지속적인 지구 평균 기온 상승으로 인해 우리나라를 포함한 전 세계적으로 탄소중립을 위한 혁신이 이루어지고 있다. 본 연구는 해양수산부 '해양수산분야 2050 탄소중립 로드맵'의 기준에 따라 에너지 자립률을 극대화하고 효율을 최적화시킨 제로에너지 탄소중립 건축물을 제시한다. 태양광 발전 시스템에서, 패널의 태양 일주추적 기능을 통해 에너지 발전률을 극대화하고, 패널 하향정렬 및 딥러닝 모델을 통해 유지 보수를 용이하게 하여 성능 저하를 예방한다. 폐열을 이용한 열 회수/바이패스 환기 시스템을 통해 에너지 효율을 최적화하고, 온/습도에 가중치를 부여하여 모호했던 환기 시스템 결정 기준을 에너지 효율화에 맞게 최적화해 제시한다. 탄소중립 BEMS 기능이 내재된 앱 개발로 위의 건축물 시스템을 제어·관리한다. 본 연구를 통해 제로 에너지 건축물으로서 항만 건물의 가능성을 제고하고, 탄소중립 항만의 구현을 기대한다.
최근 상당기간과 공사비를 최소화할 수 있는 비정형 건축물의 설계와 시공이 새로운 기술로 구현되고 있다. 이는 비정형 건축물의 최적화 설계와 부재화를 통한 공장 생산 시스템과 현장 조립 및 설치 기술로 가능하다. 비정형 건축물의 구현을 위한 연구가 진행되어 왔으나 여전히 비정형 건축물 시공은 설계오류와 시공자의 도면이해 부족, 시공경험 및 공법의 부재 등으로 인하여 시공 품질과 공기, 공사비 증가 등의 잠재적 리스크를 포함하고 있다. 비정형 건축물의 시공품질 향상과 공기단축 및 시공비 상승의 문제점을 해결하기 위한 3D 디지털 설계와 제작 기술을 적용하는 것이 중요하다. 이에 본 연구는 비정형 구조물의 시공성을 고려한 3차원 디지털 설계 최적화 프로세스를 제안한다. 궁극적으로 본 연구는 비정형 구조물의 구조검토, CNC(Computerized Numerical Control) 가공에 의한 부재의 정밀제작, 설치, 시공의 오차관리로 최적 시공의 근간이 되는 비정형 건축물 외피 시스템 구현을 위한 최적화 설계 프로세스를 제시한다.본 연구는 비정형 건축물을 구현한 사례를 살펴보고 디지털 설계 프로세스와 적용 프로그램을 살펴본다. 비정형 건축물의 설계도의 3D 디지털 데이터 구축과 디지털 최적화 구현 사례로 4대강 대표 물문화관(The ARC)을 중심으로 설계단계에서 적용된 최적화 기법을 순차적으로 분석하여 비정형 건축물의 3차원 좌표제어에 대한 방법론을 제시한다.
국내 건설프로젝트의 경우 건설생산주체간의 정보 흐름이 원할치 못하여 건설 생산성이 저하되는 원인이 되고 있다. 특히 설계단계에서 건축물의 요구성능, 비용조건, 및 주요자재, 시공과정 등에 대한 고려가 미비하여 시공단계에서 설계 오류로 인한 여러 가지 문제점이 발생하고 있다. 또한 설계검토 및 설계 변경시 관련 주체(발주자, 설계자, 시공자 및 건설관리자)간의 커뮤니케이션이 원활하지 못하여 실수가 발생되고 있는 실정이다. 본 연구에서는 건축 설계단계에서 건축물의 성능, 비용 및 시공성을 만족하는 건축 부위 최적화 방법 및 이와 연계하여 설계/시공간의 효율적인 정보 처리 방안을 제시하고자 하였다. 또한 본 연구에서의 건설정보는 건물 구성요소의 접합관계, 기둥의 위치, 부위별 시공성 정보 및 현장 제한조건 정보 등 설계 단계에서 고려해야할 설계${\cdot}$시공 정보로 제한하였다. 본 연구에서 제시하는 방법은 건축 시스템의 최적화를 통해 건축설계단계에서 건축물의 성능 및 건물 총생애비용(LCC)과 시공단계의 시공성을 만족하는 건축부위 대안 생성과 이러한 과정에서 발생되는 관련주체간의 커뮤니케이션을 체계화하는 것이다.
