김 치 경* 최 현 철** 이 윤 재**
*단국대학교 건축공학과 교수
**창소프트아이앤아이 기술연구소 연구원
그림 1 시그램 빌딩(1958)
1. 비정형 디자인의 확산
20세기 초고층건축물은 단순한 형태에 의한 경제성 확보 를 미덕으로 하는 모더니즘의 국제적 스타일을 획일적으로 표방했지만, 21세기에는 향상된 설계 및 시공기술과 함께 다양한 사회적 요구를 반영할 수 있는 새로운 형태의 건축물 이 구현되고 있다. 세계 건축계의 화두는 자유로운 형상의 (free-form) 건축물을 통한 브랜드 창출에 집중되고 있으며, 건축가 프랭크 게리(Frank Gehry)가 설계한 빌바오 구겐하 임 미술관은 이러한 움직임을 촉발하는 계기가 되었다. 빌 바오 구겐하임 미술관은 1억8000만 유로 사업비 투자 대비 연평균 100만 명 관람객 유입과 함께 개관 10년 간 16억 유 로의 관광수입 효과를 올리고 있다. ‘Guggenheim Effect’로 촉발된 현대건축의 이러한 새로운 디자인 흐름은 이전의 정형화된 건물이 아닌 비정형의 자유로운 건축적 형상을 주요한 패러다임의 전환으로 전개해 나가고 있다. 최근 세 계의 여러 주요 도시에 제안되거나 건설되고 있는 초고층 건축물의 경우에도 이러한 ‘비정형(irregular shaped)’ 디자인 경향은 뚜렷한 현상으로 나타나고 있다.
따라서 향후 건설기술의 첨단 분야는 기존의 형상적 한 계를 극복하는 기술로의 전환이 예상된다. 과거 건축가의
상상 속에 그칠 수밖에 없었던 비정형 건축디자인은 디지 털 재현 기술의 발전에 힘입어 그 형태의 가능성이 현실화 되기 시작했다. 즉 비정형 디자인의 실현은 실제 비정형의 시공을 가능케 한 이러한 디지털 재현이 가능해진 시점에 서부터 시작되었다. 그러나 비정형의 실현은 이제 단순한
그림 2 빌바오 구겐하임 미술관
시공에서 나아가 디자인을 보다 효율적으로 구현할 있도록 하는 기술을 모색해가는 단계에 이르렀다. 비정형 구현 기 술에 대한 현 건축계의 관심은 단순한 디지털 재현에서 나 아가 비정형 구조시스템의 안전성을 확보할 수 있는 구조 공학기술과 합리적인 수준에서 건설비를 제어할 수 있는 설계 및 시공 관리기술로 향하고 있다. 비정형 건축의 구현 은 단순 시공과 다르게 이와 같은 관련 기술들의 수준에 따라 안전성과 건설비에 큰 격차가 발생하는 기술로서 향 후 건설업의 경쟁력과 수익률에 결정적 요인이 될 것으로 전망된다.
한편 비정형 건축물의 확산은 전적으로 IT 기술의 발전 과 이를 활용한 새로운 설계 및 시공 프로세스 패러다임의 적용에 기인한다. 따라서 비정형 건축물의 설계 및 엔지니 어링 기술력은 전산프로그램의 성능과 활용능력에 달려있 으며, 이것이 핵심 원천기술을 이룬다고 할 수 있다. 국내 에서 계획 중인 대부분의 비정형 건축물 설계 및 엔지니어링 업무는 거의 해외 업체에 의존하고 있는 실정인데, 해외 업체 역시 시장 선점을 위한 기술 개발이 완료된 상태는 아니다.
