6G(6th-Generation)조
AE_wiki
프로젝트 개요
기술개발 과제
국문 : 서울특별시 프로젝트 서울 일환 창동 로봇과학관 설계
영문 : Designing Robot Science Museum in Chang-Dong, Dobong-Gu as part of Project Seoul
과제 팀명
6G
5G의 다음 세대; 진화해 나아가는 팀
지도교수
건축계획 - 이주나 교수님 구조설계 - 권기혁 교수님 환경설비설계 - 허정호 교수님 VE 및 시공계획 - 현창택 교수님
개발기간
2019년 3월 ~ 2019년 6월 (총 4개월)
구성원 소개
서울시립대학교 건축공학과 2014871016 서성근 - 조장 서울시립대학교 건축공학과 2013871005 김명지 서울시립대학교 건축공학과 2014871025 윤선재 서울시립대학교 건축공학과 2015871010 김수림 서울시립대학교 건축공학과 2016871006 김은혜 서울시립대학교 건축공학과 2016871049 신희원 서울시립대학교 건축공학과 2016871053 이채유
서론
과업의 개요
과업의 요약
설계목표인 가변성, 성장성, 연계성에 맞추어 설계를 진행하였다. 가변성을 위해 이동식 외피시스템을 도입하여 새로운 공간을 창출하려 했으며 성장성을 위해 체험존과 교육존으로 나누어 실배치를 계획했다. 마지막으로 주변건물 및 지역과의 연계성을 위해 로봇박물관 앞에 위치한 사진 박물관과 연계되는 동선을 계획했고 디자인 또한 로봇박물관에서 사진박물관이 보이도록 설계했다.
과업의 배경
해당 지역은 낙후된 도심으로 교육 불균형을 해결하기 위한 교육 인프라를 확충이 필요하고 4차 산업혁명 시대인 만큼 이에 관련된 교육과 지역 인재 양성이 필요하다. 그리고 주변 시민들에게 과학 문화 향유의 기회를 제공하고 동북권 경제 활성화에 기여하기 위해 창동 지역에 로봇 박물관을 설계하는 과제를 받았다.
과업의 목표 및 내용
1.1 과업의 목적
문화·전시 시설이 부족한 동북권에 4차 산업혁명에 대응하기 위한 로봇과학관을 건립하여 지역 주민에게 과학문화 향유 기회의 제공 및 동북권 경제 활성화에 기여하고자 한다.
1.2 과업의 위치 : 서울특별시 도봉구 창동 1-25
1.3 과업의 범위
① 대지면적 : 2,500.1㎡
② 시설규모
◦ 건축면적 : 법정 건폐율 준수
◦ 연 면 적 : 6,053㎡(±5% 범위 내 조정가능)
◦ 층 수 : 지하1층/지상4층
◦ 주차대수 : 법정 주차대수 충족
③ 시설용도 : 문화 및 집회시설
1.4 예정공사비 : 21,791백만원(부가세 포함)
1.5 설계용역비 : 1,095백만원(부가세 포함)
※ 녹색건축, 에너지효율, B/F 등 관련한 수수료 등은 설계비에 반영되어 있음
1.6 과업기간 : 본 과업의 기간은 착수일로부터 360일로 함(공휴일 포함)
개발과제의 기대효과
기술적 기대효과
내용
경제적, 사회적 기대 및 파급효과
내용
기술개발 일정 및 추진체계
개발 일정
내용
구성원 및 추진체계
내용
설계
설계사양
설계기준
시설의 구성 : ‘로봇과학관’은 1개 필지의 대상지에 신축 건축물과 외부공간으로 구성되며,복합문화공간 및 전시공간, 교육공간, 지원공간, 기타공간(공용공간)으로 구분된다.