최근 컴퓨터 기술의 발달로 인해 복잡한 형태를 가지는 기념비적인 건축물이 설계, 시공됨에 따라 비정형건축에 관한 사회적인 관심이 해외뿐만 아니라 국내에서도 증가하고 있다. 하지만 비정형 구조시스템의 구현하기 위한 기술 및 연구에 대한 사례가 부족하여 많은 어려움이 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 본 연구에서는 3D모델링 프로그램과 최적설계를 수행하는 프로그램간의 인터페이스 모듈에 대한 연구를 수행하였다. 3D 모델링 프로그램에서 자동 메쉬를 생성하고, 모델링에 대한 정보를 바로 추출하여 최적화를 수행하였다. 결과적으로 개발된 인터페이스 모듈의 검증을 위해 예제 모델을 선정하여 형상최적화을 수행하였다.
배수설비시스템에 적용되는 각종 기기들의 특징 및 통기관의 선정 방법을 미국의 ASPE code에 제시되어 있는 내용을 중심으로 소개하고자 한다. 건물 내에서 발생하는 오수 및 배수는 항상 건물 외부로 잘 배출시켜야 한다. 이러한 배수시스템은 원활한 배수가 수행되어야 하도록 수평배수관은 적합한 구배를 주어야 하며, 부지경계선 밖에 설치된 공공하수도와 체결하여 한다. 오수배관은 지상에 노출시키거나 사설정화조를 체류하지 않고 우수로에 직접 배출할 수 없다. 배수설비를 설계할 때의 문제점은, 배수배관 및 통기관을 선정시 선정된 관경이 최적화되었는지 평가하는데 있다. 즉, 현존하는 건축물의 배수시스템에서 문제점이 발생하지 않는다고 설계된 배수배관경 및 통기관경이 최적화된 것으로 평가하기에는 어려움이 있다고 판단된다.(중략)
지구온난화 및 기후변화에 대한 전문 연구기관인 IPCC에 따르면 인간은 기후 시스템에 영향을 끼치고 있다. 이러한 기후 시스템의 변화는 기존 생육환경을 변화시켜 농업 분야의 식재료 공급에 문제를 야기할 수 있다. 이 문제를 해결하기 위해 수직형 팜은 안정적인 식재료의 공급을 위한 좋은 대안이 될 수 있다. 수직형 스마트 팜은 농작물의 생육환경 유지 및 관리에 깊은 관심을 쏟고 있음에도 불구하고 건축 공간에 온도, 습도, 조도, 산소, CO2 농도 등을 균일하게 구현하는 데에는 어려움이 있다. 공기의 균일성 확보를 위해 CFD 분석을 진행한 결과 주목할 만한 결과는 수직형 스마트 팜 내의 공기 균일성을 위해서는 적합한 CO2 농도를 장기간 지속적으로 분사하는 것이 유리하다는 것이다. 이 결과를 통해 수직형 스마트 팜에 최적화 된 생육환경 시스템을 효율적으로 계획할 수 있다. 본 연구를 기초로 수직형 스마트 팜의 최적화된 생육환경을 조성하여 효율적인 작물이 생산이 이루어진다면 농업 분야의 발전에 이바지 할 수 있을 것이다.
