2013 한국bim 학회 발표
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최근 위드웍스에서 참여한 비정형 프로젝트들(Ecorium, The Arc, MBC 신사옥, 세종시 정부종합청사3단계 1구역)을 통해서 디지털 Fabrication의 활용 사례들을 살펴보고, 설계 및 시공단계에서 BIM 설계 엔지니어링의 역할과 필요성에 대해 발표하였다.TRANSCRIPT
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비정형 건축물의 BIM 설계 엔지니어링 및 시공 사례
2013. 11. 29.
2013. 추계학술발표 대회
디지털 건축연구소 위드웍스 김성진
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ECORIUM
The ARC
MBC 상암동 신사옥
세종시 정부종합청사 3단계 1구역
비정형 건축물의 BIM 설계 엔지니어링 및 시공 사례
CONTENTS
![Page 3: 2013 한국bim 학회 발표](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022012318/558548bed8b42a4f018b529c/html5/thumbnails/3.jpg)
•Architect : 삼우설계 + Grimshaw 발주처: 환경부
•시공: 삼성물산㈜ 컨소시엄
•공사기간: 2009~2012
•위치: 충청남도 서천군 마서면 도삼리, 송내리 일원
•연면적: 75,785 m2
•건물용도: 문화 및 집회 시설
•규모: 지하1층, 지상2층
•높이: 35m
•구조: 철골구조
•마감: 링클수지강판 쉬트 마감(평이음, 리브루프)
▣ ECORIUM(국립생태원 생태체험관)
비정형 건축물의 BIM 설계 엔지니어링 및 시공 사례
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비정형 건축물의 BIM 설계 엔지니어링 및 시공 사례
▣ 지붕 형상 및 설계 검토
• 일정한 곡률 없음
• 기존 현장설치 시공공법으로 시공 시 가설비용 증가, 시공품질 확보 불가능 예상
• 디지털 패브리케이션을 활용한 시공 공법 검토
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Main truss
T-SECTION FORM PLATE+철골 TRUSS
ㅁ-100x100x 4.5T
하단부 구조 부재 추가
천장 마감: 인터락킹 시스템
비정형 건축물의 BIM 설계 엔지니어링 및 시공 사례
▣ 설계 엔지니어링 및 적용 공법
`
100 mm
150m
m
마감+ Sub Structure 일체형 유닛
0.5t 금속 쉬트 평이음 마감
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▣ Digital Fabrication Model & Mock Up
Digital Fabrication Model 완성 Mock Up
Feed Back
• Sub Structure 디테일 검토 • 시공성 검토 • 모듈 및 곡면 검토 • 목업의 시공 오차 검토
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▣ Digital Fabrication Model
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▣ CNC 가공 및 UNIT 제작, 설치
CNC Laser 가공 T-Section 부재 제작 T-Section 조립 및 Unit 제작
Unit 인양 및 설치
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•Architect : Asymptote Architecture
•Structural Engineer: Knippers Helbig
•Local Architect: 이가건축
•시공: 대림산업㈜
•발주처: 한국 수자원 공사
•공사기간: 2011.11~2012.9
•위치: 대구광역시 달성군 다사읍 죽곡리 806
•연면적: 5,966.42 m2
•건물용도: 문화 및 집회 시설
•규모: 지하1층, 지상3층
•높이: 19.8m
•구조: 철골구조
•마감: ETFE + AL.PANEL
▣ The ARC
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▣ Geometry Optimization
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Before After
HOR & Bracing : 직선(1차) VER: 3차 곡선
ㅁ- Built Up Curved Tube
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▣ 3차원 좌표제어 공법(Shell Structure) - CNC Built Up Curved Tube System
Bottom Plate(Parallel to the surface)
스티프너 조립용 Tenon Hole
Top Plate(Parallel to the surface)
Side Plate(1-Way Curve)
좌표 제어용 스티프너
AL. 패널 지지용 Steel Pipe
Tenon Rib Plate
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• Node Connection (정밀주조)
• 스틸 파이프 (CNC 레이저 가공)
• Assembly (용접)
▣ 3차원 좌표제어 공법(Sub Structure) -Tenon Joint Node System
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• 자유 곡면의 단층 Grid Shell 구축을 위한 Node
Detail (Steel & Glass Design)
• Tenon Joint를 통해 3차원 좌표의 정밀 시공 가능
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비정형 건축물의 BIM 설계 엔지니어링 및 시공 사례
▣ 구조 성능 실험 & Visual Mock Up
Visual Mock Up
구조성능실험-Built up Curved Tube 구조성능실험-Tenon Joint Node System
구조성능실험
Visual Mock UP
• 용접 성능 검토 • 제작 및 시공오차 체크 • Fabrication Detail 확정
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▣ 3D Fabrication Modelling & Management
내부 철골구조(TEKLA) Shell Structure(CATIA) Sub Structure(CATIA)
Fabrication Modelling Management(Navisworks)
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Upstands & ETFE (Germany)
CNC DATA(Autocad)
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CNC 레이저 가공 부재 조립 현장반입 Guide Beam 시공
Shell Structure 조립
ETFE 설치
▣ Digital Fabrication & Construction (Shell & Sub Structure)
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Sub Structure 조립
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비정형 건축물의 BIM 설계 엔지니어링 및 시공 사례
가설 벤트 설치
▣ Shell & Sub Structure 시공
Shell+Sub Structure+Upstands AL. Extrusion Profile 설치
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▣ 3D SCANNER을 이용한 실측 및 DATA 활용
비정형 건축물의 BIM 설계 엔지니어링 및 시공 사례
비정형 철골 3D SCAN DATA의 활용
• 철골의 시공오차 체크 (광파기의 경우 측량 오차 발생 가능하며, 형상 을 측량에는 한계가 있음)
• 외피설치를 위한 Sub Structure와 철골 구조체
간의 간섭검토 가능
• 3D Scan한 Point Cloud와 철골 및 Sub Structure의 Fabrication Modelling Data의 상호 비교 검토 가능하여 정확한 Sub Structure Fabrication Modelling 작업 및 수정이 용이함.
