Design and Constructability Improvement of 3D Concrete Formworks through Analysis of Construction Applications

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(1)DOI: https://doi.org/10.13161/kibim.2017.7.1.001. 3차원 콘크리트 거푸집의 설계 및 시공성 개선 Design and Constructability Improvement of 3D Concrete Formworks through Analysis of Construction Applications 박성준1), 당고손2), 강휘랑3), 심창수4) Park, Seong-Jun1) ･ Dong, Ngoc Son2) ･ Kang, Hwirang3) ･ Shim, Chang-Su4) Received December 3, 2016; Received February 28, 2017 / Accepted March 1, 2017. ABSTRACT: Aesthetic design guidelines of bridges were developed in many countries. As iconic structures, bridges need to be attractive and durable as they serve many generations. In this paper, a new design process of concrete structures considering 3D shapes and texture was proposed. The 3D design needs to consider function, economy, advanced technology, tradition and local culture. 3D printers enable the combination of artistic design and engineering design for concrete structures. Parametric modeling with iconic design was utilized to produce 3D formworks. As a pilot project, a railway bridge girder was designed and the proposed technologies were applied. Detail requirements to improve constructability and quality of concrete surfaces were derived. From the pilot applications, design guidelines were suggested. KEYWORDS: Aesthetic design, 3D printer, concrete structure, parametric modeling, 3D formwork, constructability, quality 키 워 드 : 미적설계, 3차원 프린터, 콘크리트 구조, 3차원 거푸집, 시공성, 품질. 1. 서론. 적, 사회적, 문화적 상징성을 가질 수 있는지를 고려하는 것이 다. 두 번째 항목은 설계를 하는 구성원인 엔지니어와 디자이너. 1.1 연구의 배경 및 목적 교량 구조물은 시설물 중에서도 많은 사람들의 시선을 받고. 의 협업을 통해서 창의적인 결과물이 도출되도록 한다는 것 이다.. 있기 때문에 다양한 미적 설계 가이드라인들이 제시되고 있다. 미학적 설계는 구조물의 지속가능성에 대해서 기여할 수 있. (NSW, 2012; MDOT, 1995). 미적설계는 교량이 위치한 주변 자. 다. 지역의 문화와 전통 등과 같이 특별한 의미를 반영하고 미래. 연과 경관에 대한 고려, 형태와 비율, 힘의 흐름과 새로운 기술. 세대의 유산이 될 수 있는 디자인은 지역 공동체에 사랑과 환영. 적 표현, 강도와 내구성, 구조부재간의 관계, 표면과 색감 등이. 을 받으면서 지역에 생동감과 친밀감을 제공할 수 있기 때문에. 종합적으로 고려되어야 하는 창의적인 작업이다. 이러한 미적설. 지역적 자산이 될 수 있다. 미적설계와 비용의 관계에서 너무. 계는 기술의 발전, 주변 지역 사람들의 문화와 전통의 변화, 교. 지나친 비용 증가도 바람직하지 않지만 낮은 비용으로 좀 더. 량이 위치한 지역의 성격변화에 따라서 자유롭게 변화될 수 있. 향상된 디자인을 바라는 것도 좋지 않다. 미적 설계에 대한 올바. 고 상징성을 갖춰야 한다. 이러한 부분들이 이전에는 제시된 가. 른 접근법은 비교적 많은 비용의 증가를 수반하지 않는 접근법. 이드라인에 따라 고려되지만 주로 경관설계 차원에서 구조형식. 이다(NSW, 2102). 설계의 창의성은 미적인 고려, 과학적 사고와. 의 변화나 미적 설계가 우선적으로 고려되지 못하는 후속 작업. 기술이 결합으로 구현될 수 있다(MDOT, 1995). Figure 1에 나타. 으로 이루어졌다. NSW의 가이드라인에서 제시한 사항에서. 난 바와 같이 설계 과정에서의 기술자의 참여와 직접적인 사용. “bridges for people, bridges by people” 개념이 있다. 첫 번째. 자인 주민 참여는 동시에 일어나서 상호 소통을 통해 그 지역에. 항목은 구조물이 위치한 지역의 주민들의 시각에서 어떤 시각. 지속 가능한 설계 결과물을 제시 할 수 있게 된다.. 1). 학생회원, 중앙대학교 토목공학과 박사과정 [email protected] (교신저자). 2). 학생회원, 중앙대학교 토목공학과 박사과정 ([email protected]). 3). 학생회원, 중앙대학교 토목공학과 석사과정 ([email protected]). 4). 정회원, 중앙대학교 토목공학과 교수, 공학박사 ([email protected]). 한국BIM학회논문집 7권 1호 (2017). 1.

