디지털 패브리케이션을 적용한 재료디자인 표현과 공간 구축 방식의 관계 탐색

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투고일_2020.10.10 심사기간_2020.11.01-14 게재확정일_2020.12.11

디지털 패브리케이션을 적용한 재료디자인 표현과 공간 구축 방식의 관계 탐색

Exploring the Relationship between Material Design Expressions and Space-Building Methods with Digital Fabrication

임우창, 홍익대학교 대학원 / 이재규(교신저자), 홍익대학교 산업미술대학원 Lim, Woo Chang_Graduate School of Hongik University /

Lee, Jae Kyu(Corresponding author)_Hongik University Graduate School of Industrial Arts

차례 1. 서론

1.1. 연구의 배경과 목적 1.2. 연구의 범위 및 방법

2. 디지털 패브리케이션 고찰 2.1. 디지털 패브리케이션의 정의

2.2. 디지털 패브리케이션의 선행연구 고찰 2.3. 디지털 패브리케이션의 가공 방식 유형

3. 재료디자인 고찰 3.1. 재료디자인의 정의 3.2. 재료디자인의 표현 방식 3.2.2. 2차원적 표현 3.2.3. 2.5차원적 표현 3.2.3. 3차원적 표현

4. 공간 구축과 이음매 4.1. 공간 구축의 정의

4.2. 시대별 재료와 공간 구축의 변화 4.3. 디지털 기술과 공간 구축

4.4. 공간 구축 방식과 재료디자인의 관계 4.4.1. 공간 구축에서의 이음매

5. 사례분석

5.1. 사례분석 방법과 범위 5.2. 사례분석

5.3. 소결

6. 결론

References

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디지털 패브리케이션을 적용한 재료디자인 표현과 공간 구축 방식의 관계 탐색

Exploring the Relationship between Material Design Expressions and Space-Building Methods with Digital Fabrication

임우창, 홍익대학교 대학원 / 이재규(교신저자), 홍익대학교 산업미술대학원 Lim, Woo Chang_Graduate School of Hongik University /

Lee, Jae Kyu(Corresponding author)_Hongik University Graduate School of Industrial Arts

요약

중심어

디지털 패브리케이션 디지털 기술 재료디자인 공간 구축

오랜 기간 공간 구축 방식의 변화는 다른 분야보다 크지 않았지만, 21세기에 들어 기술의 발전을 바탕 으로 공간 구축 방식에 변화가 나타나고 있다. 특히 향상된 재료 가공 기술은 이전보다 효율적으로 공 간을 구축할 수 있게 했다. 이러한 변화 속에서 재료디자인의 개념이 등장했지만 많은 연구가 이루어 지고 있지 않은 실정이다. 따라서 본 연구에서는 디지털 패브리케이션이 적용된 재료디자인의 표현 방 식과 공간 구축 방식의 관계를 분석하고자 한다. 먼저 디지털 패브리케이션을 정의하고 재료디자인의 표현 방식을 분류하였다. 또한, 문헌을 통해 공간 구축의 개념과 방식에 대해 살펴보고 이를 바탕으로 디지털 패브리케이션이 적용된 공간을 분석하였다. 분석 결과 1)디지털 패브리케이션의 가공 방식은 절삭, 적층, 성형으로 정의되며 가공 방식에 따라 제작 기법이 분류된다. 재료디자인의 표현 방식은 2 차원적 표현 방식, 2.5차원적 표현 방식, 3차원적 표현 방식으로 분류된다. 2) 문헌을 통해 재료 간의 이음매를 연속성과 명확성으로 구분할 수 있으며, 재료를 서로 연결하여 공간을 둘러싸는 결구 구축 방식과 재료를 쌓아 올려 구축하는 절석 구축 방식으로 정의할 수 있다. 3)사례를 분석한 결과, 재료 디자인의 표현 방식에 따라 공간을 구축하는 방식에도 영향을 미치며, 모든 사례의 이음매 방식은 ‘연 속성’으로 동일하게 적용되어 이전 시대에서 정의된 건축의 정의와는 다른 특징을 나타냈다. 본 연구 는 디지털 패브리케이션이 적용된 재료디자인과 공간 구축의 관계성을 살펴보고자 하였으며, 디지털 기술을 적용한 공간 구축 방식을 모색했다는 점에 의의가 있다. 또한, 비정형 공간을 구축하기 위해 필수적인 재료디자인의 기초자료로 활용될 것으로 기대한다.

ABSTRACT

Keyword digital fabrication digital technology material design space construction

For a long time, the change in spatial construction methods had not been greater than in other

firelds, however in the 21

^st

century, changes are occurring in these methods based on advanced

technology. In particular, the improved material-processing technology allowed a more effective

construction of space than before. The concept of material design emerged amid such changes,

however, not many studies have been conducted on it. Therefore, in this study, we would like to

analyze the relationship between the presentation method and the spatial construction method of

material design with digital fabrication. First, we defined digital fabrication and classified the

expressive method of material design. Moreover, we examined the concept and the method of

spatial construction through literature, and based on this, selected and analyzed the space applied

with digital fabrication. The analysis result revealed that 1)the processing method of digital

fabrication is defined as cutting, laminating, molding, and manufacturing technique is classified by

the processing method. In addition, the expressive method of material design is classified into

classified into 2D, 2.5D, and 3D methods 2)Through literature, we could distinguish the joint

between the materials as continuity and clarity, and define the spatial construction method as the

frame construction method, in which interconnected materials surround the space, and the ashlar

construction method, in which materials are stacked up for construction. 3)As a result of

analyzing the case, we found that it also affects the way space is built according to the way the

material design is expressed. In addition, the jointing method in all cases was applied the same

as 'continuity', showing a different characteristic from the definition of architecture defined in the

previous era. This study sought to examine the relationship between material designs applied

with digital fabrication and spatial construction, and has significance in seeking spatial

construction methods applying digital technology in the future. Moreover, we expect it to be

utilized as basic data on the material design essential for building atypical space.

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1. 서론

1.1. 연구의 배경과 목적

인간은 산업혁명 이전까지 공간 구축에서의 재료를 주로 구조재로 한정하여 활용하였으나, 산 업혁명 이후, 기술의 발전을 바탕으로 재료의 목적과 의미에 큰 변화를 만들어내며 구조재로써 의 역할뿐만 아니라 장식성과 공간의 정체성을 확립하는 역할까지 확대하고 있다. 특히 21세기 로 들어서면서 과거와는 다르게 기존의 재료들은 디지털 설계와 디지털 가공 기술로 새롭게 표현되거나, 경제적인 방식으로 가공되어 공간이 구축될 수 있게 디자인되었다. 이뿐만 아니라, 공간 내외부의 환경에 적응하거나 인간에 반응하는 스마트 재료가 개발되어 적용되고 있는 상황이다. 이러한 변화 속에서 재료에 대한 관심이 커지고 기술이 발달됨으로써 재료에 대한 새로운 해석이 나오기 시작했다. 하지만 무궁무진한 가능성과 필요성에 비해 디지털 패브리케 이션이 적용된 재료디자인에 대한 프로젝트와 연구는 부족한 실정이며, 디지털 패브리케이션 을 적용하여 공간을 구축하는 데 많은 문제점이 생기는 것 또한 사실이다. 따라서 본 연구에서 는 디지털 패브리케이션 기법을 활용한 재료디자인의 표현 방식을 고찰하고 문헌과 사례를 통해 재료디자인의 표현 방식이 공간 구축 방식과 어떠한 관계가 있는지를 분석하여 디지털 패브리케이션을 통한 공간 구축 방식의 가능성을 탐구하고자 한다. 또한, 본 연구가 디지털 패브리케이션을 적용한 프로젝트에서 시행착오를 줄이고 재료디자인에 대한 이해를 넓히는 기초자료로 활용될 것으로 기대한다.

1.2. 연구의 범위 및 방법

본 연구는 디지털 패브리케이션 기법을 이용한 재료디자인에 대한 개념과 표현 방식을 정의하 고 공간 구축 방식에 어떠한 영향을 미치는지를 살펴보기 위함이며, 앞서 언급된 재료디자인은 디지털 패브리케이션이 적용된 재료의 디자인으로 한정한다. 연구 방법은 다음과 같은 과정을 통해 진행되었다.

