KR101227723B1 - 파라메트릭 디자인 프로세스를 이용한 한옥설계 지원 정보시스템 구축방법 - Google Patents
파라메트릭 디자인 프로세스를 이용한 한옥설계 지원 정보시스템 구축방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 한옥부재 정보의 체계적인 구축과 정량적 분석이 가능한 파라메트릭 디자인 프로세스를 이용한 한옥설계 지원 정보시스템에 관한 것으로, 파라메트릭 디자인 프로세스(parametric design process)를 이용하여 한옥설계 지원 정보시스템을 구축하되, 상기 프로세스는 한옥 목구조유형의 디자인 설정인자(design guide elements)를 규정하는 단계; 및 한옥부재의 유형화에 의한 파라메트릭 구분 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 파라메트릭 디자인 프로세스를 이용한 한옥설계 지원 정보시스템 구축방법을 제공하여, 한옥설계 지원에 따른 새로운 디자인 방법론을 제시함으로써, 단위부재와 통합모델 사이에서의 Bottom-up 및 Top-down의 양방향 엔지니어링(concurrent engineering)을 활용한 한옥설계 디자인 피드백이 가능하게 할 수 있다. 또한, 한국건축의 전통적인 특성에서 기인한 특정 장인 또는 직능인 그룹에 제한되어 있는 한옥설계의 실무환경에 대해 한옥부재 정보의 체계적인 데이터 라이브러리를 제공할 수 있어, 향후 한옥의 표준화를 위한 기술적인 기반을 제공해 줄 수 있고, 나아가, 최근 현대건축의, BIM 분야 성과들과 연계하여 신한옥 각종 부재의 규격화와 자동화를 지향함으로써, 신한옥 산업의 효율성과 경제성을 증대시킬 수 있어 문화적 정체성을 현대적으로 계승한 신한옥의 대중화를 꾀할 수 있다.
Description
본 발명은 한옥설계 지원 정보시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 한옥부재 정보의 체계적인 구축과 정량적 분석이 가능한 파라메트릭 디자인 프로세스를 이용한 한옥설계 지원 정보시스템에 관한 것이다.
우리의 삶에 직접적인 영향을 주고 있는 전지구적인 환경 문제에 대한 사회적 논의와 함께 지속가능한 발전으로서의 친환경적 요구에 맞추어, 삶의 질에 대한 관심이 점차로 증대되고 있다. 최근 주거환경에 대한 다양한 수요와 맞물리면서, 자연친화적인 전통건축에 대한 인식 역시 점차 확산되고 있다. 특히, 현대적인 공간과 전통적인 양식을 조화시킨 신한옥은 건축 관련분야 전문가는 물론 일반인들의 대중적인 관심의 대상이 되고 있어, 한옥에 대한 현대화가 이루어진다면 신한옥에 대한 수요가 상당히 증가할 것으로 예상된다.
그러나, 한옥을 포함한 전통건축물의 설계 및 축조 과정은 현대건축과 달리, 특정 장인 또는 직능인 그룹에 의한 정성적이고 경험적인 수작업 방식에 한정되어 있어 산업화에 상당한 제약을 받고 있다. 따라서, 건설산업분야의 특성인 협업을 위해서는 체계적인 정보공유에 기반한 디자인 프로세스를 가능하게 하는 한옥설계 지원 정보시스템이 필요하며, 환경친화적인 주거환경으로서 한옥의 대중화를 위한 IT 인프라의 구축이 시급히 요청되고 있다.
이에, 건설산업(Architecture, Engineering, Construction, and Facility Management; ACE/FM)에서 IT 분야의 기술적인 성과들을 활용하여 건축물의 설계, 시공, 유지관리에 이르는 프로세스 전반을 통합하는 건축정보모델(Building Information Modeling, 이하, BIM이라 함)이 2000년대 중반 이후 본격적으로 도입되고 있다. 특히, 친환경적이고 지속 가능한 성장에 대한 요구에 맞추어, BIM은 초기 개념설계에서 유지관리 단계까지 건축물의 전생애주기 동안 여러 프로세스에서 적용되는 정보들을 통합적으로 생산하고 관리하기 위한 개념이다. 즉, 이전의 2차원 도면 중심의 전통적인 방식을 넘어 객체의 기능, 구조, 용도, 특성, 상관관계, 제약사항 등의 속성정보를 지닌 3차원 모델로부터 요구되는 데이터를 맞춤형으로 추출해낼 수 있는 디지털 기반의 변화된 프로젝트 환경이 BIM이라는 새로운 IT 인프라에 의해 통합되어지고 있는 것이다. 건축물을 구성하는 요소들의 기하학적인 정보 뿐만 아니라 물성정보를 포함하는 통합정보모델인 BIM 기반의 어플리케이션을 통해 설계 자동화, 실시간 데이터 연동, 디테일링 생성, 간섭 체크 및 리포팅, 물량/비용 산출, 가상건설 시뮬레이션 등의 설계오류 최소화와 사전검증 기능을 활용할 수 있다. 하기 표 1은 이러한 건축설계 프로세스별 상용 BIM 어플리케이션을 나타낸 것이다.
한편, 건축물을 구성하는 단위요소들과 이의 조합으로 이루어지는 상위 콤포넌트들 간의 정보를 파라미터를 통해 양방향으로 상호연동시켜 주는 파라메트릭 디자인은 제품생명주기관리(Product Lifecycle Management, 이하, PLM이라 함)를 토대로 한다. 초기 단계의 요구사항으로부터 디자인 개념, 제품개발, 생산, 유통 및 서비스를 거쳐 유지관리, 폐기 및 재활용으로 이어지는 제품의 수명주기 전반을 관리하는 PLM은 CAD(Computer-aided Drafting), CAE(Computer-aided Engineering) 및 CAM(Computer-aided Manufacturing)을 통합한 개념이다. 파라메트릭 디자인과 관련하여 제조업 분야 PLM의 기술적인 성과들이 1990년대 중반 건축 분야에 활용되기 시작하였고, 최근 BIM의 본격적인 도입으로 그 가능성이 활발히 논의되고 있으나, 아직까지 한옥설계에 대하여 적용하고자 하는 시도는 이루어지지 않고 있다.