(2) Figure 2. Aesthetic 3d design process of concrete structures. 한 설계 및 시공 방법론, 예시 사례와 이를 통해 도출된 보완점들 Figure 1. Design flow (MDOT, 1995). 에 대해 다루었다. Figure 2에 나타난 개념도와 같이 특별한 의 미를 부여 할 수 있는 설계 이미지를 3차원 모델로 변환, 3차원. 국외에서 PCI가 제시한 가이드라인으로 각각의 색감 또는 질 감을 명도에 따라 나열하였다. 이를 기반으로 전체 공정의 초기 단계인 설계 단계에서부터 미학적 요소 대한 비교적 용이하게 논의를 할 수 있으며 시공 단계에서 해당 질감 및 색감을 간편하 게 구현 할 수 있게 제공한다. 콘크리트 구조물의 설계에서 단순 한 형상뿐만 아니라 색과 질감을 포함한 디자인을 다르게 구현할 수 있도록 이미지와 함께 재료의 구성요소도 함께 제시하고 있다. 3차원 설계 기술과 이에 따른 3차원 프린팅 기술의 발전은 교량 구조물 설계의 패러다임의 획기적인 전환을 가능하게 하고 있다. 국내에서는 프리캐스트 콘크리트 부재의 미학적 설계에 대해서 미학적 형상을 포함한 모델을 생성하고 이를 제작하기 위한 거푸집을 패널로 효율적으로 분할하는 방안과 3차원 프린 터를 활용하여 패널을 제작하는 방안에 대해서 논의되었고 (Park et al., 2014) 대상 구조물이 자체적으로 가지는 곡률 및 조건에 대응 가능한 방법론을 개발하였다(Lee et al., 2015). 교 량 분야에서 조립식 구조의 설계와 형상관리를 위한 3차원 설계 측면에서 연구가 수행되고 있다(Lee et al., 2012; Shim et al.,. 모델 내에서의 거푸집 제작을 위한 분할 방안, 3차원 프린터를 활용한 분할된 모델의 출력, 비정형 디자인을 포함한 거푸집 제 작 방안, 비정형 디자인을 포함한 거푸집을 시범타설 부재 및 실제 구조물의 적용하면서 확인된 문제점과 이에 대한 개선사항 에 대해 다루었다.. 2. 교량 구조물의 3차원 설계 디자인 2.1 설계이미지와 구조물의 3차원 변수모델링 Figure 3은 대상 구조물에 특별한 의미를 부여하기 위한 적절 한 설계 이미지를 채택하고 이를 대상 구조물에 적용하기 위하 여 최적화된 3차원 변수모델링 과정을 나타낸 개념도이다. 이 연구에서는 말의 형상을 한 이미지를 채택하였지만 경우에 따라 다양한 형태의 디자인을 채택 가능하며, 추가적으로 디자인의 누적이 이루어진다면 디자인 모음집까지 제공이 가능하다. Figure 4는 설계이미지로부터 3차원 모델의 생성하는 과정 에 대해서 나타냈다. 3차원 모델을 생성하기 이전에 전체 설계. 2012; Kim et al., 2012). 이 논문에서는 지역적 특징과 시설물의 성격에 맞는 디자인 을 콘크리트 구조물에 반영하기 위해서 필요한 3차원 설계 기술 을 제시하고 이러한 설계를 적용하기 위해서 핵심적으로 요구되 는 시공성 및 품질관리에 관한 고려사항을 제시하였다. 시범적 용하는 과정에서 도출된 문제점을 개선하도록 가이드라인을 제 시하고 독창적인 이미지를 제시할 수 있는 콘크리트 면 처리 방안을 함께 제시하였다.. 1.2 연구의 범위 및 방법 이 논문에서는 구조물의 외관에 특별한 의미를 부여하기 위. 2 Journal of KIBIM Vol.7, No.1 (2017). Figure 3. Concept to convert 2d picture into 3d shape.

