비정형 건축물의 형태 표현특징에 관한 연구

A Study on the Characteristics of Formal Expression of Atypical Buildings

Abstract

최근 몇 년간 과학기술이 발달하면서, 기존의 건축양식과 디지털 도구가 결합하여 다양한 형태의 비정형 건축물을 구현하기 시작하였는데, 이러한 건축물은 기존의 정형 건축물과는 확연히 다른 형태를 보이고 있다. 디자이너는 비정형 건축물을 구축할 때 다양한 방법이나 디지털 도구를 활용하여 비정형 건축 형태와 보다 자유로운 건축 형식을 완성하게 된다. 이러한 배경을 바탕으로 비정형 건축형태 특성 평가 기준에 대한 연구의 필요성이 제기된다. 첫째, 본문은 비정형 건축물의 외부형태를 주요 연구 대상으로 하여, 선행연구를 바탕으로 비정형 외부 형태 요소를 고찰하고 통합하여 재구성하였다. 둘째, 본 연구의 목적은 다양한 비정형 형태의 유형을 분류하는 동시에 비정형 건축형태의 디지털 프로세스 디자인을 위한 중요한 기초자료를 제공하고자 하였다.셋째, 본문은 2000년부터 2020년까지 비정형 건축물을 주요 연구 대상으로 하고 있으며 그 형태 표현의 특징에 대한 심층적인 분석을 진행하였다. 관련 분야의 연구를 위한 사례 근거를 제공함과 동시에 비정형 건축물의 특징과 관련된 분포 법칙과 존재 가치를 모색하였다. 또한 본 연구에서는 건축물 기능적 용도의 분포와 결합하여 분석을 전개하였으며, 비정형 형태가 용도별로 건축물에 적용되고, 이러한 형태의 적용 추이를 파악하여 비정형 건축물의 형태에 대한 이해를 강화하고자 한 점에서 본 연구는 기존 연구와 차별화된다.

With the development of science and technology in recent years, various types of unstructured buildings have begun to be implemented by combining traditional architectural styles with digital tools, which are significantly different from conventional formal buildings. Designers will use various methods or digital tools to complete the unstructured and freer architectural forms when building an unstructured building. Based on this background, the need for research on the criteria for evaluating the characteristics of unstructured architectural forms is raised. First, the text was reconstructed by considering and integrating the elements of the unstructured exterior form based on prior research, with the external form of the unstructured building as the main research object. Second, the purpose of this study was to classify various types of unstructured forms and to provide important basic data for designing digital processes of unstructured architectural forms.Third, from 2000 to 2020, the text focused on the study of unstructured buildings and conducted in-depth analysis of the characteristics of their form expressions. While providing a case basis for the study of related fields, distribution laws and presence values related to the characteristics of unstructured buildings were sought. In addition, the analysis was conducted in combination with the distribution of functional use of buildings, and this study is differentiated from the existing research in that the atypical form is applied to the buildings by use, and the application trend of this type is understood to enhance understanding of the atypical form of buildings.

Ⅰ. 서론

1. 연구 배경 및 목적

최근 몇 년간 과학기술이 발전함에 따라 기존의 건축 양식과 디지털 도구가 결합하여 다양한 형태의 비정형 건축물들이 등장하기 시작하였으며, 이는 기존의 정형 건축 양식과는 다른 양상을 보여주었다. 디자인에서의 비정형은 창조적인 형태 언어로 표현되며, 기존의 유클리드 기하학적 공간 해법과는 다르게 시도되는 새로운 디자인의 표현 방법이다[1]. 디자이너가 비정형 건축양식을 구현할 때 다양한 방법이나 디지털 도구를 사용하여 비정형 건축물의 형태를 완성해야 하며 보다 자유로운 건축 형식을 나타내야 한다. 디지털 디자인도구의 적용을 위한 비정형 형태 요소의 분석은 디지털 디자인 기술의 급속한 발전에 따른 다양한 디지털 매체의 등장과 갈수록 고도화, 전문화되어가고 있는 디지털 모델링 프로세스의 특징을 분석하고 비정형 프로세스를 위한 효율적인 디지털 도구의 정보체계 연구의 밑거름이 될 수 있다[2].

본 연구는 비정형 건축물을 주요 연구 대상으로 선정하여, 선행연구를 바탕으로 비정형 외부 형태 요소에 대한 고찰을 진행하였다. 건축가의 창의성을 비정형 디자인에 표현하기 위해서는 디지털 디자인 도구를 효율적으로 활용해야 하고 비정형 형태 특징을 파악해야 한다. 따라서 본 연구는 비정형 건축물의 표현 형태의 특징에 대한 재구성을 통해 분석 프레임을 구축하고 2000년부터 현재까지 비정형 건축물의 표현 특징을 분석하였다. 아울러 비정형 건축물의 형태와 기능적 용도에 대한 분석을 통해 비정형 건축물의 특징에 대한 분포 법칙을 모색하고, 비정형 건축 형태에 대한 이해를 강화하며 향후 비정형 분야에서의 디지털 프로그램 개발을 위한 기초자료를 제공하고자 한다.

2. 연구 범위 및 방법

2000년 이후 국내에서도 3차원 디지털 도구와 기술의 발전으로 디자인에 대한 개념과 사고가 변화하고 있으며, 디지털 도구의 생산적이고 창조적인 특징과 연계하여 비정형 건축 디자인과 시공 사례가 늘어가고 있다[3].