a. 복합문화공간 및 전시공간
◦ 로봇과학관 방문객 및 지역주민을 대상으로 포럼·경진대회·특별전시 등이 가능한 다목적 문화공간
◦ 전시 주제에 따라 전시물을 관람, 조작, 체험할 수 있는 공간
b. 교육공간
◦ 전시연계 교육체험 및 자유학기제 교육, 메이커스페이스, 도서(자료)실 등 과학교육 프로그램을 운영하는 공간
c. 지원공간
◦ 시설의 효율적 운영을 위한 사무실·유지보수 등을 위한 공간
d. 편의공간
◦ 카페, 뮤지엄샵, 의무실, 수유실, 사물함, 운영요원실, 근로자 휴게실 등 방문객 및 직원 편의를 위한 공간
e. 기타공간
◦ 로비, 홀, 엘리베이터, 복도, 화장실, 전이공간 등의 공용공간과 기계·전기 통제실
f. 주차장
◦ 법정 주차대수 이상을 확보한 주차시설
설계 사양
1) 건축계획
<건축개요> ① 대지면적 : 2,500.1㎡ ② 시설규모 ◦ 건축면적 : 1232.58㎡ ◦ 연면적 : 3,345.83㎡(±5% 범위 내 조정가능) ◦ 층수 : 지하1층/지상4층 ◦ 건폐율 : 49% ◦ 용적률 : 134% ◦ 주요 구조 : 철골조 ◦ 최고 높이 : 21.2m ③ 시설용도 : 문화 및 집회시설
<목표 및 컨셉> 4차 산업혁명 시대에 따른 창동의 지역발전과 변화를 위해 '진화'라는 컨셉을 가지고 설계를 진행하였다. 그 컨셉을 바탕으로 '가변성', '연계성', '성장성'이라는 세부 목표를 설정했다.
① 목표 : '진화하는 건물' ◦ 급속하게 발전하는 미래 과학기술에 내외부적으로 대응할 수 있는 로봇과학관
② 가변성 (물리적 변화) ◦ 새로운 공간 창출을 통해 로봇 & 과학 기술 발전에 대응하는 전시 가변성은 시대에 흐름에 따라 전시의 내용과 전시물의 규모가 매번 다를 수 있으므로 그에 대응하기 위한 공간창출과 가변이 힘든 구조인 경우 시각적인 변화만으로 가변의 효과를 낼 수 있음을 말한다. 우리가 설계한 로봇 박물관은 가변형 이동식 외피시스템을 도입하여 이벤트 전시를 할 경우 외피가 밖으로 9m가량 빠져나와 새로운 공간이 창출되고 층고가 20m 이기 때문에 드론 체험, 대형 로봇전시 등이 가능하도록 했다.
③ 연계성 (주변건물 및 지역과의 연계) ◦ 과거를 상징하는 사진미술관과 미래를 상징하는 로봇과학관의 전시 & 동선 연계 연계성은 로봇 박물관의 주변 건물 및 지역과의 연계성을 뜻한다. 특히, 로봇 박물관과 도로 하나를 사이에 두고 맞닿아 있는 사진 미술관과의 연계를 신경써서 설계했다. 사진 미술관과 로봇 과학관이 연계되는 동선을 계획하였고 디자인측면에서도 로봇 박물관에서 사진미술관이 보이도록 설계를 하였다.
④ 성장성 (체험 및 교육) ◦ 단계적 체험 교육을 통한 과학적 지식 수준 향상 성장성은 박물관에 방문하는 사람들의 성장성을 의미한다. 체험존과 교육존을 나누어 실배치를 하여 효과적인 교육적 성장을 의도하였다.
<조닝 및 스페이스 프로그램> ① 연계, 성장, 가변이라는 세가지 주제로 매스를 3가지로 나누어 조닝하였다. ◦ 동측에 위치한 1번 매스 : 로봇&과학전시존 ◦ 중앙의 2번 매스 : 교육&체험존과 로비&휴식존 ◦ 서측에 위치한 3번 매스 : 사진미술관과의 전시 동선이 이어지는 연계전시존
<동선> ① 관람객을 고려한 전시 동선 : 로비 – 이벤트홀 – 제1전시관(4층) – 제2전시관(3층) – 제3전시관(2층) – 미디어영상실 – AR/VR실 – 뮤지엄샵 – 사진미술관 ② 시민을 고려한 휴식 동선 : 이벤트홀 - 열린도서관 - 로비 - 카페 - 옥상정원(2층)
2) 구조계획