따라서, 본 발명은 상기 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 파라메트릭 디자인 프로세스를 한옥 분야에 적용하여 한옥설계 지원 정보시스템을 구축하고자 하는 것이다. 건축물의 정보모델 측면에서, 파라미터는 구성부재들의 형상, 치수, 접합관계 등의 상관관계를 연결해주는 주요한 인자의 역할을 한다. 설계 프로세스에서 개별부재의 디자인 변동사항이 발생할 경우, 일반적인 디자인 방법론에서는 해당 부재별로 각각의 수정과정을 반복적으로 수행하여야 한다. 반면, 파라메트릭 디자인 방법론을 적용하게 되면 단위부재의 형상 및 속성정보에 대한 개별적인 수정 뿐 아니라, 단위부재가 접합된 복합부재에 대해서도 자동적인 정보변경이 이루어짐으로써 작업 효율성의 획기적인 증대를 가져올 수 있는 점에 착안하였다. 여기서, 파라메트릭 디자인 방법론은 디자인을 논리적으로 정의하려는 것으로부터 시작한다. 복잡한 형상을 지닌 디자인 결과물도 이를 구성하는 여러 요소들 사이의 창의적인 조형원리를 반복적으로 조합해나가는 복합적인 프로세스를 거쳐 창조된다고 볼 수 있는 것이다. 다양한 구축부재의 복합체로서 공간을 구성해내는 건축물의 경우에도 디자인을 전개해나가는 논리적인 체계가 내재되어 있어, 특정한 디자인 유형을 논리적으로 기술(description)하는 것이 가능하다. 특히, 한옥의 구성방식에 대한 논리적인 정의는, 전통건축물의 축조원리와 밀접한 상관성을 지니므로, 본 발명에서는 전통건축의 결구방식에 근거하여 한옥의 목구조 유형에 대한 파라메트릭을 정의할 수 있음을 착안하여, 한옥의 목구조유형을 논리적으로 기술하고, 이를 토대로 목구조를 구성하는 개별적인 구축부재를 정의하는 파라메트릭 디자인 프로세스를 제공하고자 하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은,
(1) 파라메트릭 디자인 프로세스(parametric design process)를 이용하여 한옥설계 지원 정보시스템을 구축하되, (가) 상기 프로세스는 한옥 목구조유형의 디자인 설정인자(design guide elements)를 규정하는 단계; (나) 한옥부재의 유형화에 의한 파라메트릭 구분 단계; (다) 상기 한옥부재의 3차원 모델링 데이터를 생성해내는 부분 및 상기 모델링에 필요한 참조정보를 제공하는 부분으로 구분하는 단계; (라) 상기 한옥부재의 단면형상에 대한 2차원 도면을 작도(sketcher)하는 단계; (마) 상기 한옥부재의 단면형상에 수직방향의 치수를 부여하여 3차원 형상을 생성(geometry)하는 단계; (바) 상기 참조정보를 상기 한옥부재의 속성정보와 연동(powercopy)시키는 단계; (사) 상기 한옥부재의 이음부에 대한 부울연산(boolean operation)을 수행하는 단계; (아) 상기 이음부 정보가 반영된 상기 한옥부재를 개별 파일단위(parts)로 저장하는 단계; 및 (자) 상기 개별 파일단위를 접합하여 복합부재(products)를 생성하는 단계;를 포함하되, 상기 참조정보는, 기둥간격(grid), 치수(parameter) 및 수직위치(level)를 포함하고, 상기 치수(parameter)는, 초석높이(a) 및 초석폭(아래)(b)를 입력으로, 기둥높이, 주두높이, 주두1단높이, 장혀높이, 소로높이, 소로1단높이, 소로2단높이, 도리위치, 장혀깊이, 주두사괘깊이, 소로깊이, 초석폭(위), 기둥폭, 창방폭, 사괘폭, 주먹장폭, 보아지폭, 주두폭(아래), 주두폭(위), 장혀폭, 장혀주먹장폭(Y), 장혀주먹장폭(X), 장혀길이모서리, 소로폭(위), Length, 보아지길이(아래), 보아지길이(위), 뺄목길이, 주먹장사괘, 창방길이(X), 창방길이(Y), 도리반지름, 도리뺄목, 도리길이, 도리주먹장폭, 도리주먹장(아래) 및 도리이음부를 출력으로 하는 함수관계로 연산되는 것을 특징으로 하는 파라메트릭 디자인 프로세스를 이용한 한옥설계 지원 정보시스템 구축방법을 제공한다.
(2) 상기 (1)에 있어서, 상기 한옥 목구조유형의 디자인 설정(guide)은, 평면 규모, 입·단면 형상 및 지붕 구조로 설정하는 것을 특징으로 하는 파라메트릭 디자인 프로세스를 이용한 한옥설계 지원 정보시스템 구축방법을 제공한다.
(3) 상기 (2)에 있어서, 상기 평면 규모의 설정인자(element)는, 정면칸수, 측면칸수, 정면간살이간격 및 측면간살이간격으로 규정하고, 상기 입·단면 형상의 설정인자는, 층수, 측면단면평방형식, 측면기둥개수 및 기둥높이로 규정하고, 상기 지붕 구조의 설정인자는, 측면도리수평간격, 측면도리수직간격 및 처마내밀기로 규정하는 것을 특징으로 하는 파라메트릭 디자인 프로세스를 이용한 한옥설계 지원 정보시스템 구축방법을 제공한다.
(4) 상기 (1)에 있어서, 상기 한옥부재의 유형화는, 부재 유닛, 구축재 유닛, 조합 유닛 및 접합부 유닛으로 유형화하는 것을 특징으로 하는 파라메트릭 디자인 프로세스를 이용한 한옥설계 지원 정보시스템 구축방법을 제공한다.
