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스마트 건축: 스마트 빌딩을 위한 데이터 기반 디자인

스마트 건축은 데이터 기반 디자인, 인공지능, 머신 러닝을 이용하여 효율을 최적화하고, 폐기물을 감축하고, 안전성, 편안함, 회복력을 높인다.
  • 스마트 건축은 새로운 기술과 도구를 활용하여 건축 프로젝트를 보다 효율적이면서 지속 가능하게 하고, 오늘날 건물을 수명주기 동안 최적화되도록 설계한다
  •  연결된 건물 센서에서 얻은 BIM, 디지털 트윈, 데이터 피드백 회로는 자동화를 통해 건축가, 디자이너, 엔지니어가 스마트하고, 정교하며, 능률적인 프로젝트를 만들어갈 있게 한다
  •  최적화된, 지능적인 건축 설계는 건설 폐기물을 줄이고, 운용을 개선하며, 보다 안전하고 편안한 건물, 회복력과 반응성 좋은 , 사무실, 공용 공간을 만든다.
  •  앱으로 구동되는 암스테르담의 스마트 오피스 엣지(The Edge) 같은 프로젝트, 런던 웨스트민스터 성당의 최근 보수공사는 디지털 제어와 데이터가 어떻게 보다 지속 가능하고 효율적이며 보기 좋은 내부 환경을 이끌어 내는지를 보여준다.

새로운 건물의 설계와 건설에서 이루어지는 창의적 진보는 건축적 비전과 기술적 발전이 복합적으로 얽혀 이루어진다. 건물이 기계가 되는 스마트 건축의 새로운 시대에는 스마트 건축에 대한 이해와 새로운 기술이 설계 과정에 영향을 주고 개선하는 방식에 대한 이해가 필요하다. 스마트 프로세싱을 사용하여 더 나은 시스템을 만들어 건물을 관리하고, 건설 단계 이후와 사용 기간 동안 건물을 더 효율적으로 만들 수 있다. 

스마트 건축이란

스마트 건축의 이점을 최대한 활용하는 것은 새로운 기술이 설계 과정에 영향을 미치고 최적화하는 방식을 이해하는 데서 시작한다.

스마트 빌딩은 반응성, 지속가능성, 안전성, 안정성, 효율성을 위해 센서, 자재, 제어 및 데이터 수집 도구를 활용한다. 스마트 건축은 과정을 반복하고 개선하는 기술을 바탕으로 그러한 구조를 만드는 기술을 사용하는 업무다. 

스마트 빌딩은 컴퓨터나 생명시스템과도 비교될 수 있다. 예를 들어 싱가포르 캐피털 타워(Capital Tower)와 같은 프로젝트는 동작 감지기와 정교한HAVC 시스템을 통해 움직임 및 대기질을 끊임없이 모니터링하여 건물 사용을 추적한다. 스마트 건축은 첨단 시스템을 적용하여 건물 및 이러한 상호작용 체계를 이해하고 설계하며, 향후 설계 프로젝트를 발전시키고 개선하기 위한 정보를 더 많이 얻도록 건설할 수 있다. 

스마트 건축 프로젝트에 사용된 기술

디지털 트윈은 팀이 건물을 짓기 전에 디자인 시나리오를 시뮬레이션하도록 돕는다.

스마트 건축 계획은 새롭고 진화하는 다양한 기술을 활용한다. 빌딩 정보 모델링(BIM) 등 기존 도구를 통해 건축가와 엔지니어들은 지리적 또는 재정적 한계를 기반으로 이미지를 캡쳐하고, 3D 모델을 만들어 신속하게 건물 설계 견본을 제작하고 시험하며, 공간을 효율적으로 사용할 수 있다. 계획되어 있거나 기존에 있던 구조의 복잡한 모델 시뮬레이션인 디지털 트윈은 보통 클라우드 기반이며 설계 팀이 빌딩을 건축하기 전에 형태와 구조, 특징 및 미학을 결정하기 위한 다양한 시나리오를 시뮬레이션 하는 데 도움을 준다. 

