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비정형 건축물의 외장 패널의 선제작과 시공을 위한 역설계 프로세스와 사례 분석을 통한 시사점 도출
Implications Deduction through Analysis of Reverse Engineering Process and Case Study for Prefabrication and Construction of Freeform Envelop Panels 원문보기

한국건축시공학회지 = Journal of the Korea Institute of Building Construction, v.16 no.6, 2016년, pp.579 - 585  

류한국 (Department of Architectural Engineering, Changwon National University) ,  김성진 (Withworks)

초록
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3차원 이미지 스캐닝 기술은 복잡한 비정형 건축물의 외피의 정확한 형상과 위치 데이터를 확보하는데 효과적이다. 3차원 이미지 스캐닝 기술의 세부 과정인 점 군집화, 메쉬표면 분리, 넙스 표면 생성, 파라메트릭 솔리드 모델을 통하여 비정형 건축물의 형상을 구축할 수 있다. 이에 본 연구는 비정형 건축물의 외장재 제작과 시공을 위한 3차원 이미지 스캐닝에 의한 역설계 프로세스와 사례 분석을 통하여 시사점을 도출한다. 본 연구의 결과는 역설계 기술을 사용한 3차원 형상 기술과 설계 요소화 방법을 다양한 건설 프로젝트에 활용할 수 있을 것으로 판단된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

3D laser scanning can be used for scanning the freeform surface and building a model from which the measurements could be taken, in order to solve the difficulty with getting access to the exact freeform shape and position data of the complex building envelope. The shape making process using 3D scan...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 우선 최근 제조업, 의학 등의 다양한 분야에서 사용되고 있는 3D 레이저 스캐닝에 의한 역설계의 정의, 방법, 과정을 검토한다. 또한 역설계를 위한 프로그램, 비정형 건축물의 외장재 시공을 위한 측량 방식과 비정형의 형태 구현을 위한 3D 레이저 스캐닝의 중요성을 고찰한다. 이를 바탕으로 3D 레이저 스캐닝을 적용한 모세스 마부히다 스타디움(The Moses Mabhida Stadium), A원형공연장 사례를 살펴보고, 구체적으로 B청사의 역설계와 시공 절차 및 방법을 분석하여 시사점을 도출한다.
  • 본 연구는 비정형 건축물의 외장재 패널의 선제작과 시공을 위한 3D 레이저 스캐닝을 통한 역설계 프로세스와 사례를 분석하여 비정형 건축물의 구축시 고려해야 하는 시사점을 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 연구의 범위는 비정형 외피의 패널의 제작과 시공을 위해 사용하는 3D 레이저 스캐닝 기술의 역설계 기술과 시공에 국한한다.
  • 역설계 모델과 설계 BIM 모델의 관계성은 구조체와 패널 하지재 공사 중 발생한 오차를 검토함으로써 확인한다. 시방 서상 커튼월 마감재의 시공 공차는 5mm이므로 설계 BIM 모델과 시공 현황의 역설계 모델간의 오차가 5mm 이내로 확인이 되면 외장 패널을 재구축하는 과정이 필요가 없으므로 설계 BIM 모델을 외장재 제작을 위한 모델로 사용한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
3D 레이저 스캐닝 활용 시 어떤 장점이 있는가? 최근 문화재의 복원이나 플랜트, 토목 공사에서 정확한 구조체의 형상 정보를 취득하기 위하여 3D 레이저 스캐닝을 활용하고 있다. 이와 같이 비정형 건축물에서도 주요 구조체의 점군(point cloud)의 형상 데이터를 기반으로 설계와 비정형 패널의 선제작(prefabrication)으로 시공시 공기 및 공사비 절감 효과와 시공 품질을 향상시킬 수 있다[9]. 따라서 최근 많이 구축되고 있는 비정형 건축물을 대상으로 3D 레이저 스캐닝을 이용한 역설계(reverse engineeing)와 시공 방법에 대한 실증적 연구가 필요하다.
비정형의 외관 설계는 어떻게 이루어지고 있는가? 비정형의 외관 설계는 기존의 설계 범위를 벗어나 파라메트릭한 형태, 시각화, 3차원 모델로 이루어지고 있다[1]. 디지털 산업의 기술 발달과 더불어 건축 디자인도 파라메트릭한 형태로 변화함에도 불구하고 시공시 기존 공법을 적용함으로써 품질 불량, 공기 지연 등의 문제가 발생하고 있다.
시공시 기존 공법 사용할 때 어떤 문제가 발생하는가? 비정형의 외관 설계는 기존의 설계 범위를 벗어나 파라메트릭한 형태, 시각화, 3차원 모델로 이루어지고 있다[1]. 디지털 산업의 기술 발달과 더불어 건축 디자인도 파라메트릭한 형태로 변화함에도 불구하고 시공시 기존 공법을 적용함으로써 품질 불량, 공기 지연 등의 문제가 발생하고 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 비정형 건축의 형태적인 측면에서의 특성과 BIM 적용 가능성[2] 기존의 비정형 건축물의 사례를 조사하여 건축가의 설계프로세스, 엔지니어링, 제작 문제를 고찰[3], 쾌속 조형(rapid manufacturing)이 건축 부재의 설계와 제작에 미치는 과정을 분석[4], CAM (Computer Aided Manufacturing)과 CNC (Computerized Numerical Control) 기술을 통하여 디지털 정보로 부재를 생산하는 방법[5], 비접촉 레이저 3차원 스캐닝 기반 BIM을 이용하는 노후화 시설물의 모니터링[6], 레이저 스캐닝을 통한 시설물의 역설계[7]에 대한 연구가 진행되었다.
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참고문헌 (11)

