조감도, ©DMP
노들섬 프로젝트의 비정형 ROOF SURFACE 구축을 위해서 WITHWORKS에서DMP건축에 제안 했던 지오메트리 엔지니어링 내용을 정리했다.
비정형 설계 PROESS_구조와 외장의 엔지니어링 PROCESS를 기초로 하여 노들섬 프로젝트의 비정형 ROOF SURFACE 엔지니어링의 설계 제안을 하였다. 특히 구조와 마감의 관계가 밀접하기 때문에 구조 지오메트리 통제가 완벽하게 이루어져야 디자인을 완성시킬 수 있을 것으로 판단되었다.
먼저 비정형 디자인구축을 위한 이해를 돕기 위해 비정형 디자인의 구축을 위한 지오메트리 통제 방법과 관련된 3D 프로그램에 대하여 간단하게 설명하고자 한다.
비정형 디자인은 다양한 형태로 기본 디자인이 완성될 수 있다. 하지만 구축을 위한 엔지니어링 단계에서는 Schematic 디자인 단계와는 좀 다르다고 할 수 있다. 우선 시공성, 경제성을 고려한 3D 모델의 재구축 작업이 필요하며 또한 비정형 SURFACE 모델은 수학적으로 해석, 정의 되는 과정을 거쳐 재구축 되어야 한다. 비록 컴퓨터가 하는 일이지만 개념은 가지고 있어야 된다.
수학적 정의란 좀 어렵게 들릴 수 있는 부분이지만, 예를 들어 구(Sphere)가 일정한 반경으로 정의되는 것과 마찬가지로 비정형 SURFACE는 무수한 곡률에 의한 수학적 함수 정의에 의해 형상이 정의되어 진다. (2차, 3차,..등의 방정식)
그리고 수학적으로 완성된 비정형 SURFACE는 시공을 위해서 일정 좌표나 단면의 DATA 값으로 추출되어지며, 비정형 SURFACE를 정의하는 곡률정의가 많을 수록 공사비가 올라 간다고 생각하면 된다. 따라서 구축단계에서는 최소한의 곡률정의로 비정형 SURFACE를 재해석하는 것이 필요하다.
비정형 SURFACE와 관련된 3D 프로그램을 요약하면,
디자인단계에서 사용되어지는 3D MAX, MAYA, SKETCHUP등은 폴리곤방식으로 3D 형태를 정의한다. 폴리곤 방식은 곡률을 정의할 때 세그먼트를 무수히 만들어 형상을 정의하는 방식이다. 따라서 실제 구축을 위한 엔지니어링에서는 정확한 좌표점을 찾기 힘들기 때문에 사용하기에는 한계가 있다. 하지만 짧은 시간 내에 다양한 형태 디자인이 가능하기 때문에 디자인 단계에서는 효율적이라고 할 수 있다.
그리고 실제 3D엔지니어링 설계를 위해 건축에서 주로 사용되는 프로그램은 AUTOCAD, RHINO, CATIA,..등으로 3D 모델을 완성한 후 제작을 위한 CNC작업으로 어어지는 프로그램들이다.
오토캐드의 경우 2차 방정식 이하로 정의 되어지는 구, 원통형 등의 정형 3차원 작업에 적합하다. 비정형 SURFACE는오토캐드로 연산하면 시간이 너무 오래 걸리고 작업성이 떨어진다.
그리고 라이노와 카티아는 넙스 방식으로 정의 되어 지는 프로그램으로 2차 곡선 이상의 곡률을 가진 비정형SURFACE 구축에 효율적이다. 특히 카티아는 PARAMARIC 방식이기 때문에 DESIGN DEVELOP 단계에서 좀 더 효율적이라 할 수 있다. 한마디로 3D 노가다를 덜 해도 된다.
비정형과 관련된 설명은 여기서 마무리하고 추가적인 사항은 자료실에 있는 내용을 참고하길 바라며 노들섬 관련 내용으로 넘어가자. 설계진행을 대략 5단계로 나누어 보았다.
[1단계_ 디자인 된 SURFACE 검토]
ROOF SURFACE, ©DMP
CURVATURE ANALYSIS, ©DMP
1)UV 메쉬 검토
UV메쉬에 의해서 비정형SURFACE가 정의되게 되는데, UV메쉬가 흐트러진 상태이다. (UV메쉬는 수학적 정의의 CONTROL POINT가 선으로 표현된 형상으로 UV메쉬가 단순해야 형태도 단순하게 정의 됨). 따라서 UV메쉬의 재구축이 필요한 상태이다.
2)CURVATURE검토
붉은색으로 표현되는 부분이 곡률이 심한 부분이다. 재료나 두께에 따라서 적용이 힘든 부분이 될 수 있으므로 최소화 되어야 한다.. (BLUE COLOR: FLAT SURFACE)
2단계_ SURFACE 재 구축
1) UV 메쉬
먼저 2방향곡률로 UV메쉬 단순화 및 SURFACE 재정의 하고 지오메트리가 확정 된 후 1방향곡률(U or V방향) 또는 FLAT SURFACE로 최종 정의 한다. 곡률을 어떤 형태로 정의 하는냐에 따라 시공비, 디자인에 영향을 주기때문에 많은 커뮤니케이션이 필요하다. 여기에서는 일단 2방향곡률을 그대로 정의하고 곡면형태에 대한 추가적인 변경은 하지 않았다.
2) CURVATURE
붉은색 구간이 곡률 심한 부분이며 지오메트리를 재 구축하면서 최소화 된 것으로 판단된다.
3단계_ DIAGONAL GRID 적용
디자인 패턴을 DEVELOP하기 위하여 DIAGONAL GRID 적용 하였다. 구조설계 및 지붕 마감의 재질과 시공비 등을 검토하여 GRID 간격을 결정한 후 컴퓨터 연산에 의해 최종 GRID가 확정된다. GRID의 교차점은 설계 및 시공을 위한 기준 3D 좌표가 된다.
4단계_ SHELLING & STRUCTUAL BASE SURFACE 생성
기준 SURFACE에 두께 값을 주어 마감 및 구조부분 DESIGN DEVELOP작업 진행 된다. STRUCTUAL BASE SURFACE를 통해 구조부분의 DEVELOP이 이루어 지며 마감 GRID와 통합 관리되어 설계가 진행되게 된다. ROOF를 형성하는 모든 구조부재는 STRUCTUAL BASE SURFACE 내에 존재하게 되며 통제된다.
5단계_ DWG. 전환 및 도면화
구조, 마감에 대한 추가적인 3D 작업을 진행하고 최종 결과물은 DWG. 파일로 전환하여 최종 지오메트리 엔지니어링을 완성한다.
•Architect: DMP
•Structural Engineering: ARUP
•Roof Surface Geometry Engineering Proposal By WITHWORKS
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