02. Digital Architecture_03


외피 구성 전략

오늘날 건축가들은 디지털로 새로이 의미 있고 미학적인 가치뿐만 아니라 새로이 구조적, 기하학적 복합성을 이끌어낼 건물 외피를 만드는 NURBS 서페이스를 만들어내고 조작한다. 그것은 서페이스일 새로운 형태의 영역을 탐험하는 디지털 아방가르드의 작품을 선취하는 구조여야 하는 것은 아니다. 이전에 논의되었듯이 건물의 외면-외피- NURBS 기반의 소프트웨어 고유의 형태적 개념에 의해 필연적으로 강조된다.

디지털 아방가르드의 프로텍트에서 기하학적으로 복잡한 외피의 시공성에 대한 탐구는 구조의 재고를 이끌었다. 건물의 외피는 점차 현대주의의 구조적 사고의 이원적 논리에 반해 외피와 구조를 다시 통합시키는 잠재력에 대해 탐구되고 있다. 구조는 외피가 모든 또는 대부분의 하중을 흡수하는 semi-monocoque monocoque[1] 구조처럼 외피에 끼워 넣어지거나 포함된다. 주요 개념은 구조와 외피를 하나의 요소로 융합해서, 뼈대가 필요 없는 자립 형태를 만드는 것이다. 또한, 그것은 최근까지 건축산업에서는 아주 드물게 사용되었던 high-temperature foams, 고무, 플라스틱, composite[2] 등과 같은 새로운재료에 대한 탐색을 유발했다. Joseph Ginvannini 말한대로 구조적 외피의 개념은 새로운 재료를 암시할 뿐만 아니라, 독립적인 정적 시스템을 없애고 구조적 역할을 하는 연속적 외피를 가능하게 하는 커브나 주름 같은 기하학을 함축한다; 외피 스스로 무게를 들어올린다.”

Monocoque semi-monocoque 외피에서 구조와 외피의 융합은 이미 특정 구조와 외장재의 디자인에 상당한 영향을 주고 있다. 새로이 얇고 층을 이루고 있는 건물 외피는 울과 구조적 지지를 제공할 뿐만 아니라 천장재나 바닥재에 일반적으로 위치하는 다른 시스템들을 포함하는 패널로 만들어진다. 이러한 외장재의 개발은 부분적으로 자동차 산업, 항공 우주 산업, 조선업에서 오래 사용되어온 응력 외피 같은 다른 산업에서 기술과 개념들에 의해 수행되었다. 예를 들어, 비행기에서 기체라 불리는 새장 같은 구조는 알루미늄 합금으로 만들어졌으며 구조와 외피가 독립된 구조적 요소이지만 하나로 응력을 흡수하는 semi-monocoque 외피를 형성하기 위에 알루미늄 패널로 덮여있다.

Lord’s Cricket Ground(London) NatWest Media Center(1999) “blobby” 외피는 Future Systems 디자인했으며 선박 수리소에서 알루미늄 semi-monocoque 구조로 지어졌다. 알루미늄이 재료로 선택된 것은 그것이 부식하지 않고 그것으로 방수 외피를 만들 있기 때문이다; 경우에 외피는 구조적이기도 하다. 따라서 독립된 구조나 외장이 불필요하다. 외피는 6mm 12mm 알루미늄 판을 CNC재단하여 만들었고 선박 수리소에서 가조립했다. 다음 26.3m 폭으로 나누어 거대한 콘크리트 기둥위로 재조립될 현장으로 옮겼다. Jakob MacFarlane 역시 Pompidou Center(Paris, France) Georges Restaurant(2000) 알루미늄 semi-monocoque 구조를 사용하였다. 구조적 요소는 디지털로 10mm 두께의 알루미늄이 재단되었다; 외피는 전통적인 조선 건조 방법을 사용해 이중 곡면형으로 휘어진 4mm 두께의 알루미늄 판으로 만들어 졌다.