스마트 건축과 설계는 이전 스마트 빌딩의 반복적 피드백 방식을 점점 더 많이 사용한다. 최근 기술의 발전으로 갈수록 발전하는 정교한 센서 및 제어 장치 망을 통합하여 건물의 에너지 효율성 또는 특정 공간이나 방이 사용되는 방식 등을 측정할 수 있게 됐다. 이로 인해 건축가들은 더욱 현명하고 효율적인 설계 결정을 내릴 수 있다. 알고리즘을 사용하고 매개변수를 설정하여 디자인 컨셉을 빠르게 순환시킴으로써 디지털 디자인 과정이 반복 처리되고 보다 효율적인 청사진으로 발전할 수 있게 하는 제너레이티브 디자인으로도 예상 밖의 효율적인 새로운 건물을 만들 수 있다. 

이러한 도구와 이를 통해 얻은 사용 및 운영 데이터 분석은 건물이 건설된 방식에 대한 정보도 제공할 수 있다. 이러한 계획 도구를 활용하면 공장에서 제작된 자재와 현장에서 조립되는 복제 가능 부품을 사용하는 프리패브리케이션 및 모듈러 건설 기술의 비용과 건설 시간을 줄일 수 있다.

스마트 건축의 장점

더 스마트한 디자인과 모듈러 및 프리패브리케이션 기술을 조합하여 많은 건설 낭비 요인을 줄이고 프로젝트 일정을 빠르게 앞당길 수 있다.

지난 프로젝트에 대한 방대한 데이터를 바탕으로 발전한 빌딩 디자인을 그 결과로 기대할 수 있고, 이를 통해 프로젝트 비용과 자재 낭비를 상당히 줄일 수 있다. 더 스마트한 디자인과 모듈러 및 프리패브리케이션 기술을 조합하여 많은 건설 낭비 요인을 줄이고 프로젝트 일정을 빠르게 앞당겨 인건비를 줄일 수 있다. 

과거의 실수로부터 배우고 데이터 수집을 통해 최적의 성과를 거두면 장기적인 유지관리도 간소화할 수 있다. 갈수록 더 많은 센서가 호텔 체인 또는 여러 사무실 건물에서 데이터를 수집하여 건축가들에게 새로운 건물이 어떤 모습이고 어떻게 기능해야 하는지에 관해 더 나은 정보를 제공할 수 있다. 더 스마트한 디자인 덕분에 구조물은 보다 회복력 있게 되고, 닳고 낡은 부품이나 오래된 기계 시스템을 수리하거나 교환하기 쉬워진다. 풍부한 데이터를 바탕으로 한 디자인 결정 덕분에 과도한 난방 및 냉방 수요가 줄어든다. 미국 에너지효율경제위원회(ACEEE)에 따르면 건물의 배출량을 30~50%(PDF, p. vi) 절감할 수 있다. 

자재를 적게 사용할 새로운 방법을 고안하는 데 도움이 되는 제너레이티브 디자인 같은 기술은 불필요한 낭비를 없앤다. 전통적인 건설 기술, 형태, 과정은 여전히 건축업을 좌우한다. 제너레이티브 디자인은 디자이너들이 자연의 형태와 기능을 모방하여 에너지 효율을 높이고 성능을 향상시키는 생체 모방 등 새로운 접근법을 받아들이도록 지원한다. 캘리포니아주 랜초 쿠카몽가(Rancho Cucamonga)에 세워진 친환경 시범 건물인 프론티어 프로젝트(The Frontier Project)는 증발 냉각 및 고열 질량화 등 자연에 초점을 맞춘 많은 해결책을 제시한다. 

스마트 건축의 가지 예시

웨스트민스터 사원은 정교한 조명과 HVAC 제어를 사용하여 개조되었다. 이미지 제공: 시케이토 스마트 조명 제어(Xicato Smart Lighting Controls)

스마트 건축 기술 도구는 건축 설계에서 놀라운 다양성을 가능하게 했으며, 엔터테인먼트 또는 창의적 활동을 위한 보다 반응성 좋고 유동적인 환경을 제공하는 공간 유형을 만들 수도 있다. 