위와 같은 사례가 증가함에 따라 2000년 이후 비정형 건축물은 활발하게 발전하는 시기에 접어들게 되었다. 그리하여 본 연구에서는 2000년 이후 비정형 건축물의 형태별 표현 특성에 대한 분석을 진행하였다. 먼저, 문헌조사를 통해 비정형 건축물의 개념과 특징 및 비정형 건축물의 형태적 특징에 대해서 파악한 후 비정형 건축물의 형태적 특징을 분석하는 대조 리스트를 작성하였다. 다음으로, 비정형 건축물의 형태 특성에 대한 분석 대조 리스트를 기준으로 2000년 이후 비정형 건축물의 사례를 분석하여 기능별 비정형 건축물의 사례에서 비정형 건축물의 형태와 건축기능 및 용도의 상관관계를 도출하였다. 그리하여 20년간 비정형 건축물 외부형태의 분포 규율에 대해서 분석하고, 비정형 외부 형태의 시스템을 구축함과 동시에 비정형 건축물 디자인의 형태평가 기준을 수립하였다.

3. 선행연구의 분석

비정형 건축물의 형태를 판정하는 기준은 관련 문헌과 문헌에서 언급된 학위논문 및 학술지 그리고 인터넷 검색 등을 통해서 진행하였다. 본 연구에서는 주로 2000년 이후 비정형 건축물과 관련된 문헌을 주로 살펴보았으며, 문헌 검색을 위해 학술정보서비스 (RISS4U)의 검색엔진을 사용하였다. 비정형으로 검색을 통해 찾은 2000년부터 2020년까지의 문헌 중 학위 논문은 293편이었으며, 학술논문은 813편이었다. 연구 주제와는 다소 관련이 없는 내용이 많아 검색을 진행함에 있어서 어느 정도 검색어 제한을 진행하였다. 그리하여 본 연구에서 필요한 문헌만을 선별하였는데, 먼저 ‘비정형 건축물’을 검색 제목의 정의로 삼았으며, 검색 결과 이미 검색된 문헌 중 학위논문은 36편, 학술 논문은 90편으로 모두 126편이 집계되었다. 본 논문에 기초한 연구는 비정형 건축물의 외부형태를 대상으로 한 것이기 때문에 연구 범위를 축소하고 관련 문헌자료를 추가적으로 선별하였다. ‘비정형 건축형태’를 키워드로 선정하여 검색한 결과 학위논문 3편과 학술논문 20편을 찾을 수 있었다. 그리하여 키워드 검색의 범위를 좁혀 연구 대상을 명확히 하는 한편 분명한 연구의 필요성을 제기하였다. 이어 검색한 논문 149편에 대한 분류 및 정리를 진행하고 중복된 내용을 통합하여 이러한 분류가 연구의 전체적인 흐름에 영향을 주지 않도록 하였다. 아울러 본 연구와 관련성이 있는 논문을 선별하여 유(有), 무(無)로 표기하였다. ‘비정형 건축물’이라는 키워드에서는 비정형 건축물 콘크리트 구조, 3D 프린팅, 건축 동역학 등 본 연구와 관련이 없는 논문 28편을 제외하였다. 또한 ‘비정형 건축 형태’의 선행연구에 대해 심층적인 심의를 진행하고, 본문의 연구 주제와 동일하며 이론적으로 참고할 부분이 있는 논문 10편을 선정하여, 선행연구에서 상세하게 정독해야 할 대상으로 선정하였기에 연관성 있는 논문 10편도 포함되었다. 선행연구에 대한 분석은 아래 [표 1]과 같다.

표 1.　선행연구 분석 결과

선행연구를 분석한 결과 첫째, 2008년부터 비정형 건축물과 비정형 건축물의 형태에 대한 연구가 전개되어 전반적으로 상승세인 것을 알 수 있었다. 또한 비정형 건축물에 관한 대부분의 연구는 건축물의 구조, 재질, 시공 등과 관련되어 있었으며, 이는 본 연구와는 관련이 없는 연구였다. 일부 본 논문과 관련성이 있는 연구는 건축물 형태와 디지털 디자인도구의 활용적 차원에서 연구가 이루어졌지만, 실질적인 적용 방안에 대한 연구는 미흡하며 이론적인 측면에만 국한되어 있는 실정이었다. 그리하여 본 연구는 2000년부터 2020년까지 105개¹의 비정형 건축물을 주요 연구 대상으로 선정하여, 표현 형태의 특징에 대해 심층적인 분석을 진행하였으며, 관련 분야 연구를 위한 사례 근거를 제공하는 동시에 비정형 건축물의 특징에 대한 분포 법칙을 모색함으로써 연구적 가치가 있다고 판단된다.

둘째, 선행연구에서는 비정형 건축물의 형태와 기능적 용도의 결합에 관한 연구는 적은 것으로 나타났다. 따라서 본 연구에서는 건축물의 기능적 용도를 결합한 분포에 대해서 분석하였으며, 건축가의 창의성을 비정형 디자인에 적용하기 위해서는 디지털 디자인 도구를 효율적으로 활용해야 하고, 비정형 형태의 특징 및 비정형 형태가 용도별 건축물에 적용되는 추이를 파악해야 하며, 이로 인해 비정형 건축 형태에 대한 이해를 강화할 수 있다는 점도 본 연구가 다른 연구와 차별화되는 부분이라고 할 수 있다. 그리하여 향후 비정형 분야의 디지털 프로그램 연구개발을 위한 기초 자료를 제공하고자 한다.