전 세계 비선형 건축물 설계 시장을 장악하고 있는 영국의 아럽(Arup)사에서는 FII(Foresight, Incubation, Innovation)라 는 독립적인 전산기술 그룹을 구성하여 CDO(Computational Design & Optimization) 기술을 자체 개발하였으며, 이를 이 용하여 수많은 디자인 대안을 빠르고 정확하게 검토하여 최적의 대안을 도출하는 기술을 보유하고 있다. 아럽사에 서는 현재 이러한 기술을 외부에 공개하지 않고 자체 수주한 프로젝트들에만 독점적으로 사용하고 있다. 미국의 게리 테크놀러지(Gehry Technology)사는 자동차와 항공분야에서 사용되는 3D 설계 솔루션인 카티아(Catia)를 주요 엔진으로 디지털 프로젝트(Digital Project)라는 파라메트릭 BIM 툴을
개발, 이를 활용해 비정형 건축물의 상세설계 및 컨설팅을 독점적으로 수행하고 있다. 이렇듯 비정형 건축물의 설계 및 엔지니어링은 고도의 전문 기술이며 관련한 고도기술의 습득에는 상당한 어려움이 있다. 따라서 우리나라 내에서 의 자체적인 기술개발 노력 없이는 이 분야에서의 기술 경 쟁력을 가질 수 없으며, 기술격차는 시간이 갈수록 벌어지 고 기술 의존도는 더욱 심화될 것이다.
결론적으로 IT 기술을 융합한 전산프로그램의 성능과 활 용능력은 국내 건설산업이 세계의 고부가가치 건설시장에 진입하고 고가의 해외 설계용역에 대한 기술 의존을 벗어 나게 해줄 수 있는 핵심 원천기술이라 할 수 있다. 이는 현 재 비정형 건축물 설계 및 엔지니어링 기술력을 좌우하는 핵심요소기술이며, 세계시장을 선도하는 설계 및 엔지니어 링 회사들은 자체적인 기술개발을 통하여 내부(in-house) 솔루션을 갖추고 이를 활용한 기술력을 앞세워 세계시장을 독과점하고 있음을 알 수 있다.
2. 기술집약적 고수익 건설시장
한편 현재 국내 건설산업의 해외 진출은 단순 시공 분야 를 중심으로 이루어지고 있다. 기술집약적 고수익 분야인 설계 및 엔지니어링 분야의 해외 진출은 전무한 상태이며, 국내 시장마저 해외기술에 의존하고 있는 상황이라 할 수 있다. 국토해양부의 자료에 따르면 국내 건설업체의 엔지 니어링 분야 세계시장 점유율은 2003년 0.16%, 2004년 0.21%, 2005년 0.7%, 2006년 1.6%로 미미한 수준이다. 비정 형 건축물 분야에서 국내 업체는 핵심적인 엔지니어링 능 력과 그에 대한 경험과 신뢰도가 부족하여 거의 대부분 해 외의 선진 업체에 의존하고 있기 때문에 해외시장은 물론 국내 시장도 거의 점유하지 못하고 있다.
단순시공 분야의 해외시장 점유율 및 수익률도 저임금 등을 앞세운 제3국의 추격과 경쟁으로 지속적 하락 추세에 있는 실정이다. 2012년 대기업 건설회사의 해외건설 수주 실적이 650억불에 달했음에도 불구하고 중소 전문건설사는 7~8년 전 대비 절반으로 급감하였고, 건설시장의 고용은 정체 상황에 있다. 즉 국내 건설산업은 외형적 성장에도 불 구하고 하이테크 분야는 건설선진국에, 로우테크 분야는 낮은 인건비 기반의 현지 또는 동남아 업체에 밀리는 전형 적인 샌드위치 현상으로 고전하고 있는 것이다. 단순 시공 분야에서 축적한 경험 이외에 설계 및 엔지니어링 분야에 서 차별화된 세계일류 기술이 부재하다는 사실은 기술집약 적 고수익 건설시장 진출에 핵심 장애 원인이 되고 있다.
특히 비정형 설계 및 엔지니어링 분야는 높은 전문기술
Sunrise Tower Marina Bay Sands Dacing Towers CCTV Headquarters
Cayan Tower Turning Torso Agbar Tower Lotte World Tower
Al Hamra Tower Menara Telekom Dubai Marina Solomon Tower
그림 3 비정형 초고층 건축물 사례(http://www.skyscrapercenter.com)
력을 필요로 하는데 국내 관련 컨설팅 기술은 거의 전무한 실정이다. 따라서 값비싼 해외 용역 및 소프트웨어에 전적 으로 의존하고 있는데, 일례로 최근 완공된 국내 비정형 건 축물 사례인 동대문디자인플라자의 상세설계 및 가상시공 에는 비정형 디자인 분야에서 독점적 기술력을 보유한 미 국의 게리 테크놀러지사가 기술자문을 하고 이들이 개발한
디지털 프로젝트(Digital Project)가 상세설계에 활용되었다.