<구조목표> ① 가변성 - '이동식 외피 구조 시스템'을 이용한 공간 창출 ◦ 사람들의 시선을 끄는 흥미로운 장치로 기능 ◦ 새로운 공간감 부여 ② 연계성 - '트러스 인장 구조' 설계를 통한 캔틸레버 보와 기둥 최소화로 내외부적 무주 공간 창출 ◦ 캔틸레버를 통해 사진미술관으로 이어지는 동선상의 개방감 확보 ◦ 2층 미디어 전시를 위한 내부 무주공간 조성
<세부설계>
① 이동식 외피 구조 시스템
◦ 구조 시스템 선정
- 원리 : 철골조 구조물 바닥면에 구동설비를 장착하여 건물이 레일을 따라 움직임
BOGIE & WHEEL DRIVE SYSTEM
- 동력 : 바퀴에 달린 BOGIE SYSTEM의 전기식 모터
- 외피 구조물을 지탱하는 총 7개의 바퀴가 중력 하중을 받아 독립적으로 거동
EMBEDDED RAIL SYSTEM
- 19M 트랙의 매립형 궤도로, 레일이 사람들의 통행을 방해하지 않음
◦ 외피 골조 설계
- 골조 부재사이즈 : H형강 200X200X8X12
- 전도 사고 방지 및 모멘트를 고려해 외피 골조의 상부 뒤쪽으로 하중을 키움
- '가새'를 이용해 구조 이동 시 발생하는 진동과 풍하중에 의한 수평하중 보강
- 구조적 안정성 확보
② 트러스 인장 구조
◦ 구조 시스템 선정
- 원리 : 휨재 & 인장재 조합의 트러스-인장 구조
- 인장 부재를 이용해 구조 체적은 줄이면서 구조 능력 극대화
- 개방적 공간감, 디자인적 요소로도 활용 가능
◦ 부재 설계
- 철골 트러스 부재 : H 형강 (SM520) H−294×302×12×12
- 인장재 : 일반 구조용 탄소강 강관 (KSD3566) 외경 D=101.6(mm), THK:4.0(mm)
76.2(mm) [강선]
- 중심기둥 : H 형강 (SM520) H−588×300×12×20
◦ 설계 과정 * 세부 설계 참조
3) 환경 설비 계획
<환경목표> ① 목표 : 개방과 밀폐의 상반된 특성을 만족하는 설비 ② 가변 공간 특성에 대응하는 환경 설비 설계 ◦ 하절기 일사와 내부 발열 등에 의한 냉방부하 ◦ 간절기 외피 가변 사용시 부하변동 발생 ◦ 창출된 수직공간(층고 20m)의 온도성층화 ◦ 내외부 온도차에 의한 결로 -> 가변 외피로 인해 발생하는 문제 해결에 집중 ③ 외부환경 제어를 통한 사용자 집중 공간 구축 ◦ 1번 건물 전시관 + 2번 건물 로비&카페 +3번 건물 미디어 영상실& VR/AR체험실 -> 실 별 특성을 고려한 공조 시스템으로 효율적인 실 운영
<패시브 시스템>
① 남향으로 경사진 가변 외피 전면부 형태 ◦ 빛 반사에 의한 일사 차단 -> 냉방부하 저감에 유리 (입사각 50~60% 넘어가면 대부분 반사) ② 폴리카보네이트 ◦ 가벼운 소재, 내구성 우수 ◦ 진동에 강하며 단열 및 방음 성능 우수 -> 외피 재료를 고려한 일사 부하 절감에 유리
<쿨 튜브>
① 쿨 튜브 자연환기
◦ 냉방부하가 큰 기간(외피 미가변)에 사용
◦ 쿨 튜브를 통해 찬 공기 급기
◦ 외피와 매스 사이 공간의 열을 상단부로 밀어 빼냄
-> 열의 자연환기 유도
※ 외피가 가변 되어 있는 시기에도 냉방부하가 커질 시 쿨 튜브 적극 활용
-> 자연환기 극대화를 통한 결로방지& 냉방 부하 절감
② 쿨 튜브 + 배기팬의 1종 기계환기 ◦ 간절기 외피 가변 기간에 사용 ◦ 배기팬 작동을 통해 외피 밖으로 열 배출 -> 간절기 외피 가변 사용에 의한 부하변동 해소(늘어난 공간, 유동인구 증가에 대한 부하변동) -> 온도성층화 해소 -> 공조시스템 없이도 쾌적공간 형성 가능
<액티브 시스템>
① 조닝
◦ 사무존 : 충분한 환기량 확보로 쾌적한 실내 조성