Ⅱ. 비정형 건축물의 개념 및 특징

1. 비정형 건축물의 개념 및 특징

국립국어원 표준국어대사전[4]에서 비정형은 일정한 형태나 형식이 정하여지지 아니한 것이라고 정의하고 있다. 미국의 대표적인 웹스터 영어사전[5]에서 비정형을 의미하는 단어로는 atypical, irregular, nonlinear, informal 등이 있는데 이 단어들의 공통점은 모두 정형이라는 의미에 반대되는 개념이며, 비정형 형태는 유클리드 기하학에 기초한 형태가 아니다. 비유클리드 기하학의 비정형[6]2은 일종의 자유 형태를 말하는 것으로 형태 및 공간을 지각하는 것에 있어 기존의 사고 질서를 깨는 관념적 개념을 통칭하여 비정형이라 개념 지을 수 있다[7].

‘비정형’이라는 단어는 ‘비선형’, ‘곡선형’ 등의 단어로 주로 해석되며 ‘기하학적이지 않은’, ‘정형적이지 않은’ 등의 단어적 표현 외에 그 의미 등을 한마디로 규정짓기 어려우며, 원인에 대한 결과를 예측할 수 있는 정형과는 달리, 비정형은 예측 불가능을 추구한다[8]. 건축형태에 있어서의 '정형성'은 비례와 분할, 교차를 기본으로 하여 공간과 볼륨, 입면을 구성하는 특성을 가진다[9].

건축물에서 나타난 비정형은 기하학적 질서, 비례, 대칭 및 등질적 요소의 질서로 일컫는 정형에 대한 반대적의 미인 물리적 형태와 건축물의 지각에 있어서 기존의 사고 질서를 깨는 관념적 개념을 통틀어 말할 수 있다[10].

‘정형 건축물’과는 달리 비정형 건축물의 외부 형태는 추상화된 기하학이며 여기에는 유클리드 기하학도 포함된다. 비유클리드의 복잡성과 유동성의 관계에서 개체는 다양한 형태적 변이를 일으키게 되며, 비정형 건축은 해체적 경향과 유기적 경향으로 크게 구분되고, 근본에 대하여 해체와 왜곡을 기반으로 자유로운 형태적 특성을 가진다[11].

그리하여 비정형 건축물은 정형화된 건축물의 순기 하학적인 형태에 대한 파괴로 볼 수 있고, 형태적으로는 추상화된 기하학을 실현하며 해체 경향과 유기적 경향을 지니고 있다고 할 수 있다. 비유클리드, 비정형적 형태는 직각 혹은 직선에서 벗어난 자유로운 선과 면에 의하여 만들어지는 것으로서 전체의 속성은 작은 단위의 성질로 환원될 수 없는 형태적 특성을 가진다[12].

이와 같은 특징에서 표현주의의 자유로운 형태를 추구하고, 형태적으로는 복잡성과 유동성을 가지며, 다양한 곡률(曲率)을 가진 복잡한 곡면과 불규칙한 형태가 그 특징이다. 관련 내용은 아래 [표 2]와 같다.

표 ２. 비정형 건축의 개념 및 특징

2. 비정형 건축의 형태특징에 고찰

2.1 비정형 건축의 형태 표현 특징의 분류

본 논문의 연구 대상은 비정형 건축형태의 표현 특성이며, ‘비정형 건축형태’와 관련된 10편의 선행연구를 통해 분석을 진행하였다. 형태적 특징에 대한 분석과 연구 내용은 아래 [표 3]과 같다.

표 3. 비정형 건축형태의 선행연구 분석

강훈(2006)은 건축가들의 형태 변형 기법을 기준으로 접기(folding), 프렉탈(fractal), 펼치기(unfolding). 2008년 세계초고층도시건축학회(CTBUH) 회의에서 Dr. Karel Vollers는 비정형 초고층 건축물의 외부형태를 기하학적으로 분류하였으며 크게 extruders, rotors, twisters, tordos, free-shapers, transformers로 나뉜다. 박상준(2013,2016,2018)은 비정형 형태를 실제 적용하여 조형요소 측면의 형태를 파악하였으며 비정형 건축 형태에 대한 분석을 진행하였다. 후속 연구에서는 비정형 형태의 유형 분류를 바탕으로 디지털 디자인 도구 명령어와의 관계를 설정하기 위해 디자인도구의 명령어를 2D, 3D로 정의하였다. 2018년 연구에서는 동유럽, 네덜란드, 덴마크 등 비정형 사례를 중심으로 비정형 형태 특성에 근거하여 상세한 분석을 진행하였다. 나원경(2012)은 비정형 초고층 건물의 형태적 특성을 분석하고 이러한 이론적 체계를 바탕으로 합리적인 접근 방식에 의한 비정형 초고층건물의 계획안을 제시하고자 하였다. 한지연(2013)은 REEFORM 건축의 시공을 전제로 하는 곡면형상 구축 방법의 유형을 명확히 분류하고 유형별 구축 특성을 제시하고자 하였다. 김정민(2013)은 비정형 건축물의 형태기준을 모색하고 분류함으로써, 이는 관련 업무 및 향후 다른 연구의 기준이 될 수 있으며 비정형 건축물의 채광 적용에 대한 건축형태 예측에 도움을 줄 수 있었다. 정성철(2014)은 국내 비정형 건축물의 특징과 유형을 분석하고, 설계 및 시공 단계에서 고려해야 할 디지털 디자인 요소와 종합적인 디지털 디자인 프로세스를 수립하였다. 노정하(2020)는 비정형 형태 생성에서 사용한 이론 중 Fractal 기하학(프랙탈)을 통해 비정형 현대 건축물의 개념적 특성을 고찰하고 표현원리와 표현 요소를 추출하여 비정형 현대 건축물의 표현양식을 제시하였다.