이러한 새로운 구조적 외피의 영향은 Joseph Giovannini 말한대로 깊다. 왜냐하면 그것이 모더니즘의 관념으로부터의 근본적 이탈을 의미하기 때문이다: “여러 가지 점에서 구조와 외피를 통합하는 재료와 형태에 대한 조사는 Le Corbusier 외피로부터 구조를 분리한 Domino House 반혁명적이다. 새로운 융합은 내력벽으로의 복귀이지만 Corbusier 절대 가능하리라 상상하지 못한 자유를 가지고 있다. 건축가들은 자유의 여신상 패러다임에서 흥미로운 건축물들을 지울 있었다. 그러나 통합된 구조와 복합적인 면은 공학적 세련미와 지적 만족의 비약적인 도약을 기약한다.” 다른 근본적인 전략들은 Frank Gehry 그의 최근 프로젝트들 대부분에 적용한 접근방식처럼 외피로부터 구조를 고유 레이어로 파생시키는 것을 의미한다. 외피에서 구조로 나아가는 과정은 공간적 외피가 일찍부터 정해졌던 자동차산업이나 우주 항공 산업에서는 일반적인 절차이다. 그러한 접근은 모더니즘의 구조의 제일논리로부터의 명확한 이탈로 건축에서 상대적으로 새로운 것이다. 다른 접근은 공간적 병렬이 유력한 시각적 상호 작용을 만들어내는 구조와 외피의 명확한 분리이다. 자유의 여신상을 위한 Auguste Bartholdi 윤곽을 따른 외피와 이를 위한 Gustave Eiffel 구조 프레임은 구조 지질학으로의 그러한 접근에 의해 열린 가능성들을 명확하게 증명하는 뚜렷한 선례를 제공한다. 조심스럽게 적용하면 흥미로운 결과를 만들어낼 수도 있는 관습적으로 고안된 구조 망에 붙여진 물결모양의 외피처럼 전통적인 접근도 있다. 이러한 외피와 구조로의 접근은 각각 공사비와 원하는 공간적 질에 상대적으로 프로젝트를 완벽하게 만든다.

NURBS 기반의 외피 구조를 명확하게 표현하는 방법은 그들의 기하학적 복합성, 가능성과 저항에 힘입어 프로젝트의 예산에 대해 중요한 의미를 지닌 의도된 재료의 조합과 구조적 고려에 의해 제공된다. 이러한 시공성의 법칙 종종 예산에 따라(저가에서 고가로) 평평하거나, 방사상으로 구부러지거나, 이중으로 구부러지거나, 고도의 형태를 취하거나 (또는 종종 신축에 의한 뒤틀림에 대한) 구조적 요소들의 형태의 합리화를 요구한다. 디지털 기술은 건축가로 하여금 형태를 정확하게 제어함으로써 예산에 대한 정확한 관리를 가능하게 했다.

 



[1] 항공기의 동체에서 외판만으로 하중을 견디게 된 구조

[2] 산화제의 분말과 플라스틱이나 케로신과 같은 고분자연료를 개어서 굳힌 추진약




생산 방법

생산 방법은 종종 윤곽 따기, 삼각 측량 (또는 다각형 쪽매맞춤[1]), 구획된 가전면의 사용과 전개를 포함하는 2차원적 제작을 위해 사용된다. 그들은 모두 건축물의 형태를 구성하는 기하학적으로 복잡한 면이나 객체로부터 2차원적 평면 요소들의 추출을 수반한다. 물론, 2차원적 해석에 대한 도전은 처음의 3차원적 형태의 본질을 유지하는 적절한 기하학적 근사치를 선택하는 것이다. 생산 방법 어느 것은 무엇(구조, 외피, 둘의 조합, ) 구조적으로 정의되느냐에 따라 사용된다.