마당으로 이어지는 좁은 골목 형태의 전통적인 후통(Hutong) 및 쓰허위안(Siheyuan) 거리가 특징인 베이징의 유서 깊은 지역에 있는 미래형 바이타쓰 하우스(Baitasi House of the Future)는 역사가 깃은 주택에 여러 페르소나를 부여하는 세련된 적응형 재사용의 예시를 보여준다. 도트 아키텍트(Dot Architects)가 의뢰한 바이타쓰 하우스는 일련의 이동식 모듈을 통해 침실 3개를 갖춘 주택에서 사무실로 전환할 수 있는 영리한 자동화 시스템을 사용한다. 디자인 대부분을 각각의 새로운 건축물을 가장 최신 형태의 주택으로 개선하는 공유 디자인 접속 및 영감 시스템인 위키하우스(WikiHouse)의 오픈소스 온라인 설계도를 통해 디자인 대부분을 제작할 수 있다. 

암스테르담 디 엣지(The Edge) 건물은 회의실 예약부터 사무 공간의 조명 및 온도 설정 조절까지 건물 운영의 모든 부분을 조절하는 28,000개 이상의 센서로 이루어진 네트워크를 포함하고 있다. 다국적 컨설팅 회사인 딜로이트의 네덜란드 지사가 있는 이 첨단 건물은 사용 및 성능에 관한 직원들의 피드백과 그들의 작업공간을 제어하는 개인 앱을 바탕으로 끊임없이 학습하고 자가 진단 및 수정을 수행하는 대단히 효율적이고 반응성 좋은 환경으로 설계됐다. 

최근 몇 년간 적응형 재사용이 새로운 건축물 대신 인기를 얻고 있다. 갈수록 보편화되고 있는 개조는 비용 대비 효율적으로 배출량을 줄이는 방식이기도 하다. 캘리포니아주 새너제이에 본사를 둔 조명 및 제어 제조업체인 시케이토(Xicato)는 최근 런던의 웨스트민스터 사원을 개조했다. 무선 제어와 LED 조명은 이 유명한 과거 사원이 전력을 절약하고 HVAC 시스템을 더 잘 제어하는 데 도움이 된다. 오래된 구조물을 업데이트하는 데에는 본질적으로 어려움이 있지만, 발전하는 재료과학과 개선된 외벽, 신중한 적용을 통해 수백 년 된 건물의 비효율성을 줄일 수 있다. 

스마트 건축, 스마트 도시

스마트 건축을 개별 건물에만 적용할 이유는 없다. 지역, 구획, 스마트 도시 전체가 발전하고 변화하면서 도구 및 데이터 수집 노력을 활용하여 보행성, 지속가능성, 회복력 및 자원 소비를 촉진할 가능성이 있다. 최근의 많은 도시 계획 노력은 디지털 시뮬레이션 및 디자인 도구를 통해 보다 대중교통 지향적이고, 에너지 효율적인 복합용도 개발을 실현했다. 

기사는 업데이트됐다. 원문은 2020 1월에 게재됐다

필자 소개

패트릭 시슨(Patrick Sisson)은 로스앤젤레스에서 활동하는 디자인 및 문화 전문 작가다. 스테판 새그마이스터(Stefan Sagmeister)를 데이트에 늦게 만들고 질 스콧-헤론(Gil Scott-Heron)으로부터 질문이 너무 많아서 꾸중을 들었다. 시손의 글은 드웰(Dwell), 피치포크(Pitchfork), 마더보드(Motherboard), 왁스 포에틱스(Wax Poetics), 스탑 스마일링(Stop Smiling), 시카고 매거진(Chicago Magazine) 등에 게재됐다.

Profile Photo of Patrick Sisson - KR