평면사변형 메쉬기법을 활용한 비정형 건축의 외피 생성 방법에 관한 연구

Abstract

건축에 있어서 형태는 건축가의 표현의지이며, 그 시대의 패러다임과 관념들의 예술적인 표현이라고 할 수 있다. 최근의 건축경향에서 보여 지는 형태들은 디지털 기술을 기반으로 기존의 정형에서 탈피한 비정형 건축물들이 빠르게 확산되고 있다. 그러나 비정형에서 요구되는 구체적인 구현 방법에 관한 기술력이 없이 단순히 형태만으로는 더 이상 새로운 이슈가 아니다. 즉, 비정형의 복잡한 곡면과 외피는 그 형태에 따라 다양한 방법이 요구되기 때문에 실제로 이를 구축시키는 위해서는 자유 형태에 대한 형태 생성 방법론이 중요하다고 할 수 있다. 하지만, 국내에서는 비정형을 위해 실질적으로 필요한 엔지니어링 부분이 해외 기술에 의존하고 있는 것이 현실이다. 이와 같은 현상이 나타나는 이유는 비정형 형태에 대한 연구가 기술적인 부분보다는 철학적 사유를 바탕으로 한 개념적인 부분에 치우쳐져 있어, 비정형 형태를 구축하기 위한 기반기술의 접근 및 이해가 상대적으로 부족하기 때문이다. 그리고 비정형 형태에서 보여 지는 자유 곡선 및 곡면을 계산하기 위한 복잡한 수학 공식과 추상적 기호로 인해, 이를 직접적으로 접해보진 못한 사람들에게는 거부감을 불러일으킬 수 있다. 따라서 이러한 문제를 해결하기 위해서는 비정형 형태를 구현하기 위한 기반기술의 이해와 적용 방법에 대한 연구가 요구 되고 있다.

본 연구는 비정형 건축의 초기 설계 단계에서 파라메터에 기반 한 디지털 도구를 활용하여 건축가의 참신한 디자인을 구축으로 실행시킬 수 있는 기술적인 구현방법에 관한 것이며, 이론적 고찰을 통해 비정형 건축물의 특징과 이를 구현 시킬 수 있는 파라메트릭 모델링 및 패널의 구현 방법에 대해 알아보았다. 그리고 해외 사례들에서 패널의 특징을 분석하고, 그 중 PQ Mesh(Planar Quadrilateral Mesh)를 직접 임의의 형태에 적용해 봄으로써, 비정형 건축을 위한 가장 합리적인 형태 생성 방법을 제안하는데 그 목적이 있다. 본 논문은 다음과 같이 구성되었다. 제 1 장 서론에서는 연구의 배경 및 목적, 연구의 범위 및 방법과 그 내용을 기술하였다. 제 2 장에서는 이론적 고찰을 통해 비정형 건축과 파라메트릭 모델링에 대해 살펴봄으로써 최근 대두 되고 있는 비정형 형태의 특징과 이를 구현시킬 수 있는 생성 기술에 대해 알아보았다. 제 3 장에서는 해외 사례를 통해 자유 곡면의 특성에 따라 각기 다른 면 분할 방식이 적용된 비정형 건축물들에 대해 고찰 및 분석을 해 보았다. 제 4 장에서는 자유 형태가 다변형 패널에 의해 재현될 수 있는 메쉬의 특성을 알아보고, 알고리즘에 의한 서페이스 분할 방법에 대해 고찰해 보았다. 제 5 장에서는 평면사변형 메쉬(PQ Mesh)를 임의의 형태에 직접 구현해 보고 패널링에 대해 분석해 봄으로써, 그 활용성에 대해 검증하였고, 실질적인 구축을 위해 진행 돼야 하는 향후 연구 방향을 제시하였다.

본 연구의 결과는 다음과 같다. 첫째, 비정형 건축의 초기 설계 단계에서 점과 면 그리고 직선으로 구성된 메쉬의 분할을 통해 가상 패널에 기반 한 디자인 프로세스(process)가 가능해 졌다. 둘째, 평면사변형 메쉬(PQ Mesh)의 형태 변화는 파라메터에 의해 자동적으로 새로운 좌표 값들을 투사 할 수 있기 때문에 디자이너는 단순히 수치 값만을 조절함으로써 다양한 형태를 도출 할 수 있다. 셋째, 평면사변형 메쉬 기법에 의한 형태 생성은 실제 부재를 제조 할 수 있는 패널들의 사이즈와 좌표 값을 도출 할 수 있어, 패널링에 의한 비정형 건축의 기술적인 접근성을 발전시킬 수가 있었다.