이상의 선행 연구를 통해 본 논문은 비정형 건축물의 형태 특성 분류에 대한 정리를 진행하였다. 또한 2008년 세계초고층도시건축학회(CTBUH)에서 Dr. Karel Vollers가 제안한 비정형 건축형태 특성 분류와 국내 연구자의 형태 특성 분류를 재구성하였다. 그리하여 기존 연구자들의 특징적 분류를 이어가며 형태를 구분한 분류 자료를 바탕으로 하여 35개의 비정형 건축물의 형태별 표현 특징과 각각의 특징에 대한 정의를 정리하였으며 관련 내용은 아래 [표 4]와 같다.

표 4. 비정형 건축형태특징 분류의 정의

이상 특징의 정의를 종합하여 통합 및 재분류를 진행하여 비정형 건축물의 특징을 모두 11가지로 분류하였으며 그것은 각각 Extrude, Rotor, Twiste, Curve, Extend, Enfoldmen, Overlapping, Tordos, Bend, Free-Shaper, Fractal3이며 아래 [표 5]에 나타난 바와 같다.

표 5. 비정형 건축물 형태 특징의 통합 재구성

그중 Extrude와 Rotor는 비정형 건축 형태 자체의 생성형이며, 나머지는 모두 변형형이다[18].

그렇다면 생성형 Extrude를 기준으로 Prismatic, Unfolding, Planar Surface는 모두 형태 기반형이기 때문에 한 부류로 분류된다. Rotor는 개체 형태 자체의 수직축(예를 들어 원기둥과 원추체)을 회전시키거나 여러 방향으로 회전시키면서 개체 형태의 수직축이 회전 표면에 결합되는 혼합 형태이다. 이중 Taper-Plane, Blob, Taper, Scaling, Taper-Curve의 정의는 Rotor과 유사하며, 같은 유형으로 통합된다. Twiste는 일정한 방향을 가지는 평면적, 입체적 회전 선형적 구조에서 비틀림을 통해 비선형적 구조가 나타나기도 하는 함방향성을 가지며, 그 방향성이 클수록 왜곡 현상이 더욱 심해지게 된다. 아울러 Morph-Plance과 Morph-Curve는 모두 최하층 평면을 이용하여 형태를 바꾸고 위로 이동하면서 뒤틀린 형태를 만들어 개념은 동일하게 분류된다. Curve 곡면은 비정형의 대표적인 형태로서 Mcf-Seperated Curve(Multiple Curved Form), Mcf-Combined Curve(Multiple Curved Form), Single Curved Surface, Complex Curved Surface는 모두 곡면 형태의 세분화된 표현이기 때문에 Curve로 귀속된다. Enfoldmen의 분류 중 Folding과 BasicTransform, Shear은 모두 접힌 형태이다. Tordos는 변환 볼륨에 의한 왜곡이 한 방향이 아닌 여러 방향에서 나타나는 임의의 찌그러진 형태이며 단독으로 분류된다. Bend, Distortion의 정의는 중심축의 선을 변화시켜서 일어나는 형태 변형을 의미한다. Free-Shaper과 Transformers는 모두 건축 형태 중 자유로운 형태의 불규칙한 표현이다. Fractal은 프랙탈 구조를 확대해 볼수록 전체 구조와 유사한 형태를 끊임없이 반복하고 있는 복잡한 구조를 말한다. Article과 Repetition은 모두 Fractak의 형태 범위에 속하기 때문에 하나로 통합된다.

2.2 비정형 건축의 형태 요소 분석

비정형 형태의 건축적 특징은 표현주의적 자유 형태를 추구하는 것으로, 형태에 따라 왜곡된 원, 중심을 알 수 없는 원호, 다양한 곡률의 곡선, 평행하지 않은 선 등 서로 중첩되거나, 우연적으로 종합되어 나타난다[19]. 전통 기하학의 개념에서 벗어나 복합적이고 무질서한 건축형태의 특징을 나타낸다. 형태 생성의 기본은 1차원(점, 선), 2차원(삼각형, 사각형, 원), 3차원(입체)로 구분된다[20].

비정형 형태의 건축적 특징은 표현주의적 자유 형태를 추구하는 것으로, 형태에 따라 왜곡된 원, 중심을 알 수 없는 원호, 다양한 곡률의 곡선, 평행하지 않은 선 등 서로 중첩되거나, 우연적으로 종합되어 나타난다 [21].

