ECORIUM_서천국립생태체험관

Architects :

Structural Engineer :

Local Structural Engineer :

시공사 : 

발주처 : 

공사기간 : 

위치 : 

연면적 : 

규모 : 

높이 : 

​외장재 : 

비정형 적용공법 : 

Grimshow + SAMWOO 컨소싱

 

 

삼성물산

환경부

2010.1~2012.12

충남 서천군 마서면 송내리 223-3

75,785 m2

지하1층, 지상 2층

35m

​링클수지강판 

CNC T-Bar & Unit Module System

  국립생태원 생태체험관은  시공단계에 참여하여  전시관의 비정형 곡면 지붕을 구현하기 위해 CNC T-BAR를 활용한 내외장 마감 일체형 Unit Module System을 적용하여 완성한 프로젝트이다. 

1. 설계도서 검토

  우선 기존  설계에 대한 검토 내용으로 첫째, 지붕 형상이 다양한 곡률로 설계되어 있었기 때문에 각파이프 벤딩으로 시공될 경우 형상변형이 많이 발생할 수 있었으므로 단면형상을 정확히 제어해 낼 수 있는 지붕 형상제어 시스템이 필요하였다. 둘째, 메인철골과 지붕형상제어를 위한 하지시스템은 서로 일정한 규칙이 없이 설계되었기 때문에 지붕재 시공을 위한 메인 구조보강이 필요했다. 셋째, 지붕의 단열재 시공을 위한 스틸데크는 2방향 곡률로 가공되도록 설계되었으나, 벤딩 가공으로는 2방향 곡면제작이 불가능하므로 공법변경이 필요했다.

마지막으로 전시관 지붕 마감부분의 영역이 좁고 높았기 때문에 일반적으로 가설재를 설치하여 천장공사와 지붕공사를 하는 방법은 효율적이지 못했다.  따라서 지붕틀을 유닛화 하여 천장과 지붕을 동시에 선제작하여 시공하는 공법설계 및 적용이 필요하였다.

 

 비정형 곡률의 특징은  곡률이 일정하지 않으며, 한 단면 내에서도 여러개의 곡률에 의해 비정형 곡면이 이루어 지기 때문에  설계 상세도와 같이  50X50mm,  각파이프를 벤딩하여  1미터 간격으로 설치하는 것은 시공오차가 많이 발생하게 되어 시공품질이 낮아질 수 있게 된다.   또한 각파이프 트러스 상부에 설치되는 스틸데크는  2 방향 곡률로 제작하는 것이 불가능할 뿐만아니라  다양한 2방향 곡률로 제작되어야 하기 때문에  비정형 지오메트리, 제작 및 시공을 고려하지 않은 시공 상세도라고 할 수 있다.

시공 상세도(변경전)

지붕 형상 및 곡률

2. 공법 설계 및 확정

  지붕 형상은 정확한 곡률 값이 없는 형상이 없는 비정형 곡률이 었기 때문에  비정형 곡면 형상 제어용 부재 가공 및 제작 방법이 스틸 각파이프 Bending에 의한 가공방법이 아닌 CNC Laser Cutting에 의한 정밀 가공 방법으로 비정형 곡률의 정확한 통제가 필요했으며,  철골 구조체 위에서 개별적으로 하지를 설치할 경우 형태변형과 곡면의 오차가 발생할 수 있었으므로  지붕을 일정 구간으로 나누어 유닛화 한 후 내부마감과 외부마감을 동시에 제작하여 설치하는 공법이 필요하였다.  따라서 CNC T-BAR를  활용하여 비정형 곡면의 형상제어용 부재로 사용하여 비정형 지붕틀을 유닛화 하여 인양 조립하는 시스템으로 최종 확정하였다

CNC T-BAR 제작

유닛 모듈 제작 및 설치

Digital Fabrication Modeling_CNC T-BAR

Digital Fabrication Modeling_ Unit Module System

  디지털 목업을 통해서 공법에 대한 시공성과 문제점을 검토한 후 비정형 지붕유닛에 대한 1/2 축소 목업을 제작하여 곡면의 시공오차 및 품질을 체크하였다

1/2 축소 목업

  전면부 저층 곡면 구간은 비정형 콘크리트로 시공되어야 했는데, 비정형 거푸집 제작 설치를 위한 모델링 작업도 같이 병행하여 콘크리트 거푸집 제작 설치시 3D 모델링 기준에 따라 정확하게 시공될 수 있도록 하였다. 