디지털 프로젝트는 비정형 디자인에 특화된 매우 고가의 BIM 툴이며, 게리 테크놀러지는 독점 기술을 바탕으로 국 내 설계용역의 10배에 달하는 가격 수준으로 전문컨설팅 을 수행하는 것으로 알려져 있다. 현재 미국과 유럽을 중심 으로 이와 같은 비정형 구조 전산설계 프로그램에 대한 개
그림 4 비정형 디자인의 최적설계(Phare Tower 사례, http://morphopedia.com)
그림 5 국내 대기업건설회사 해외수주 실적 추이 (나라지표: http://www.index.go.kr)
그림 6 중소전문건설사 해외수주 실적 추이 (해외건설협회: http://kor.icak.or.kr) 발이 활발히 진행되고 있는데, 이들은 개발된 기술의 브랜
드화를 통해 세계 비정형 구조물 수주에 독과점 형식으로 참여하고 있다.
이와 같은 상황에 근거해 볼 때 국내 건설산업의 자립도 를 높이고 시작 단계에 있는 세계 고부가가치 건설시장을 선점하기 위해서는 첨단건설기술 분야를 선택, 집중 육성 함으로써 브랜드화할 필요가 있다. 이로써 해당 기술의 후 광 및 홍보효과를 통해 건설기술 선진국으로서의 이미지를 확산하고 국가 브랜드의 가치 향상을 도모할 수 있을 것이 다. 이러한 국가 브랜드의 향상은 우리나라 산업 전반의 신 뢰도 향상으로 이어져 산업 전반의 수출경쟁력 향상에도 기여할 것으로 기대된다.
따라서 본 초고층 설계기술 연구단에서는 국내외를 막론 하고 시장이 확대되고 있고, 건축물 설계 및 엔지니어링 분 야에서 최고급 기술로 인식되어 소수의 선두 회사들이 세 계시장을 독과점하고 있는 비정형 설계 및 엔지니어링 기 술에 주목하고 다음과 같은 연구 목표를 세웠다. 즉 첨단
IT기술의 융합에 의해 세계 수준 대비 동등 이상의 전산최 적설계 기술을 개발하고, 이로써 Design-Build 입찰 등 세계 건설시장에서 고부가가치 설계 및 엔지니어링 용역 수주 및 자체 수행이 가능한 기술력을 확보하는 것을 목표로 연 구를 진행하였다.
3. 형상의 비선형성? 파라메트릭 기법!
비정형 건축물은 부재들이 수직·수평의 기준선에 따라 배치되는 일반적인 건물들과는 다르게 공간상에 자유로운 각도를 가지고 입체적으로 배치되는 특성을 가진다. 오늘 날 컴퓨터 기반 설계기술의 발달에 따라 과거 건축가의 상 상에서만 가능하였던 다양한 자유곡면 등의 비선형 형상이 건축 디자인으로 차용되는 시대에 이르렀다. 한편 이러한
그림 7 동대문디자인플라자(http://perspectives.3ds.com/)
그림 8 Doha Convention Centre SIDRA TREES 프로젝트 (http://www.cop18.qa, http://obleo.net)
부재들을 실제 건물로 구현하기 위해서는 일견 복잡해 보 이는 이러한 자유형상을 가능한 한 수학적·논리적인 기하 학 규칙에 의해 표현하고 재현해야 할 필요가 있다. 이로써
디자인이 그림에 그치지 않고 실제 지어질 수 있도록 합리 적인 구조시스템을 찾고, 실제 시공이 가능한 부재 단위들 로 구조체를 상세설계한 다음 공장 또는 시공현장에서 제
그림 11 알고리즘에 의한 형상 정의
그림 10 Generative Design Process (http://en.wikipedia.org)
그림 9 What is Parametric Design?(http://www.parametriccamp.com)
작 가능한 데이터들로 이를 가공해낼 수가 있는 것이다.