이상 형태적 특징을 통한 재구성 분류이며, 11개의 형태 분류는 모두 그 특징을 이루는 2차원 또는 3차원의 구성요소이다. 비정형 건축물의 외부형태는 단일 유형으로 정의할 수 없으며, 여러 형태가 조합되거나 한 형태에서 파생되어 또 다른 유사한 형태로 발전하게 된다. 예를 들어 아래의 [표 6]에 나와 있는 것과 같이 Extrusion의 유형 요소에는 Ortho 외에도 유사한 유형 요소가 많이 포함될 수 있다. 또한 Fractal 유형에 있는 Array 요소와 그중의 삼각형들도 사각형, 원형과 같은 다른 다양한 형태로 파생과 전환을 할 수 있다. 그리하여 본 연구에서는 대표적인 유형만 비정형 유형 요소로 분류하며. 2008년 세계초고층도시건축학회에서 Dr. Karel Vollers가 제안한 비정형 건축형태 특성에 대한 분류 및 국내 연구자의 형태 특성 요소 분류를 정리하고 재구성하여 형태평가 기준을 작성하였다.

표 6. 비정형 건축의 형태 요소 분석

위 [표 6]에서 나타난 바와 같이 비정형 건축물의 표현 형태 특징은 11종류이며 형태 요소는 35개이다. 11 개의 형태 특징에는 Extrude 3가지 요소, Rotor 4가지 요소, Twister 3가지 요소, Curve 3가지 요소, Extend 2가지 요소, Enfoldment 2가지 요소, Overlapping 3가지 요소, Tordos 4가지 요소, Bend 2가지 요소, Free-Shaper 4가지 요소, Fractal 3가 지 요소가 있다.

Ⅲ. 비정형 건축의 사례 분석

1. 사례 선정의 기준

본 연구의 목적은 비정형 건축물의 표현 형태 특징을 분석하여 향후 비정형 건축물의 발전 추세를 예측하고 방향을 제시하는 것이다. 그리하여 비정형 건축형태의 디지털 프로세스 디자인을 위한 중요한 기초자료를 제공하고자 한다. 사례 선별 및 분석 방법은 다음과 같다.

첫째, 2000년부터 2020년까지 비정형 건축물을 기준으로 하여 선행연구에서 ‘비정형 건축물과 비정형 건축형태’를 키워드로 검색한 149편의 학위 논문과 학술 논문 중에서 중점적으로 언급된 사례를 추려내었다.

둘째, 본문의 연구목적과 결합하기 위해서는 대량의 사례를 바탕으로 한 분석이 요구되므로, 연간 5개의 비정형 건축물을 기준으로 하여 105개의 사례가 있었으며, 아래 [표 7]에서 제시된 바와 같이, 이 중 최근 사례 선행연구에서 부족한 부분은 온라인 검색을 통해 보충을 진행하였고[28], 건축 기간은 건축물의 준공연한을 기준으로 하였다.

표 7. 사례

2장에서 언급한 비정형 건축형태의 특징 요소를 분석 기준으로 하여, 각 사례의 형태별 특성 표현을 구체적으로 분석하였다. 또한 분석 프레임에서 추출한 분석 요소와 기준을 선행연구와 논문 자료를 이용하여 보완 및 비교하였다. 주관적 기준을 최소화하기 위해 다양한 선행연구의 비교 분석을 통해 각 특징의 상관성을 면밀하게 비교 조사하였다.

2. 사례의 연구 분석

이상의 사례를 통해서 선행 연구의 105개 사례를 기능 및 용도에 따라 전시, 상업, 교통, 사무, 공연, 조형, 공공, 운동, 교육, 주거, 종합의 11가지로 분류를 진행하였으며 아래 [그림 1]과 같다.

그림 1. 사례의 기능 분류

이중 전시 관련 건축물은 20개, 상업 관련 건축물은 8개, 교통 관련 건축물은 10개, 사무 관련 건축물은 14 개, 공연 관련 건축물은 13개, 조형 관련 건축물은 5개, 공공 건축물은 5개, 운동 관련 건축물은 3개, 교육 관련 건축물은 7개, 주거 관련 건축물은 11개, 종합 건축물은 9개였다. 본 연구에서는 105개의 사례에 대한 비정형 형태 분석을 진행함과 동시에 비정형 형태가 기능별로 어떻게 작용되는지를 분석하였다. 아래 [그림 2]와 [그림 3][그림 4]에서 나타난 바와 같이, 2장에서 언급한 비정형 건축 형태의 특징 요소를 기준으로 각 사례의 형태별 표현특성을 구체적으로 분석하였으며, 기준을 통일하기 위해 사례번호는 [표 7]의 사례 번호, 그 형태요소는 [표 6]의 요소 번호로 대응하였다.

그림 2. 비정형 건축형태 특성 분석 사례 (001-038)

그림 3. 비정형 건축형태 특성 분석 사례 (039-075)

그림 4. 비정형 건축형태 특성 분석 사례 (076-105)

첫째, 비정형 형태 요소를 통해 본문에서 선정한 사례에 대한 분석을 실시하였으며, 분석 결과는 [표 8]에 제시된 바와 같다. 이 중 각각의 사례는 한 가지 형태 요소만을 조합한 것이 아닌 여러 형태 요소를 조합한 것이다. 그리하여 형태 요소 분석은 총 403개가 있다.