삭제
(6) 상기 (1)에 있어서, 상기 3차원 모델링 데이터를 생성해내는 부분은, 이음부, 기둥, 창방, 주두, 장혀, 보아지, 도리, 대들보, 중량 및 초석을 포함하는 것을 특징으로 하는 파라메트릭 디자인 프로세스를 이용한 한옥설계 지원 정보시스템 구축방법을 제공한다.
(7) 상기 (6)에 있어서, 상기 이음부는, 뺄목, 도리이음부, 주먹장 및 사괘를 포함하는 것을 특징으로 하는 파라메트릭 디자인 프로세스를 이용한 한옥설계 지원 정보시스템 구축방법을 제공한다.
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(10) 상기 (1)에 있어서, 상기 함수관계는, 상기 기둥높이=a×75, 상기 주두높이= a×0.42, 상기 주두1단높이=a×0.17, 상기 장혀높이=a+장혀주먹장폭(Y), 상기 소로높이=a×0.115, 상기 소로1단높이=a×0.13, 상기 소로2단높이=a×0.14, 상기 도리위치=a×0.068, 상기 장혀깊이=a×0.43, 상기 주두사괘깊이=a×0.16, 상기 소로깊이=a×0.01, 상기 초석폭(위)=b×0.8, 상기 기둥폭=b×0.6, 상기 창방폭=b×0.38, 상기 사괘폭=b×0.15, 상기 주먹장폭=b×0.22, 상기 보아지폭=b×0.22, 상기 주두폭(아래)=b, 상기 주두폭(위)=b×0.92, 상기 장혀폭=b×0.23, 상기 장혀주먹장폭(Y)=b×0.13, 상기 장혀주먹장폭(X)=b×0.08, 상기 장혀길이모서리=b×6.72, 상기 소로폭(위)=b×0.42, 상기 Length=b×0.24, 상기 보아지길이(아래)=b×0.84, 상기 보아지길이(위)=b×1.02, 상기 뺄목길이=b×0.41, 상기 주먹장사괘=b×0.03, 상기 창방길이(X)=b×6.31, 상기 창방길이(Y)=b×0.54, 상기 도리반지름=b×0.27, 상기 도리뺄목=b×0.81, 상기 도리길이=b×6.96, 상기 도리주먹장폭=b×0.08, 상기 도리주먹장(아래)=b×0.54 및 상기 도리이음부=b×0.18인 것을 특징으로 하는 파라메트릭 디자인 프로세스를 이용한 한옥설계 지원 정보시스템 구축방법을 제공한다.
(11) 상기 (1)에 있어서, 상기 수직위치(level)는, 기둥위치(A)를 입력으로, 주두위치, 소로위치, 주두높이, 장혀위치, 창방위치 및 도리위치를 출력으로 하는 함수관계로 연산되는 것을 특징으로 하는 파라메트릭 디자인 프로세스를 이용한 한옥설계 지원 정보시스템 구축방법을 제공한다.
(12) 상기 (11)에 있어서, 상기 함수관계는, 상기 기둥위치(A)=a, 상기 주두위치=A+기둥높이, 상기 소로위치=주두위치+소로높이, 상기 주두높이=주두위치+주두높이, 상기 장혀위치=주두높이-주두사괘깊이, 상기 창방위치=주두위치-소로폭(위), 및 상기 도리위치=장혀위치+도리반지름인 것을 특징으로 하는 파라메트릭 디자인 프로세스를 이용한 한옥설계 지원 정보시스템 구축방법을 제공한다.
(13) 상기 (1)에 있어서, 상기 (아) 단계 및 상기 (자) 단계 사이에, 상기 한옥부재의 변형된 형상정보 데이터를 자동 추출하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파라메트릭 디자인 프로세스를 이용한 한옥설계 지원 정보시스템 구축방법을 제공한다.
(14) 상기 (1)에 있어서, (차) 디지털 목업(Digital Mock-Up) 기법을 이용하여 한옥을 사전 성형하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파라메트릭 디자인 프로세스를 이용한 한옥설계 지원 정보시스템 구축방법을 제공한다.
이러한 본 발명에 따른 한옥설계 지원 정보시스템 구축방법은, 한옥설계 지원에 따른 새로운 디자인 방법론을 제시하여, 진보된 CAD/CAE/CAM 분야의 파라메트릭 기술이 융합되어지고 있는 건설산업(AEC/FM)의 변화된 환경에 맞추어, 한옥설계의 협업과정에 적용 가능한 방법을 제공할 수 있다. 즉, 단위부재와 통합모델 사이에서의 Bottom-up(최소단위 부재에서부터 조합) 및 Top-down(특정유형으로부터 부분부재 변경)의 양방향 엔지니어링(concurrent engineering)을 활용한 한옥설계 디자인 피드백이 가능하게 할 수 있다.
또한, 한국건축의 전통적인 특성에서 기인한 특정 장인 또는 직능인 그룹에 제한되어 있는 한옥설계의 실무환경에 대해 한옥부재 정보의 체계적인 데이터 라이브러리를 제공할 수 있어, 본 발명은 향후 한옥의 표준화를 위한 기술적인 기반을 제공해 줄 수 있다. 나아가, 최근 현대건축의, BIM 분야 성과들과 연계하여 신한옥 각종 부재의 규격화와 자동화를 지향함으로써, 신한옥 산업의 효율성과 경제성을 증대시킬 수 있어 문화적 정체성을 현대적으로 계승한 신한옥의 대중화를 꾀할 수 있다.
도 1은 파라메트릭 디자인의 개념을 설명하는 모식도,
도 2는 예천권씨 별당의 목구조유형 분석으로부터 도출된 측면단면 스키마를 나타낸 도면,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 한옥부재에 대해 파라메트릭 디자인 프로세스를 이용하여 한옥설계 지원 정보시스템을 구축하는 방법을 나타낸 흐름도,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 한옥부재 파라메트릭 디자인 프로세스를 설명하는 도면,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 치수(parameters) 및 수직위치(level)를 설명하는 도면,
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 기둥 및 보가 연결되는 이음부에 대한 파라미터 정의를 설명하는 프로세스를 나타낸 도면,
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 기둥에 대한 파라미터 정의를 설명하는 프로세스를 나타낸 도면,
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 창방에 대한 파라미터 정의를 설명하는 프로세스를 나타낸 도면,
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 지붕에 대한 파라미터 정의를 설명하는 도면,
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 한옥부재의 접합과 분리 및 파라메트릭 변형을 설명하는 도면.