첫째, 디지털 패브리케이션 기술을 정의하고, 선행연구 분석을 통해 2010년 이후 연구의 동향 을 분석하고자 한다.

둘째, 재료디자인을 정의한 후, 논문과 서적을 근거로 재료디자인의 표현 방식을 도출한다.

셋째, 문헌 조사를 통해 공간 구축을 정의하고 기존 건축에서 나타나는 공간의 구축 방식과 이음매에 대해 정리한 고트프리트 젬퍼의 이론을 탐구하여 사례의 틀로 활용한다.

넷째, 문헌을 통해 도출된 재료디자인의 표현 방식이 공간 구축에 어떠한 영향을 미치는지를 탐구하기 위해 사례를 들어 분석한다. 대상은 2010년 이후 발표된 디지털 패브리케이션에 관한 논문에서 자주 언급된 공간을 사례로 선정하였으며, 재료디자인과 구축 방식을 확인할 수 있는 자료가 포함된 것으로 한정하였다. 또한, 실험적 성격이 강한 파빌리온과 프로토타입의 공간은 제외하였다.

2. 디지털 패브리케이션 고찰 2.1. 디지털 패브리케이션의 정의

디지털 패브리케이션(Digital Fabrication)은 디지털 기술을 적용하여 설계에서 재료의 가공, 공간 구축까지 일련의 과정을 데이터의 손실 없이 체계적으로 관리하는 과정을 말한다. 건축 분야에 적용되기 이전부터 항공이나 자동차와 같은 첨단 기술 분야의 산업에서는 복잡하고 정교한 형태의 제품을 생산하기 위해 디지털 패브리케이션을 활용하였다. <Figure 1>은 디지 털 패브리케이션의 과정을 표현한 것으로써, 먼저 디자인 개념이 설정되면 CAD(Computer Aided Design)와 라이너서러스(Rhinoceros) 등과 같은 디지털 모델링 프로그램을 이용해 디 지털 데이터를 생성한다. 필요에 따라 시뮬레이션 과정을 거치게 되며, 재료의 물성과 가공 방식에 적합하도록 디지털 데이터를 변환하여 CAM(Computer Aided Manufacturing)으로 전 달된다. CAM에서는 디지털 기계가 데이터를 바탕으로 가공할 수 있도록 적합한 설정값을 입력 하게 된다. 설정된 데이터는 CNC (Computer Numerically Controlled), 3D Printer 등의 가공

<Figure 1> Digital - Fabrication Process

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기계로 전달되어 정확하고 빠르게 재료를 가공하는 근거가 된다. <Figure 2>는 기존의 디자인 프로세스이다. 기존의 디자인 프로세스는 분할되고 일방적인 방식으로 진행되지만, 디지털 패 브리케이션은 모든 과정이 유기적이고 체계적인 관계를 형성하며 유지된다. 즉, 디지털 데이터 를 기반으로 하는 프로세스이기 때문에 문제가 발생되면 전 단계로 빠르게 이동해 문제점을 해결할 수 있다. 또한, 디자이너는 데이터를 쉽게 관리할 수 있게 됨으로써 모든 과정을 유연하 게 제어하는 역할을 하게 된다. 이는 공간을 구축하는 과정에서 디지털 패브리케이션이 디자이 너의 창의적 상상을 구체화하는 강력한 수단이 된다.

2.2. 디지털 패브리케이션의 선행연구 고찰

앞서 살펴본 바와 같이 디지털 패브리케이션은 전통적인 가공 방식에서 탈피하여 디자이너에 게 새로운 역할을 부여하였으며, 이러한 가능성을 바탕으로 국내에서는 2010년 본격적인 연구 가 시작됐다. 다음의 <Table 1>은 2010년 이후 디지털 패브리케이션에 관한 국내 논문들 중에서 건축과 관련된 것으로써, 연구 내용, 평가 관점 및 지향점, 키워드로 정리하였다.

선행연구를 분석한 결과, 디지털 패브리케이션의 프로세스에 관한 연구는 12개의 연구 중 5개

연구자 제목 연구 내용 평가 관점 및 지향점 키워드

신상진 외 3명 (2014)

현대건축에서 나타나는 신체의 의미 확장과 디지털 패브리케이션의

상호관계에 관한 연구

매체화된 신체의 개념과 디지털 패브리케이션 기술을 통한 구축 방식의 관련성을 정의하여 건축에서의 신체가 가지는 의미를 새롭게 정의

소규모 파빌리온의 구축 방식에 따른

신체 매체화 특성과의 관계성 정의 구축

장수정 외 5명 (2015)

디지털 디자인 및 패브리케이션 프로세스의 합리화 과정에 관한 연구 - 인테리어 패널 디자인 및

제작 사례를 기반으로

디지털 패브리케이션 프로세스의 개념적 접근을 목적으로 통합적 접근의 일환으로써 합리화(Rationalization)의 개념을 제시하고자

인테리어 패널 제작

디지털 패브리케이션의 프로세스를 비정형 및 기하학적 모델에 적용한 연구모형을 제안하여 실제 제작 가능성

제안

프로세스, 제작 기법

이진국 외 3명 (2015)

디지털 디자인 및 패브리케이션 통합 스튜디오 교육 사례 소개 -조지아텍 디지털빌딩랩에서의

인테리어패널 제작

디지털 패브리케이션의 5가지 방식을 적용하여 실제 인테리어패널의 제작 과정 및 그 결과물

사례 소개

동일한 디지털 테이터를 5가지의 방식이 어떻게 표현되는지를 보여주며 고유의

특성을 분석하고 가능성 제안

제작 기법

송규만 (2016)

Sectioning(단면나누기)에 의한 비정형 디자인 구현과 제작 기법

연구

건축 분야에 있어서 Sectioning의 정의를 살펴보고 해당 기법의의 분류체계에 따라

다양한 기존 사례들을 분석

Sectioning 구조를 분석하여 이를 적용한

디자인 제안 제작 기법

함남혁 외 5명 (2018)

디지털 패브리케이션 전문 건설업체 역할 및 성과 분석 - 비정형 포디움

시공 사례를 중심으로 -

비정형 포디움 시공사례를 분석하고 디지털 패브리케이션 전문 회사의 성과를 정량 분석,

디지털 패브리케이션을 적용했을 경우의

사례를 분석하여 가능성 제안 사례분석

유재원 외 1명 (2018)

디지털 패브리케이션을 통한 평면적 재입체화의 전략 및 조형특성 연구

디지털 조형의 생성과 제작에 있어 디지털 패브리케이션의 가능성을 밝히기 위해 사례를

통해 분석

디지털 패브리케이션의 프로세스가 적용된 사례 분석을 통해 가능성 제안

프로세스 제작 기법

정의석 외 9명 (2018)

건설 프로젝트에서 디지털 패브리케이션의 프로젝트 이점에

대한 사례 연구

디지털 패브리케이션의 프로세스가 적용된 사례를 PMBOK를 적용하여 분석

사례를 PMBOKF를 적용하여 분석 사례분석

정재횐 외 3명 (2018)

Lean startup 방법을 적용한 디지털 패브리케이션 통합 건축 설계

프로세스

Lean startup 방법을 적용한 새로운 건축 프로세스 개발

도로시설물을 사례로 ‘린스타트업 모델’을 적용하여 건축 설계안 도출 확인

프로세스 설계

정의석 (2019)

PMBOK의 관련항목별 디지털 패브리케이션 적용 비정형 건축물

프로젝트 성과 측정

디지털 패브리케이션 기법이 적용된 27개의 사례를 PMBOK를 기반으로 평가 분석

사례를 PMBOKF를 적용하여 분석 사례분석

박한희 (2019)