시공 기준 모델링 by CATIA

3. CNC T-BAR & 유닛 모듈의 제작 및 시공

  CNC Laser Cutting 머신을  이용하여 철판을 가공 제작하는 장점은 곡률과 상관없이 모델링된 다양한 곡면 형상을 정확하고 빠르게 가공할 수 있다. 그런데 벤딩으로 파이프 부재를 가공할 경우, 곡률이 일정할 때는 비용도 절감되고 효율적이지만 다양한 곡률이 한 부재 내에 있을 때는 제작 및 가공에 오차가 발생할 수 있으므로 정밀한 곡률 가공이 불가능하다. 따라서 곡률이 다양한 비정형 곡면의 형상 및 3D 좌표제어는 벤딩가공 보다는 CNC Laser Cutting으로 제작 하는 것이 시공품질이 우수하게 된다. 

 

  CNC T-BAR의 제작을 위해서 먼저 웹과 플렌지를 각각CNC Laser 절단한 후  용접으로 각각 다른 형상의 부재들을 제작한 후 현장에서 내외장 마감 일체와 유닛모듈을 제작하였다.  공장에서 제작해서 이동할 경우 운반비 등으로 인한 비용증가와 운송중 발생할 수 있는 마감재료의 파손등이 일어 날수 있었기 때문에  현장에서 유닛을 제작하여 설치하였다.

​유닛 모듈 제작 및 설치

  유닛모듈이 정확하게 제작되었기 때문에 설치 시 큰 어려움은 없었으나, 전시관 중 가장 높이가 높은 열대관은 스틸 커튼월 시공 과정에서 시공오차가 발생하여, 이 구간의 지붕 유닛 모듈 일부는 커튼월 시공현황에 맞춰 재 제작하여야 하였다. 스틸 커튼월 공사는 3차원 Data 정보에 의한 부재 제작 및 시공하는 방식이 아니라 기존 현장제작 방식에 의해 시공되었기 때문에 지붕 유닛패널과 커튼월이 만나는 부분에서 시공오차가 최대 50cm정도 발생하였다.

비정형 형상의 건축물을 효과적으로 시공 및 시공관리하기 위해서는  반드시 3차원 설계를 기준으로 각 공종간의 시공관리가 필요하며 이를 통해 시공오류를 줄이고 시공품질을 확보할 수 있다. 

연결통로구간 유닛모듈 설치

​4. 전면부분 지붕공사

  전시관 지붕마감은 0.5T 링클수지 강판 평이음 마감으로 시공되었으며, 전면부는  전시관과 마감재는 같았지만 색상과 디테일을 다르게 적용하여 시공되었다.  돌출마감 디테일로 사용한 X-rib는 현장에서 가공하여 바로 설치하기 때문에 시공성이 뛰어났고 PV설치 또한 용이하였다.  

전면부 지붕 및 외벽 공사

5. 시공완료

  비정형 형상의 건축물을 정밀하게 시공하기 위해서는 재료, 곡률, 구조를 고려한 최적의 시공공법이 필요하며, 시공단계에서 3D 설계 엔지니어링 및 비주얼 목업을 통해 설계된 디테일과 형상제어방법에 대한 검토가 이루어져야한다. 일반적으로 도면이나 시방서에서는 일반 건축물의 시공기준에 따르기 때문에 재료나 형태에 따른 시공오차의 기준이 없을 경우 반드시 발주처, 시공사, 감리등 공사관계자들이 목업을 통해 그 기준을 정한 후 시공이 이루어져야한다.

 시공단계에서 3차원 설계의 가장 큰 역할은 2D로 설계된 도면상의 오류와 적용된 설계공법을 검토하여 공사관계자들이 신속한 의사소통을 통해 대안과 방향을 찾을 수 있도록 도와주는 역할을 한다. 또한 비정형 외장재 시공을 위한 CNC 제작용 데이터로도 활용 가능하므로 활용도가 높다. 대부분 비정형 시공현장에서 발생하는 시공품질의 문제는 3차원 설계와 이를 활용한 CNC 제작 등의 디지털 가공방법이 도입되지 않고 기존 정형 시공에 적용하던 현장 제작 방식으로 시공하기 때문에 발생한다.

 

 국립생태원 생태체험관의 전시관들은 시공이 어려운 비정형 형태의 건축물이었지만 지붕-천장 일체형 유닛모듈 공법 과 Digital Fabrication의 도입으로 우수한 시공품질을 확보할 수 있었다. 지붕 곡면을 구성하는 개별부재들은 벤딩가공 방식이 아닌 CNC 레이저 가공을 활용하여 개별 부재들을 정밀하게 제작하였고, 프리패브리케이션 공법을 적용하였기 때문에 시공의 용이성과 곡면 형상의 완성도를 높일 수 있었다.

 따라서 비정형 건축물의 성공적인 완성하기 위해서는 설계 및  시공단계에서 Digital Fabrication 기반의 3D 설계 엔지니어링과 디지털 제작 기술을 활용한 시공공법 적용이 반드시 필요하다.

WITHWORKS Architects & Engineers Inc.

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