도 2는 예천권씨 별당의 목구조유형 분석으로부터 도출된 측면단면 스키마를 나타낸 도면,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 한옥부재에 대해 파라메트릭 디자인 프로세스를 이용하여 한옥설계 지원 정보시스템을 구축하는 방법을 나타낸 흐름도,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 한옥부재 파라메트릭 디자인 프로세스를 설명하는 도면,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 치수(parameters) 및 수직위치(level)를 설명하는 도면,
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 기둥 및 보가 연결되는 이음부에 대한 파라미터 정의를 설명하는 프로세스를 나타낸 도면,
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 기둥에 대한 파라미터 정의를 설명하는 프로세스를 나타낸 도면,
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 창방에 대한 파라미터 정의를 설명하는 프로세스를 나타낸 도면,
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 지붕에 대한 파라미터 정의를 설명하는 도면,
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 한옥부재의 접합과 분리 및 파라메트릭 변형을 설명하는 도면.
이하 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.따라서, 본 명세서에 기재된 실시예의 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 본 발명에 따른 한옥설계 지원 정보시스템 구축방법의 세부 프로세스에 대한 설명에 앞서, 본 발명에서 일례로 활용될 수 있는 모듈 및 파라메트릭 디자인과 주요 제약조건에 관하여 설명한다.
본 발명에서는 일례를 들면, CAD/CAE/CAM 분야에서 대표적인 파라메트릭 & 어소시에이트 디자인(Parametric & Associate Design) 관련 상용 어플리케이션인 CATIA의 주요 기능들을 건축 분야 산업특성에 맞추어 분화시킨 모듈인 게리 테크놀로지스 디지털 프로젝트(Gerry Technologies Digital Project, 이하, DP라 함)를 활용할 수 있다. 상기 DP에서는 건물의 각 부재를 개개의 파트(part)로 구분하여 하나의 파일단위로 저장하며, 이들 건물 구성요소 파트들을 보다 상위위계를 지닌 콤포넌트(component) 또는 프로젝트(project)로 불러들여 통합적인 데이터를 관리할 수 있다. 이러한 통합된 프로세스에 의해 최소 단위부재로부터 조합하는 바텀 업(Bottom-up)과 전체모델로부터 부분적인 부재들을 변경해나가는 탑 다운(Top-down) 방식의 양방향의 파라메트릭 디자인을 진행할 수 있다. 또한, 조합된 복합부재에 대한 Documentation, DMU(Digital Mockup) Fitting, Interference: Clash, Interference: Clearance 등 CAE/CAM 기반의 데이터 분석이 가능하다.(도 1 참조)
한편, 파라메트릭 디자인을 위해 필요한 제약조건으로는 부재의 길이, 각도 등을 조절하는 치수제약조건(dimensional constraints), 부재의 기하학적 형상을 결정해주는 형태제약조건(geometric constraints) 및 부재간의 접합위치를 결정해주는 접합제약조건(assembly constraints)이 있다. 상기 치수제약조건은 단일부재에 대한 길이, 거리 등을 정의하여 파라메트릭 디자인 프로세스에 있어 가장 기본이 되는 제약조건이라 할 수 있다. 하기 표 2는 부재의 치수를 규정하는 제약조건을 나타내고 있다.
상기 치수제약조건을 기반으로 각 부재의 기하학적 형상정보를 정의하는 형태제약조건을 적용한다. 치수가 정의된 형상들의 접합, 평행, 수직 등의 연결관계를 규정함으로써 개별 오브젝트의 모양이 임의로 변경되지 않도록 할 수 있다. 하기 표 3은 부재의 형태를 규정하는 제약조건을 나타내고 있다.
상기 개별 오브젝트의 치수 및 형상정보에 의해 생성된 단위부재들을 합쳐진 복합부재로 만들기 위해 접합제약조건을 정의할 수 있다. 접합에 있어서도 파라메트릭 디자인 프로세스에 의해 각 부재의 관계에 파라미터 값을 정의하여 전체 디자인에 있어서 각 부재와 부재가 다양하게 접합된 복합부재들이 파라메트릭 관계를 유지하도록 할 수 있다. 하기 표 4는 부재접합을 규정하는 접합제약조건을 나타내고 있다.
이하, 상기 설명한 바를 기초로 본 발명에 따른 한옥설계 지원 정보시스템 구축방법의 세부 프로세스에 대하여 설명한다.
본 발명은, 파라메트릭 디자인 프로세스(parametric design process)를 이용하여 한옥설계 지원 정보시스템을 구축하되, (가) 상기 프로세스는 한옥 목구조유형의 디자인 설정인자(design guide elements)를 규정하는 단계; 및 (나) 한옥부재의 유형화에 의한 파라메트릭 구분 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 파라메트릭 디자인 프로세스를 이용한 한옥설계 지원 정보시스템 구축방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 한옥의 목구조유형을 논리적으로 기술하고, 이를 토대로 목구조를 구성하는 개별적인 한옥부재를 정의하는 파라메트릭 디자인 프로세스를 제시하기 위해, 한옥 목구조유형의 디자인 설정인자를 규정하고, 한옥부재의 유형화에 의해 파라메트릭을 구분하는 과정을 거치게 된다.
먼저, 한옥 목구조유형의 디자인 설정인자를 규정하기 위해, 한옥의 목구조 축조원리를 분석하였고, 분석결과 본 발명의 일례에 따르면, 11개의 디자인 설정인자(design guide elements)를 규정하였다. 즉, 평면적으로 건축물의 규모를 결정하는 인자로 정면칸수, 측면칸수, 정면간살이간격 및 측면간살이간격을 규정할 수 있고, 입·단면 형상을 결정하는 인자로 층수, 측면단면평방형식, 측면기둥개수 및 기둥높이를 규정할 수 있으며, 지붕구조를 결정하는 인자로 측면도리수평간격, 측면도리수직간격 및 처마내밀기를 규정할 수 있다. 하기 표 5는 이러한 한옥 목구조유형의 디자인 설정인자를 설명하고 있다.