새로운 시공기술의 도입과 복잡한 건축형상의 구현을 위한 건축도면의

변화

비정형 형태에 대한 기존 도면의 비효율성을

해결하기 위해 사례를 통해 표현요소 도출 비정형 공간에 적합한 설계방식 도출 설계

김진호 사례 분석을 통한 프리캐스트 입면 디지털 생산기술의 변화와 그에 따른 프리캐스트 공법이 적용된 사례를 프로세스

<Table 1> Analysis of Pre-Study on Digital Fabrication

<Figure 2> General Design Process

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로 제작 기법에 관한 연구, 5개와 함께 가장 많았으며, 사례분석은 3개, 구축에 관한 연구 2개, 설계안 도출 연구 2개로 디지털 패브리케이션의 프로세스와 제작 기법에 관한 연구가 주로 이루어지고 있는 것을 확인하였다. 이어서 디지털 패브리케이션이 적용된 사례 연구를 바탕으 로 디지털 기술의 발전 가능성을 검증하고 있다. 특히 2018년 이후의 논문에서는 실제 구축된 대규모 프로젝트를 사례로 선정하여 디지털 패브리케이션의 실현 가능성에 초점을 맞춰 연구 가 진행되고 있음을 알 수 있었다. 하지만 디지털 패브리케이션을 적용한 재료디자인에 대한 깊이 있는 연구는 미흡한 것으로 볼 수 있다. 따라서 본 연구에서는 디지털 패브리케이션과 재료디자인에 따른 공간 구축의 관계를 연구하고자 한다.

2.3. 디지털 패브리케이션의 가공방식 유형

1952년 미국에서 최초로 치수 제어 기술을 적용하여 재료를 가공하는 NC공작기계(Numerical Control Machine)를 개발하였으며, 이를 시작으로 현재는 하나의 컴퓨터에 여러 대의 NC공작 기계를 연결하여 한 번에 통제할 수 있는 DNC(Direct Numerical Control Machine) 기술까지 상용화되었다. 이러한 과정에서 공통적으로 적용되는 점은 가공되는 재료의 물성과 가공 기계 의 특성에 따라 가공하는 방식이 달라진다는 것이다. 가공하는 방식에 따라 디지털 패브리케이 션의 가공 방식 유형을 크게 절삭가공, 적층가공, 성형가공으로 분류할 수 있다. 리사 이와모토 (Lisa Iwamoto, 2011)의 저서 《디지털 패브리케이션》 에서는 가공 방식에 따라 제작 기법을 단면자르기(Sectioning), 쪽매맞추기(Tessellation), 접기(Folding), 윤곽형성(Contouring), 성형(Forming) 으로 정의하였다. 다음의 <Table 2>는 《디지털 패브리케이션》을 바탕으로 가공 방식과 재료, 가공 기계, 제작 기법을 분류한 것이다.

가공 방식 특징 재료 가공 기계 제작 기법

절삭

가장 보편적인 방식으로 재료를

자르거나 깎는 방식이다.

목재, 금속, 아크릴, 유리, 종이, 플라스틱,

석재 등 대부분의 재료

CNC Milling, CNC Laser, CNC Robot, CNC Plasma,

Water-jet

Sectioning, Tessellation,

Folding, Contouring,

Forming

적층 재료를 쌓아 형태를 만드는 방식이다.

플라스틱, 목재, 콘크리트, 금속

3D Printer, CNC Robot

Sectioning, Contouring

성형

형틀을 제작하여 재료를 주입하는

방식이다.

플라스틱, 콘크리트, 금속

Vacuum Forming, Superming, CNC Bendig

Machine

Forming

<Table 2> Classification by Processing Method of Digital Fabrication

‘절삭’은 재료를 자르거나 깎아내는 과정을 거쳐 원하는 부재를 생산하는 방식이다. 가공성이 좋은 평면의 목재를 주로 사용하며 최근에는 철재와 유리 등 다양한 재료가 사용된다. 또한, 5가지의 제작 기법을 모두 적용할 수 있어 활용성이 높은 가공 방식이다. ‘적층’은 재료를 쌓아 형태를 만드는 방식으로 목재와 금속을 주로 가공하며 3D Printer를 활용할 경우, 다양한 종류 의 필라멘트도 사용할 수 있다. 신속하고 다양한 표현을 할 수 있는 것이 특징이며 단면자르기 (Sectioning), 윤곽형성(Contouring) 제작 기법이 적용된다. ‘성형’은 CNC로 형틀을 제작하여

(2019) 디지털 설계 및 패브리케이션 전략 건축프로세스의 의미를 살펴보고 디지털 패브리케이션의 특화된 전략 도출

바탕으로 디지털 패브리케이션의 이점과

기존 공법의 강화 가능성 제시 제작 기법

이동윤

(2020) 디지털 건축 디자인 프로세스 연구 건축에서 디지털 기술의 사용으로 인해 달라진 변화와 가능성을 탐구

디지털 디자인 프로세스에 영향을 미치는 포퍼먼스와 텍토닉을 기준으로 문헌과 사례를 통해 분석한 뒤 각각의 요소와

관계를 분석

프로세스 구축

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부재를 생산하는 방식으로 열에 의해 가공되는 재료에 압력을 가하거나 액체 형태의 재료를 형틀에 주입한다. 성형(Forming) 제작 기법이 해당되며, 건축 분야에서 가장 많이 적용되는 방식이다. 이처럼 가공 방식에 따라 가공 가능한 재료가 결정되고, 사용되는 기계와 적용되는 제작 기법에 영향을 미치며 달라진다.

3. 재료디자인 고찰 3.1. 재료디자인의 정의

인간이 처음 공간을 구축하기 시작했을 때부터 지금까지 효율성, 지속가능성, 경제성, 이 세 가지는 재료에 지속적으로 요구되는 사항이다. 하지만 빠른 변화와 다양성이 추구되는 오늘날 에는 이러한 요구가 더욱 증대됐으며 이를 충족시키기 위해 디지털 기술을 앞세운 새로운 시도 들이 이루어지고 있다(Sauer & Christiane 2010). 디지털 패브리케이션이 기존 재료에 대한 새로운 변화를 만들어냄으로써 재료의 표현이 자유로워져 다양한 형태의 공간이 좀 더 쉽게 구축되는 상황이다. 이와 같은 과정에서 이전과는 다른 재료디자인의 개념이 등장했다. 단순히 재료에 디자인을 적용하는 것이 아닌, 디지털 기술을 바탕으로 기존 재료의 잠재성과 디자이너 의 의도를 조합해 새로운 물성을 만들고, 재료를 통한 지속가능한 변화 등을 포착하는 것이 디지털 시대의 재료디자인의 정의다(Schropfer,2010/ 2013). 즉, 기술적 능력의 진화가 재료 의 혁신으로 이어지며, 재료에 대한 기대와 역할을 새롭게 정의할 수 있게 된 것이다. 일례로

<Figure 3> 브로드 아트 뮤지엄(The Broad Art Museum)은 특수콘크리트 재료를 사용하여 정교하게 연결된 벌집 모양의 다공질 패널을 만들었으며 경량의 재료를 사용한 것처럼 하여 외골격 구조의 공간을 구축했다. 이는 기존 콘크리트에 대한 새로운 접근이 있었기 때문에 가능 했다.

3.2. 재료디자인의 표현 방식

공간 구축에서 재료디자인의 표현은 건축물의 외피나 실내 구조물의 표피의 개념으로서 재료 가 공간에 미치는 영향이라고 할 수 있다. 또한, 디지털 시대의 표피는 이전 시대에서 보지 못한 구조적 기능과 예술적 영역을 동시에 담당한다(Lee, H., 2008). 이는 디지털 패브리케이 션 기법을 바탕으로 신속하고 정확하게 재료를 가공하여 디자이너의 창의적 발상을 좀 더 쉽게 구현했기 때문이다. 즉, 공간을 구축하는 과정에서 재료디자인의 중요성이 커지고 있으며 재료 디자인의 표현 방식에 주목해야 한다. 다음의 <Table 3>은 디지털 패브리케이션 기법이 적용 된 재료디자인의 표현 방식을 선행연구와 서적을 바탕으로 정리하였다.