• 시공오차에 의한 간섭이 심할 경우 외피 형상 조 정 필요.
3D SCAN DATA (Point Cloud )
Point Cloud + 철골 3D 제작도
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비정형 건축물의 BIM 설계 엔지니어링 및 시공 사례
▣ 비정형 외피 BIM 설계 엔지니어링
• Sub Structure 구조 검토 및 보강 • 패널링 곡률 검토 및 모듈 수정(곡률 심한 부분)
• 비정형 AL. 패널 디테일 검토 및 추가(엣지, 커튼월 연결부)
3D Printing을 통한 디테일 검증
• 간섭에 따른 디자인 형상 변경 (패널 & Sub Structure 수정)
• 공법변경: Sub Structure의 개별부재 시공에서 Unit 시공으로
• 비정형 AL. 패널 고정용 브라켓 구조 성능 실험 및 응력 검토
CNC 제작을 위한 Fabrication Modelling 진행 가능
(Sub Structure, Al. Panel)
엔지니어링 내용
구조 보강
Sub Structure와 Main 구조 간섭 발생
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비정형 건축물의 BIM 설계 엔지니어링 및 시공 사례
▣ 비정형 외장 패널 시공 디테일 및 공법
기본 TYPE
AL. 패널고정용 브라켓 Sub Structure Unit 공법 Sub Structure Unit 시공
변형 TYPE 시공 이미지
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비정형 건축물의 BIM 설계 엔지니어링 및 시공 사례
▣ 비정형 외피 시공
Sub Structure 설치 합판/ EPDM 방수공사
Polar부분 Sub Structure 구조 보강, 간섭에 따른 외피 형상조정 AL. Panel 설치
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•Architect : 토문건축
•시공: 일성건설㈜ + 남양건설㈜
•발주처: 행정안전부
•공사기간: 2012~2014. 9
•위치: 충청남도 연기군 남면 방축리 일원
•연면적: 56,465.87 m2
•건물용도: 업무시설
•규모: 지하1층, 지상8층
•높이: 38.1m
•구조: 철골구조
•마감: AL. Sheet Panel/ 로이복층유리
•건물길이: 약 530m(교량포함)
비정형 건축물의 BIM 설계 엔지니어링 및 시공 사례
▣ 세종시 정부종합청사 3단계 1구역
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마름모 형상의 Twist 평면
평행 직선
꼬인 직선
평행 직선
•창호프레임 : Twist 형태로 제작불가
•유리 : Twist 형태로 시공 불가
▣ 설계 검토(창호, 유리프레임)
비정형 건축물의 BIM 설계 엔지니어링 및 시공 사례
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[ 7F ]
[ 5F ]
[ 3F ]
•비정형 구간 ST’L 파이프와 AL. Profile은 층마다 축이 상이함
•축을 일치시키기 위해서는 스틸 파이프를 트위스트 해야 함
St’l 파이프축
AL Profile 축
St’l 파이프
AL.창호 축방향
▣ 설계 검토(멀리언)
비정형 건축물의 BIM 설계 엔지니어링 및 시공 사례
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• 수많은 각도에 대응하기 위해서는 압출몰드를 이용한
디테일로 해결 불가
[ A-Section ]
[ B-Section ]
[ C-Section ]
압출몰딩 변위
압출몰딩 비틀림변위
B
A
C
▣ 비정형 구간 Detail 검토
비정형 건축물의 BIM 설계 엔지니어링 및 시공 사례
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▣ 비정형 구간 모형을 통한 형상검토
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1차_수직+수평 2차_Unit Module
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당 초 대 안 1 대 안 2
Twisted Panel Segment Panel Folded Panel
▣ 비정형 패널 대안 검토
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•다양한 각도에 대응하기 위한 가공성 있는 재료 필요
(AL.쉬트 패널의 한계 검토)
• AL.복합패널을 CNC Router를 사용하여 가공할 경우 다
양한 각도가공과 정밀 제작 가능 함
Planar 창호프레임과 AL패널 이격 절곡처리
Planar판넬 절곡처리
[ 판넬 전개도 ]
[ AL. 복합판넬 단면 ] 0.5T AL. 박판
6mm
CNC머신에 의한 정밀한 판넬 절단, 절곡 (제작)
3D 스캐너 통한 좌표제어 (시공)
▣ 재료검토