국내 건축설계 프로젝트에서는 협력업체간의 커뮤니케이션이 원활치 못하여 건축 부위 설계 시 성능 및 비용을 만족하는 적절한 설계대안 생성이 어려울 뿐 아니라, 설계단계에서부터 시공단견1에 이르기까지 다양한 원인으로 발생되는 설계변경에 적절히 대응하지 못하고 있다. 따라서 분야별 설계도서의 불일치로 인한 시공 품질 저하 등의 문제가 발생되고 있다. 이에 따라 본 연구에서는 건축설계단계에서 합리적인 건축설계대안 생성을 위한 협력설계 의사결정 지원시스템 구축방법의 개념을 제시하였다.
접지시스템은 인체의 안전을 확보함과 동시에 기기 및 장치의 확실한 동작과 절연 파괴를 방지하기 위한 가장 중요한 시스템이라 할 수 있다. 접지시스템은 전원설비용, 통신설비용, 피뢰설비용 접지로 크게 분류할 수 있으며 사고 발생 시 대지를 통하여 고장 전류를 신속하게 방전함으로서 기준전위를 유지하는 것을 목적으로 하며, 시스템 성능을 최적화하기 위하여 용도에 따라 서로 다른 목적의 접지라도 각 접지시스템을 본딩시켜 등전위를 형성하는 것이 가장 보편적으로 적용되는 설계 개념이다. 본 연구에서는 축소형 GIS 접지시스템의 계획과 시공에 있어서 좁은 지형조건에서 지반 보강용 철근 콘크리트 파일을 건축물 구조체 접지극으로 활용하여 mesh 접지망과 등전위화 함으로써 접지시스템의 효과를 증대 할 수 있는 방안을 제안하고 효과를 검증하고자 한다.
철골 Pre-Engineered Building System(PEBS)이 국내에서도 80년도 후반부터 상당히 일반화되었지만 변단면 PEBS는 대부분 국외에서 개발된 최적화 프로그램으로 구조설계가 수행되고 있다. 이 연구에서는 3차원 변단면 PEBS의 구조설계를 AISC2005의 허용응력설계법과 KBC 기준에 따라 주어진 여러 제약조건들을 만족하도록 수치해석법으로 최적화하는 프로그램을 개발하였다. 변단면 구조물의 최적화 설계는 구조해석과 최적 부재설계를 수행하는데, 구조물의 최소 중량화를 위해서 구조해석과 부재설계 과정을 허용응력조건과 변위조건이 만족될 때까지 반복 수행한다. 2, 3차원 변단면 구조물을 최적화 설계한 결과에 의하면 변단면 용접 H-형강으로 설계하는 것이 압연 H-형강보다 상당한 철골 절약효과가 있는 것으로 나타났다. 변단면 용접 H-형강으로 설계하는 경우 구조물의 종류에 따라 차이는 있지만 AISC2005 기준으로 설계하는 것이 AISC1989 기준보다 철골량이 줄어들었고, 부재 춤도 작게 설계되어 웨브 좌굴에 새 기준이 더 안전한 것으로 평가되었다.
최근의 삼풍백화점 붕괴사고 및 성수대교사고 등 대형사고의 원인을 살펴보면 건물의 안전진단 미비와 구조물의 안전관리 진단판정미비로 건축물의 붕괴를 예측하지 못한 결과이다. 이는 모든 불확실 시스템의 상태를 적당한 항목으로 판정 정규화한 계수값으로 나타내어 예방하지 못한 결과이다. 비단건축물 시스템뿐 아니라 실존 가시물(可視物)과 비가시물(悲歌視物)에 대해서도 비결정 상황의 상태표시계수를 예측하여 정규값으로 나타낼 필요가 있다. 즉, 교통도로의 교통량 특정, 통신신호의 수신율 측정 등을 최적화 예측할 수가 있게된다. 본 논문에서는 환경 및 시스템 출력값에 표시하여 어떤 결과를 가져오는지 확인하기 위하여 평면 상의 임의의 데이터의 조합으로부터 특정 데이타를 선택 최적화하는 과정을 실험화 하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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