연구자(연도) 제목 연구 내용 표현 방식

최순용, 김진균(2009)

디지털 텍스쳐라이징 기술을 통한 물성 구축 연구

디지털 가공 기술과 현대 재료의 관계에서 어떤 구축과정을 거쳐 공간을

생산하는지에 대한 연구

거푸집, 산화부식동판술 디지털 타공, 구김, 절삭

박정주 (2010)

디지털 물성을 이용한 모듈화 표피 생성 방법 연구

디지털 기술을 바탕으로 실질적 구축 방식에 관한 연구

이미지의 디지털화, 적층, 타공 류호창

(2010)

디지털 건축에서 나타나는 재료의 기술적 표현 유형 및 특성

디지털 가공기술에 의한 재료의 물성적 표현에 관한 연구

디지털 이미지 조판, 타공 구김, 거푸집, 적층

토머스 슈레퍼

(2013) 재료디자인

예술적 작업과 실질적 프로젝트에서 나타나는 재료 트렌드를 전문가들이

논의한 내용을 정리

배열, 접합 직조, 모듈

김성욱, 남기정, 조성용(2016)

디지털 기술을 활용한 건축 외피 재료의 물성 표현 연구

디지털 기법을 분석하고 재료와 디지털 프로세스의 관계를 해석하기 위한 연구

디지털 이미지 투영, 디지털 타공, 구김, 적층

<Table 3> Preliminary Study on Expression Method of Material Design

<Figure 3> The Broad Art Museum

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선행연구를 바탕으로 재료디자인의 표현 방식을 분석한 결과 사용되는 용어의 차이는 있지만 공통적으로 정의된 재료디자인의 표현 방식은 크게 3가지로 분류할 수 있다. 첫째, 평면의 재료 위에 이미지를 투영하거나, 디지털 타공 하는 방식. 둘째, 평면의 재료를 정교하게 조각하거나 적층, 구기는 방식. 셋째, 디지털 거푸집을 제작한 뒤 부재를 생산하여 형태를 이루는 표현 방식이다. 본 연구에서는 첫째, 2차원적 표현, 둘째, 2.5차원적 표현, 셋째, 3차원적 표현으로 정의하였다.

3.2.1. 2차원적 표현

과거에는 예술가나 전문 기술자가 재료 위에 조각하거나 그리는 작업을 통해 오랜 기간을 거쳐 결과를 만들었지만 디지털 시대에서는 디자이너의 상상을 CNC Laser, CNC Milling 등의 가공 기계를 활용하여 석재, 목재, 금속 등 다양한 재료 위에 자유롭게 디자인하고 신속하게 가공하 여 결과를 만들어낸다. 이 중 가장 보편적인 방식인 ‘이미지 투영’ 표현 방식은 평면의 재료 위에 특정한 이미지를 인쇄하거나 부식 등의 화학 처리하여 재료의 물성을 표현하는 대신 이미 지를 전달한다(Nam, G., 2015). 이미지 투영 방식은 <Figure 4> 네덜란드 음향·비전 연구소 (Netherlands Institute for Sound and Vision)에서 살펴볼 수 있는데, 이미지가 인쇄된 패널로 파사드를 형성하고 있다. 또한, ‘디지털 타공’ 표현 방식은 디지털 프로그램에서 제작된 이미지 를 패턴화하여 금속과 목재 등 가공성이 용이한 평면 재료에 타공하여 물성의 변화를 만들며 이미지를 표현하는 방식이다. <Figure 5>는 일키르 그라펜스타덴 (Illkirch Graffenstaden) 시청에 설치된 곡선 형태의 연회장으로 스테인레스 스틸의 패널로 마감되어 디지털 타공의 특징을 볼 수 있다. 각각의 패널은 일정한 패턴으로 타공되어 재료의 고유한 물성과 공간의 경계를 모호하게 한다. 이러한 타공 표현 방식은 구조적인 역할보다 공간의 장식적인 표피의 역할을 하는 것으로 보인다.

3.2.2. 2.5차원적 표현

‘조각’하기는 디자인된 이미지를 정확한 치수에 따라 적당량의 강도와 깊이로 음각 또는 양각으 로 새기는 표현 방식이다. 2차원적 표현의 타공 방식과 유사하지만 높이의 차이를 표현한다.

그렇기 때문에 이미지를 이루게 될 픽셀은 크기와 각도가 입체적이게 되며 명암의 정도에 따라 다양한 시각적 요소를 제공한다. 이 과정을 통해 빛과 그림자의 상호 작용을 이끌어내어 이미지 를 완성한다(Sauer & Christiane 2010). <Figure 6> 이탈리아 마르시아나 레스토랑 (marciana ristorante venezia)의 파티션은 석재를 조각하듯 가공하여 바닷가의 바닥을 연상시 킨다. ‘적층’의 경우 크게 두 가지로 분류할 수 있는데 첫째는 기존의 재료를 가공하여 쌓는 방식이다. CNC Robot 또는 드론 등을 이용하며, 정확한 치수로 재료를 일정한 간격과 각도로 배치한다. 특히 CNC Robot의 경우 정밀하고 신속하며 여러 방향으로 회전하여 재료를 비교적 자유롭게 배치할 수 있다. 이러한 특징으로 곡선이나 복잡한 형태를 생성할 수 있게 된다. 즉 전통적인 재료의 특성에서 발생하는 제약 조건을 넘어서며 비정형화된 패턴들을 만들어낸다 (Iwamoto, 2011). <Figure 7> 카타르 국립박물관(National Museum of Qatar)의 내부는 장 누벨에 의해 완성되었다. 목재를 사용하여 적층하는 표현 방식으로 동굴의 모습을 연출했다.

두 번째 방식은 3D Printing의 레이어드 압출 인쇄 방식을 활용하는 것인데 시멘트나 플라스틱 등의 재료를 쌓아 표현하는 방식이다. 기존의 시멘트를 활용한 공간 구축 방식은 거푸집을 만들 어 재료를 주입한 후 굳히는 방식인 반면에 3D Printing은 거푸집 없이 복잡한 형태를 자동화된 방식으로 적층하여 표현한다. <Figure 8> 뮌헨 독일박물관(Deutsches Museum)은 3D Printing 기법을 통해 물결모양의 파사드를 구축한 사례이다. ‘구김’ 표현 방식은 평면의 금속 재료를 구겨 반입체적인 부재로 만들어낸다. 고유의 색감과 반사성을 가진 금속은 불규칙적이 거나 계획적으로 정교하게 구겨지는 과정을 통해 재료의 고유한 물성을 변화시킨다. 구김 표현 방식은 구조체의 역할보다 패널화되어 표피로서의 역할을 하게 된다. <Figure 9> 헤르조그 &

드 뮤론의 메시 바젤(Neue Messe Basel) 전시관은 위치에 따라 접히는 정도의 차이가 발생되는

<Figure 4> Netherlands Institute for Sound and Vision : Image Projection

<Figure 6> Marciana Ristorante Venezia : Sculpture

<Figure 7> National Museum of Qatar : Lamination

<Figure 9> Neue Messe Basel : Wrinkle

<Figure 5> Illkirch Graffenstaden : Digital Punching

<Figure 8> Deutsches Museum : 3D Printing

(8)

알루미늄 패널로 마감되어 있다. 보는 위치에 따라 달라지는 표피는 시각적 다양성을 제공한다.

3.2.3. 3차원적 표현

현대 공간의 특징 중 하나는 하나의 유동적인 단일 면으로 공간을 형성하며 구조체의 역할과 표피의 역할을 동시에 하는 것이다. 이러한 구조를 구축하기 위해서는 재료 간의 연속성이 필요 하며 이러한 문제점을 해결하기 위한 대안으로 CNC로 가공된 거푸집에 액체 형태의 유동성 재료를 부어 응고시킨 부재를 생산하는 것이다. 즉, 이 방식은 디지털 가공된 거푸집의 형태와 재료의 특성에 따라 독특하고 창의적인 형태의 부재를 필요한 수량만큼 생산할 수 있는 것 이다(Sauer & Christiane 2010). 이후, 생산된 부재들을 서로 연결하고 연결된 부분은 같은 재료로 덮은 후 연결 부위가 자연스럽게 사라질 때까지 샌딩(Sanding)하여 하나의 단일 면을 형성하도록 하여 공간을 구축한다. <Figure 10> 캡 리나 데 볼스(CAP Llinars del Valles)는

‘디지털 거푸집’의 사례로, 두 종류의 디지털 거푸집에 특수콘크리트를 주입하여 패널을 제작한 후 파사드에 적용하였다. 다공질의 패널은 외부와 내부를 이어주며 경계를 허무는 역할을 한다.