(3) (a) Process to convert lofted surface. Figure 5. Process to product aesthetic 3d formwork. 미지에서 파트를 비교적 세밀하게 분할한다. 두 번째로 단순한 (b) Process to covert interpolated curve from a section. 포물선인 2차 함수 그래프가 아닌 2n차 함수를 활용하여 곡선의 기울기 값을 부분적으로 조절 할 수 있다. 세 번째 방법으로는 해당 곡선에서 E점을 획득하고 세밀한 곡률의 표현이 필요한 위치에 따라서 E`점 또는 E``점을 추가하여 추세곡선을 생성한 다. 마지막 과정으로는 정의된 규칙에 따라서 생성된 곡선들을 연결하여 1개의 등고선 형태의 평면을 획득한다. 다음과 같은. (c) Parametric model of a part Figure 4. Process to covert lofted surface. 과정을 구역별로 반복하여 진행하고 구역별로 가지는 최대 두께 값에 대한 배율에 대해서 정의한다. 위와 같은 과정을 거쳐 최종 적으로 설계이미지로부터 3차원 모델을 획득 할 수 있다. 이 때 정의된 변수모델에서 사용자가 제어가 필요한 변수에 대해서는. 이미지에서 곡률 값별로 구역을 분할한다. 이 후 곡률 값별로. 2쌍의 곡선을 분할할 단위길이, 2n차 방정식의 선택, 문양의. 분할된 구역에 해당하는 외곽선을 추출한다. 두 번째 과정으로. 외곽선과 구조물 간의 꺾인 각도, 파트별 최대 두께 또는 기준. 획득한 곡선에 대해서 문양을 2등분 할 수 있는 기준점 2개를. 파트의 최대 두께 값과 개별 두께 값별 배율이 있으며 변수모델. 생성하고 각각의 곡선에 대해서 문양의 전체 크기에 따라 단위. 의 활용목적에 알맞게 독립변인, 종속변인 또는 통제변인으로. 길이를 설정하여 분할한다. 이때 단위길이는 실제 구조물과의. 정의하여 부여 할 수 있다.. 배율과 관계가 있으므로 설계 이미지, 3차원 프린트의 최대 출 력 크기와 대상 구조물의 크기에 비례하여 설정 할 필요성이. 2.2 3차원 프린터를 활용한 비정형 거푸집 제작과정. 있으며, 해당 문양의 세밀한 정도가 높게 요구 될 경우 단위길이. 기존의 3차원 거푸집을 제작하기 위한 가공 방법은 2가지로. 를 배율에 따라 합리적인 선택한 값보다 작은 값으로 설정 할. 대분류 할 수 있다. 첫 번째로 돌 또는 나뭇잎과 같이 비교적. 수 있다. 세 번째 과정으로 2가지 곡선을 등분하여 획득한 점을. 획득하기 용이한 문양 또는 질감을 표현하기 위한 경우, 해당물. 한 쌍의 점의 관계를 정의하고 이를 연결하는 곡선을 설정한다.. 체에 직접 용액을 타설하여 표면을 추출하여 거푸집을 제작할. Figure 4(b)는 정의 된 곡선이 부방향 2차 함수 그래프의 포물선. 수 있다. 두 번째로 거푸집과 유사한 크기의 물체를 제작하고. 형상을 이루는 예시에 대하여 도식적으로 표현하였다. A점과. 이에 CNC 머신(컴퓨터 수치 제어 가공기기)을 활용하여 표면을. B점은 두 번째 과정을 통하여 획득 가능하지만 C점, D점, E점에. 가공하여 거푸집을 제작할 수 있다. 이 논문에서는 3차원 모델. 대해서는 각각의 정의가 필요하다. C점과 D점에서는 문양의 외. 을 구현하기 위한 거푸집 제작방법론으로 3차원 프린터를 활용. 곽선과 구조물 간의 꺾인 각도를 설정 할 수 있도록 정의한다.. 하였으며 Figure 5는 비정형 3차원 거푸집을 제작하기 위한 제. 이때 C점과 D점은 충분한 높이 값과 각도가 확보되어야 한다.. 작 절차에 대해서 나타냈다.. 입체감을 부여하기 위하여 최대 두께 값으로 정의된 E점을 추가. Figure 6은 설계 단계에서 형성된 3차원 변수모델을 분할하. 한다. 해당 파트의 입체감을 비교적 세밀하게 부여하고자 한다. 고 3차원 프린터로 출력한 3차원 패널의 예시이다. 패널의 출력. 면 추가적으로 3가지 방안을 선택 할 수 있다. 첫 번째로 설계이. 조건은 3차원 모델이 가지는 크기, 프린터의 출력 가능한 최대. 한국BIM학회논문집 7권 1호 (2017). 3.