표 8. 형태특성 요소의 분석

둘째, 105개의 사례 중 적용도가 가장 높은 것은 Curve로 66개의 사례(62.8%)가 적용되었다. 다음으로 Extrude는 50개(47.6%), Free-Shaper는 48개(45.7%), Fractal은 47개(44.7%), Rotor은 41개 (39%), Enfoldment는 35개(33.3%), Overlapping은 35개(33.3%), Tordos는 26개(24.7%), Twister은 21개(20%), Extend는 16개(15.2%)가 있었다. Bend의 적용 사례는 11개(10.5%)로 가장 적었으며, 이 중 Extrude, Rotor, Free-Shaper, Fractal은 비슷한 적용도를 보여주며 비교적 고르게 분포하였다.

셋째, 가장 많이 적용된 것은 Curve 특징 중의 Flection(cu1) 요소로, 33개의 사례에 적용되었으며, 가장 적게 적용된 사례는 Tordos의 ortho-rulers (To2)로 3개의 사례에 불과했다. (Ex2), (Ro1), (Tw1), (Cu1), (To1), (Fre4)는 각각 25, 18, 10, 33, 13, 22개의 적용 사례가 있었으며 나머지 요소는 비교적 균등하였다.

이와 같은 분석 결과를 통해, 아래 [그림 5]와 결합하여 2000년~2020년 비정형 건축물의 형태적 특징이 사례에서 나타나는 분포를 직관적으로 볼 수 있었으며, Curve 곡면은 2000년~2020년 매년 광범위하게 적용되었다는 것을 알 수 있었다. 다음으로 많이 적용된 것은 Extrude 특성인데, 2009년과 2010년만 적용되지 않았다. Rotor, Overlapping, Free-Shaper, Fractal의 적용 분포는 상대적으로 적절하였으며, Twister, Enfoldment, Tordos의 적용 분포는 일반적이었다. 반면 Extend는 비교적 적게 분포하였으며 Bend의 형태적 특징 분포가 가장 적었다.

그림 5. 2000년부터 2020년까지의 형태특징 분포도

Ⅳ. 종합 분석

본 연구에서는 관련 사례를 중심으로 사례의 기능에 대한 분류를 진행하여, 비정형 건축물의 외부 형태적 특징이 비정형 건축물의 기능적 용도에 따라 어떻게 적용되는지에 대해서 분석하였다. 이러한 적용 결과는 비정형 건축물 디지털 도구의 데이터베이스로 활용될 수 있다. 사례 형태의 특징 및 요소의 적용을 종합적으로 분석하였으며 관련 내용은 아래 [표 9]에 제시된 바와 같다.

표 9. 형태특징 요소와 건축기능의 종합분석

비정형 건축물의 형태 요소는 전시 관련 건축물 중 가장 활용도가 높았으며(77개), 그 다음은 공연 관련(66개)이었다. 적용도가 가장 적은 것은 운동 관련(13개)이었으며, 공공의 형태 적용은 18개였다. 나머지 비정형 건축물은 교통 관련(39개), 사무 관련(44개), 주거 관련(36개), 종합(36개)이었으며, 교육과 상업 건축물의 적용도는 동일하게(27개) 나타났다. 모든 비정형 건축물 형태의 사례에서, Curve 특징 중 (Cu1) 요소는 기능을 전시한 건축물에서 활용도가 가장 높았으며, 적용도도 모든 사례에서 가장 높았다. 공연 유형에서 가장 많이 사용된 요소는 Free-Shaper의 (Fre4) 요소와 Curve 특징의 (Cu3) 요소였다. 사무 관련 건축물의 경우 Extrude의 (Ex2)와 Enfoldment의 (En1) 요소가 가장 많이 적용되었다. 교통 관련에서는 활용도가 가장 높은 요소는 Fracta의 (Fra1) 요소였다. 주거와 관련에서 가장 적용도가 높은 것은 Extrude의 (Ex1)과 Overlapping의 (Ov2) 요소였으며, 다른 기능의 건축 형태는 비교적 균등하게 적용되었다. 분석 결과를 통해서 비정형 건축물의 외부 형태는 여러 형태의 특징이 조합된 복합형 건축물이라는 것을 알 수 있었다. 비정형 건축물의 형태적 특징은 비정형 건축물의 사용량에 차이가 존재한다. 따라서 형태별 특징에 따른 건축물의 용도에 대한 정리를 진행하였으며, 형태적 특징과 건축적 기능의 적용 의미에 대한 연구를 하였다. 관련 내용은 아래 [표 10]에 나타난 바와 같다.