한편, 한옥 목구조유형의 다양한 양식은 측면방향의 단면형상에서 두드러진다. 내부기둥인 내주가 어디에 위치하는지 및 내주가 서까래와 어떻게 만나는지에 따라 여러 가지 목구조유형의 변화가 일어나기 때문이다. 따라서, 한옥 목구조유형 디자인 설정인자 중 상기 측면단면평방형식(composition of beams)은 내주 및 서까래를 연결해주는 평방부재(rafter beam)의 구성방식을 규정할 수 있다. 즉, 한옥의 측면단면에서 내주의 위치는 중앙등분, 내주없음 및 내주위치기술의 3가지 중 하나로 지정할 수 있다. 이 중 내주위치와 관련하여서는 내주 및 서까래를 연결하는 평방부재의 위치 및 개수를 기술하는 것이다. 예를 들어, 한옥의 정면방향으로 서까래 및 기둥을 연결하는 평방이 2개 있다면, '정면서까래평방2'와 같이 표현할 수 있게 된다.
본 발명의 일례에 따라 규정된 상기 디자인 설정인자를 사용하여 임의의 한옥 목구조유형에 대한 논리적인 기술이 가능하게 된다. 일례를 들어, 파라메트릭 시범 모델링 연구대상인 예천권씨 별당에 대한 한옥 목구조유형 디자인 설정인자를 카티션곱(Cartesian Product)에 의해 논리적으로 기술한 결과를 하기 표 6에 나타내었고, 도 2는 상기 예천권씨 별당의 목구조유형 분석으로부터 도출된 측면단면 스키마를 나타내고 있다.
상기 규정된 한옥 목구조유형에 대한 디자인 설정인자들을 3차원 공간상의 주요 참조점(reference plane or points)으로 지정하고, 개별적인 한옥부재에 대한 파라메트릭 디자인을 진행할 수 있다. 이때, 한옥부재에 대해 목구조 결구방식 및 공간구성원리를 고려하여 부재 유닛, 구축재 유닛, 조합 유닛 및 접합부 유닛으로 구분하여 유형화할 수 있다. 또한, 복합부재를 구성하는 각각의 단위부재들 간의 조합에 대한 상관관계는 파라미터의 함수로써 정의할 수 있다. 이를 토대로 신한옥 파라메트릭 디자인을 위한 최소 단위부재에서부터 한옥 유형의 전체 모델에 이르는 부재별 라이브러리를 구성할 수 있게 된다.
또한, 한옥 건축정보 모델링을 위한 데이터 구조에 있어, 공간의 구성원리 및 부재의 구축방식을 고려하여 건축물을 구성하는 부재들에 대한 주요 파라미터를 정의할 수 있고, 정의된 한옥부재들 사이의 위계를 토대로 한옥부재의 주요 치수로부터 상대적인 비례 및 접합관계를 지닌 구성부재의 다른 치수들에 대해서 파라미터 간의 함수관계를 부여할 수 있게 된다.
한편, 하기 표 7은 파라미터의 종속관계의 정보흐름을 나타낸 것이다. 표 7을 참조하면, 파라메트릭 디자인 프로세스는 정보 종속관계(information dependency) 및 제약조건 종속관계(constraint dependency)를 기반으로 한다. 상기 정보 종속관계는 하위 콤포넌트가 상위 콤포넌트에 정보가 종속되어 상위 정보가 변경되면 하위 정보도 변경되게 된다. 또한, 제약조건 종속관계는 참조 단계에서 설정된 수치값들에 의해 종속되는 것을 의미한다. 파라메트릭 모델링을 위해 수치값들은 서로 함수관계를 갖게 되는데, 정의한 수치값을 연산하여 추출되는 수치값을 부여하게 된다. 이와 같이 정의된 수치값들은 단일부재의 치수 및 형태 제약조건을 정의하게 된다.
본 발명에 따른 파라메트릭 디자인 프로세스를 이용한 한옥설계 지원 정보시스템 구축방법은, (다) 상기 한옥부재의 3차원 모델링 데이터를 생성해내는 부분 및 상기 모델링에 필요한 참조정보를 제공하는 부분으로 구분하는 단계; (라) 상기 한옥부재의 단면형상에 대한 2차원 도면을 작도(sketcher)하는 단계; (마) 상기 한옥부재의 단면형상에 수직방향의 치수를 부여하여 3차원 형상을 생성(geometry)하는 단계; (바) 상기 참조정보를 상기 한옥부재의 속성정보와 연동(powercopy)시키는 단계; (사) 상기 한옥부재의 이음부에 대한 부울연산(boolean operation)을 수행하는 단계; (아) 상기 이음부 정보가 반영된 상기 한옥부재를 개별 파일단위(parts)로 저장하는 단계; 및 (자) 상기 개별 파일단위를 접합하여 복합부재(products)를 생성하는 단계;를 더 포함할 수 있다.(도 3 참조)
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 한옥부재 파라메트릭 디자인 프로세스를 설명하는 도면이다.
이하, 도 3 및 도 4를 참조하고, 일례로써 상기 시범연구대상인 예천권씨 별당에 대해 접합부 복합부재를 중심으로 한옥부재의 파라메트릭 데이터 구조의 프로토 타입을 구축하는 과정을 상세히 설명한다.
상기 (다) 단계는 한옥부재의 파라메트릭 정보체계를 3차원 형상정보 및 상대적인 위치, 접합정보 등을 정의하는 참조정보로써 1차적인 위계를 구분하는 단계이다.
