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NTIS 바로가기한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.14 no.9, 2013년, pp.4616 - 4626
유정원 (선문대학교 건축학부) , 문준식 (서울대학교 건축학과)
Freeform buildings have become the main trend that reflects complex and diverse nature of the society with the progress on the digital technology. Therefore, the demands of the researches about architectural freeform surfaces have increased rapidly over the past few years. As the fundamental researc...
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핵심어 | 질문 | 논문에서 추출한 답변 |
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3차원 공간상에 존재하는 2차원 곡면의 해석기하학적 정의는 무엇인가? | 첫째, 해석기하학적 정의에 의한 곡면은 3차원 공간을 표현하는 3개의 좌표변수에 대한 방정식을 만족하는 점들의 집합으로 정의되며 이렇게 정의된 곡면은 대수곡면 (algebraic surface)이라고 한다. 곡면은 표현하는 방정식의 차수에 따라 평면을 제외하면 2차 곡면과 그 이상의 고차곡면으로 분류할 수 있다[10]. 2차 곡면(quadratic surface)은 각 좌표변수에 대한 2차 방정식으로 표현되는 곡면으로서 원뿔면(cone), 주면(cylinder), 쌍곡포물면 (hyperbolic paraboloid), 포물면(paraboloid), 구면(sphere) 등이 포함된다[11]. 둘째, 미분기하학적 정의에 의한 곡면은 곡률을 통해그 특성이 표현된다. 곡면 위 한 점에서의 가우스 곡률 (Gaussian curvature) 부호에 따라 곡면의 각 부분을 분류하며, 가우스 곡률이 0보다 큰 경우 타원점(elliptic point), 0보다 작은 경우는 쌍곡점(hyperbolic point)이 된다. 가우스 곡률이 0인 경우는 모든 방향으로의 곡률이 0인 경우와 그렇지 않은 경우로 나눌 수 있으며, 전자는 평면적점(planar point), 후자는 포물점(parabolic point)에 해당한다[12]. 이 중 평면적 점으로만 이루어진 곡면이 곧 평면이며, 한 방향으로의 곡률만으로 설명이 가능한 평면점과 포물점으로만 이루어진 곡면은 단일 곡률(single curved) 곡면에 포함된다. 한 방향으로의 곡률만으로 설명할 수없는 타원점이나 쌍곡점을 포함한 곡면은 이중 곡률 (double curved) 곡면이 되는 것이다. 앞서 예로 든 2차 곡면 중 원뿔면(꼭지점 제외)과 주면은 단일 곡률 곡면이며, 쌍곡면과 구면 등은 이중 곡률 곡면에 포함된다[1]. | |
2차 곡면은 무엇이고, 이에 포함되는 것은 무엇인가? | 곡면은 표현하는 방정식의 차수에 따라 평면을 제외하면 2차 곡면과 그 이상의 고차곡면으로 분류할 수 있다[10]. 2차 곡면(quadratic surface)은 각 좌표변수에 대한 2차 방정식으로 표현되는 곡면으로서 원뿔면(cone), 주면(cylinder), 쌍곡포물면 (hyperbolic paraboloid), 포물면(paraboloid), 구면(sphere) 등이 포함된다[11]. | |
비정형 건축물의 구축과정에서 비정형 형태로 계획된 복잡한 형태의 외피를 제작하고 시공하는 일이 일반적인 정형 건축물의 구축과 차별되는 특징은 무엇인가? | 비정형 건축물의 구축과정에서 비정형 형태로 계획된 복잡한 형태의 외피를 제작하고 시공하는 일은 비정형 건축의 성공을 좌우하는 중요한 과정으로서 일반적인 정형 건축물의 구축과는 차별되는 몇 가지 특징을 지닌다. 첫째, 설계, 시공, 구조, 재료, 패널제작, 에너지, 컴퓨터 공학 등 다양한 분야 전문가들의 기술적 협업이 요구 되는 복잡성을 지닌다. 둘째, 패널의 종류(평면패널, 단일곡률패널, 이중곡률 패널, 패널재료), 패널분할종류(패널 형태, 분할기법), 패널조립방법 등의 여러 가지 변수에 의해 다양한 대안이 생성되므로 정확한 경제성, 시공성에 대한 예측이 쉽지 않다. 셋째, 비정형 건축의 곡면 외피는 그 건물만이 가지는 유일한 곡률의 외피이며 규모면에서 하나의 거대한 몰드를 사용하여 외피를 제작할 수 없으므로 패널분할 (panelizing)이라는 과정을 필수적으로 수반하게 된다. 곡면의 패널분할(panelizing)이란 비정형 곡면을 금속, 유리 등의 패널로 구축하기 위한 패널로의 분할과정을 거치는 것을 말한다(거푸집을 이용한 콘크리트 등의 재료로 구축하는 경우 제외). 즉, 비정형 건축곡면의 생산 및 제작은 비교적 규모가 작은 제품을 생산하는 산업디자인의 경우처럼 비정형 곡면 제작을 위한 한판의 몰드를 형성 하여 전체 곡면을 한개의 판으로 제작할 수 없으며, 대량생산이 가능한 자동차 산업의 경우처럼 비정형 곡면 생산을 위한 값비싼 몰드의 제작에 대한 투자 대신에 대량생산에 의한 비용절감이 가능한 경제성 확보가 가능한 경우도 아니므로 몰드의 규모 및 재사용 가능성에 의한 경제성 측면에서 다른 산업들과 차별된다. 넷째, 비정형 곡면의 원형을 최대한 유지하면서 경제 성을 고려한 생산 가능한 패널로의 분할과 패널 변형의 일련의 과정인 패널분할 최적화(optimization)를 필요로 한다. 패널분할 최적화 기술은 부재 생산성 확보, 시공 용이성 확보, 합리적 공사비 확보, 원형 곡면 유지 등의 측면에서 그 중요성이 대두되고 있다. 다섯째, 비정형 곡면 외피의 구축을 위하여 어떠한 패널분할 유형을 적용하는가에 따라 외관(패널분할 패턴) 과 시공성에서 다양한 차별화가 이루어지며, 적용되는 최적화 기법의 종류에 따라서는 외관(곡면의 시각적 연속 성)과 경제성 측면에서 다양한 결과를 생성하게 된다. 이러한 비정형 건축곡면 구축의 특징으로 인하여 패널 분할과 최적화 기법 연구에 대한 필요성은 증가하고 있다. 하지만, 비정형 곡면 패널분할 최적화를 위한 건축설계, 시공, 구조, 재료, 패널제작, 에너지, 컴퓨터 공학 등여러 분야에서의 다양한 시도가 이루어지면서, 비정형 곡면의 패널분할과 최적화 기법에 대한 분류 및 유형정리가 다양한 기준으로 이루어져 있고 개념정립이 명확히 되어있지 않다. |
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