표 10. 건축 용도에 따른 형태 특징의 사용 현황

Curve 곡면은 모든 용도의 사례에서 광범위하게 사용되므로, Curve는 비정형 건축물 형태의 전형적인 특징으로 볼 수 있다. Curve 곡면은 전시 용도의 건축물에서 17개로 가장 많이 사용되고 있다. 전시 용도의 건축물은 그 기능 자체가 전시 위주였다. 건축가들은 Curve의 중요성을 강조하며 그것의 가장 두드러진 특징으로 변형성과 다변성을 제시하였는데, 다양한 형태를 지닌 곡면의 교차를 통해 건축물의 여러 가지 외부 형태를 구축할 수 있을 뿐만 아니라, 융통성 있게 변화 가능한 내부 공간 형태를 만들어 일반 기하학 건축물의 시각적 논리를 타파할 수 있기 때문이다. 그리하여 비정형 건축물의 외부 형태와 내부 공간에 대한 시각적 충격을 강화하여 기능과 형식을 통일되도록 하였다. 비정형 건축물의 대표적인 특징으로 전시와 관련된 용도의 비정형 건축물에 많이 활용되었다. Extrude는 전통적인 정형 건축물의 생성형으로[29], 건축형태에서 파생되어 축이 기울고 구부러지는 비정형 건축형태가 등장하였다. 이러한 건축형태는 50개의 사례에 적용되며 운동과 관련된 건축물을 제외한 모든 유형이 Extrude를 기반으로 한다. Extrude는 사무 및 주거와 관련된 건축물에서 활용도가 높았으며, 도시계획에서 도시 부지의 원가를 절감하기 위해 이러한 용도의 건축물은 도시의 공간을 절약하는 것을 목적으로 한다. 따라서 대부분의 주거와 사무용 건축물들은 고층건물의 형태로 생겨나고 있으며, 다른 고층건물과 혼동되지 않고 동시에 이런 용도의 건축물이 도시 내에서 독특한 위치를 차지하도록 하기 위해 건축가들은 Extrude를 활용하여 건축형태에 대한 디자인을 진행한다. Free-Shaper는 총 48개의 사례에 적용되며, 그 중 공연과 관련된 용도의 건축 유형에 가장 많이 적용된다. Free-Shaper 형태의 특징은 내재된 공간에 의해 외부 형태가 변형되는 자유로운 형태라는 점이다. 공연용 건축물인 만큼 건축가들은 공연의 형식과 양호한 관람 환경 그리고 합리적인 관람 시각에 근거하여 음향학과 시각디자인에 대해서 연구하고 내부 공간을 계획해야 한다. 그리하여 Free-Shaper라는 자유로운 형태가 공연과 관련된 용도의 건축형태 디자인에 가장 많이 사용되고 있으며, 이러한 파격적이고 자유로운 형태로 인해 더욱 자유롭게 창의성을 발휘할 수 있다. 또한 이러한 내부 공간에 의해 외부형태가 바뀌는 독특함으로 말미암아 공연용 건축물의 대다수는 랜드마크로서 도시에서 자리매김하고 있으며, 이를 통해 도시 간의 경쟁력을 과시하고 도시 이미지 홍보에 기여한다[30].

Ovelapping과 Fractal의 적용도가 가장 높은 것은 모두 주거용 건축물이었다. 중첩 교차 및 단일 형태는 반복적이고 질서 있는 배열을 통해 재결합되는 형태이다. 이러한 두 가지 형태는 주거 용도의 건축 유형에서 광범위하게 응용되며, 도시주택과 고층 주택 등 서로 다른 유형의 건축물들은 도시화가 진행됨에 따라 도시를 통일하기 위한 계획과 배치를 위해 일정한 방향과 간격을 두고 계획되었다. 주택 내부 공간의 경우, 이러한 방법을 채택하여 가구마다 일조와 통풍이 원활하며 쾌적하게 주거할 수 있도록 설계되었으며, 이는 현재 가장 보편적으로 사용되고 있는 주택 건축의 배열 방식이다. 도시에서 주택 건축의 외부형태는 정형화된 다른 주택 건축과는 차별되며, 다른 한편으로 주택 자체의 내부 공간의 교차 및 중첩과 외부 형태에 따라 연결된다. 예를 들어, 채광과 일조 각도에 따라 창문을 열 수 있는 위치를 설계하여 외부와 건축물의 내부 공간을 하나로 만드는 것이다. 그리하여 Overlapping과 Fractal의 중첩과 중복의 형태적 특징이 주택 건물에 많이 적용된다. 전시 용도의 건축물에 많이 응용되는 Rotor는 전통을 타파한 비정형 건축형태로 건축물 표면의 수직축과 회전을 통해 결합된 혼합 형태이다. 이러한 형태는 회전형 울타리를 통해 전시 용도의 비정형 건축물에 적용되어 건축물 내부 공간에 더욱 넓은 시야를 제공할 수 있다. Twister, Enfoldment, Tordos의 형태적인 특징도 전시기능의 건축에서 많이 적용되지만, 전체 사례에서 형태가 활용된 횟수는 비교적 적은 편이다. 또한 전통적인 정형 건축물의 질서감과 안정감을 타파하고, 비정형 건축물의 외부 형태에 대한 표현력 증강에 주목하였다. 가장 적게 적용된 형태적 특징은 Bend와 Extend로 교통과 상업용 건축물에 각각 적용된다. Bend의 형태나 중심축이 구부러져 형태와 부피를 변화시킬 수 있다. 교통과 관련된 용도의 건축물은 주로 교통운수와 서비스를 이용하여 우회 교차를 피하고, 체류 시간을 최소화함으로써 통행 속도를 높이고 안전과 효율을 확보한다. 따라서 Bend와 같은 형태는 복잡한 지형에서 효과적이며, 유연성을 가지고 있어 이후 도로 교통 사이의 연결과 증축을 위한 여지를 남길 수 있다. Extend의 형태는 반대 방향으로 뻗어 있으며, Extend의 상업용도 건축물은 내부 공간에서 평면적 확대와 확장성을 극대화한다. 이는 고밀도의 공간 배치와 비교적 긴 동선 디자인으로 고객들의 상업 건축물에서 의 체류 기간을 늘려 다양한 상업적 체험을 만족시키기 위함이다. 이러한 내부 기능적 요구는 건축물 외부의 표현 형태에 영향을 미치기에 상업 건축물에서는 Extend의 형태적 특징이 많이 드러난다. 이상의 종합 분석을 통해 비정형 건축물의 외부형태는 여러 형태의 특징이 조합된 복합형 건축물로서 형태적인으로 특징적인 여러 가지 조합과 변화가 있을 수 있다. 그리하여 건축가의 자유로운 생각이 외부 형태의 변화를 주도하는 것은 아니며, 외부형태의 디자인에 있어서 건축물 자체의 기능적인 적용뿐 아니라 내부 공간과의 상호 관계도 고려해야 한다. 이는 내부 공간의 변화와 함께 외부 건축물의 형태 변화에도 영향을 미치기 때문이다.