(4) Figure 6. Example of 3d panel printing by 3d printer. Figure 8. Aesthetic 3d formwork (polyurethane). Figure 7. Step to cast polyurethane. Figure 9. Reproduction of panel. 크기와 실제 구조물이 가지는 크기를 고려하여 분할된 한 패널 이 가지는 적절한 크기를 결정한다. 패널의 두께 값은 패널의. 이 조건을 동시에 만족하기 위하여 Figure 8과 같이 타설 압력. 출력에 활용되는 재료비를 고려한다면 최소로 설정하지만 패널. 을 충분히 지지할 수 있는 충분한 두께 값을 갖거나 거푸집 후방. 의 내구성 및 파손의 우려를 고려하여 재료에 따라서 충분한. 에 보강 상세를 적용 할 필요가 있다. 허나, 이와 같은 상세를. 두께 값이 부여되어야 한다.. 적용하면 인력으로 운반 및 설치하는 것이 불가하며 장비를 활. Figure 7은 3차원 프린터로 출력된 패널을 해당위치에 배치. 용하는 상황으로 이어져 공사비가 상승되고 공기가 지연 될 수. 하고 폴리우레탄 계열의 용액을 타설한 사진이다. 패널과 패널. 있다. 경량의 경질재료로 구성된 거푸집 후면에 총 중량이 기존. 사이에 생기는 접합면이 거푸집에 이음 선으로 표현되는 현상을. 거푸집과 비교하여 유사한 수준 이하의 보강하는 방안을 선택되. 방지하기 위하여 패널을 정확한 위치에 배치하고 타설하기 이전. 어야 한다. 이러한 경우 거푸집을 제작하는 일반론에 부합하지. 에 접합면에 접합용 용액을 활용하여 일체화한다. 일체화 된 이. 않기 때문에 거푸집을 탈형하는 시점에서 콘크리트의 탈락 현상. 후 패널 사이의 접선에 해당되는 부분을 사전에 성형하여 이음. 이 발생 할 수 있으므로 최초 설계이미지로부터 3차원 모델을. 선이 그대로 표현되는 현상을 방지할 수 있다.. 설정하는 과정에서 문양의 외곽선과 구조물 간의 꺾인 각도를. 거푸집의 재료의 선택에 있어서는 대상되는 물체의 재료적. 완만하게 제한 할 필요성이 있다.. 특성이 고려되어야 한다. 거푸집을 활용하여 제작하는 목표물이. 이 연구에서 제시한 3차원 프린터를 활용하여 거푸집을 제작. 가지는 재료적 성질이 연질일 경우 경질의 거푸집을 활용하고. 하는 과정만을 반복하여 거푸집 1조씩을 생산한다면 기존 거푸집. 경질일 경우 연질의 거푸집을 활용하는 것이 일반론이다. 경질. 대비 제작에 소요되는 시간과 단가에서 이점이 존재하지 않는다.. 의 목표물을 출력하기 위하여 연질 재료를 활용하는 사유는 거. 이를 해결하기 위하여 3차원 프린터를 활용하여 제작한 거푸집을. 푸집을 제거하는 과정에서 대상 목표물의 파손을 방지하고 비교. 복제하기 위한 방안이 필요하다. 최초의 미학적 형상을 적용한. 적 용이하게 거푸집을 제거하기 위함이다. 이 연구의 최종 목표. 거푸집을 생산하고 해당 거푸집에 다시 폴리우레탄 계열의 용액. 물은 콘크리트 구조물이고 탈형하는 시점에서 콘크리트는 경화. 을 타설하여 콘크리트 구조물과 동일한 형상을 가지는 패널을 제. 가 이루어진 이후이며, 취성의 성향을 띈다. 탈락 현상을 방지하. 작한다. 이 후 이를 활용하여 목표하는 구조물에 알맞은 재질의. 기 위하여 거푸집은 유동성을 갖는 연질의 재료를 활용하는 것. 거푸집을 양산 할 수 있으며 목표하는 구조물의 규격이 유사하다. 이 유리할 수 있다. 거푸집을 활용하는 일반적인 이론과 거푸집. 