이때, 상기 접합부 부재의 파라메트릭 모델링을 위해 참조정보를 제공하는 부분(reference) 및 상기 모델링 데이터를 생성해내는 부분인 구조체로 분류할 수 있다. 상기 참조정보(reference)에는 기둥간격(grid), 상기 구조체에 필요한 치수(parameters) 및 수직위치(level)를 설정할 수 있다. 또한, 한옥부재들의 접합에 의한 복합부재의 파라메트릭 상관관계의 밀접도에 따른 한옥부재의 2차적인 위계를 구분할 수 있으며, 필요할 경우 세부적인 추가 구분도 가능하다. 즉, 상기 구조체에는 이음부, 기둥, 창방, 주두, 장혀, 보아지, 도리, 대들보, 중량 및 초석을 설정할 수 있고, 상기 이음부에는 뺄목, 도리이음부, 주먹장 및 사괘를 설정할 수 있다.
여기서, 상기 치수(parameters)에는 구조체에 필요한 입력값으로 초석높이(a) 및 초석폭(아래)(b)이 입력될 수 있고, 출력으로 기둥높이, 주두높이, 주두1단높이, 장혀높이, 소로높이, 소로1단높이, 소로2단높이, 도리위치, 장혀깊이, 주두사괘깊이, 소로깊이, 초석폭(위), 기둥폭, 창방폭, 사괘폭, 주먹장폭, 보아지폭, 주두폭(아래), 주두폭(위), 장혀폭, 장혀주먹장폭(Y), 장혀주먹장폭(X), 장혀길이모서리, 소로폭(위), Length, 보아지길이(아래), 보아지길이(위), 뺄목길이, 주먹장사괘, 창방길이(X), 창방길이(Y), 도리반지름, 도리뺄목, 도리길이, 도리주먹장폭, 도리주먹장(아래) 및 도리이음부가 함수관계에 의해 출력될 수 있다.
또한, 상기 수직위치(level)에는 입력값으로 기둥위치(A)가 입력될 수 있고, 출력으로 주두위치, 소로위치, 주두높이, 장혀위치, 창방위치 및 도리위치가 함수관계에 의해 출력될 수 있다.
상기 치수(parameters) 및 수직위치(level)에 대한 함수관계의 일례를 하기 표 8에 나타내었고, 상기 치수(parameters) 및 수직위치(level)의 일례를 도 5에 나타내었다.
이후, 상기 (라) 단계는, 형태 및 치수의 제약조건을 기반으로 각 한옥부재의 단면형상에 대한 2차원적 작도를 수행할 수 있도록 하고, 상기 (마) 단계는, 각 한옥부재의 특정한 형상을 기술할 수 있는 다양한 형태생성기법을 적용하여 3차원 형상정보를 생성할 수 있게 하며, 상기 (바) 단계는, 상기 (다) 단계의 참조정보로 설정된 기둥간격(grid), 치수(parameter) 및 수직위치(level)을 토대로 해당 한옥부재의 속성정보와 상호 연동시키는 역할을 수행하도록 한다. 또한, 상기 (사) 단계는, 2 이상의 한옥부재가 만나는 이음부의 3차원 형상정보에 대한 부울연산을 수행하여 이음부를 구조체에 부가(add), 제거(remove) 또는 교차(intersection)시켜 한옥부재 데이터를 구축할 수 있게 하고, 상기 (아) 단계는, 이음부를 포함한 한옥부재들 간의 파라메트릭 접합정보가 반영된 최종적인 각 한옥부재들을 개별적인 파일단위(parts)로 저장할 수 있게 하고, 상기 (자) 단계는, 한옥부재의 결구방식 및 조합원리에 따라 상기 각 파일단위로 저장된 개별 한옥부재들을 상호 접합하여 한옥의 가구식 짜임원리에 기반한 복합부재(products)를 생성하게 할 수 있다.
한편, 상기 (아) 단계 및 (자) 단계 사이에, 상기 한옥부재의 변형된 형상정보 데이터를 자동 추출하는 단계를 더 포함할 수 있다. 동일 한옥부재이더라도 치수 및 형상이 변화되는 특정 한옥부재에 대한 데이터를 반영하기 위해, 특정 한옥부재들의 변형된 형상정보 데이터를 자동으로 추출하는 것으로, 상기 추출된 데이터가 반영된 복합부재(products)를 생성할 수 있도록 한다.
또한, 상기 복합부재(products) 생성 이후, 디지털 목업(DMU; Digital Mock-Up) 기법을 활용하여 한옥을 사전 성형해 봄으로써 한옥부재정보의 현실적인 시공성을 검증할 수 있게 된다.
이하, 본 발명에서의 한옥부재 구조체에 대한 파라미터 정의를 토대로 한옥부재 데이터를 구축하는 과정을 실시예로 들어 설명한다.
본 발명에 따르면, 상기 구조체를 단일부재 및 이음부로 구분할 수 있다. 예를 들면, 상기 구조체 중 기둥 및 창방이 만나는 부분을 이음부로 구분할 수 있으며, 상기 이음부 형식에는 주먹장 및 사괘를 둘 수 있다. 상기 주먹장 및 사괘는 상기 기둥 및 창방에 모두 적용되므로 속성연동(powercopy)의 방식으로 기둥본체와 부울연산(boolean operation)을 통해 상기 이음부를 상기 구조체에 부가(add) 또는 제거(remove)시켜 각각의 단위부재파일(document template)을 생성할 수 있다. 상기 이음부에 대한 부울연산 방법을 사용하면, 서로 연결되어 있는 부재들에 공통적인 이음부를 반복적으로 활용할 수 있고, 치수(parameters)와의 함수관계가 속성연동되어 있으므로 일정한 범위 내에서 파라미터를 변화시켜 한옥부재의 형상을 변형시킬 수 있게 된다. 한편, 상기 생성된 각각의 단위부재들의 접합을 규정하는 제약조건을 이용하여 상기 참조정보의 수직위치(level)에 따라 정해진 위치에 구속시켜 복합부재인 접합부를 완성할 수 있다.