4. 공간 구축과 이음매 4.1. 공간 구축의 정의

구축(構築)은 물리적인 구조물을 쌓아 올려 만들거나 체계, 체제 등의 기초를 쌓는다는 것을 뜻하는 것으로 재료와 같이 건축의 작은 요소부터 부재의 접합, 구조, 건설 등의 개념까지 모두 포함하며 이러한 요소들의 관계를 말한다. 즉, 각 요소 간의 합리적인 질서와 체계를 제공해 공간을 형성하는 것이라 할 수 있다(Um, H., & Kim, M., 2005). 또한, 구축은 ‘Tectonic’이라 는 용어로 표현되기도 한다. 목수나 건축가를 뜻하는 그리스어의 ‘tekton’이 기원이며 목공에서 의 수공예를 뜻하는 산스크리트어 ‘taksan’과도 관련이 있다. 이는 고대 그리스 문학에서 추상 적인 의미로 확장되었다. 기원전 10세기경, 호메로스(Homer)의 시에서는 건설의 예술(art of construction)이라는 의미로 사용되었으며, 기원전 5세기경 사포(Sappho)의 시에서는 시인 (the poet)의 개념으로 사용되었다(Yang, M., 2006). 이처럼 구축은 단순히 작업과 재료의 결합에 의한 건축적 의미뿐만 아니라 예술의 의미를 내포하고 있는 것으로 보인다. 즉, 물리적 요소와 미적인 요소의 결합인 것이다.

4.2. 시대별 재료와 공간 구축의 변화

공간 구축에 사용되는 재료는 시대와 문화, 기술의 발달 등의 요소에 따라 변화했으며 그로 인해 시대마다 재료의 쓰임과 형태가 달라졌다. 고대에는 짐승의 뼈나, 나무, 흙, 돌 등 운반이 쉽고 가공성이 좋은 자연 재료를 쌓는 방식으로 공간을 구축하였으며, 금속공구를 사용하기 시작한 청동기 시대, 철기 시대를 거치며 석재를 좀 더 진보된 방식으로 가공하게 되었다. 이후 아치, 볼트, 돔 등의 시스템이 발달함에 따라 대규모의 공간을 구축할 수 있게 되었으며 산업혁 명 이전까지 구조재뿐만 아니라 마감재로 중요한 역할을 하였다(SAKU, 2018). 18세기 후반 부터 영국을 시작으로 한 산업혁명 시대에서는 철이 대량생산되어 석재를 빠르게 대체하였으 며, Beam의 발명으로 이어져 새로운 건축 기술과 양식을 만들어냈다. 또한, 기원전 2000년경 에 처음 생산된 유리는 판유리 방식으로 생산되면서 건축 재료로서 보급되기 시작하며 철근과 유리는 초고층 건물의 핵심 재료가 됐다. 또한, 모든 과정은 세분화 · 전문화되어 분업화되는 생산 프로세스를 구축하게 된다. 하지만 산업화 이후 오랜 시간 고착된 공간 구축 방식에서 현재는 디지털 프로그램을 활용해 공간을 설계하고, 기존의 재료를 CNC, 3D 프린팅 등의 디지 털 가공 기계로 정밀하게 가공하여 새로운 물성을 만들어내는 디지털 시대로 변모하였다. 이러 한 환경은 디자이너에게 창의적 아이디어를 실현해주는 계기와 함께 모든 과정에 관여할 수 있는 권한을 부여했으며, 비정형적 공간을 좀 더 경제적으로 구축할 수 있는 기회를 제공하고 있다. 즉, 기술이 허용하는 범위 내에서 재료를 디자인하여 공간을 구축하는 방식을 변화시켜 온 것이다.

<Figure 10> CAP Llinars del Valles : Digital Formwork

(9)

4.3. 디지털 기술과 공간 구축

1851년 발간된 고트프리트 젬퍼(Gottfried Semper)의《건축의 4가지 요소》에서는 화로를 중심으로 최초의 모임이 형성되었고, 자연으로부터 불꽃을 지키기 위해 화로 주위로 지붕, 간막 이벽, 흙바닥이라는 3가지 요소가 만들어졌다. 또한, 이 3가지 요소를 바탕으로 인간의 기술이 발전되었는데 화로를 중심으로 세라믹 기술과 금속 기술이 발달하였으며 흙바닥을 중심으로 조적 기술이 발달하였고 지붕을 중심으로 목공 기술이 발달하였다(Lee, S,. 2007). 즉, 인간은 일반적으로 공간을 구축하는 방식을 바닥, 벽, 지붕의 구성으로 인식했으며, 오랜 기간 기술이 허용하는 범위 내에서 재료를 가공하는 방식을 달리하며 변화해 왔다. 하지만 디지털 기술의 발달과 사회의 다변화에 따른 다양한 요구는 수많은 기술을 만들어냈으며 기존의 건축언어에 맞춰 진행된 재료의 물성이나 구축 방식에서 벗어나 다양한 디자인적 접근을 가능케 하여 새로 운 해석을 만들어내고 있다(Jung, et al., 2011). 즉, 디지털 시대에서 건축은 많은 제약에서 벗어나 자유로운 형태를 만들어낼 수 있게 되었으며, 이는 평면의 재료를 디지털 기술을 활용하 여 자유로운 형태의 부재를 생산할 수 있기에 가능했다.

4.4. 공간 구축 방식과 재료디자인의 관계

근대의 기술 발달은 재료와 구조의 새로운 출현을 요구했으며, 건축의 문화적·존재론적 정체성 의 재확립을 요구하였다. 또한, 많은 논의가 이루어지고 다양한 사조가 탄생하였다. 이러한 건축적 혼란을 해결하기 위해 칼 뵈티허(Karl Botticher)와 고트프리트 젬퍼가 ‘tectonic’의 새로운 개념을 제시하였는데(Lee, S,. 2007) 고트프리트 젬퍼는 기원으로 올라가 예술과 물성 의 통합을 주장하였으며 재료의 물성이 형태에 미치는 영향이 크다고 여겼다. 하지만 칼 뵈티허 는 그리스 건축 이전의 건축은 인정하지 않았으며 재료의 물성과 상관없이 구조에 초점을 맞추 고 있다(Jung, I,. 1998). 따라서 재료와의 관계성에 대해 언급한 고트프리트 젬퍼의 이론을 따르면 구축을 두 가지로 분류할 수 있다. 첫째는 전통목조 건축 기법의 ‘결구법’처럼 부재를 얽어서 연결하는 방식으로 공간을 둘러싸는 ‘결구’이며, 연결 부위의 분절이 발생하며 중력을 거스르는 체계를 갖추게 된다. 둘째는 재료를 쌓아 공간을 둘러싸는 ‘절석’으로 재료가 연속적 으로 배치되어 일체감을 형성하는 특징을 볼 수 있다. 이 두 가지 방식은 단독적으로 적용되기 도 하지만 복합적으로 적용되기도 한다(Kim, G., 2018). 즉, 재료를 디자인하고 가공하는 방식 에 따라 건축의 질서를 확립하는 방식이 결정되는 것이라 할 수 있다.