  1. Guzik A. Digital fabrication inspired design: Influence of fabrication parameters on a design process [master's thesis]. [London]: University College London; 2009. 71 p. 

  2. Kim SJ, Park SJ, Ryu HG. Review of reverse design process for freeform envelope using 3D scanning. 2015 Conference of the Korean Institute of Building Construction; 2015 May 28-29; Yeosu, Korea. Seoul (Korea): the Korean Institute of Building Construction; 2015. p. 17-8. 

  3. Park J, Lee M. A study on the application of BIM(Building information modeling) in the field of non-linear forms architecture. Proceeding of Annual Conference of the Architectural Institute of Korea. 2008 Oct 24-25; Gwangju, Korea. Seoul (Korea): the Architectural Institute of Korea; 2008. p. 209-12. 

  4. Kloft H. Fabricating architecture(selected readings in digital design and manufacturing). New York: Rinceton Architectural Press; 2009. 111 p. 

  5. Buswell RA, Thorpe A, Soar RC, Gibb AGF. Design, data and process issues for mega-scale rapid manufacturing machines used for construction. Automation in Construction. 2008 Mar;17(8):923-9. 

  6. Kwon KJ, Shin JH, Park SH, Health monitoring of aging facilities using noncontact laser 3D scanning-based BIM. KIBIM Annual Conference. 2013 May 25; Seoul, Korea. Seoul (Korea): Korean Institute of Building Information Modeling; 2013. p. 45-6. 

  7. Kim DY, Shim C, Lee BJ. Reverse engineering of facilities using laser scanning. KIBIM Annual Conference. 2014 May 23; Seoul, Korea. Seoul (Korea): Korean Institute of Building Information Modeling; 2014. p. 23-4. 

  8. Schodek D, Bechthold M, Griggs K, Kao KM, Steinberg M. Digital design and manufacturing - CAD/CAM application in architecture and design. Hoboken (Belgium): John Wiley & Sons, Inc.; 2005. p. 13. 

  9. Kim SJ, Park SJ, Ryu HG. Construction methods review of freeform envelope using 3D scanning. 2014 Conference of the Korean Institute of Building Construction; 2014 Nov 14-15; Kosunggun, Korea. Seoul (Korea): the Korean Institute of Building Construction; 2014. p. 100-1. 

  10. Moon SD, Lee SJ, Ock JH. A experimental application of the laser scanning technology to construction management in the free form buildings. 2009 Conference of Korea Institute of Construction Engineering and Management; 2009 Nov 19-20; Daejeon, Korea. Seoul (Korea): Korea Institute of Construction Engineering and Management; 2009. p. 795-8. 

  11. Silva C. Surveying the Moses Mabhida Stadium, Precision Engineering Geomatics, PositionIT: 2010 July; p. 26-31. 

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