1st International Symposium of KIBIM 비정형건축물의시공과 BIM 기반설계방향 위드웍스 김성진 디지털건축연구소 2011. 11. 18. http://wworks.blogspot.com
Contents 1. 디지털건축연구소 WITHWORKS 소개 2. 비정형건축의과거현재 3. 비정형프로젝트 _ Tri Bowl( 인천도시축전기념관 ) 4. Optimization, 비정형시공공법적용사례 5. 결론 : 비정형프로젝트의 BIM 설계방향 Page 2
WITHWORKS 비정형참여 PROJECTS 인천도시축전기념관 (Tri Bowl), 아이아크 판교알파돔시티, DA+ 정림 + 건원 인천공항입구조형물, 피앤코 국립해양박물관, 정림건축국립생태박물관, 삼우설계 River Culture Pavilion, Asymptote Page 3
비정형건축물, Before Digital Era 롱샹교회, 1950~1955 Le Corbusier 시드니오페라하우스, 1959~1973 Utzon Page 4 초기예상공사비 : 7 백만불 총공사비 : 102 백만불 (14 배초과 ) 공사기간 ; 14 년 (10 년증가 ) SHELL GEOMTRY 설계 : 7 년 (12 번의형태검토해서지름 75m 구형으로최적화형태찾음 )
비정형건축물, Before Digital Era 구겐하임박물관빌바오, Frank Gehry 설계 :1991 공사기간 :1993~1997 3D APPLICATION: CATIA Flat pieces cost one dollar, single curvature pieces cost two dollars; double curvature pieces cost ten dollar. The good thing about the computer is that it allows you to keep a close control over the geometry and the budget. It was not just speculation; it was real." (Frank Gehry, 1995) 벤츠박물관, UN Studio 공사기간 : 2003 ~2005 (28 개월 ) 3D APPLICATION: RHINO Page 5
비정형건축물, Digital Era since 2000 Design: 자유로운 2 방향곡면 Construction: 건식화 / 경량화 / 재료의다양화 British Museu m Gherki n Zlote Tarasy, Poland Page 6 Centre Pompidou, France Chanel Mobile Pavilion Soumaya, mexico
비정형 PROJECT 의 BIM 설계역할 STRUCTURAL ENGINEER DESIGN ARCHITECT ASSOCIATE ENGINEER 2D, 3D Geometry 최적화 디테일설계 비정형부분공사비산정 설계단계 비정형부분 BIM 설계및엔지니어링 각전문시공업체별 3D 관리및간섭체크 구축공법변경및모델링, 구조검토 물량산출 시공단계 철골공사 CON C 공사 CURTAIN WALL FAÇADE & CLADDING Page 7
비정형프로젝트 : 인천도시축전기념관 (Tri Bowl) 설계 : 아이아크 구조설계 : 일본 SDG 시공 : 포스코건설 발주처 : 인천도시개발공사 공사기간 : 2008.10~2010.2 위치 : 인천송도센터럴파크 연면적 :2892.95 m 2 건물용도 : 문화및집회시설 규모 : 지하 1 층, 지상 3 층 높이 : 18.75m 구조 : 철근콘크리트구조 ( 포스트텐션 )+ 철골트러스구조, 역쉘구조 마감 : AL. 아노다이징 + 콘크리트표면처리 Image iarc Page 8
비정형프로젝트 : 인천도시축전기념관 (Tri Bowl) 3D MODELLING STRUCTURE MODEL (CATIA) FINISH MODEL(RHINO) Image iarc Page 9
비정형프로젝트 : 인천도시축전기념관 (Tri Bowl) TRUSS WALL 공법목업 _1 차목업 CON C 공사 @200 간격으로철근형상가공후현장조립 무거푸집으로콘크리트타설 ( 메쉬, 메탈라스, 망보강 ) Page 10