4.4.1. 공간 구축에서의 이음매

공간 구축 과정에서 디자이너의 의도를 반영한 디지털 데이터와 제작을 위한 가공 기계의 역량 에 따라 기존의 재료에 혁신적인 변화를 줄 수 있다. 이러한 변화는 공간을 구축하는 데 필요한 재료와 재료 사이, 재료와 지면 사이 등 모든 요소가 만나는 곳의 이음매에 표현된다. 또한, 재료와 이음매 사이의 허용오차 수준에 의해 조립 순서와 위계를 결정하며 독창적 형태 요구에 변화를 만들어낸다. 즉, 디자이너의 아이디어와 재료를 표현하는 방식에 따라 이음매의 형태가 결정되고 공간 구축 방식에 영향을 미치게 된다(Schropfer, 2013). 이러한 이음매의 형태가 뚜렷하면 공간과 디테일은 분절되어 ‘명확성’이 만들어지며, 반대로 이음매가 사라지면 ‘연속 성’이 만들어진다. 즉, 물질간의 결합에는 반드시 이음매가 생기게 되며 ‘결구법’에서는 ‘명확성’

과 ‘절석법’에서는 ‘연속성’이 나타나는 것이다(Kim, G., 2018). 이를 확인하기 위해 ‘결구’와

‘절석’을 3장에서 사례로 들었던 7개의 디지털 패브리케이션이 적용된 공간에 대입하였다. 결

과를 재료디자인의 표현 방식에 따라 분류하여 <Table 4>와 같이 정리하였다.

(10)

재료디자인 표현 방식

구축 방식 이음매

공간

2차원적 표현

이미지 투영

절석 하중을 버티는 구조적인 역할은 못하며 패널에 적용되어 장식적 역할을 한다. 연속성 Netherlands Institute for Sound and Vision

디지털 타공 Illkirch Graffenstaden

2.5차원적 표현

조각

절석 평면의 재료를 입체적으로 가공하여

형태를 만든다. 연속성

marciana ristorante venezia 적층

절석 재료를 쌓아가며 형태를 만들어 공간을

구축한다. 연속성

National Museum of Qatar 적층

Deutsches Museum 구김

결구 평면의 재료를 구긴 뒤 서로 연결시켜 구조적 안전성을 높인다. 연속성 Neue Messe Basel

3차원적 표현

디지털 거푸집

절석 거푸집을 제작한 뒤 부재를 생산하여 이음매 없이 연결시킨다. 연속성 CAP Llinars del Valles

<Table 4> A Study on the Space Construction Method According to Material Design

‘2차원적 표현’ 에서 가장 일반적으로 사용되는 3축의 CNC 가공 기계를 통해 평면의 재료를 가공하여 패널을 만든 뒤 이미지를 투영하거나 타공하는 방식으로 공간의 내외부에 설치된다.

패널은 서로 연결되거나 고정된 프레임에 결속되어 공간을 감싸는 표피의 역할을 하며 이미지 와 의미를 전달한다.두 가지 방식 모두 ‘절석’ 방식에 따른 ‘연속성’이 나타났다. ‘2.5차원적 표현’의 사례에서는 ‘구김’ 표현 방식에서 ‘결구’가 적용되었으며, ‘조각’, ‘적층’ 표현 방식에서 는 ‘절석’이 적용되었다. 앞서 고찰한 내용에 따르면 ‘결구’에서는 ‘명확성’이 나타나야 하지만

‘연속성’이 나타난 점을 발견하였다. 마지막으로 ‘3차원적 표현’ 에서는 디지털 기술로 거푸집 을 제작해 부재를 생산한 뒤 이것들을 연결하여 구조체와 표피의 역할을 동시에 하도록 하였으 며 이 과정에서 ‘절석’의 구축 방식에 의해 ‘연속성’이 나타났다. 즉, 디지털 패브리케이션이 적용된 공간에서 ‘결구’는 ‘명확성’이 반드시 성립되지 않는 것으로 보이며 모든 이음매 방식에 서 ‘연속성’이 공통적으로 나타났다. ‘연속성’은 연속된 표면을 만들어 통일감을 부여하며 내부 와 외부의 경계를 허무는 역할을 한다. 이전 시대와는 다른 디지털 시대의 공간 구축에서 보이 는 가장 큰 특징이라 할 수 있다. 물리적 제약에서 벗어나 자유롭게 형태를 생성하고 재료를 정교하게 가공하는 기술을 바탕으로 공간을 구축하고 있는 것이다. 하지만 단순 사례만으로 판단하기 어려우며 더 많은 사례를 분석해야 할 필요성이 있다.

5. 사례분석

5.1. 사례분석 방법과 범위

앞장에서 밝힌 바와 같이 재료디자인과 공간 구축의 관계성을 분석하였지만 7가지의 사례만으

로 판단하기 어려워 더 많은 사례를 들어 분석하였다. 더욱 구체적인 분석의 기준을 마련하기

위해 디지털 패브리케이션의 기법을 추가하였으며, 사례분석 방법은 2장에서 정의된 디지털

패브리케이션의 3가지의 가공 방식과 5가지의 제작 기법, 그리고 3장 재료디자인의 6가지 표현

방식에 따라 분류한다. 또한, 4장의 공간 구축에서 재료 간의 이음매 형태와 구축 방식이 어떻

게 적용되는지를 살펴본다. 사례분석의 대상 선정 방법은 다음과 같다. 첫째, 디지털 패브리케

이션에 관한 선행연구 논문과 서적에서 자주 등장한 사례 중에서 디지털 패브리케이션 기법을

활용하여 재료디자인이 적용된 대상으로 선정한다. 둘째, 부재 간의 연결 방식을 확인할 수

있는 자료가 충분히 확보된 사례로 한정한다. 셋째, 실험적 성격이 강한 파빌리온이나 프로토타입

의 사례는 제외한다. 마지막으로 각각의 재료디자인 표현 방식마다 2가지의 사례를 선정하였다.

(11)

5.2. 사례분석

앞장에서 분석한 내용을 바탕으로 디지털 패브리케이션의 절삭(f1), 적층(f2), 성형(f3), 단면 자르기(m1), 쪽매맞추기(m2), 접기(m3), 윤곽형성(m4), 성형(m5)과 재료디자인의 이미지 투영(d1), 디지털 타공(d2), 조각(d3), 적층(d4), 구김(d5), 디지털 거푸집(d6), 공간 구축의 명확성(j1), 연속성(j2), 결구(t1), 절석(t2)을 해당 항목에 표시하여 <Table 5>와 같은 분석 의 틀을 만들었다.

NO 공간 개요 디지털 패브리케이션 공간설명

1

Eberswalde Technical School Library (1999) 가공방식 - 디지털 패브리케이션 가공 방식에는 정 의되지 않은 이미지 투영 방식이다. 평면 의 유리와 콘크리트 마감 위에 몇 가지 의 이미지를 지우고 긁는 방식의 화학 처리 방식과 실크스크린 방식을 적용하 여 재료의 물성을 가리고 이음매 없이 매끄럽게 연결하여 이미지를 전달한다.

유리나 콘크리트 패널의 특성상 구조적 인 역할을 할 수 없기 때문에 금속 골조 에 연결되어 표피의 역할을 한다.

제작기법 -

재료디자인 표현방식 이미지 투영(d1)

공간 구축

이음매 연속성(j2)

실크스크린, 화학처리 유리, 콘크리트 구축방식 결구(t1)

2

De Young Museum (2005) 가공방식 절삭(f1) 평면의 구리를 위치에 맞게 재단한 뒤, 사이트 주변의 자연 이미지를 디지털화 하여 불규칙한 모양의 타공을 한다. 패널 들끼리 이어붙이는 쪽매맞추기 기법이 적용되었다. 공간의 표피 역할을 하는 패 널과 내부의 금속관과 결합되는 구조로 연결 부위는 결구 방식으로 제작되지만 안쪽으로 숨겨 연속성을 만든다.

제작기법 쪽매맞추기(m2)

재료디자인 표현방식 이미지 투영(d1),

디지털 타공(d2), 구김(d5) 공간 구축

CNC Laser 구리 구축방식 결구(t1)

3

Mountain Dwelling(2008) 가공방식 절삭(f1) 에베레스트 산의 이미지가 투영된 알루 미늄 패널이 공간을 감싸고 있다. 패널들 은 프레임에 연결되어 결구의 방식이 적 용되는 동시에 이음매를 가려 연속성이 나타난다. 이미지에 따라 불규칙하게 타 공된 패널은 내부와 외부를 차단하는 표 피의 역할과 함께 연결해주는 매개체의 역할을 한다.