윤곽 따기에서 종종 서로 평행하고 등간격으로 놓이는 평단면의 연속은 주어진 형태로부터 모델링 소프트웨어에 의해 자동적으로 생성되며 최근 완성된 여러 프로젝트들의 경우처럼 건축물의 구조적 요소들을 통합하기 위해 직접적으로 사용될 있다. 윤곽 따기는 개념적으로 조선에서 lofting[2]이라 불리는 과정과 동일하다. 배의 선체의 형태가 장변으로 뻗은 척추 앉혀진 늑재 되는 측단면의 연속에 의해 정의된다.

윤곽 따기에 의해 생성된 Wireframe[3] 단면은 건축물의 구조적 틀의 완전한 분리를 위해 한층 조작될 있다. 그리고 모든 구조재의 정확한 정의를 산출하기 위해 구조 분석 소프트웨어로 처리할 있다. Gehry Bilbao 프로젝트에서 도급자는 박물관을 위한 보강재와 보조 강철구조를 포함하는 구조 강재의 포괄적인 디지털 모델을 자동적으로 산출하기 위해 Bocad 불리는 독일 소프트웨어 프로그램을 사용했다. 중요한 것은, 동일 프로그램이 자동적으로 제작 도면, 또는 CNC 정보를 생산하고 다양한 구성 요소들을 정확하게 재단하고 가조립하기 위해 사용되었다는 것이다. 비슷한 구조적 철재 상술 소프트웨어(그리고 제작) Gehry 의한 Walt Disney Concert Hall 다른 최근 프로젝트들에 사용되었다.

잠재적으로 흥미로운 윤곽 따기 기술은 앞서 논의되었던 대로 "U" "V" 방향으로 윤곽을 따냄으로서 NURBS 면을 시각화하는 것을 돕기 위해 사용되는 등매개변수 곡선(isoparms) 추출을 수반한다. 예를 들어, 2000 Geneva Autoshow ABB Architekten 공동으로 Bernhard Franken 디자인한 BMW Pavilion "Brandscape" 위한 관형 부재는 복잡한 NURBS 면의 isoparm으로 추출된 이중 곡면형을 CNC 형태화 했다. 가끔, 예산이나 다른 생산 관련 요소들 때문에 NURBS 커브의 복잡한 형태는 롤링기를 사용해 저렴하게 제작할 있는 원형이나 방사형으로 근사될 있다. 이러한 접근에서, 복합성은 다른 조각들과 조립을 위해 요구되는 임시 구조들 사이의 정확한 연결에 달려있다. 방사형 기하학을 사용한 이러한 근사는 Franken 그의 팀이 BMW Pavilion 구조재를 생산하는데에도 사용되었다. isoparm 3차원적 형태의 "정확한" 구조적 표현으로 이끌어낼 있을 , 이중 곡선형 구조 부재의 제작이 비싼 장비와 (2차원 윤곽 따기를 통해 생성되는) 임시 계란판 또는 건설 공사에서 정확한 위치 잡기를 위한 다른 구조들을 요구하는 것처럼 그들은 비범한 생산 도전들을 요구한다. NURBS isoparms 사용은 차선의 구조적 해결을 이끌어 수도 있다; 대신, 구조 분석에 의해 생산된 등매개변수 곡선은 구조적 요소들의 형태를 정의하는데 사용될 있다. 복잡한 곡선형 면으로 외피는 종종 삼각측량이나 다른 2차원적 쪽매맞춤에 의해 생산되거나, 또는 이중 곡선형을 곡선 사이의 1차원적 보간법에 의해 산출되어 선직면[4]으로 전환함으로써 생산된다. 삼각형으로 나뉘거나 선직면은 평면의 띠로 전개된다. 종이 위의 2차원적 모양(nesting이라 불리는 과정에서)처럼 최적의 방식으로 펼쳐지고, CNC 재단 기술 하나를 사용하여 상응하는 판재를 재단하는데 사용되는 것이다. 다각형의 쪽매맞춤의 가장 알려진 하나는 Jørn Utzon 디자인한 Sydney Opera House (1973) 지붕 형태이다. Utzon 그린 초기의 자유 형태는 다양한 반지금의 구로 부터 추출한 조각들에 의해 근사되고, 평면 조각들로 세분된다. 삼각 측량은 가장 널리 2차원적 쪽매맞춤의 형태에 적용된다. 예를 들어, 삼각측량은 Frank Gehry Berlin Parizer Platz(Germany) 디자인한 DG Bank(2001) 유리 지붕에서 사용되었다. 삼각 측량된 space frame 70mm 두께의 스테인레스 철판을 CNC 재단한 각각 유일한 다리 6개의 모양 연결점에서 다른 각도로 만나는  스테인레스 철봉으로 시공된다. frame 대략 1500개의 CNC 재단된 삼각 판유리 패널로 채워졌다. 비슷한 생산 방법은 Foster and Partners 의해 디자인된 British Museum(London) Great Court 유리지붕에도 사용되었다. 지붕의 불규칙적이고 변형된 "얇게 베인" 원환체 형태의 지붕은 모두 각기 다르게 CNC 재단된 4878개의 속이 봉과 1566개의 연결점으로 구성된 삼각형으로 나뉜 frame 구성으로 설명된다. frame 지붕 둘레의 불규칙한 형태에 따라 3312개의 각기 다른 판유리로 채워진다.