비정형프로젝트 : 인천도시축전기념관 (Tri Bowl) UNIT FORM 공법 _ 형틀목업 CON C 공사 Image iarc Image iarc 거푸집을유닛화시켜조립하는방식 @300 간격으로단면제작 Page 11
비정형프로젝트 : 인천도시축전기념관 (Tri Bowl) DIGITAL FABRICATION FORM 공법 CON C 공사 CNC 가공단면 Meiso-no-mori, Ito Toyo Page 12
비정형프로젝트 : 인천도시축전기념관 (Tri Bowl) SHELL CON C GEOMETRY 1 방향곡면 ( 비노출, 패널마감 ) CON C 공사 2 방향곡면 ( 노출 ) 2 방향곡면 ( 노출 ) 시공및검측기준, @ 높이 3m 각쉘마다시공을위한 48EA 단면 Geometry 정의 (7.5 도 ) Page 13
비정형프로젝트 : 인천도시축전기념관 (Tri Bowl) CON C 공사 코어별 48EA 지오메트리단면에의한트러스제작후설치 Page 14
비정형프로젝트 : 인천도시축전기념관 (Tri Bowl) CON C 공사 Page 15 중앙부 @500X@500 스틸각파이프지오메트리프레임설치
비정형프로젝트 : 인천도시축전기념관 (Tri Bowl) CON C SHELL GEOMETRY 기준 CON C 공사 Panel 마감부분 : 무거푸집공법 Con c 마감부분 : 거푸집공법 Page 16
비정형프로젝트 : 인천도시축전기념관 (Tri Bowl) CON C 공사 최종 ROOF 철골트러스완성후 con c 쉘지지용시스템동바리해체 CON C 노출부분 ; 거푸집공법, 비노출부분 (PANEL 마감 ): 무거푸집공법 지상 CON C 시공기간 : 2009. 2~5(4 개월 ) Page 17
비정형프로젝트 : 인천도시축전기념관 (Tri Bowl) 외장 PANEL Image iarc Image iarc Page 18 Al. Panel 마감면적 : 3,012 m 2 노출콘크리트면적 : 2,213 m 2 패널 : 2,308 ea LED : 100 ea
비정형프로젝트 : 인천도시축전기념관 (Tri Bowl) 3D MODELLING & OPTIMIZATION 외장 PANEL [ 패널디자인 3_ 최종확정 ] CNC 제작가능한최대크기로 Paneling 하여 Panel 제작개수를최소화함 [ 패널전개도 ] Sub structure (segment) [ 기존설계상세도 ] [ 변경상세도 ] [ 패널제작개념 ] Page 19 사선곡률적용 (1 방향 )
비정형프로젝트 : 인천도시축전기념관 (Tri Bowl) MOCK UP 외장 PANEL [1 차 MOCK UP_3 차원설계전 ] [2 차 MOCK UP] Page 20
비정형프로젝트 : 인천도시축전기념관 (Tri Bowl) 아노다이징패널제작과정 외장 PANEL AL. 쉬트원판 (50 계열 ) AL. 쉬트 CNC 가공패널제작부재마킹 패널용접패널제작완성아노다이징처리 Page 21
비정형프로젝트 : 인천도시축전기념관 (Tri Bowl) 외장 PANEL 수평줄눈 : 20mm 수직줄눈 : 15mm Page 22
비정형프로젝트 : 인천도시축전기념관 (Tri Bowl) 건식평지붕공사 외장 PANEL 트러스설계변경 : 수직수평트러스개념에서사선트러스개념으로변경 지붕배수시스템및디테일 : 재검토후설계변경 Page 23
비정형프로젝트 : 인천도시축전기념관 (Tri Bowl) 건식평지붕공사 ROOF 포스트텐션정착구우수용배수설비엠베드플레이트 Page 24
비정형프로젝트 : 인천도시축전기념관 (Tri Bowl) ROOF 패널은곡면, 두겁은직선시공상황 곡면패널 R: 최대 48m Page 25 두겁재시공 3 차원모델을통한레이저가공
비정형 프로젝트: 인천 도시축전 기념관(Tri Bowl) ROOF Page 26
비정형프로젝트 : 인천도시축전기념관 (Tri Bowl) 내부마감 * 지오메트리통제에의한시공못해냄 ( 외벽기준에서적당하게시공함, 공기부족등 ) - 시공품질, 디자인퀄러티확보안됨 Page 27