실시예
1: 이음부
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 기둥 및 보가 연결되는 이음부에 대한 파라미터 정의를 설명하는 프로세스를 나타낸 도면이다. 도 6을 참조하면, 먼저, 상기 이음부의 2차원 작도를 토대로 각 부분에 대한 치수(parameters)를 지정한다. 부재의 폭 및 높이는 각각 기둥폭 및 기둥높이에서부터 연산된 값을 이용하도록 제약조건을 만들고, 3차원 형상정보를 속성연동(powercopy)을 통해 다른 부재에서도 사용할 수 있도록 한다. 이때, 모델링에 사용된 치수값들을 함께 포함함으로써 파라메트릭 관계를 유지할 수 있다.
실시예
2: 기둥 및
창방
도 7 및 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 기둥 및 창방에 대한 파라미터 정의를 설명하는 프로세스를 나타낸 도면이다. 도 7 및 도 8을 참조하면, 먼저 기둥의 형상에 맞추어 기둥간격(grid) 및 부재의 상대적인 위치(level)를 참조(reference)하여, 2차원 작도의 형상 및 치수를 제약시킨다. 이후, 기둥높이의 파라미터를 부여하여 기둥본체를 모델링한다.
상기 기둥의 상부에는 보와 만나는 이음부가 위치한다. 상기 이음부는 상기 기둥에서도 해당되지만 보에서도 해당된다. 이러한 다양하고 복잡한 부재의 조합으로 구성되는 가구식(짜임식) 한옥은 부재접합에 있어 양각과 음각이 서로 짜맞추어지는 결구방식이 일반적이다. 즉, 한옥의 단위부재들은 접합부위에 맞는 양각으로 이루어진 부분과 음각으로 이루어진 부재로 이루어져 있다. 예를 들어, 기둥은 보와의 이음부가 깎여지는 음각이 적용된다면, 보는 기둥이 끼워지는 양각부분을 지니게 된다. 따라서, 상기 실시예 1의 프로세스에 따라 만들어진 이음부의 사괘 및 주먹장을 기둥본체에서 부울연산 기법을 이용하여 제거(remove)해주는 방식으로 기둥의 단위부재파일을 생성(document template)할 수 있는 것이다. 또한, 수평부재로서 보의 역할을 하는 창방은 기둥과는 반대로 양각의 이음부를 지니므로 합치는(add) 부울연산 기법을 활용하여 상기 부재의 라이브러리 파일을 만들 수 있게 된다.
실시예
3: 서까래 및 지붕
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 지붕에 대한 파라미터 정의를 설명하는 도면이다. 도 9를 참조하면, 전통건축의 상부구조인 지붕은 3차원의 곡선형상을 지니고 있으므로, 가상의 공간에서 그 상대적인 위치를 설정하기 위해 측면도리의 수직 및 수평위치를 주요한 참조점(reference plane or points)으로 한다. 상기 참조점을 토대로 생성된 지붕곡선을 일정한 간격으로 등분한 후 생성된 점들을 삽입점으로 하여 서까래부재를 불러들인 후 연관된 파라미터들을 서로 속성연동(powercopy)시켜 한옥지붕을 위한 목구조 틀을 형성시킬 수 있게 된다.
실시예
4:
한옥부재
부재접합
/분리 및
파라메트릭
변형
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 한옥부재의 접합과 분리 및 파라메트릭 변형을 설명하는 도면이다. 도 10을 참조하면, 한옥을 구성하는 개별부재로서의 기둥, 보, 지붕 등에 대한 단위부재파일들이 생성되면, 상기 파일들을 프로젝트 환경에서 불러들인 후 각 부재들의 결구방식에 따른 접합원리에 맞추어 적절한 접합제약조건(assembly constraints)을 부여하여 하나의 건축물로 합칠 수 있게 된다. 또한, 모든 부재들이 서로 파라메트릭 관계로 연결되어 있으므로, 임의의 부재정보를 변경하게 되면 파라미터로 연관되어 있는 관련부재들의 정보가 업데이트되면서 전체 한옥의 형상이 실시간으로 변형되어지는 것을 확인할 수 있다.
Claims (14)
- 파라메트릭 디자인 프로세스(parametric design process)를 이용하여 한옥설계 지원 정보시스템을 구축하되,
(가) 상기 프로세스는 한옥 목구조유형의 디자인 설정인자(design guide elements)를 규정하는 단계;
(나) 한옥부재의 유형화에 의한 파라메트릭 구분 단계;
(다) 상기 한옥부재의 3차원 모델링 데이터를 생성해내는 부분 및 상기 모델링에 필요한 참조정보를 제공하는 부분으로 구분하는 단계;
(라) 상기 한옥부재의 단면형상에 대한 2차원 도면을 작도(sketcher)하는 단계;
(마) 상기 한옥부재의 단면형상에 수직방향의 치수를 부여하여 3차원 형상을 생성(geometry)하는 단계;
(바) 상기 참조정보를 상기 한옥부재의 속성정보와 연동(powercopy)시키는 단계;
(사) 상기 한옥부재의 이음부에 대한 부울연산(boolean operation)을 수행하는 단계;
(아) 상기 이음부 정보가 반영된 상기 한옥부재를 개별 파일단위(parts)로 저장하는 단계; 및
(자) 상기 개별 파일단위를 접합하여 복합부재(products)를 생성하는 단계;
를 포함하되,
상기 참조정보는, 기둥간격(grid), 치수(parameter) 및 수직위치(level)를 포함하고,
상기 치수(parameter)는, 초석높이(a) 및 초석폭(아래)(b)를 입력으로, 기둥높이, 주두높이, 주두1단높이, 장혀높이, 소로높이, 소로1단높이, 소로2단높이, 도리위치, 장혀깊이, 주두사괘깊이, 소로깊이, 초석폭(위), 기둥폭, 창방폭, 사괘폭, 주먹장폭, 보아지폭, 주두폭(아래), 주두폭(위), 장혀폭, 장혀주먹장폭(Y), 장혀주먹장폭(X), 장혀길이모서리, 소로폭(위), Length, 보아지길이(아래), 보아지길이(위), 뺄목길이, 주먹장사괘, 창방길이(X), 창방길이(Y), 도리반지름, 도리뺄목, 도리길이, 도리주먹장폭, 도리주먹장(아래) 및 도리이음부를 출력으로 하는 함수관계로 연산되는 것을 특징으로 하는 파라메트릭 디자인 프로세스를 이용한 한옥설계 지원 정보시스템 구축방법. - 제1항에 있어서,