제작기법 쪽매맞추기(m2)

재료디자인

표현방식 이미지 투영(d1), 디지털 타공(d2) 공간 구축

구축방식 결구(t1)

UV Printer 알루미늄

4

Metropol Parasol (2011) 가공방식 절삭(f1) 스페인 세비아에 위치한 메트로폴 파라 솔은 거대한 목재 구조의 건축물이다. 단 일 재료를 사용하여 가공하고 서로 일정 한 간격을 두어 교차시켰다. 즉, 결구 방 식이 적용되었으며 연결 부위에서는 명 확성과 함께 전체적인 형태를 매끄럽게 연결하여 연속성이 동시에 나타났다. 하 지만 재료디자인에서는 해당 항목을 발 견하지 못했다.

제작기법 단면자르기(m1)

재료디자인

표현방식 조각(d3)

공간 구축

이음매 명확성(j1), 연속성(j2)

CNC Milling 목재 구축방식 결구(t1)

5

HouseHeydar Aliyev Center(2013) 가공방식 적층(f2), 성형(f3) 아제르바이잔의 바쿠에 위치해 있는 공 간으로 자연스럽게 흐르는 곡선이 건물 을 감싸고 있다. 또한 기존 건축 공간에 서 볼 수 있는 기둥과 보가 없는 구조를 구현하기 위해 공간 프레임 시스템과 결 합 된 콘크리트 구조의 시스템을 복합적 으로 사용하였다. 내부와 외부에 사용된 재료는 다르지만 각자 균질성 있는 곡선 의 단일면을 구축하고자 했으며 이음매 없는 연속된 리듬감을 만든다.

제작기법 쪽매맞추기(m2), 성형(m5) 재료디자인

공간 구축

CNC Robot, 3D Printer 유리섬유강화폴리머(GFRP) 구축방식 결구(t1), 절석(t2)

<Table 5> Case Analysis

(12)

6

One Main Office Renovation (2014) 가공방식 절삭(f1) 바닥과 벽 천장이 모두 굴절되며 연속적 인 표면을 만들어 형태를 이루며 연결한 다. 디지털 데이터에 의해 디자인되고 CNC Milling으로 정교하게 가공되었으며 손잡이 통풍구 등과 같이 자세한 부분까 지 제작되었다. 가공성이 좋은 목재를 사 용하여 서로 결합될 수 있도록 하였고 추가적인 부속물을 연결해 안전성을 확 보했다.

제작기법 단면자르기(m1), 윤곽형성(m4) 재료디자인

공간 구축

이음매 명확성(j1), 연속성(j2)

CNC Milling 목재 구축방식 결구(t1)

7

The Broad Art Museum (2015) 가공방식 성형 (f3)

액체 형태의 재료인 콘크리트를 성형 제 작 기법을 활용하여 패널을 제작했으며, 거푸집 형태에 따라 형태가 달라지는 디 지털 거푸집 표현 방식이 적용되었다. 위 치에 따라 달라지는 마름모꼴의 다공질 패널을 쌓아 이어붙이는 절석 방식이 적 용되었고 이음매를 매끄럽게 연결하여 하나의 덩어리로 인식하게 한다.

제작기법 쪽매맞추기(m2),

윤곽형성(m4), 성형(m5) 재료디자인

표현방식 디지털 거푸집(d6) 공간 구축

CNC Robot (GFRC) 구축방식 결구(t1), 절석(t2)

8

Urban Cabin(2016) 가공방식 적층(f2), 성형(f3)

도시환경에서 지속가능한 주택에 대한 실험적인 프로젝트로 3D Printing 기법 을 활용하여 바이오 소재로 공간을 구축 했다. 먼저 3D Printer로 벌집 구조의 벽 체 내부를 구성하고 콘크리트로 마감하 는 방식으로 강도를 높였다. 엮거나 결합 하는 방식이 아닌 단일 재료를 쌓아가며 기존 공간의 형태를 구축했다.

제작기법 윤곽형성(m4)

재료디자인 표현방식 적층(d4), 구김(d5)

공간 구축

3D Printer Bio Plastic, 콘크리트 구축방식 절석(t2)

9

San Francisco Museum of Modern Art Expansion (2016) 가공방식 성형(f3) 샌프란시스코 현대미술관 증축 프로젝트 로 샌프란시스코의 해안선을 형상화한 표면이 특징이다. 마감재에 대한 제안은 중량의 문제를 해결하기 위해 유리섬유 강화폴리머로 수정되었다. 또한, 두께를 5mm 이하로 제작하였으며 형태를 유지 하기 위해 프레임으로 감쌌다. 패널은 1m간격으로 배치된 금속 프레임에 설치 되어 결구의 방식을 취하지만 이음매 없 이 연결되어 연속적인 특징을 보여준다.

제작기법 쪽매맞추기(m2), 성형(m5) 재료디자인

표현방식 디지털 거푸집 (d6) 공간 구축

CNC Wire cut, Milling GFRP 구축방식 결구(t1), 절석(t2)

10

Harbin Opera House (2019) 가공방식 절삭(f1) 중국 하얼빈에 위치한 오페라 하우스로 내부와 외부 모두 음악의 선율을 형상화 하여 유연한 곡선을 표현해 디자인 되었 다. .외부는 알루미늄 패널을 쪽매맞춤 (Tessellation)으로 이어붙이면서 사이에 는 특수 실란트를 사용하여 외부환경에 견딜 수 있도록 제작되었다. 내부 공간에 사용된 목재는 만주에서 자라는 들메나 무를 주로 사용하여 절벽의 ‘결’처럼 쌓 거나 이어붙이는 방식을 동시에 적용하 였다.

제작기법 단면자르기(m1),쪽매맞추기(m2), 윤곽형성 (m4) 재료디자인 표현방식 조각(d3), 적층(d4)

공간 구축

CNC Milling 알루미늄, 목재 구축방식 절석(t2)

(13)

5.3. 소결

디지털 패브리케이션 기법을 활용한 공간 구축 사례의 분석 결과를 다음과 같은 <Table 6>으 로 정리하였다.

‘이미지 투영’ 방식이 적용된 사례 1, 2, 3은 재료 위에 이미지가 인쇄되어 고유한 물성을 가려 이미지를 전달하며 공간을 감싸는 표피의 역할을 하고 있다. 특히 ‘디지털 타공’ 방식이 동시에 적용된 사례 2, 3에서는 불규칙한 타공에 의한 감각적 표현을 볼 수 있다. 사용된 재료는 구리와 알루미늄으로, 패널화 되어 서로에게 연결되거나 별도의 프레임에 결합되는 ‘쪽매 맞추기’ 기법 을 사용하였고 ‘결구’ 방식이 적용되었으나 연결 부위를 가려 ‘연속성’의 이음매 특징이 나타났 다. ‘조각’의 사례 4, 5, 6, 10, 12는 공간에서 다양한 위치에 사용되었으며 사례마다 다른 제작 기법이 적용되었다. 하지만 목재를 사용한 사례가 4가지로 해당 재료디자인의 표현 방식에서는 가공성이 우수한 목재의 사용이 적합해 보인다. 또한 공간을 구축하는 방식에서도 ‘결구’에 해 당되는 사례는 3개, ‘절석’은 2개로 나타났다. 특히, 사례 4와 6의 경우 ‘결구’ 방식이 적용되었 는데도 이음매에서 ‘명확성’과 ‘연속성’이 동시에 확인됐다. 이는 모델링된 형태를 평면의 재료