◦ 활동존 : 유동인구에 따라 유연하게 공조시스템 대처 가능
◦ 독립존 : 각각의 실마다 인원에 맞추어 유량을 조절
◦ 전시존 : 적은 유량으로도 높은 열쾌적감 창출 & 온도성층화 해결
② 설계안
◦ 1번 매스 (전시존)
ABS : 교육실
ABS + 3종 기계 환기 : 실습실
ABS + 컨벡터 : 전시실, 이벤트실
3종 기계 환기 + 국부 냉난방 방식 : 가변 창출 공간
◦ 2,3번 매스 (사무존&활동존&독립존)
CAV + FCU : 사무실, 운영요원실
VAV + 복사 냉난방 패널 : 뮤지엄샵, 로비, 카페, VR/AR실, 미디어영상실
VAV : 세미나실
-> 실 별 특성을 고려한 공조 시스템으로 효율적인 실 운영
③ ABS 방식 - MSCBK(Multi-service Chilled Beam) 고효율용 칠드빔
◦ 외피 가변에 관계 없이 상시 운전 가능
◦ 피크부하에 대응
◦ 자연환기에 의한 습공기 침입시 결로수 처리 가능
◦ 적은 풍량으로 유인효과에 의한 공기 혼합이 원활
-> 냉방부하 절감을 통해 에너지 절약이 가능한 친환경 공조기술
-> 높은 층고의 수직 온도차 해소
4) VE 및 시공 계획
<준비 단계[PRE-STUDY]>
① 발주자-사용자 요구 측정
◦ 쾌적성 > 안전성 > 미관성 > 접근성 > 시공성 > 경제성
② 대상 선정
a. 대상선정
가변 외피에 의해 발생하는 ‘가변부(외부 공간)’와 �전시 공간(내부 공간)이 만나는 발코니 벽체(2, 3, 4층)
b. 문제점
가변 외피의 공간 확장으로 생긴 아트리움과(외부 공간) �1번 건물 전시관(내부 공간) 사이에 침기 발생
발코니에서 가변부(외부 공간)의 전시가 조망 가능하도록 개방성 확보가 필요
c. 요구사항
가변부와 전시 공간의 연계 시 발생하는 부하 최소화
발코니를 통한 건물 내외부의 가변효과 극대화
VE를 통해 설계 목표 달성
<VE 분석 단계[VE STUDY]>
① 기능분석
a. 기술 중심 기능계통도 작성 (내외부를 연결한다 - 벽을 가변한다)
b. 기능평가를 통한 중점 개선 대상 기능 선정 (F11 쾌적함을 제공한다, F13 내외부 경계를 허문다)
② 아이디어 창출 및 개략평가
F11 쾌적함을 제공한다 - 창호기밀테이프를 사용해 내외부 경계부의 기밀성을 높인다.
- 팽창밴드를 사용해 내외부 경계부의 기밀성을 높인다.
F3 내외부 경계를 허문다 - 자동식무빙글라스월을 설치해 실내 공간을 구획한다.
- 수동식 폴딩도어를 설치해 내외부의 경계를 구획한다.
- 자동으로 외장 마감재의 투명도를 조절하여 내부에서 외부를 조망한다.
③ 아이디어 구체화 (종합 대안 선정)
a. 종합 대안1 - 창호기밀테이프 + 자동식 무빙글라스월 (전면부) + 스마트 필름
b. 종합 대안2 - 팽창밴드 + 수동식 폴딩도어 (전면부) + 스마트 필름
④ 상세평가
매트리스 분석 결과 종합 대안2 > 종합대안1
⑤ LCC 분석
a. 수행 방법
- 비용모델 체계 및 범위 (초기투자비용-건축, 유지관리비용-보수교체비용&에너지비용)
- LCC 분석 프로세스
b. 생애주기비용 분석표
- 총 LCC 산정
원안 : 221,501,862 (원)
종합대안1 : 375,108,949 (원)으로 원안 비용 대비 169%
종합대안2 : 229,755,997 (원)으로 원안 비용 대비 104%
※ 초기공사비용, 유지관리비용, 에너지비용 모두 현재가를 기입함
※ 숫자 계산 시 소수점 셋째자리까지 계산 후, 소수점 제외 표기
⑥ 제안서 작성
a. 원안&종합대안1,2 비교
𝑉𝐴/𝑉𝑂 (%) : 100(원안) 93(종합대안1) 191(종합대안2)