면 복제를 위한 패널을 통하여 재생산이 가능하고 해당 패널의. 의 탈형 시점을 고려하면 연질의 재료로 거푸집을 제작하는 것. 종류가 누적된다면 발주자에게 다양한 디자인을 제공 할 수 있다.. 이 부합하지만 콘크리트는 타설하는 시점에서 경화되는 시점까. 이 논문에서 Figure 8의 거푸집에 폴리우레탄 계열의 용액을 타. 지 콘크리트의 타설 압력을 지지함에 있어서는 부합하지 않다.. 설하여 Figure 9와 같은 거푸집 양산용 패널을 제작하였다.. 4 Journal of KIBIM Vol.7, No.1 (2017).

(5) 3. 콘크리트 품질관리를 위한 개선사항 도출. 타냈다. 해당구조물에 비정형 거푸집을 적용한 위치는 상부구조 의 양쪽 측면이었으며 제시한 방법론에 따라 Figure 8과 같이. 3.1 시범타설을 통한 문제점 및 보완점 도출. 거푸집을 제작하고 Figure 11 (a)와 같이 동일한 형상을 지니는. 제안된 방법론을 검증 및 보완사항을 도출하기 위하여 시범. 거푸집을 복제하였다. 기존 거푸집과의 일체화 및 콘크리트의. 타설한 부재를 제작하였다. Figure 10은 시범타설한 부재로부터. 타설압력을 견디기 위해 Figure 11 (b)와 같이 후면에 파이프로. 발견된 문제점을 4가지 경우로 분류하여 나타냈다. A사례는 문. 보강하고 내부에 폼타이를 배치하였다.. 양의 꺾인 각도의 기울기가 작고 문양이 가지는 높이 값이 충분. 실제 현장에 적용하는 단계에서 구조물의 종류 및 타설 높이. 하지 못한 결과 문양이 불명확하고 인식하기 용이하지 않다. B. 에 따라 다르지만 거푸집이 받는 타설 압력을 견디기 위하여. 사례는 문양의 상면에 위치하며 블라이딩 수로가 확보되지 않아. 거푸집 후방에 보강하는 방안과 폼타이를 적용하여 내부의 철근. 서 곰보가 생성된다. C사례는 문양의 꺾인 각도가 과다하고 문. 과 거푸집을 고정시키는 방안이 있다. 일반적으로 교량 상부구. 양사이의 거리가 충분히 확보되지 않아 목표하는 문양이 정확히. 조의 타설 높이를 고려하여 0.5 ~ 1.5m 간격마다 거푸집 상부와. 표현되지 않는다. D사례는 문양의 하부에 위치해서 블라이딩. 하부에 폼타이를 배치하여 거푸집과 내부의 철근과 고정시켜. 수로에 대한 고려는 필요하지 않지만 문양의 꺾인 각도가 과다. 타설압력을 견딜 수 있게 지지한다. 내부 철근망의 위치에 따라. 하여 거푸집을 제거하는 과정 중 콘크리트의 탈락 현상이 발생. 균일하지 않은 간격으로 배치하는 경우도 존재하지만 일반적으. 함을 확인 할 수 있다. 발견 된 문제점의 원인은 물과 공기의. 로 동일한 간격으로 배치한다.. 유출경로, 탈형시 콘크리트의 탈락현상과 비교적 충분하지 않은 두께 값의 모델로 정리할 수 있다.. 이 연구에서 다루는 거푸집의 경우 등간격으로 배치 할 경우 문양의 손상을 발생시킬 수 있고 특정 위치에서는 폼타이를 배. 3.2 철도교 급속교체 현장 적용을 통한 문제점 도출 Figure 11은 철도교 급속교체 현장에 적용한 사례에 대해 나. (a) Aesthetic 3d formwork. (b) Installation. (c) After construction Figure 11. Application example. Figure 10. Complementary issue to apply aesthetic design. Figure 12. Issue of optimization for location of form-tie. 한국BIM학회논문집 7권 1호 (2017). 5.

