질 및 강도	구조용 주강 (인장강도 500~650 MPa)
제작 기간	약 2년 (설계, 정밀 주조, 운송 포함)

 

 이 노드들은 복잡한 형상을 일체형 주조(Casting)로 제작하여 응력 집중을 막았습니다. 또한 현장에서는 9,000개 이상의 표준화된 'Diablo Bolted Splice (DBS)' 커넥터를 사용하여 튜브형 강철 백업 구조물을 용접 없이 볼트 접합 방식으로 연결했습니다. 이러한 혁신적인 공법 덕분에 약 54,000㎡에 달하는 거대한 LED 스크린 프레임을 오차 없이, 안전하게 시공할 수 있었습니다.

 

 

주조용 노드와 용접형 노드의 비교 by CAST CONNEX

 

 

서울로봇인공지능과학관(RAIM)의 돔 철골 접합부 비교, WITHWORKS

RAIM은 더 스피어어 같이 정확한 구의 곡률을 가지고 있는 것이 아니라 타원형이었기 때문에 철골 부재마다 곡률이 다 달랐으며, 원형 철골의 접합 디테일에는 연결 부재와 같은 크기의 공장 용접형 노드를 제작하여 볼팅으로 각각 다른 곡률을 가진 원형 파이프를 조립하여 구형의 철골 구조가 완성되었습니다.  용접형 노드는  더 스피어 같은 주조형 노드에 비교하면 정밀도는 조금 낮지만, 철골의 형상 최적화를 통해 각각 다른 철골 부재를 정확한 곡률 값으로  제작하여 설치했기 때문에  형태의  변형이 비정형 외장 공사가 정밀하게 잘 마무리될 수 있었습니다.  특히 완전용입용접으로 접합부를 현장에서 용접 시공하는 것은  도면상으로는 가능해도 현실적으로 시공품질이 확보되지 않기 때문에 심각한 구조적인 문제가 발생할 수  있기 때문에 복잡한 철골 접합부는  반드시 3D 설계를 통해 현장 용접을 최소화하는 조립 디테일이 되어야 합니다. 

 

 

RAIM, 스틸 부재를 절단하여 노드 제작

RAIM, 기둥부분 접합부

RAIM, 비정형 외장 마감 공사

 

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100m 상공에서의 정밀 조립 (High-Precision Assembly)

공장에서 완벽하게 제작된 부품들이 현장에 도착했습니다. 하지만 지상에서 제작된 거대 부품들을 100미터가 넘는 상공에서 수 밀리미터 오차로 조립하는 것은 또 다른 차원의 도전이었으며, 이를 실현하기 위해 세계 최대 수준의 인양장비와 혁신적인 공법이 조화롭게 적용되었습니다.

초대형 크레인 (DEMAG CC-8800)의 투입

이 역사적인 조립을 위해 세계에서 4번째로 큰 크롤러 크레인이  현장에 투입되었는데(크레인 조립만  18일 소요), 이 장비는 최대 100톤이 넘는 돔 지붕 트러스(Truss)와 170톤에 달하는 압축 링(Compression Ring) 같은 초중량 부재를 정밀하게 인양하는 핵심 역할을 수행했습니다.

 

돔 지붕 트러스 압축링 구조체 설치

 

 

🚀Result & Insight

라스베이거스의 더 스피어는 "복잡하고 비정형적인 건축물일수록, 현장이 아닌 엔지니어링 단계에서 승부를 봐야 한다"는 DfMA의 철칙을 전 세계에 증명한 사례입니다. 더 스피어와 같은 모험적인 건축물을 성공시키기 위해서는 단순히 형태를 설계하는 것을 넘어, 이를 제작하고 조립 가능한 시스템으로 변환하는 DfMA 기반의 솔루션이 반드시 필요합니다.

 

국내 현실상 주조형 노드는 비노출 건축구조 공사에서는 거의 사용되지 않지만, 커튼월이나 용접부가 특히 복잡한 철골 디테일에서는 이야기가 달라집니다. 특히 비정형 접합부에서 용접 성능 확보에 어려움이 있을 경우, 초기 비용은 다소 상승할 수 있으나 중요한 구조 접합부의 안전성 확보를 위해 주조용 노드 적용이 필요합니다. 

 

복잡한 접합부에서 발생할 수 있는 피로 하중(Fatigue Loading)과 그로 인한 구조적 결함은 장기적인 유지관리 비용과 안전에 직결되기 때문에, 더 스피어 사례와 같은 시스템화된 주조 노드 기술은 위드웍스에서 적용하고 있는  비정형 커튼월(스마트노드) 뿐만아니라  메인 구조체에서도  접합부가 복잡할 경우 접합부 구조 안전을 위해 반드시 고려해야 할 부분입니다. 

 

상상을 현실로 만드는 힘은 '막연한 도전'이 아니라 '치밀한 엔지니어링'에서 나옵니다.

 

 

 

WITHWORKS DfMA SOLUTION

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