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Unit Panel 취부용 AL. 브라켓
각도 및 시공 공차 흡수 디테일
▣ 비정형 구간 Unit Panel 설치를 위한 Sub Structure System
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![Page 36: 2013 한국bim 학회 발표](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022012318/558548bed8b42a4f018b529c/html5/thumbnails/36.jpg)
▣ AL. 패널 유닛 시공 공법(비정형 구간)
STEP4_AL. 와플 유닛 설치공사 STEP3_유닛 설치를 위한 Sub Structure
STEP2_차수벽공사 & 창호공사 STEP1_Sub Structure 설치
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![Page 37: 2013 한국bim 학회 발표](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022012318/558548bed8b42a4f018b529c/html5/thumbnails/37.jpg)
▣ 브릿지구간 AL. 패널 유닛 시공 공법
STEP1_입체 Sub Structure 제작 STEP2_전면부 패널설치 STEP3_유닛 인양 및 설치
STEP4_유닛 설치 STEP5_내부 마감 패널 설치
3D 스캔 통한 철골 측량
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![Page 40: 2013 한국bim 학회 발표](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022012318/558548bed8b42a4f018b529c/html5/thumbnails/40.jpg)
비정형 건축물의 BIM 설계 엔지니어링 및 시공 사례
▣ 해외 비정형 건축물의 시공 사례
형상 및 패턴이 자유로움 다양한 외부 마감재 (금속, ETFE, GFRP, UHPC…) 디지털 패브리케이션을 통한 제작 및 시공
Serpentine Sackler Gallery, London, 2013 Mucem Museum, Marseille, 2013
Heydar Aliyev Cultural Center, Azserbaijan,2012 Tbilisi Public Service, Georgia, 2012 Phoenix International Media Center Beijing, China, 2012
![Page 41: 2013 한국bim 학회 발표](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022012318/558548bed8b42a4f018b529c/html5/thumbnails/41.jpg)
DESIGN ARCHITECT
ASSOCIATE ENGINEER
STRUCTURAL ENGINEER
비정형 부분 설계 엔지니어링
철골 공사
CON’C 공사
FAÇADE & ROOF INTERIOR
설계단계
시공단계
•각 전문 시공 업체별 3D 관리 및 간섭체크 •구축 공법 변경 및 모델링, 구조검토 •좌표관리
•2D, 3D Geometry 최적화(구조, 재료, 곡면) •비정형 시공 공법 적용 및 도면화 •비정형 부분 공사비 산정
▣ 비정형 건축물의 설계 엔지니어링
비정형 건축물의 BIM 설계 엔지니어링 및 시공 사례
![Page 42: 2013 한국bim 학회 발표](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022012318/558548bed8b42a4f018b529c/html5/thumbnails/42.jpg)
CNC Machine(Laser, Router, Plasma,…)을 활용한 비정형 3차원 형상제어
정밀한 수치제어에 의한 제작 및 시공 가능(시공오차 최소화, 시공품질 확보가능)
현재 항공, 선박, 자동차 산업 등에 다양하게 활용되어 지고 있음
▣ Digital Fabrication
비정형 건축물의 BIM 설계 엔지니어링 및 시공 사례
![Page 43: 2013 한국bim 학회 발표](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022012318/558548bed8b42a4f018b529c/html5/thumbnails/43.jpg)
1. 비정형 건축물 시공 시 BIM에 의한 설계 엔지니어링은
선택이 아닌 필수(공기절감, 공사품질확보, 공기단축 및 RISK 최소화)
2. 시공 현장에 BIM이 활성화되기 위해서는 형식이 아닌 필요에 의해
사용 되어져야 함. (발주처, 설계사, 시공사… )
3. 시공 BIM의 완성은 시공에 참여하는 모든 관계자의 의견을 반영, 검
토, 적용될 경우가 가장 이상적이라고 판단됨.
▣ 결 론
비정형 건축물의 BIM 설계 엔지니어링 및 시공 사례