(6) Figure 15. Limitation of distance between shapes Figure 13. Schema of partial shape. 간섭으로 인하여 콘크리트의 일정부분이 탈락되는 현상이 발생 한다. 이에 대해 사전 검토를 하여 발생하는 것을 방지할 방안도 있지만 꺾인 각도의 상한 값을 60도로 제한하여 방지 할 수 있 다. 문양의 하면에서 발생한 D 사례와 다르게 상면에서 발생한 B사례의 경우 블라이딩 수로가 확보되지 않은 원인 또한 복합적 으로 발생한다. 이 경우 문양과 콘크리트 구조물이 가지는 각도 의 상한 값을 45도로 제한하여 방지 할 수 있다. 문양간의 사이간격이 충분하지 못하여 급격한 계곡의 형상과 유사하게 표현된 경우 해당 문양 사이의 공간에 콘크리트 골재. Figure 14. Pre-review of detaching through 3d mock-up. 가 충분하게 위치하지 못하고 시멘트 페이스트만 위치되어 충분 한 강도를 가지지 못하는 경우가 발생된다. 이러한 경우 거푸집 을 제거하는 과정에서 콘크리트의 일부분을 탈락되어 문양이. 치 할 수 없는 경우 또한 발생하였다. 타설압력을 견딜 수 있도록. 소실되는 Figure 9의 C사례와 유사한 결과가 발생 할 수 있다.. 후면에 보강을 하고 폼타이를 불균일하게 배치하였다. 미학적으. 이러한 현상을 방지하기 위하여 그림 15에 나타나듯 문양간의. 로 우수한 형상을 위한 거푸집을 적용하였으나 Figure 12와 같. 최소한의 거리를 10~20 mm로 제한하여 방지 할 수 있으며 이. 이 폼타이가 미관을 해치는 현상이 발생됨을 확인할 수 있다.. 와 같은 적용이 용이하지 않을 경우 문양의 꺾인 각도를 완만하. 이를 보완하기 위하여 설계단계에서 폼타이의 위치를 적절하게. 게 조정하여 방지 할 수 있다.. 배치하여야하며 이와 더불어 일반거푸집 부분과의 이음면이 도 드라지게 나타나는 현상을 방지하기 위하여 변수모델의 설계 단계에서부터 폼타이 간격 및 이음면을 흡수하여 형상이 자연스 럽게 배치될 수 있도록 고려하여 제작하여야 한다.. 3.4 제한 값을 적용한 모델 생성 기존의 모델을 가이드라인에서 제안한 내용을 반영하여 모델 을 수정하면 Figure 16 (a)와 같은 차이를 확인 할 수 있다. 전체 적인 형상 또는 이를 인식하는 점에 대해서는 차이가 없으나. 3.3 3차원 거푸집 설계 가이드라인. Figure 16 (b)와 그림 (c)에서 나타나듯 개별 요소에 대해서 검토. 설계가이드라인에서 제안하는 내용은 시범타설한 부재와 모. 하면 다음과 같은 차이를 확인 할 수 있다. 각각의 제한 값을. 델을 비교하여 문제점이 발생하는 구간의 원인을 분석하였으며,. 통해 시공성을 상승시킬 수 있고 목표 구조물의 품질관리를 비. 이에 따라 다음과 같은 제한이 필요하다.. 교적으로 용이하게 할 수 있다.. 문양의 꺾인 각도의 기울기가 작고 문양이 가지는 높이 값이 충분하지 못한 경우 그림 9의 A사례와 같은 결과가 발생할 수. 3.5 미학적 3차원 형상을 가지는 콘크리트 패널. 있다. Figure 13은 비정형 문양과 구조물의 평면이 접하는 부분. 구조물의 가시거리가 비교적 가까워 시각적으로 높은 품질이. 에 대해서 도식화하여 표현하였다. 문양의 최소두께(h)는 10mm. 요구되는 경우 앞서 제안한 방법을 통하여 제공되는 품질 이상. 이상. c점까지의 꺾인 각도는 최소 30도가 확보되어야 위와 같. 