Ⅴ. 결론

최근 몇 년간 과학기술이 발전함에 따라 비정형 건축물의 외부 형태도 디지털 도구의 업데이트에 맞추어 끊임없이 발전을 거듭하고 있다. 본 연구에서는 비정형 건축물의 형태와 기능의 적용을 통해 분석을 진행하며, 그 형태 특징의 요소는 디지털 도구의 개발에 있어서 중요한 기초적 자료를 제공할 수 있다. 이러한 배경을 통해 본 연구는 선행연구를 바탕으로 비정형 건축물 형태 특징의 분석 프레임을 제작하였다. 그리하여 2000년 이후부터 지금까지 105개의 비정형 사례를 종합 분석하여 아래와 같은 결론을 도출하였다.

첫째, 비정형 형태 특징 요소는 비정형 건축형태를 구성하는 기초 언어로서, 비정형 건축형태의 디자인에서 건축가의 창의성을 표현하기 위해서 디지털 디자인 도구를 효과적으로 활용해야 하며, 이러한 기초 형태의 언어를 사용하고 조합해야 한다. 그리하여 본 연구는 비정형 건축물의 디지털 연구 개발을 위한 기초 자료로 활용될 수 있으며, 이중 비정형 건축형태의 특징 요소에 대한 분류는 디지털 도구 개발의 초기 콘셉트 단계에서 응용될 수 있다.

둘째, 본 연구에서는 비정형 건축물의 형태적 특징을 중점적으로 분석하여 Curve 곡면의 비정형 건축형태의 주요한 표현적 특징을 파악하였다. 건축가들은 Curve의 중요성을 강조하였는데, 이것의 가장 두드러진 특징은 변형성과 다양성이다. 한편으로 Curve는 다양한 형식을 통해 건축물 외입면에 부착할 수 있어, 풍부한 형태의 유형을 구축할 수 있을 뿐만 아니라 건축물에 유연함과 긍정적인 변화의 특징을 부여할 수 있다. 다른 한편으로 Curve 형태의 변화가 발생함과 동시에 일반적인 기하학적 건축물의 시각적 논리를 타파하여 비정형 건축물의 외부 형태를 시각적인 충격을 주는 형태로 변화시킬 수 있다. 건축물 자체의 대칭, 안정, 질서 등 일련의 전통 건축 형태가 Curve를 만나며 변화하게 된다. 그리하여 Curve 곡면이 비정형 건축물의 대표적인 형태적 특징이라고 할 수 있다.

셋째, 본 연구는 비정형 건축물의 11가지 특징에 따라, 2000년 이래 105개 사례의 기능적 용도를 33개의 요소로 분류하여 비정형 건축물 특징의 분포 법칙을 모색하였다. 이 중 전시 용도는 비정형 형태의 특징이 가장 많이 적용된 건축물이다. 전시 용도 건축물은 자체적으로 전시를 주요한 기능으로 하고 있으며, 이를 비정형 형태를 건축물에 적용함으로써 외부형태를 통해 대중의 시선을 끌 수 있을 뿐만 아니라, 도심 속에서 형태적 특색을 지닌 건축물로서 전시 용도를 더욱 강화할 수 있다. 이러한 적용 분포를 분석함으로써 비정형 형태가 어떠한 용도의 건축물에 적용될 수 있을지는 명확히 파악하여, 관련 분야의 디자인 연구에 데이터 자료를 제공할 수 있다. 또한 이러한 적용 추세를 파악하여 비정형 건축 형태를 더욱 잘 이해하게 된다면, 향후 디지털 도구의 프로세스를 위해 더욱 편리한 도구를 제작하기 위한 기초를 마련할 수 있다. 앞서 서술한 바와 같이, 본 연구에서는 비정형 건축물의 외부 형태에서부터 건축물의 기능 적용과 결합하여 건축물의 외부형태에 대한 분석을 진행하였다. 그러나 비정형 건축물의 외부 형태에 따른 내부 공간의 변화를 파악하지 못한 한계가 존재하였다. 그리하여 향후 연구에서는 본 연구를 바탕으로 비정형 건축물에서 나타나는 다양한 형태의 표현 형식을 이용하여 비정형 건축물의 내부 공간에 대해 보다 세밀하고 다각적인 검토 및 비교 분석을 진행하여 본 연구를 확장하고 한층 더 최적화하고자 한다.

* 박상준, 비정형 디자인의 형태 분석에 관한 연구, 2013, 본 논문의 특징에 근거하여 재분류 및 보충 수정을 진행하였다.