상기 한옥 목구조유형의 디자인 설정(guide)은, 평면 규모, 입·단면 형상 및 지붕 구조로 설정하는 것을 특징으로 하는 파라메트릭 디자인 프로세스를 이용한 한옥설계 지원 정보시스템 구축방법. - 제2항에 있어서,
상기 평면 규모의 설정인자(element)는, 정면칸수, 측면칸수, 정면간살이간격 및 측면간살이간격으로 규정하고, 상기 입·단면 형상의 설정인자는, 층수, 측면단면평방형식, 측면기둥개수 및 기둥높이로 규정하고, 상기 지붕 구조의 설정인자는, 측면도리수평간격, 측면도리수직간격 및 처마내밀기로 규정하는 것을 특징으로 하는 파라메트릭 디자인 프로세스를 이용한 한옥설계 지원 정보시스템 구축방법. - 제1항에 있어서,
상기 한옥부재의 유형화는, 부재 유닛, 구축재 유닛, 조합 유닛 및 접합부 유닛으로 유형화하는 것을 특징으로 하는 파라메트릭 디자인 프로세스를 이용한 한옥설계 지원 정보시스템 구축방법. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 3차원 모델링 데이터를 생성해내는 부분은, 이음부, 기둥, 창방, 주두, 장혀, 보아지, 도리, 대들보, 중량 및 초석을 포함하는 것을 특징으로 하는 파라메트릭 디자인 프로세스를 이용한 한옥설계 지원 정보시스템 구축방법. - 제6항에 있어서,
상기 이음부는, 뺄목, 도리이음부, 주먹장 및 사괘를 포함하는 것을 특징으로 하는 파라메트릭 디자인 프로세스를 이용한 한옥설계 지원 정보시스템 구축방법. - 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 함수관계는, 상기 기둥높이=a×75, 상기 주두높이= a×0.42, 상기 주두1단높이=a×0.17, 상기 장혀높이=a+장혀주먹장폭(Y), 상기 소로높이=a×0.115, 상기 소로1단높이=a×0.13, 상기 소로2단높이=a×0.14, 상기 도리위치=a×0.068, 상기 장혀깊이=a×0.43, 상기 주두사괘깊이=a×0.16, 상기 소로깊이=a×0.01, 상기 초석폭(위)=b×0.8, 상기 기둥폭=b×0.6, 상기 창방폭=b×0.38, 상기 사괘폭=b×0.15, 상기 주먹장폭=b×0.22, 상기 보아지폭=b×0.22, 상기 주두폭(아래)=b, 상기 주두폭(위)=b×0.92, 상기 장혀폭=b×0.23, 상기 장혀주먹장폭(Y)=b×0.13, 상기 장혀주먹장폭(X)=b×0.08, 상기 장혀길이모서리=b×6.72, 상기 소로폭(위)=b×0.42, 상기 Length=b×0.24, 상기 보아지길이(아래)=b×0.84, 상기 보아지길이(위)=b×1.02, 상기 뺄목길이=b×0.41, 상기 주먹장사괘=b×0.03, 상기 창방길이(X)=b×6.31, 상기 창방길이(Y)=b×0.54, 상기 도리반지름=b×0.27, 상기 도리뺄목=b×0.81, 상기 도리길이=b×6.96, 상기 도리주먹장폭=b×0.08, 상기 도리주먹장(아래)=b×0.54 및 상기 도리이음부=b×0.18인 것을 특징으로 하는 파라메트릭 디자인 프로세스를 이용한 한옥설계 지원 정보시스템 구축방법. - 제1항에 있어서,
상기 수직위치(level)는, 기둥위치(A)를 입력으로, 주두위치, 소로위치, 주두높이, 장혀위치, 창방위치 및 도리위치를 출력으로 하는 함수관계로 연산되는 것을 특징으로 하는 파라메트릭 디자인 프로세스를 이용한 한옥설계 지원 정보시스템 구축방법. - 제11항에 있어서,
상기 함수관계는, 상기 기둥위치(A)=a, 상기 주두위치=A+기둥높이, 상기 소로위치=주두위치+소로높이, 상기 주두높이=주두위치+주두높이, 상기 장혀위치=주두높이-주두사괘깊이, 상기 창방위치=주두위치-소로폭(위), 및 상기 도리위치=장혀위치+도리반지름인 것을 특징으로 하는 파라메트릭 디자인 프로세스를 이용한 한옥설계 지원 정보시스템 구축방법. - 제1항에 있어서,
상기 (아) 단계 및 상기 (자) 단계 사이에, 상기 한옥부재의 변형된 형상정보 데이터를 자동 추출하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파라메트릭 디자인 프로세스를 이용한 한옥설계 지원 정보시스템 구축방법. - 제1항에 있어서,
(차) 디지털 목업(Digital Mock-Up) 기법을 이용하여 한옥을 사전 성형하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파라메트릭 디자인 프로세스를 이용한 한옥설계 지원 정보시스템 구축방법.
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|---|---|---|---|
| KR1020100133760A KR101227723B1 (ko) | 2010-12-23 | 2010-12-23 | 파라메트릭 디자인 프로세스를 이용한 한옥설계 지원 정보시스템 구축방법 |
Applications Claiming Priority (1)
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| KR1020100133760A KR101227723B1 (ko) | 2010-12-23 | 2010-12-23 | 파라메트릭 디자인 프로세스를 이용한 한옥설계 지원 정보시스템 구축방법 |
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| 김재열 외 3명, ‘파라메트릭 기반 한옥부재의 데이터 구조에 관한 기초적 연구’, 한국주거학회 학술발표논문집, 2010년 4월* |
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