최근의 몇몇 다른 프로젝트들에서, Foster 서로 부드럽게 변이하는 매개변수화 되고 연쇄된 원환체 조각들에 기초한 복잡한 기하학으로 디자인을 만들어왔다. 복잡한 곡선들을 따라, , 원뿔, 원기둥 또는 원환체의 방사형 기하학에 기초한 유리화는 종종 근접한 복잡하게 굽은 면으로 전개된다. Foster 의해 디자인된 Gateshead(UK) Music Centre(2003) 지붕 구조는 상호 의존하고 방향으로 굽은 원환체 조각의 연속으로 구성된다. 조각은 동일한 2차원적 사각 패널(크기는 특정 생산 요소와 시공요소에 맞춰 매개변수적으로 다양해질 있다) 띠로 세분된다.

다른 다각형의 쪽매맞춤 양식 또한 가능하다. 정교한 모델링 프로그램은 종종 디자이너가 조각의 형태뿐만 아니라 그들의 최소크기와 최대크기를 선택할 있도록 함으로써 쪽매맞춤 옵션의 풍부한 레파토리를 제공한다. 쪽매맞춤의 변수를 다양하게 함으로써 디자이너들은 다양한 비용과 생산 계획에 맞춘 다양한 근사 방법을 양방향으로 탐구할 있었다. 다른 분할 연산은 복잡한 면을 2차원적이지만은 않은 조각들로 나누는데 사용될 있다. 가끔, Gehry’s office Dennis Shelden Seattle EMP project에서 21000개의 다른 금속 슁글의 형태를 정의하기 위해 사용한 것처럼 맞춤의 분할 과정이 개발될 있다.

이중 곡면을 유리화하는 다른 방법은 그들을 규칙-가전면으로 전환하는 것이다. 선직면은 공간에서 곡선 사이의 1차원적 보간법, 등간격으로 위치한 괘를 그리는직선으로 쌍곡선을 연결함으로써 산출된다. 면의 폭넓은 다양성은 방식으로 산출될 있다. 가장 간단한 것은 원뿔과 원기둥이다; 건축적 관점에서 흥미로운 형태는 안장 모양의 쌍곡선 포물면과 원자력 발전소의 냉각탑으로 일반적인 형태인 쌍곡면이다.

