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비정형 건축물(irregular-shaped building)에 있어서 가장 중요한 문제는 시공이 가능한가 이다. 복잡한 기하학적 형태(geometry) 때문에 기존의 방법으로 부재를 제작하고 시공하는 데는 많은 어려움이 따르며, 시공이 가능하다고 하더라도 비용이 매우 많이 들 수 있다. 많은 비정형 건축물 프로젝트가 이러한 이유로 변경되거나 취소되었다. 비정형 건축물을 시공하기 위해서는 먼저 복잡한 기하학적 형태를 가진 외피를 작은 단위로 나누어야 하는데 이것을 패널화라고 한다. 나누어진 외피 패널은 가능한 적은 비용으로 제작과 시공이 가능하도록 수정되고 재생성되는 최적화(optimization, rationalization) 과정을 거친다. 이를 위해서는 먼저 실제 금속 패널을 제작하기 위한 방법을 정리하고 제작방법에 따라 패널 유형을 분류(classification)하여야 한다. 패널은 기하학적인 형태, 모서리 종류, 제작방법 등에 따라 12가지 유형으로 분류될 수 있는데 크게 평판으로 제작 할 수 있는 패널, 한 방향 곡면(one-way curved surface) 패널, 두 방향 곡면(two-way curved surface) 패널로 나뉠 수 있다. 기하학적으로는 한 방향 곡면이나 두 방향 곡면에 속하는 패널 유형도 제작방법을 고려하면 평판으로 제작 가능하기 때문에 제작방법 상 평판에 포함될 수 있고, 두 방향 곡면 패널이라도 제작방법 상 한 방향 곡면 패널에 속할 수 있다. 이렇듯 기준에 따라 유형은 다르게 분류될 수 있는데, 기하학적인 형태와 제작방법에 따라 패널을 분류하여 표로 정리하여 기하학적인 형태가 다른 유형의 패널들이 실제 제작과 시공을 위하여 어떤 유형으로 분류될 수 있고 어떤 방법으로 제작 될 수 있는지 파악할 수 있다.제작방법에 대한 정리와 패널 분류기준을 고려하여 기하학적인 형태를 ...

비정형 건축물(irregular-shaped building)에 있어서 가장 중요한 문제는 시공이 가능한가 이다. 복잡한 기하학적 형태(geometry) 때문에 기존의 방법으로 부재를 제작하고 시공하는 데는 많은 어려움이 따르며, 시공이 가능하다고 하더라도 비용이 매우 많이 들 수 있다. 많은 비정형 건축물 프로젝트가 이러한 이유로 변경되거나 취소되었다. 비정형 건축물을 시공하기 위해서는 먼저 복잡한 기하학적 형태를 가진 외피를 작은 단위로 나누어야 하는데 이것을 패널화라고 한다. 나누어진 외피 패널은 가능한 적은 비용으로 제작과 시공이 가능하도록 수정되고 재생성되는 최적화(optimization, rationalization) 과정을 거친다. 이를 위해서는 먼저 실제 금속 패널을 제작하기 위한 방법을 정리하고 제작방법에 따라 패널 유형을 분류(classification)하여야 한다. 패널은 기하학적인 형태, 모서리 종류, 제작방법 등에 따라 12가지 유형으로 분류될 수 있는데 크게 평판으로 제작 할 수 있는 패널, 한 방향 곡면(one-way curved surface) 패널, 두 방향 곡면(two-way curved surface) 패널로 나뉠 수 있다. 기하학적으로는 한 방향 곡면이나 두 방향 곡면에 속하는 패널 유형도 제작방법을 고려하면 평판으로 제작 가능하기 때문에 제작방법 상 평판에 포함될 수 있고, 두 방향 곡면 패널이라도 제작방법 상 한 방향 곡면 패널에 속할 수 있다. 이렇듯 기준에 따라 유형은 다르게 분류될 수 있는데, 기하학적인 형태와 제작방법에 따라 패널을 분류하여 표로 정리하여 기하학적인 형태가 다른 유형의 패널들이 실제 제작과 시공을 위하여 어떤 유형으로 분류될 수 있고 어떤 방법으로 제작 될 수 있는지 파악할 수 있다.제작방법에 대한 정리와 패널 분류기준을 고려하여 기하학적인 형태를 최적화 시키는 알고리즘을 도출하고 적용하면 패널 모서리의 자유곡선이나 호의 수를 줄여 두 방향 곡면 패널의 수를 감소시킬 수 있다. 자유곡선의 곡률을 하나로 평균화 시키거나, 자유곡선을 두 개 또는 일정한 개수의 호로 바꾸거나, 원하는 길이나 형태가 될 때까지 나누는 방법 등을 이용하여 기하학적인 형태를 최적화 시킬 수 있는데 좀 더 패널 제작과 시공을 고려한 알고리즘을 생각해 볼 수 있다. 한 방향 곡면 또는 두 방향 곡면 패널의 굴곡의 정도를 휨 값이란 개념으로 측정할 수 있는데 선의 양 끝 점을 이은 직선을 만들고 그 직선에서 호와 자유곡선 상 가장 거리가 먼 점과의 거리를 최대 휨 값이란 개념으로 정의한다. 실제 건축물 외피에 패널이 시공될 때 시각적인 인지가 어려운 범위를 정하고, 삼각함수를 이용하여 패널 모서리 길이와 반지름에 따른 휨 값을 계산하는 방법을 도출하여 패널 모서리 길이, 반지름에 따른 휨 값을 계산할 수 있다. 계산된 휨 값은 시각적 인지와 제작방법에 따른 평판과 곡면 패널 제작 범위가 표시된 표로 정리된다. 이 표의 휨 값과 실제 패널의 모서리 길이에 따른 최대 휨 값을 비교하면 제작방법 상 평판 제작 가능여부를 판단할 수 있다. 평판은 모서리가 직선이므로 여기서 평판으로 제작 가능하다는 것은 호 와 자유곡선을 직선으로 바꾼다는 의미와 같다. 따라서 최대 휨 값을 이용한 최적화 알고리즘을 적용하면 패널 모서리의 자유곡선 또는 호를 직선으로 바꾸어 곡면 패널의 수를 줄이고 평판의 수를 늘일 수 있다. 이것은 자유곡선으로 이루어져 있던 패널의 제작 및 시공의 어려움과 제작비용을 줄일 수 있게 한다.이러한 최적화 알고리즘을 파라메트릭 모델링(parametric modeling) 도구인 디지털 프로젝트(Digital Project)에서 스크립트를 프로그래밍하여 구현하였다. 기하학적인 형태의 데이터를 분석하고 수식을 이용하여 최대 휨 값을 계산하였다. 최대 휨 값은 휨 기준과 비교되어 패널의 평판 제작 가능유무가 판단되고 양 끝점을 잇는 직선이 생성되었다.패널 분류와 최적화 알고리즘은 현재 설계중인 동대문 디자인 플라자의 일부 패널에 적용해 보았다. 본 연구에서 도출된 알고리즘을 해당 부위에 적용하면, 두 방향 곡면을 73개에서11개로 감소할 수 있어, 제작비용을 20% 이하로 줄일 수 있다. 이러한 제작방법이 고려된 패널 분류와 도출된 최적화 알고리즘은 비정형 건축물 프로젝트에서 어려운 부분인 외피 패널을 제작 및 시공 가능하게 하고 제작비용을 감소시켜 비정형 건축물을 “더 경제적인 방법으로” 시공하는데 매우 중요한 역할을 할 수 있을 것이다