한편 구조해석 소프트웨어는 최신 디자인 소프트웨어의 발전을 아직 못 따라가고 있는데, 현재 상용되는 구조해석 소프트웨어들로는 비정형 건물 모델을 작성하기가 거의 불 가능하거나 효율이 매우 떨어진다. 따라서 제한된 시간 내 에 비정형 구조체에 대한 다양한 대안들을 검토해 보거나 최적화된 구조시스템을 찾아내기란 현실적으로 매우 어렵 거나 거의 불가능한 일이 된다. 한편 이러한 형상의 비선형
성을 기하학적으로 기술하기 위한 매우 효율적이고도 획기 적인 기법이 AEC/FM 분야에 새롭게 등장하게 되었는데, 이것이 바로 매개변수 설계법(Parametric Design)과 생성적 설 계법(Generative Design)이다.
매개변수 설계법은 어떤 형상을 정의하는데 있어 일련의 상호 관련된 매개변수(dependent parameter)와 구속조건(constraint) 을 통하여 해당 형상을 정의하는 방법으로서, 모델 상의 하 나의 형상이나 수치를 수정하면 상호 관련(또는 구속)된 다 른 형상의 크기나 위치가 변하게 된다. 이러한 방법론은 복 잡한 형태를 구성함에 있어서 다층적인 복잡성의 수준을 가진 복합체를 만들게 되고, 그 각각의 수준들은 그 구성원들 간에 또 상하 위계적인 계층 간에 서로 연결되어 영향을 미친다는 점에서 ‘연관적인 설계(Associative Design)’이라 고도 불린다.
매개변수 설계법은 그 구현에 있어서 구성이력트리를 통한 단방향의 연관성을 가지고 구현되는 이력기반 시스템(history-
그림 12 건축 구조부재의 반복성
그림 13 건축 구조체의 대안 생성
based system)과 구성이력트리가 없이 상호연관이 가능하 고, 구속조건들을 동시에 풀어내는 구속조건 솔버를 통해 구현되는 방식(constraint solver system)으로 나눠지며, 하나 의 시스템 내에서 그 두 가지가 결합되어 구현되기도 한다.
생성적 설계법은 오늘날 다양한 디자인 영역(미술, 건축, 커뮤니케이션 디자인, 제품설계 등)에 적용되고 있는 설계 법으로서, 그 산출물이 - 이미지, 소리, 건축 모델 등 - 일련 의 규칙들 또는 알고리즘(보통은 컴퓨터 프로그램)을 사용 하여 생성된다는 것이 그 본질이다. 따라서 그것은 설계의 다양한 가능성을 탐색하는 신속한 방법이다. 일반적으로 생성적 설계는 설계 전략(a design schema), 변형을 만들기 위한 방법(means of creating variations), 의도하는 산출물을 선택하기 위한 방법(means of selecting desirable outcomes)을 가지고 있다. 건축에 있어서 생성적 설계법(계산적 설계법
(computational design)이라고도 한다)은 주로 형태탐색(form- finding)의 과정과 건축 구조의 시뮬레이션을 위해 응용되고 있다.
생성적 설계법이 점점 더 중요도를 더해가고 있는 이유는 주로 새로운 프로그래밍 환경(Processing 등), 또는 스크립팅 기능(라이노 스크립트, 그래스하퍼 등)의 발전에 기인한다.
이런 새로운 환경은 프로그래밍 경험이 거의 없는 설계자 들이라도 비교적 쉽게 이러한 방식으로 그들의 아이디어를 구현할 수 있도록 해 준다. 생성적 설계법은 오늘날 많은 건축, 디자인 학교에서 가르쳐지고 있으며, 건축과 디자인 실무에서 그 기반을 확립해 가고 있다. 생성적 설계법은 생 성적 모델이 종종 설계의 절차라는 점에서 생성적 모델링 과 연결된다. 또, 대부분의 생성적 설계법은 매개변수적 모 델링에 기반한다.
따라서 파라메트릭 설계 기법은 한 마디로 매개변수들을 사용하여 형상을 기술하는 함수 또는 논리적 관계를 정의 하고, 이에 의해 설계를 제어하는 동적이고 규칙에 기반한 (rule-based) 설계방식이다. 즉 형태 생성 자체를 사람의 손 으로 하지 않고, 초기 입력 조건으로부터 주어진 알고리즘 을 통해 자동으로 형태를 생성해내는 가장 유연하고 진보 된 기법이라 할 수 있다. 따라서 파라메트릭 기법은 알고리 즘, 함수, 수학의 논리를 적용해 비선형적인 구조체 형상을 가장 합리적으로 정의할 수 있는 방식을 찾고, 이를 재현해 내는 데 매우 적합하고 효율적인 방식을 제공한다.
