[BIFE] 챕터 5. 파사드 엔지니어가 하는 일 1/2

 

지금까지 파사드의 정의부터 역사, 기능 그리고 파사드만을 전문적으로 다루는 파사드 엔지니어의 필요성에 대해 알아보았습니다. 이번 챕터에서는 파사드 엔지니어가 하는 일을 구체적으로 짚어보겠습니다. 파사드 엔지니어가 하는 일은 크게 여섯 가지 -  환경 분석, 파사드 구조 계산, 열 계산, 패널 라이징, 디테일 디자인, 그리고 건물 유지 관리 유닛 설계( BMU) - 정도로 분류할 수 있습니다.

 

파사드 엔지니어링 업무의 성격은 건축가의 영역과는 상이합니다. 건축가가 전체 건물의 그림을 그리고 각 분야를 조율하는 총 디렉터라면 파사드 엔지니어는 파사드와 관련된 디자인에서부터 기술적인 문제의 아주 세밀한 디테일까지 집중하여 문제를 해결합니다.

 

1. 파사드 엔지니어의 업무적 목표

 

예산과 디자인 의도 사이에서의 저울질 Weighing between budget and design intent

 

모든 상황에서 파사드 엔지니어의 목표는 예산과 건축가의 디자인 의도 사이에서 성공적인 줄타기를 하는 것입니다. 지나치게 값싸게 지으려고 하다 보면 어느새 건축가의 디자 인에서 멀어져 있을 수 있습니다. 반대로 건축가의 의도만을 열심히 쫓아가다 보면 지나치게 비싸기만 한 건물을 지을 수도 있습니다.

 

파사드 엔지니어에게 예산과 건축가의 디자인이라는 두 조건은 제약임과 동시에 기발하고 효과적인 솔루션을 생각해내게 하는 동력입니다. 파사드 엔지니어가 진행하는 모든 분석과 계산, 시뮬레이션, 패널 라이징, 디테일 디자인 등은 예산과 디자인 사이에서 저울질하며 벌어지는 파사드 엔 지니어의 합리화 작업입니다.

 

먼저 파사드 엔지니어의 최종적인 목표를 밝혀두고, 이어지는 단락에서는 파사드 엔지니어가 하는 일 각각을 구체적으로 다루겠습니다.

 

2. 파사드 엔지니어가 하는 대표적인 일 여섯 가지

 

(1) 환경 분석

 

라이노 그래스호퍼 애드온 레이디버그를 이용한 일사 분석 Daylight analysis using Rhinoceros Grasshopper add on Ladybug ¹

라이노 그래스호퍼 애드온 레이디버그를 이용한 조망 분석 View analysis using Rhinoceros Grasshopper add on Ladybug ²

 

환경 분석은 재실자의 쾌적함에 영향을 주는 주변 환경 요소를 분석하는 일입니다. 그 요소로는 일사, 그림자, 시야 등이 있습니다. 해당 건물에 직사광선이 얼마나 유입되는지, 혹은 다른 건물에 가려져 그림자가 지는지 등을 분석합니다. 이런 분석의 결과로 직사광선을 차단해주는 차양 시 스템이 파사드에 설치될 수도 있고, 반대로 그림자가 많이 진다면 최대한 일사를 많이 받을 수 있는 향과 형태로 건물 이 지어질지도 모릅니다.

 

시야, 뷰도 중요한 요소입니다. 주변 건물에 가려진 곳과 뚫린 곳을 층별로 분석해 뷰가 좋은 곳에 좀 더 탁 트인 파사드 시스템을 마련할 수도 있습니다.

 

이를 분석하는 대표적인 시뮬레이션 툴로는 라이노 그래스호퍼 소프트웨어의 플러그인인 레이디버그, 디바 등이 있습니다.

 

(2) 파사드 구조 계산

 

라이노 그래스호퍼 애드온 카람바를 이용한 파사드 구조 분석 Facade structure analysis using Rhinoceros Grasshopper add on Karamba ³

 

라이노 그래스호퍼 애드온 카람바를 이용한 파사드 구조 분석 Facade structure analysis using Rhinoceros Grasshopper add on Karamba ⁴

 

파사드의 구조는 건축구조에 매달려있습니다. 파사드 구조는 전체 건물에 영향을 미치는 본 구조체는 아니지만, 파사드 자체의 무게를 견디고, 여기서 발생하는 하중을 건축 구조에 잘 전달하는 역할을 수행해야 합니다.

 

이런 파사드 구조를 계산하는 작업 또한 파사드 엔지니어가 합니다. 파사드 엔지니어가 하는 구조 계산은 건축 구조 계산과 비교해 작용하는 하중의 종류가 자중, 풍하중, 설하 중 정도로 적고, 하중의 조합 또한 비교적 간단하다는 것이 특징입니다.

 

파사드 구조 계산을 하는 대표적인 컴퓨터 툴로는 라이노 그래스호퍼 소프트웨어의 플러그인인 카람바, 혹은 소프트웨어 솔리드웍스 등이 있습니다.

 

(3) 파사드 열 성능 계산

 

LBNL 사의 Window 와 Therm을 이용한 파사드 열 분석 Facade structure analysis using LBNL Window and Therm ⁵

 

파사드 엔지니어가 하는 또 다른 계산으로는 열 계산이 있습니다. 파사드는 모든 면적으로 외부 환경의 영향을 받습니다. 따라서 건물의 전체 에너지 성능을 파악할 때는 파사 드 유닛의 열 성능을 파악합니다.

 

파사드의 열성능은 파사드로 어느 정도 양의 열이 흐르는지에 대한 개념으로, 대표적인 지표로서 열관류율, U-Value 값을 사용합니다. 이런 지표를 이용하여 파사드의 열 획득과 손실, 그리고 건물의 에너지 효율 성능을 확인할 수 있습니다. 파사드 열 성능에 대한 요구 조건은 에너지 절약 설계 기준이 강화됨에 따라 높아지고 있습니다.

 

열 계산은 파사드의 열관류율을 구할 때뿐만 아니라 재료의 열에 대한 수축/팽창을 계산하는 데도 필요합니다. 재료는 온도 변화에 따라 수축하고 팽창하는데, 이를 고려하지 않으면 예기치 못한 파사드의 충돌이나 탈락 등이 발생할 수 있습니다. 재료의 수축팽창을 계산하여 이를 파사드 설계에 반영하는 것도 파사드 엔지니어의 몫입니다.

 

파사드 열 계산을 하는 대표적인 툴로는 LBNL 사의 Therm과 Window 가 있습니다.

 

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이미지 출처

 

¹ https://parametrichouse.com/ladybug-grasshopper/

² http://www.neoarchaic.net/resources/grasshopper/fieldof-view/

³ https://www.karamba3d.com

⁴ https://www.karamba3d.com/examples/simple/shell-crosssection-optimization/

⁵ https://windows.lbl.gov/software/therm