Abstract ▼ AI-Helper

The most critical issue in irregularly-shaped buildings is how to construct them. Their geometric complexity presents many challenges and problems in fabricating and constructing their shapes. The high cost of such fabrications and constructions is another problem. Designs of many irregularly-shaped...

The most critical issue in irregularly-shaped buildings is how to construct them. Their geometric complexity presents many challenges and problems in fabricating and constructing their shapes. The high cost of such fabrications and constructions is another problem. Designs of many irregularly-shaped building projects have been altered or cancelled because of the difficulties or high costs of their fabrication and construction.To construct an irregularly-shaped building, first of all, its skin has to be chopped into small pieces, which is called panelization. After panelization, the panels go through an optimization (or rationalization) process to fabricate and construct them economically. The panels' geometries are modified or regenerated through this optimization process. To do this, fabrication methods have to be researched, and then panel types have to be classified by fabrication methods. Panels can be classified into one of 12 types by geometry, fabrication methods and type of edges. These 12 types include flat panels, one-way curved surface panels and two-way curved surface panels. Even though some types are geometrically one-way curved surface panels or two-way curved surface panels, they can be classified as flat panels by fabrication methods. Also, some types of two-way curved surface panels can be classified as one-way curved surface panels by fabrication methods. The types can be classified differently by criteria such as these. With the table classifying panels by geometry and fabrication methods, we can figure out how to classify and fabricate different types of panels.Deriving and applying the optimization algorithm considering panels' classification criteria enable a reduction in the number of splines or arcs, which reduces the number of two-way curved surface panels. Geometries can be optimized using methods such as averaging the splines, changing splines to a biarc or multi-arc and subdividing splines. Another method, which considers fabrication more than these methods does, can also be useful. The winding of curved surface panels can be presented by the concept of bending distance, which is measured by the vertical distance from one point on the edge to a straight line joining both ends of the edge. The maximum distance is defined as the maximum bending distance. We can fix the range of non-visual recognition on the building scale, and find the numerical formula for bending distance with trigonometric function. With the bending distance calculated by formula, and the length of the edges, a bending distance value table is made, which includes the range of non-visual recognition and flat panel fabrication by optimization. By comparing the bending distance in the table to the maximum bending distance of the panel's edge, we can judge whether the target panel can be fabricated as a flat panel. The edge of flat panels is a straight line; thus fabricating flat panels means altering the arc and spline of the curved panel's edges into straight lines. Applying the algorithm therefore reduces the number of curved panels and increases the number of flat panels. This also decreases the difficulty fabricating the panels and constructing the building, thereby reducing the costs as well.Such an optimization algorithm is realized by scripting in Digital Project, which is a parametric modeling tool. Geometries are analyzed and the maximum bending distance is calculated using numerical formulas. The maximum bending distance is compared to the bending distance values from the table. If it is possible to fabricate a panel into flat panel, a straight line joining both ends of the edge is created.The classification of panels and the optimization algorithm was applied to some parts of Dongdeamun Design Plaza. When the optimization algorithm from this study was applied to the parts, the number of two-way curved surface panels was reduced from 73 to 11, and fabrication costs fell by 20%.Panel classification considering fabrication methods and the derived optimization algorithm enables the fabrication and construction of panels, which are the difficult parts of irregularly-shaped buildings. In addition, it reduces fabrication costs and plays a very important role in constructing buildings “economically.”

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