이러한 파라메트릭 기법은 다음과 같은 이유들에서 특히 건축설계 분야에 가장 즉각적이고 신속하게 차용되고, 대 표적인 응용 분야로 자리 잡게 되었다. 즉 고정된 좌표 또 는 수치가 아닌 변수를 매개로 설계의 규칙과 논리 관계를 정의하므로 이러한 특정 규칙 하에 기하학적으로는 유연한
그림 14 아럽사의 CDO(Computational Design & Optimization) 프로세스
그림 15 StrAuto 기능 및 최적설계 프로세스 수많은 형상 대안들을 생성하는 것이 가능하다. 또한 파라
메트릭 기법은 고정된 수치 좌표가 아닌 형상을 정의하는 함수에 의해 형상을 제어하므로 대량의 부재가 반복적인 패턴을 가지고 배치되는 초고층 또는 초대형 공간의 모델 링에 매우 효율적이며 적합한 방식을 제공한다.
이러한 파라메트릭 기법을 구조시스템에 적용한다면 구 조부재의 단면정보를 정의하는 단면형상과 그 치수, 경계 조건, 구속조건, 하중조합 등의 구조정보들을 파라메트릭 기법에 의해 정의하고 관리할 수 있다. 그 다음, 정의된 특정 구속조건을 만족시키는 수많은 형상대안을 만들어내는 것 이 가능한데, 특히 구조부재의 단면속성 및 형상을 변수로 설정하면 매우 세밀한 속성 및 형상 변화에 따른 수많은 대안을 비교 평가하고 최적안을 도출하는 것이 가능하다.
4. 전산최적설계기술이란? - StrAuto
비정형 초고층건물의 설계에는 일반적으로 다음과 같은 어려움이 따른다. 첫째, 형상의 비선형성으로 인하여 하나의 구조시스템 대안을 모델링, 해석, 설계하는 과정에 많은 시간 과 노력이 소요되어 다수의 대안 생성 및 비교 검토가 어 려운 기술적 한계가 있다. 둘째, 비선형 구조시스템은 설계 변수와 구조 성능 간의 상관관계를 예측하기 어려워 다수의 구조시스템 대안을 생성하고 비교 검토하여 최적의 안을 찾는 시행착오(trial-error) 방식의 설계 기법이 요구된다.
따라서 이러한 한계를 극복하기 위해 다음과 같은 기능 이 요구된다. 첫째, 비선형 형상을 기하학적 측면에서 합리 적, 효율적으로 모델링할 수 있어야 하고 단시간 안에 많은 안들을 생성해낼 수 있어야 한다. 둘째, 다수의 대안들을 단시간 내에 해석하고 그 결과를 비교 검토하여 최적해에 근접한 안을 찾아가야 한다. 즉 형상의 비선형성에서 오는 물리적 재현의 어려움을 줄이고, 수많은 대안들에 대해 반 복적인 구조해석을 수행하고 그 결과들을 비교 검토하는
과정을 효율화함으로써 소요 시간을 단축하는 것이 관건이 다. 초고층 건물의 규모를 고려할 때 한 개 구조시스템 대 안에 대해 그 형상을 3D 모델로 재현하는 데에만 소요되는 시간, 구조체 반응을 해석하기 위해 무수히 많은 부재들에 구조적 속성을 부여하고 구조해석 솔버를 이용해 해석을 실시하는 데에 걸리는 시간이 현실적으로 시행착오에 근거 한 실험적 방식을 불가능하게 하는 것이다.
한편 건물 구조체의 일반적인 반응과 거동을 해석하는 컴퓨터 프로그램들은 현재 이미 ETABS, SAP2000, MIDAS GEN, STAAD 등의 여러 강력한 소프트웨어들이 개발, 상 용화되어 왔고, 업계에서 널리 사용되고 있다. 그러나 가치 공학(Value Engineering) 관점에서 건물의 경제적 구조설계 를 수행하는 구조설계 소프트웨어는 아직 없다. 즉 구조체 의 최적설계라는 개념은 아직 세계적으로도 알고리즘 제안 단계에 있으며, 이를 소프트 컴퓨팅(soft computing) 기법에 의해 수행하는 소수의 세계선도 기업들에서는 내부(in-house) 프로그램을 개발하거나 기존 상용 프로그램의 스크립팅, API 등을 활용하여 자체적인 기법을 개발, 적용해 나가고 있는 실정이다.