-> 종합대안2로 최종 선정
b. VE제안서
기능 : F11 쾌적함을 제공한다, F13 내외부 경계를 허문다
제안명 : 팽창밴드 사용, 수동식 폴딩도어(전면부) 설치, 스마트 필름 부착
제안유형 : 기능강조형
기존안
◦ 로이 유리, 경량 콘크리트 패널 사용
◦ 일반 기밀 시공
◦ 자동 제어 시스템 적용된 외부 베네시안 블라인드 사용
개선안
◦ 팽창밴드 사용하여 경계부 기밀성 높임
◦ 스마트 필름 이용한 마감재 투명도 조절 통해 내외부 상호 조망 가능하게 함
◦ 전면부에 폴딩도어 설치하여 내외부의 경계 구획과 동시에 허무는 효과\
평가결과
◦ 비용증감률(%) : ▲3.7
◦ 성능향상도(%) : ▲88.05
◦ 가치향상도(%) : ▲80.90
c. 최종 제안서
<VE를 통해 이루고자 하는 목표>
◦ 부하 최소화를 통한 환경적 독립성 확보 (가변성)
◦ 발코니를 통한 건물 내외부의 가변효과 극대화 (가변성, 연계성)
<VE를 통한 최종개선안>
◦ 팽창밴드 시공을 통해 기밀성 확보 (가변성)
◦ 전면부 폴딩도어를 통해 발코니로 실 확장 (가변성, 연계성)
◦ 스마트 필름의 투명도조절을 통해 발코니 내외부의 유동적인 연계성 확보 및 일사 차단을 통한 냉방부하 저감 (연계성)
<시공 관리 계획>
① 시공 기술 계획 _ 폴딩도어 + 스마트 필름 + 팽창밴드
(1) 하부컷팅&수평보기
(2) 프레임 조립 및 팽창밴드 시공
(3) 힌지 조립
(4) 프레임 시공 및 스마트 필름 전기 배선
(5) 문짝 시공
(6) 유리 시공 및 스마트 필름 시공
(7) 실리콘 처리
(8) 시공 완료
② 품질 관리 계획
a. 폴딩도어
- 모듈화 주문제작을 통한 품질 향상
- 상하부 레일의 주기적 청소를 통한 이물질 제거 및 부식방지로 구동성능 유지
- 주기적 가스켓 점검을 통한 방음, 방풍, 단열성능 유지
b. 스마트 필름
- 두께 0.4mm 박막 PET 재질로 스크래치 방지
- 전선 배선 시 꼬임, 단선방지 및 정기적 점검을 통한 오작동 사전예방
c. 팽창밴드
- 팽창밴드가 부풀어 오르는 높이를 고려하여 골조와 창호 사이의 거리를 미리 파악하여 시공
- 실링 부위를 깨끗이 청소하고 건조한 후 시공
- 테이프의 양끝을 붙일 때 양 말단이 겹치지 않도록 함
- 추운 곳에서 팽창이 느리므로 20-25도에서 시공하는 것이 적절
이론적 계산 및 시뮬레이션
2) 구조계획 - <세부설계> - ② 트러스 인장 구조 - ◦ 설계 과정
1. 반력 산정
2. 철골 트러스 부재력 산정 H 형강 (SM520) [H−294×302×12×12]
3. 기둥 부재 산정
3.1 인장기둥 산정
최대 하중을 받는 인장기둥 기준: 295.5(kN)
일반 구조용 탄소강 강관 (KSD3566)
∴SPPS 50 (STK 490), 𝐹_𝑦:315 (𝑀𝑃𝑎) ,
외경 D=101.6 (mm), THK:4.0 (mm)
3.2 인장재 및 중심기둥 산정
모멘트 차이로 인해 인장재가 받는 장력 T = 3137(kN)
따라서 76.2 (mm) [강선] 사용
중심기둥은 압축력만 받아
H 형강 SM 520 [H−588×300×12×20] 부재 사용
상세설계 내용
내용
결과 및 평가
완료 작품의 소개
Bâtir; [바티ː르] 프랑스어 : 짓다_건축하다 / 스페인어 : 때려_부수다
“기존 건물의 틀을 깨부수고, 발전하는 미래 과학 기술에 빠르게 대응할 수 있게 진화하는 로봇과학관을 건축하다”
프로토타입 사진 혹은 작동 장면
내용
포스터
내용
관련사업비 내역서
내용
완료작품의 평가
내용
향후계획
내용
특허 출원 내용
내용