비정형프로젝트 : 인천도시축전기념관 (Tri Bowl) 지오메트리통제안된시공 내부마감 * 내부마감재변경 : 인조대리석에서미송목재 ( 설계 : 지오메트리도면및디테일검토부족, 시공비상승 ) * 등고라인적용하여각파이프제작 Page 28
국내비정형부분 BIM 설계및활용의문제점 현재설계에서완성된 BIM 모델이시공에서활용되어지지못함. 1. 설계단계 - 설계단계에서비정형에대한 Optimization 부족 ( 곡면, 구조, 재료 ) - 비정형구축을위한공법, 디테일미적용 ( Sub Structure Unit system, Tenon joint system, Double skin system,..) 2. 시공단계 - 시공과정에서 BIM 모델을통한시공관리및시공성검토부족 ( 비정형의정도가심할수록반드시시공전가상시공모델을통한시공성검토, 공법검토가이루어져야함 ) - 건축물완성과함께 BIM 모델도같이완성시킨다는개념으로접근해야함.( 메인시공사는각공종별 3 차원모델을취합하고통합관리하는체계필요 ) Page 29
Optimization, 비정형시공공법적용사례 인천공항입구조형물, 2010 문제점 - 구조부분 : 디테일, 시공을고려하지않은설계 ( 구조최적화부족 ) -3 차원모델로는가능 Page 30
Optimization, 비정형시공공법적용사례 금강대학교원각학술정보관, 2005 SUB STRUCTURE UNIT SYSTEM(CNC 레이저가공 ), TENON JOINT SYSTEM 적용 Page 31
Optimization, 비정형시공공법적용사례 OO 문예회관, 2011 설계단계 : 재료, 곡률에대한최적화설계부족, 시공단계 : BIM 모델활용및검토부족 (Geometry 통제안됨 ) 시공불량 ( 2 방향평이음부분 ): 철거후 1 방향곡면으로수정, 돌출이음으로변경 평이음을 2 방향곡면에적용할경우시공품질이불량함 Page 32
Optimization, 비정형시공공법적용사례 국립해양박물관, 2011 모델링기준 모든위치에서디테일이달라짐 [ 기존커튼월설계상세도 ] Page 33
Optimization, 비정형시공공법적용사례 국립해양박물관, 2011 접합부디테일변경 : 다양한각도, 시공오차흡수가능한디테일로변경, 관절이음방법 구조재검토 : 설계시일정구간만검토됨 Page 34
Optimization, 비정형시공공법적용사례 국립생태박물관, 2011 [ 구조 Frame] [ 기존설계상세도 ] ` 250mm 8 t 125 mm [T BAR_CNC 제작 ] [UNIT 조립 ] [UNIT 설치 ] Page 35
Optimization, 비정형시공공법적용사례 Zlote Tarasy, Poland King s Cross Station, London Page 36
Optimization, 비정형시공공법적용사례 30 St Mary Axe(Gherkin), LONDON Weltstadthaus Peek & Cloppenburg, Germany 비정형곡면을 Planar quad 로최적화 6500 장평면유리를 6mm 오차내에서흡수할수있도록디테일구성 ( 공사비절감 ) Page 37
Optimization, 비정형시공공법적용사례 아리수홍보관 가공 조립 현장설치 Page 38
결론 1. 설계단계의 BIM 모델이시공단계에서활용되어져야함. - 설계단계 BIM 모델 : 재료, 형태, 디테일, 공사비등이고려된최적화 모델완성. - 시공단계 BIM 모델 : 설계단계의 BIM 모델이시공전문업체에서 제작및시공기준으로연결되도록하여야함. Page 39 MAIN 시공사는각전문업체의 3 차원시공모델을통합관리 2. BIM 모델은비정형구축을위한공법이적용되어져야함. - 공사비절감, 공사품질확보가능 ( 단순히형태를모델링하는것이아님 ) 3. BIM APPLICATIONS - 시공단계에서여러개의프로그램이사용되어짐. (RHINO, CATIA, DP, TEKLA, REVIT - 협업및호환체계에대한연구필요 (IFC, CIS, DWG, IGS, STEP, 3DS ) -BIM 활용주체에따라다양한결과물들이제공될수있어야함.
Thank you 디지털건축연구소 http://withworks.blogspot.com