그림 18 StrAuto의 분산병렬 해석시스템
그림 16 StrAuto 최적설계 수행 화면 그림 17 StrAuto의 최적설계 원리 해석결과가 특정 목표치(최적값)에 도달할 때까지 새로운
파라메터 조합을 생성함으로써 해석모델을 진화시킨다.
StrAuto의 최적설계 기능의 핵심은 자동 생성된 형상 모 델과 해석 솔버의 반복적 데이터 교환에 있다. 해석 솔버로
그림 20 구조시스템 대안 비교검토
그림 19 The Blade 최적설계 부터 피드백 받은 결과를 비교 검토함으로써 StrAuto는 형
상 모델을 진화시키고 끊임없는 반복 해석을 수행함으로써 최적해에 근접해가는 것이다. 이러한 기능을 통해 기존 구 조해석 프로그램의 모델러를 이용할 경우 모델링에만 1주 일 이상 소요되는 비정형 구조체를 대상으로 수천 개의 대 안을 수 시간 안에 생성, 해석, 비교 검토함으로써 최적의 구조시스템 대안을 찾아낼 수 있게 된다.
StrAuto는 또한 빠른 시간 안에 수많은 대안을 검토할 수 있는 기능을 극대화하기 위한 분산병렬 해석시스템(distributed parallel solver system)을 탑재하고 있다. 분산병렬 해석시스 템은 진화적(evolutionary) 최적화를 수행함으로써 최적화 과정에 소요되는 비용을 획기적으로 단축한다. 수천의 디 자인 대안들을 생성하고 그 성능을 평가, 최적안을 결정하 는 과정은 컴퓨터에 의하더라도 수십 시간에 이르기까지의 시간이 소요될 수 있다. StrAuto는 유전자 알고리즘에 의해 새로운 대안들을 생성하고, 이후 Distributed Parallel Solver System에 의해 대안들을 평가하는 작업을 다수의 컴퓨터들 에 분배하고 할당함으로써 동시에 수많은 디자인 대안들을 평가한다. 이러한 원리에 의해 단일 솔버 시스템을 이용하 는 것과 비교해 10배에서 50배 가량의 속도 향상이 가능하 며, 수십 시간에 이르던 기존의 최적화 비용을 몇 시간 이 내로 단축할 수 있게 된다. 이 기술에 의해 StrAuto의 성능
은 강력하게 향상될 수 있었다.
5. StrAuto 적용 사례
1) 용산 B2-2 The Blade 구조시스템 최적화 본 프로젝트는 원 구조설계안에 대한 비용 최적화와 함 께 메가브레이스(mega brace)와 튜브월(tube wall) 구조를 새롭게 적용한 안들에 대해 각각 비용 최적화를 수행함으 로써 총 세 개의 구조시스템 대안을 각각 최적화하고 그 세 개 안에 대한 비교검토 자료를 제시하는 것이 목적이었 다. 세계적 건축가 도미니크 페로(Dominique Perrault)가 설
그림 22 코어벽체 콘크리트 단면형상 및 콘크리트
강도 최적설계 결과 그림 23 모스크바 시티가든 최적설계
그림 21 UIC 프로젝트 최적설계
최적안을 도출하였다. 그 결과 약 18% 수준의 물량 감소가 가능한 최적안을 도출할 수 있었다.
3) 모스크바 시티가든 기둥 최적화
본 프로젝트는 총 높이 285.2m의 초고층건물의 기둥 단 면크기 및 콘크리트 강도를 최적화하는 것이 목적이었다.
구조엔지니어에 의해 수행된 1차 구조설계 결과를 바탕으 로 콘크리트 강도와 단면형상을 순수하게 수치적 관점에서 전산최적화하는 것이 목표였으며, 이를 위해 사전 구조설 계로부터 산출된 부재 응력을 만족하는 최소 단면적을 도 출하는 StrAuto 컴포넌트를 추가 개발하였다. 최적설계 결 과 부재 부피 및 중량은 원안의 88.73% 수준으로 감소하였 으며, 비용은 원안의 87.19% 수준으로 감소하여 약 13%의 비용 절감 효과를 달성할 수 있었다.