이 필요할 수 있다.. 은 원인을 방지할 수 있다. 문양의 꺾인 각도가 과다할 경우 B사례와 D사례가 발생 할 수 있다. 꺾인 각도가 과다할 경우 Figure 14에 나타나듯 거푸집 을 제거하는 방향에 따라서 목표되는 구조물과 문양거푸집간의. 6 Journal of KIBIM Vol.7, No.1 (2017). 이 연구에서 제안된 방법론을 적용하였을 경우, 발생되는 문 제점의 근본적인 문제점은 콘크리트를 수직으로 타설하여 발생 되며 타설하는 높이에 따라 문제점이 증폭 될 수 있다. 이와 같은 문제를 해결하기 위하여 제안된 방식에 따라 비정.

(7) (a) Modified example. Figure 18. Issues during construction concrete panel. (b) Modified example for case a. (c) Modified example for case d Figure 16. Modified and aesthetic 3d model according to guideline Figure 19. Construction example to apply an aesthetic 3d concrete panel. 필요성이 있다. 패널이 일정 중량을 초과할시 균열이 발생함을 알 수 있으며 패널 내부의 일정 이상의 배근을 하고 인양을 위한 별도의 장치를 삽입 할 필요성이 있다. Figure 17. Aesthetic 3d concrete panel. Figure 19는 이 논문에서 시범 적용한 교량에 대해서 패널을 적용할 경우 변경될 상세에 대해서 표현한 도면이다. 약 40~. 형 변수모델을 구축 및 거푸집을 제작하고 수직으로 타설하지. 100mm의 패널을 생성할 경우 충분한 양의 와이어매쉬를 배치. 않고 수평 타설하면 해결할 수 있다.. 하거나 작은 직경은 철근을 배근하여 균열을 제어할 필요성이. 블라이딩수로 확보 및 공기의 유출에 대한 고려를 할 필요성. 있다. 이와 같은 패널을 적용한 경우 기존의 방법론보다 높은. 이 사라질 수 있다. 및 형상의 구현정도를 비교적 명확하게 구현. 품질을 요구되는 경우 적용하기 때문에 폼타이의 가급적으로. 할 수 있다. 이와 같은 방안으로 Figure 17과 같은 미학적 3차원. 활용하지 않는 방안을 선택하는 것이 유리하며 활용 할 경우는. 형상을 가지는 콘크리트 패널을 제작하였고 보다 높은 품질의. 형상에 자연스럽게 드러날 수 있도록 제어하는 것이 중요하다.. 패널을 제작 할 수 있음을 확인 할 수 있다.. 이와 더불어 신규 타설할 콘크리트와의 접합은 충분한 두께 값. Figure 18은 동일한 거푸집 2조를 연결하여 타설한 경우에. 을 가지는 패널의 경우 정착을 위한 장치를 활용할 수 있으며. 대해서 나타냈다. 거푸집을 2조를 연결하여 이음면이 일반거푸. 이와 같은 장치의 설치가 용이하지 않을 경우 와이어와 와이어. 집과의 연결하여 타설한 경우와 동일하게 이음면이 표현되는. 클립을 활용하여 충분하게 고정 될 수 있도록 설계 할 필요성이. 점을 확인 할 수 있었으며, 이와 같은 현상을 방지하기 위하여. 있다. 이 때 철근의 활용보다는 와이어매쉬 또는 와이어의 활용. 거푸집을 연결한 후에 3차원 프린터로 출력한 패널을 연결하는. 이 제작과정, 현장으로의 운송 및 설치과정에서 비교적 효율적. 과정과 동일하게 접합면에 접합용 용액을 활용하여 일체화시킬. 이다.. 한국BIM학회논문집 7권 1호 (2017). 7.