선직면은 전통적인 시공 기술을 사용하여 건축하기 상당히 쉽다. 콘크리트 구조에 상대적으로 간단한 거푸집 공사가 요구된다. 예를 들어, 석수는 수세기 동안 돌을 복잡한 선직면 형태로 재단하기 위해 형판을 사용해 왔다. 선직면은 알려진 우루과이 건축가인 Eladio Dieste 같은 몇몇 건축가들이 많은 건축 디자인에서 건축적 표현으로 좋아하는 수단이었다. 선직면은 현대 건축 실무에서 널리 사용된다. 왜냐하면 그것이 전개된”, 모델링 소프트웨어에서 평면모양으로 전개하고 디지털로 판재로 제작하는 것이 가능하기 때문이다. “전개가능한면은 변형 없이 늘리거나 찢거나 주름잡지 않고도 판재를 굴림으로써 만들 있다. 그들은 등매개변수 방향으로 굽는다. , 그든은 이중 곡선형의 NURBS 면과는 달리 다른 방향으로는 선형이다.

Frank Gehry 적절한 공기와 예산으로 그의 물결 모양의 디자인의 시공성을 확보하기 위해 가전면과 선직면의 사용에 널리 의존한다. Gehry 그의 개념적 디자인을 종이나 금속의 가전띠로 원하는 형태를 만듦으로써 물리적으로 모형을 만든다. 이러한 형태는 디지털화되고 결과 면들은 CATIA 소프트웨어에서 분석된 디지털 가전면으로 전환된다. 제작 기술은 고가이기는 하지만 비가전 이중곡면의 생산을 가능하게 한다. 이전에 논의한대로, 이중 곡선형의 콘크리트 요소는 Gehry 디자인한 Dusseldorf(Germany) Zollhof Towers (2000) 지어진 것처럼 CNC-milled 스티로폼 주물로 형태를 만들 있다. 복잡한 곡률의 유리 패널도 고온의 오븐에서 CNC-milled 주형에 유리 판재를 가열함으로써 비슷한 방식으로 생산될 있다. CNC 구동형의 핀대는 금속 패널을 이중 곡선형으로 만드는데 사용될 있다. 예를 들어, Berlin Parizer Platz Gehry 디자인한 DG Bank(2000) 회의실에 사용된 커다란 스테인레스 철판(2m X 4m) 복잡한 이중 곡선형을 생산하기 위해 건조인에 의해 만들어 졌다.

건축물의 외피의 특정 부분이 가전면 또는 이중 곡면으로 만들어졌는가는 모델에 정규 분석을 적용함으로써 결정할 있다. 정규 분석은 복잡한 형태의 요소들의 곡률을 구하고 다양한 색을 통해 곡률의 범위를 보여주는 컬러 이미지(파란색은 최소 곡룰 부분을 보여주고 빨간색은 최고값에 적용되며 초록색은 중간 곡률값의 구역에 사용된다) 산출한다. 예를 들어, 가전면은 모든 좌표의 정규 곡률 값이 0이다. 왜냐하면 그들은 방향으로 선형이기 때문이다. Bilbao Guggenheim Museum 디자인하는데 있어 Gehry 금속판을 방향으로 구부리는 데는 한계가 있기 때문에 지나친 곡률의 구역을 판단하기 위해 정규 분석을 사용했다. 동일 기술은 Gehry 다른 프로젝트들에서도 사용되었다. 예를 들어, Seattle EMP에서 정규 분석은 이중 곡면 조각으로 보이지만 가전면으로 전환될 있는 것이나 복잡하게 구체화될 필요가 있는 것들을 판단해서 Gehry에게 특정 복합 외피의 공사비를 조절하고 결정하는 중요한 능력을 제공했다.

 



[1] 도형을 이용해 어떤 틈이나 겹침이 없이 평면 또는 공간을 완전히 메꾸는 미술 장르

[2] 도면의 작은 치수를 실재 배크기로 그려내는 것

[3] 물체의 외곽선 표시

[4] 공간에서 직선 l이 매개변수 u의 변동에 수반하여 그 위치도 연속적으로 변할 때에 만들어지는 곡면

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