4) 롯데 수퍼타워 아웃리거 및 코어 최적화 롯데 수퍼타워는 총 높이 555m, 연면적 782,497m2 규모 의 초고층건물로 세 개 아웃리거의 위치와 코어 구조체의 콘크리트 강도 및 두께를 최적화하는 것이 프로젝트의 목 적이었다. 이러한 세 개 설계변수들의 조합에 의해 최소 횡 변위와 비용을 만족하는 최적안을 도출하는 것이 목표였으 며, 최소 비용을 실현하는 아웃리거의 위치와 코어를 구성 하는 벽체 부재들에 대한 콘크리트 강도와 두께 수직조닝
그림 24 기둥 단면형상/콘크리트 강도 최적설계 과정 및 결과
그림 26 최적 코어 위치 및 콘크리트 강도·두께 수직조닝 결과
그림 25 The Blade 최적설계 그림 27 도하 컨벤션 센터 최적설계
그림 28 최적해 탐색 과정 설계안을 결과물로 제시하였다. 최적설계 결과 원안 대비
총 7.8% 수준의 물량 절감 및 23% 수준의 비용 절감이 가 능했다.
5) 도하 컨벤션 센터 아웃리거 및 코어 최적화 도하 컨벤션 센터는 총 높이 551m, 연면적 124,220m2 규 모의 초고층 건물로 세 개 아웃리거의 위치와 코어 구조체 의 콘크리트 강도 및 두께를 최적화하는 것이 본 프로젝트 의 목적이었다. 이러한 세 개 설계변수들에 의한 조합이 최 소 횡변위와 비용을 만족하는 최적안을 도출하는 것이 목 표였으며, 세 개 변수들의 조합에 따른 수 천 개 안을 자동 생성하고 반복 해석에 의해 12시간 내에 최적화 결과를 도 출할 수 있었다.
그림 29 펜토미니엄 타워 브레이스 형상 검토
그림 30 최적안 도출 과정
6) 용산 R5 펜토미니엄 브레이스 최적화
펜토미니엄 타워는 총 높이 320m, 연면적 145,000m2 규 모의 초고층건물로 브레이스 부재들의 형상과 방향을 변화 시킴으로써 얻은 대안들의 구조성능을 비교 검토하고 최적 안을 제시하는 것이 프로젝트의 목적이었다. 다양한 브레 이스 대안들에 대한 변위 및 물량을 비교 검토함으로써 최 소 변위와 물량을 만족시키는 최적안을 제시하였다.
6. 고부가가치 엔지니어링 기술의 실현
본 비정형 전산설계 플랫폼 개발연구는 현재 국내시장에 서조차도 해외 선두 엔지니어링사에 내어주고 있는 비정형 초고층건물의 설계 및 엔지니어링 원천기술을 확보하여,
관련 분야에서 세계 수준의 기술경 쟁력을 갖추고 기술 자립을 실현하 는 것에 의의가 있다. 실제 본 전산 플랫폼의 개발이 완료된 이후 다수 의 해외 초고층 프로젝트를 계속적 으로 수주 가능했으며, 이들의 성 공적인 최적설계 수행을 통해 의미 있는 비용절감 효과를 달성하고 본 국내외에서 본 원천기술의 기술력 을 인정받을 수 있었다. 본 개발 기 술의 국내외 홍보와 현업적용 실적 의 축적을 통해 국제적 기술 브랜드 를 창출하고 기술 신뢰도를 향상시킴으로서 기술집약적 고 부가가치 엔지니어링 시장에 진출할 수 있었다. 또한 본 연 구단의 지원사업 결과 첨단 IT기반 비정형 초고층 엔지니 어링 분야에서 세계 시장 경쟁력을 갖춘 IT융합 건설기술 컨 설팅 회사를 육성할 수 있었으며, 이를 발판으로 세계 시장에 서 확고한 선도 위치를 지속적으로 구축해나갈 것과 국내 건설산업 전반의 동반적인 역량 강화를 기대해 본다