(8) 4. 결론. V. (2010). Precast concrete BIM standard documents: Model view definitions for precast concrete. volume-1,. 이 논문에서는 기존의 단순한 패턴을 반복하는 거푸집에 대. Precast/Prestressed Concrete Institute Report.. 해서 지역 특색 또는 미학적 요소를 가미한 디자인에 대해서. Kim, D. W., Chung, D. K., Shim, C. S. (2012) .Development. 고려하기 위하여 3차원 설계 프로그램의 변수모델링을 활용한. of 3D Parametric Models for Modular Bridge Substructures,. 설계방안에 대해서 제시하였다. 미학적 설계를 구현하기 위해 2차원 이미지로부터 3차원 모. Journal of Korea Institute of Building Information Modeling, 2(2) pp. 37-45.. 델로 전환하는 방법론과 이에 대한 프로그램 소스를 제안 및. Lee, K. M., Lee, Y. B., Shim, C. S., Park, K. L. (2012). Bridge. 검증하였다. 제작된 모델의 형상을 구현하기 위해 3차원 모델을. information models for construction of a concrete. 패널라이징 하는 방법론을 제시하고 3차원 프린팅 기술을 적용. box-girder bridge, Structure and Infrastructure Engineering,. 하였다. 제작된 3차원 디자인 패널을 활용하여 미학적 형상을. 8(7), pp. 687-703.. 지니는 거푸집을 제작하는 방안을 제시하고 검증하였다.. Lee, S. Y., Dang, N. S., Shim, C. S. (2015). Development of. 제안된 비정형 거푸집을 시범타설, 실제 교량의 급속교체 현. Creative Design and Construction Methods of Bridge. 장에 적용하여 발생하는 문제점에 대하여 분석하였고 이를 토대. Piers using 3D Model, Journal of KIBIM, 5(2), pp. 12-18.. 로 향후 보완할 사항들에 대하여 제시하였다.. Shim, C. S., Lee, K. M., Kang, L. S., Hwang, J., and Kim, Y. H. (2012). Three-Dimensional Information Model-based. 감사의 글. Bridge Engineering in Korea, Structural Engineering International, 22(1) pp. 8~13.. 이 연구는 국토교통부/국토교통과학기술진흥원 건설기술연. Sacks, R., Eastman, C. M., Lee, G., Orndorff, D. (2005). A. 구사업의 연구비지원(13건설기술A01)에 의해 수행되었습니다.. target benchmark of the impact of three-dimensional parametric modeling in precast construction, PCI Journal. References. 50(4), pp. 126-139. Phil Wiedemann, Architectural Precast Concrete Color and. AIA, Document E202 - Building Information Modeling ProtocolExhibit, American institute of architects, Washington, DC. 2008.. Texture Selection Guide, Precast / Prestressed Concrete Institute.. Billington, S. L., Barnes, R. W., and Breen, J. E. (1998).. Park, S. J., Shim, C. S. (2014). Intelligent Design and Rapid. Project summary report 1410-2F: A Precast substructure. Construction Technologies for Bridge Pier, Korea. design for standard bridge systems, Center for Transportation. Concrete Institute conference, 26(1).. Research, The University of Texas at Austin.. Park, S. J., Song, H. H., Kim, D. Y., and Shim, C. S. (2014).. Dang, N. S., Shim, C. S. (2016). 3D Technologies for Creative. Concrete Formwork Design for Irregular Structures. Design of Concrete Structures, KIBIM Magazine, 6(1), pp.. using 3D Printing, KIBIM Magazine, 4(12), pp.107-108. 143-144. Eastman, C., Sacks, R., Panushev, I., Venugopal, M., Aram,. 8 Journal of KIBIM Vol.7, No.1 (2017). Intelligent Design and Rapid Construction Technologies for Bridge Pier..

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