NO 재료 가공방식 제작 기법 재료디자인 이음매 구축 방식

f1 f2 f3 m1 m2 m3 m4 m5 d1 d2 d3 d4 d5 d6 j1 j2 t1 t2

1 유리, 콘크리트 - - - ● - - - ● ● -

2 구리 ● - - - ● ● - - ● ● - - ● - - ● ● -

3 알루미늄 ● - - - ● - - - ● ● - - - ● ● -

4 목재 ● - - ● - - - ● - - - ● ● ● -

5 GFRC, GFRP - ● ● - ● - - ● - - ● - - - - ● ● ●

6 목재 ● - - ● - - ● - - - ● - - - ● ● ● -

7 GFRC - - ● - ● - ● ● - - - ● - ● ● ●

8 바이오 플라스틱 - ● ● - - - ● - - - - ● ● - - ● - ●

9 GFRP - - ● - ● - - ● - - - ● - ● ● ●

10 목재 ● - - ● ● - ● - - - ● ● - - - ● - ●

11 벽돌 - ● - - ● - ● - - - - ● - - - ● - ●

콘크리트, 목재

12 ● - ● - - - ● ● - - ● - - ● - ● - ●

합계 6 3 5 3 7 1 6 4 3 2 5 3 2 5 2 12 8 7

<Table 6> Sub-Conclusion

11

Augmented Bricklaying (2019) 가공방식 적층(f2)

디지털 기술과 전통적인 공간 구축 방식 의 결합에 대한 실험적인 건축물로 디지 털 포인터가 작업현장을 스캔하고 벽돌 의 위치를 지정하면 작업자가 직접 벽돌 을 쌓는 방식의 새로운 시도다. 직선의 벽돌을 정해진 위치에 따라 각도를 틀어 물결치는 듯한 곡선의 이미지를 투영시 켜 벽체를 자연스럽게 형성한다.

제작기법 쪽매맞추기(m2), 윤곽형성(m4) 재료디자인

표현방식 적층(d4)

공간 구축

Digital Pointer 벽돌 구축방식 절석(t2)

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DFAB House(2019) 가공방식 절삭(f1), 성형(f3)

신기술과 기존 건축 공법의 결합이 어떻 게 재결합되어 재탄생되는지를 알아보는 것을 목적으로 하는 프로젝트로 다양한 기법이 동시에 적용되어 디지털 기술의 가능성을 확인했다. 공간을 구축하는 목 재 프레임을 CNC Robot을 활용해 재단 하고 조립했으며 곡선의 벽체는 디지털 거푸집 제작 방식을 적용하였다.

제작기법 윤곽형성(m4), 성형(m5) 재료디자인

표현방식 조각(d3), 디지털거푸집(d6) 공간 구축

CNC Robot, 3D Printer 콘크리트, 목재 구축방식 절석(t2)

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가 일정한 간격으로 분할 배치되어 연결되는 과정에서 발생하는 특징으로 보인다. ‘절석’이 적 용된 사례에서는 정교하게 가공된 목재를 이음매 없이 연결하여 동일면으로 표현하고 있다.

‘적층’의 사례 8, 10, 11은 사용된 재료와 가공 방식에서 다른 특징을 보인다. 사례 8의 경우 3D Printing 기법을 위주로 구축되었으며 사례 10은 제작 기법의 단면 자르기를 적용한 적층 방식이 적용되었고 사례 11은 벽돌을 쌓아 올리는 방식으로 공간을 구축했다. 하지만 3가지의 사례에서는 모두 ‘윤곽형성’의 제작 기법과 ‘절석’의 재료디자인 표현 방식이 나타났다. ‘구김’의 사례 2에서는 ‘결구’ 방식이 적용되었고 사례 8에서는 ‘절석’의 방식이 각각 나타나는 특징을 보였다. 또한, 가공방식과 제작 기법에서도 일치하는 항목을 찾을 수 없었다. ‘디지털거푸집’

사례 7, 9, 12는 거푸집을 설계된 형태에 맞게 가공하여 모듈을 생산하는 ‘성형’의 제작 기법이 동시에 적용되었으며, 구조적 안전성을 위한 결합 과정에서 ‘결구’의 방식이 나타난다. 또한, 일체감 있는 표면을 구현하기 위해 부재를 쌓아 연결하는 ‘절석’ 방식이 동시에 적용되었다.

선정된 사례들은 모두 연결 부위의 이음매에서 ‘연속성’이 나타났으며, 사례 5, 9, 12는 2가지 구축 방식이 동시에 적용된 것을 확인할 수 있었다. 또한, 사례 1, 2, 3, 5, 7, 9, 12는 ‘결구’

방식이 적용되었는데도 ‘명확성’이 나타나지 않았다. 즉, 앞장에서 논의된 ‘결구’-‘명확성’, ‘절 석’-‘연속성’은 반드시 성립되지 않는 것으로 보이며 이음매를 노출하기보다는 가리는 방식으 로 ‘연속성’을 만들고 있다. 즉, 제작 기법은 다르지만 재료디자인의 표현 방식에 따라 구축 방식이 결정되는 것으로 나타났으며, 기존의 건축물에서 정의된 구축 방식과 이음매의 관계는 디지털 건축에서 적용되지 않는 것으로 보인다.

6. 결론

본 연구는 디지털 패브리케이션 기법이 적용된 재료디자인의 표현 방식이 공간 구축 방식에 어떠한 영향을 미치는지에 대해 탐구하는 것을 목적으로 하였다. 이를 위해 디지털 패브리케이 션의 가공 방식과 제작 기법을 정의하였으며, 선행연구를 통해 재료디자인의 표현 방식을 크게 3가지로 구분할 수 있었다. 이어서 공간 구축을 위한 이음매와 구축 방식을 고트프리트 젬퍼의 이론을 바탕으로 탐구하였고 이를 토대로 2010년 이후 디지털 패브리케이션 기법이 적용된 재료디자인의 공간 구축 사례들을 살펴보았다. 연구를 통해 도출된 결론은 다음과 같다.

첫째, 디지털 패브리케이션은 ‘절삭’, ‘적층’, ‘성형’ 가공 방식으로 분류되며 이에 맞춰 ‘단면자 르기’, ‘쪽매 맞추기’, ‘접기’, ‘윤곽 형성’, ‘성형’으로 제작 기법이 분류된다. 둘째, 디지털 패브리 케이션 기법이 적용된 재료디자인의 표현 방식은 크게 3종류로 ‘이미지 투영’, ‘타공’의 2차원적 표현 방식과 ‘조각’, ‘적층’, ‘구김’의 2.5차원적 표현 방식, ‘거푸집’의 ‘3차원적 표현 방식’으로 정의된다. 셋째, 재료디자인의 표현 방식 중에서 ‘이미지 투영’, ‘디지털 타공’은 ‘결구’ 방식이 적용되며 중력을 버티는 구조적인 역할보다 표피의 역할을 주로 한다. ‘조각’은 다양한 제작 기법으로 표현되며 구축에서도 ‘결구’와 ‘절석’이 동시에 적용되어 가장 높은 효율성을 보였다.

‘적층’은 제작 기법은 다르지만 공간 구축 방식에서 ‘절석’만이 나타났다. ‘구김’의 경우 재료디 자인의 표현 방식만 같으며 제작 기법이나 구축 방식에서 차이를 보였다. 이는 다양한 방식으로 재료를 가공하여 표현할 수 있는 가능성이라고 판단된다. 마지막으로 ‘디지털 거푸집’은 제작 기법의 특성에 따라 ‘절석’의 구축 방식과 안전성을 위한 결합에서의 ‘결구’ 방식이 동시에 적용 되는 것을 확인할 수 있었다. 또한 모든 사례에서는 이음매의 ‘연속성’이 공통적으로 나타나 이전 시대와는 다른 공간 구축 방식이 디지털 시대의 공간에서 적용되는 것을 알 수 있었다.

이는 디지털 시대의 건축에서 나타나는 비정형의 공간을 구축하는 과정에서 발생된 것으로,

진보된 방식으로 가공되는 재료에 대한 새로운 접근법의 결과일 것이다. 본 연구는 디지털 패브

리케이션이 적용된 재료디자인 표현 방식이 공간 구축에 어떠한 영향을 미치는지 살펴보았다

는 데에 그 의의가 있으며, 디지털 기술을 적용한 공간 구축 방식에 대한 기초자료로 활용될

것이라 판단된다. 또한, 공간 구축 과정에 있어 재료디자인과의 관계성을 더욱 명확하게 파악하

기 위해 더 많은 후속연구가 이루어지기를 기대해본다.

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