Digital fabrication 기반의 국내 건축시공 사례

Digital Fabrication 기반의 국내 건축시공 사례

2014. 12

2013. 추계학술발표 대회

디지털 건축연구소 위드웍스

*발표: 김성진(위드웍스 대표, 건축사)

http://withworks.blogspot.kr/

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WITHWORKS_2004

파인리즈 C.C, 속초

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WITHWORKS_2005~2006

금강대학교 도서관 조형물

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인천도시축전 기념관(Tri Bowl), 아이아크

인천공항입구 조형물, 피앤코

국립해양박물관, 정림건축 국립 생태체험관, 삼우설계 River Culture Pavilion, Asymptote

판교 알파돔 시티, DA+정림+건원

WITHWORKS_2008~ 2012

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LH 진주 신사옥 비정형 부분, 무영건축

세종시 정부종합청사 3단계 1구역 건립공사, 토문건축

Christian Dior, Seoul

광교 호반 주상복합 아케이드, 호반건설

MBC 상암동 신사옥 판매시설, 현대산업개발

베트남 하롱베이 실내체육관, 삼우설계

서울대 원형공연장, 보이드건축


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건양대학교 국제 회의관 수원 제2체육관, 무영건축 부산 오페라 하우스, 일신건축

2022 카타르 월드컵 경기장 기술제안 입찰, 삼성물산 판교 알파돔 클라우드 브릿지, DA+정림+건원


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UHPC - 비정형 활용기술 개발 자유곡률, 패턴의 제작 방법 및 기술 Pre Fabrication을 위한 융복합기술 활용(자동차,

선박, 항공…)

3D 프린팅에 의한 활용기술 개발

WITHWORKS_ 2014

UHPC 활용 기술 개발

기존 CON’C PC의 한계 극복 (두께, 사이즈, 형상) 금속재료의 한계 극복( 자유로운 형상구현 )

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CNC Machine(Laser, Router, Plasma,…)을 활용한 Manufacturing

정밀한 수치제어에 의한 제작 및 시공 가능(시공오차 최소화, 시공품질 확보가능)

현재 항공, 선박, 자동차 산업 등에 다양하게 활용되어 지고 있음

*CNC (Computerized Numerical Control)

Digital Fabrication

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Function Beauty, Energy, Sustainability + Digital

X 1 X 2 X , 3 X , 4 X , …… 5

Digital Fabrication

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Digital Design

Digital Manufacturing

Construction & Management

Fabrication Engineering & Construction Document

• 형상디자인(Rhino, 3D MAX, MAYA,…)

• 3D Printing & Laser를 활용하여 디자인 진행

• 구조계획 • 마감재 계획 및 형상최적화 • 디테일 디자인 • Geometry 완성

• 마감재, 구조재 공장제작 • CNC Laser 가공 및 밀링

• 현장 조립

‘[C] SPACE’

Digital Fabrication

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Digital Fabrication 기반의 국내 건축시공사례

국립생태원 생태체험관

CNC Machining

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조형철골

비정형구간 1

비정형구간 2

Cloud Points 세종시 정부종합청사 3단계 1구역

3D Laser Scanning

Digital Fabrication

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3D Printing

Digital Fabrication

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BMW WELT, BRIDGE 부산 ’영화의 전당’, BRIDGE

Digital Fabrication

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Digital Fabrication

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형상, 디자인

+ • 재료 • CNC제작 방법 • 시공공법

완성

공사비, 공기

세종시 정부종합청사 3단계 1구역

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건축개요

•Architect : 토문건축

•시공: 일성건설㈜ 컨소시엄

•발주처: 안전행정부

•공사기간: 2012~2014

•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

•전체 와플 파사드 면적: 16,135m2

•전체 차수벽, 외장패널공사기간: 7개월

•비정형 구간 면적: 3,486m2

•비정형 패널 현장 설치 기간: 2주

3D Scanning 구간

세종정부종합청사 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


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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


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• 수많은 각도에 대응하기 위해서는 압출몰드를 이용한

디테일로 해결 불가

외벽 공법 변경

[ A-Section ]

[ B-Section ]

[ C-Section ]

압출몰딩 변위

압출몰딩 비틀림변위

B

A

C

비정형 구간 Detail 검토


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당 초 대 안 1 대 안 2

Twisted Panel Segment Panel Folded Panel


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디테일 및 외벽 시스템 변경 공법변경 모형작업

기존: 가스켓 시스템

변경: 오픈조인트 패널+차수벽 시스템


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•다양한 각도에 대응하기 위한 가공성 있는 재료 필요

(AL.쉬트 패널의 한계 검토)

• AL.복합패널을 CNC Router를 사용하여 가공할 경우 다양한

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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AL쉬트 절곡 후 리벳조임

리벳 리벳

대안 [ AL. 복합판넬 ] 당초 [ AL. 쉬트 ]

쉬트의 강성으로 인해 현장에서 각도조절이 불가함 (품질,작업성 저하)

복합판넬 정확한 각도조절가능

복합판넬 절곡 후 리벳조임

정밀성이 떨어짐

AL 쉬트, 복합판넬 가공성 검토


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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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입체 유닛 패널 시공 Process

STEP4_AL. 와플 유닛 설치공사 STEP3_유닛 설치를 위한 Sub Structure

STEP2_차수벽공사 & 창호공사 STEP1_Sub Structure 설치


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Mock-Up 1_변경안


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Mock-Up 2_기존 시스템_AL 복합패널

SUB STRUCTURE 구조 안전성 확보 불가 제작 및 시공오차 심함( 5mm 이상 오차 발생 부위 28개소 중 19개소 )

와플 꼭지점 부위 틈 발생, 누수의 원인이 됨 패널재질: 4.0T 복합패널


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Mock-Up 3_ 기존 시스템_ 3T AL SHEET

다양한 각도에 맞게 제작 불가


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정형 구간 목업


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LAB 목업


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가이드 플레이트 적용


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Point Cloud Data

As-Built Modeling

As-Built Modeling

Panel 재구축

3D Scanning

Point Cloud 취득

As-Built Modeling (창문, 하지)

비정형 Panel 재 구축

비정형 Panel Pre-Fabrication

비정형 Panel 현장설치


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▣ 3D Laser Scanning

외장재 지지용 하지 및 창틀: 제작 및 시공 시 오차 발생


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1990 2000 2010 2014 1950

1950~1955

1959~1973

1993~1997

1929

1956~1962 1992

PC 보급화 APPLE I(1976)

DOS WINDOW 3.1

PC 통신(인터넷) 아이폰, 아이패드 안드로이드, 클라우드

3D 프로그램 보급화 3D Scanner, 3D Printer EMAIL

2003~2005

2008~2010

2007~2012

2009~2014

2011~2012

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㈜ 디지털 건축연구소 WITHWORKS