BIM 가상시공 설계를 통한 비정형 건축디자인 구축

 최근 산업의 디지털화로 인하여 건축디자인이 정형에서 자유로운 형태로 급변 하고 있으며 국내에서는 최근 디자인 경향으로 도입되어 현상설계, 턴키등 설계 당선을 위해 디자인 요소로 필연적으로 적용하고 있다.  그러나 비정형 디자인 구축을 위한 엔지니어링 부분은 많은 부분 아직 부족하다.

 최근 국내에 완성된 비정형 건축물 중 일부는 벌써 시공하자들이 발생하는 등 문제점 들이 발생하고 있다. 이는 시공의 오류라가 보다는 비정형디자인을 완성하기위한  설계 엔지니어링이  부족하기 때문이기도 하다.

Stata Center, Frank Gehry

  프랑크 게리(Frank Gehry)가 설계한 미국 MIT내 스태터 센터(Stata Center)의 경우 2004년 수 많은 찬사 속에서 개관했지만 개관 직후부터 누수, 균열, 배수관의 역류 등의 문제로 MIT는 이러한 문제를 해결하기 위해 지출한 비용이 150만 달러에 이르렀다.  그리고 MIT는 설계사인 게리 파트너스와 시공을 맡은 건설사 비콘 스탄스카(Beacon Skanska)에 설계 및 시공의 실패에 대한 소송을 제기하였다.

 이는  비정형에 대한  완벽한 설계 엔지니어링이 안된 상태에서 시공이 들어 갔으며, 또한 시공과정에서도 그러한 문제점들을 검토하지 못하고 시공했기 때문에 발생했다고 볼 수 있다.

[BIM 가상시공 적용  전후 시공사례 검토]

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 우선  " 인천 엑스포 기념관(설계: 아이아크)의 비정형 외피 부분"으로   BIM설계가 아닌 일반적인 방법에 의한 비정형 부분 시공 목업이다.  콘크리트구조 경우 트러스 월 공법으로 철근을 곡률가공 하여 형태를 구축하는 방법으로 1:1 목업 시공했는데 시공오차가 심하게 나타났으며, 마감패널의 경우도 시공오차가 심해 수평, 수직줄눈의 위치, 패널의 평활도등의 디자인 완성도가 많이 떨어졌다.  따라서 BIM 가상시공모델을 통한 수치 통제 없이는 도저히 비정형디자인을 완성할 수 없음을 보여준다.

비정형 CON'C시공_기존공법

비정형 CON'C+패널시공_기존공법

  기존 공법에 의한 CON'C+패널 시공은 비정형 디자인을 구축하기에 적합하지 않음을 판단하였다. 따라서  BIM의 가상 시공모델에 의해 비정형 콘크리트 거푸집 작업을 진행하였으며, 그 결과  비정형 콘크리트공사 뿐만 아니라 연계된 외피 마감공사의 정밀도를 가진 시공이 가능하게 되었다.  또한 패널제작은 곡률 및 제작사이즈를 최적화시킨 BIM 가상 시공모델을 통해 90%이상을 현장 실측 없이 공장에서 CNC가공을 통해 제작하였다. 패널설치는 BIM 가상시공모델을 통해 추출한 좌표 데이터값을 이용하여 트랜싯으로 정확하게 디지털 모델과 일치시켜 현장 오차를 최소화 시킬수 있었다.

BIM 가상시공모델에 의한 거푸집 시공-1

BIM 가상시공모델에 의한 거푸집 시공-2

BIM가상시공 모델에 의한 아노다이징 패널제작(CNC가공)

 패널설치

 콘크리트+패널공사 완료

 그리고  외벽 마감 패널은  비정형 곡면 패널로 제작 및 시공되었지만,  COPING은 시공자의 편의에 의해 직선 세그먼트로 시공되었다.  비정형 패널이기 때문에 각 패널의 위치마다 경사도가 다르고 크기가 다르므로 전문시공업체는 시공품질 보다는 공사비의 절감과 편의에 의해  COPING부분을 설계와 다르게  세그먼트로 제작 시공하였다.

따라서 외벽패널과 COPING간의 시공오차가 발생하였고 우수에 의한 누수 문제, 디자인의 완성도가 떨어진다고 판단되어 전면적으로 재시공 되었다.

기존 시공법에 의한 COPING 제작설치_세그먼트

기존 시공법에 의한 COPING 제작설치_세그먼트

 아래 그림에서와 같이 COPING은 BIM 가상시공모델에 의해 공장에서 다시 곡면가공으로  제작 되고 재 설치 되었다. 만약  처음부터 BIM 가상시공모델에 의해 COPING이 제작되고 설치되었다면 공기, 공사비, 품질 모두 확보 할 수 있었을 것이다.  

BIM가상시공모델에 의한 COPING제작

 BIM가상시공모델에 의한 COPING 설치

   이와 같이 설계과정에서 비정형 부분에 대한 정확한 기술적인 해결 없이 설계를 마무리하고, 시공과정에서 전문 업체들이 기술적인 부분을 해결하도록 하기 때문에  시공품질이 떨어지고  디자인 완성도가 낮아지게 된다. 

 따라서  비정형 건축물에 있어 디자인과 기술이 하나가 되어 완성되기 위해서는 설계와 시공과정에서  BIM가상시공모델을 통한 설계 엔지니어링이 반드시 필요하다고 본다.