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배아와 건축 구조의 위상기하학적 유비(類比, analogy)를 응용한 파빌리온 디자인 제안
강우석 ( Kang Wooseok ),채정우 ( Chae Jungwoo ) 한국공간디자인학회 2021 한국공간디자인학회논문집 Vol.16 No.3
(연구배경 및 목적) 모든 동물의 형태는 다양한 분화 과정을 거쳐 복잡한 기관들을 지닌 하나의 개체로 창조된다. 생물체의 형태는 수정란이 수정 직후 분열과 조직화 등의 다양한 상호 작용에 의해 성장하는 기초적 단계를 거쳐 발생한다. 이러한 자연의 모든 대상의 초기 단계에서 형태는 배아 구조와 위상적 동형을 이루고 있다. 이 초기 단계 중 내배엽, 중배엽, 외배엽으로 분화되는 상태의 낭배기 단계(囊胚期, gastrula stage)에서 배아는 생명의 각 조직 기관으로 발생한다. 이와 같이, 배아가 성체로 발생하는 과정 동안에 생명의 동력을 위한 기능의 부여, 형태 및 구조의 발생, 그리고 성장을 유발하는 공간과 시간의 종합적 조절 등이 결정적으로 작용한다. 디자이너가 만들어내는 건축물은 배아의 초기 발생 상태와 유사한 시스템을 내포하고 있다. 건축물의 배아의 창발(emergence)적 과정과 유비적 관계를 파악함으로써, 위상기하학적 건축 동향에 따라 변화하는 담론을 심화하기 위한 새로운 사례의 디자인을 진행한다. 현대의 비정형적이고 유기적인 공간을 재현하기 위해 실제로 현대의 기술을 접목하여 새로운 생물의 발생적이고 동역학적인 공간 디자인 작품 연구를 진행함에 목적을 둔다. (연구방법) 본 연구는 배아가 유연하고 확장하는 발생적 매커니즘의 특징을 활용하여 일시적이고 가변적인 파빌리온의 구조를 계획한다. 첫 번째로 발생 생물학적 관점에서 배아의 분화 개념 및 배아의 배엽 형성의 위상기하학적 특성을 파악하기 위한 선행 연구가 진행되고, 건축의 위상기하학적 맥락과 특성을 파악하여 배아와의 유비(類比, analogy)적 개념 요소를 도출한다. 이 요소들을 적용할 파빌리온의 합목적성을 문헌 연구를 통해 탐구하고 디자인 적용 단계를 진행한다. 선행 연구를 바탕으로 배아의 구조적 요소를 고려한 외피와 구조, 그리고 내부 공간을 설정하여 형태를 구체화한다. 그리고 분화된 각 배엽 층의 기능적 요소에 따른 공간 물성, 프로그램 및 기능을 대입하여 모델링과 렌더링 결과물을 산출한다. (결과) 본 연구는 동물의 진화 과정에서 공통적 요소를 보이는 배아 구조의 발생 생물학적 의미와 이 중 생명 기관의 최초 창발 단계인 낭배기와 건축적 요소 간 유비 관계에 대해 분석하였다. 이는 디자인에 활용하기 위한 비선형적 구조모델, 동역학적 소재, 유기적 공간 프로그램의 기능 등으로 시뮬레이션하고, 실제 현대 기술로 생물의 유기적이고 자체적으로 변화하는 유기적 구조를 대입할 가능성을 제시한다. (결론) 이는 상징적이고 은유적인 형태로서 생물의 외관만을 적용하는 방식의 일차원적 단순성을 지양하고, 생물학에서의 형태 발생, 즉 발생 생물학에 기초한 생물의 자기조직화적 알고리즘으로부터 추출되는 성장, 적응, 진화 매커니즘을 응용하여 건축 자체의 유연한 성질을 지님에 의미가 있다. 더하여, 새로운 현대 공간의 디지털 기술로 이러한 생명의 자체적 적응성을 적용하여 앞으로 생물 발생적 건축의 가능성 확대를 위한 새로운 사례로 활용할 수 있을 것이다. (Background and Purpose) All animals are created for individuals equipped with complex organizations through the differentiation process. Living beings’ formation process emerges from various interactions such as cell division and systematization when the primary embryo stage, which is defined as the topologically same shape. In particular, in the gastrula stage divided into three germ layers known as ectoderm, mesoderm, and endoderm, the embryo is differentiated to each organ. During the process from the embryo to maturity, it decisively requires the supply of functions to sustain its life force, which leads to the emergence of the formative structure, the comprehensive space-time control inducing its growth, and so on. After figuring out the analogical relationship between the architectural structure and the primary embryo, it proceeds to study the dynamic spatial design involved with the life force, aiming for the intensification of topological architecture discourse. (Method) This study propels the design of a pavilion in the public space by utilizing the developmental mechanism of the fluid and replicative embryo. First, after analyzing the initial concept of the embryonic differentiation and formative process with regard to developmental biology, it is investigated for the topological properties of the embryo in the stage to prove that topologically, the torus geometry has the same shape. Second, the comparative study between the embryo’s structure and the space composition of modern architecture deduces the analogical concept. Following the purpose of using the pavilion after the relationship, design application includes structured process experiments for establishing interior, exterior, and connecting space in the pavilion based on the analogical relationship. Material selection on the surface is influenced by dynamics and self-organization features, which results in applying the principle of bimetal, new material to the architecture skin. Lastly, the shape is materialized through the interior program planning, modeling, and rendering with Rhino 3D and Grasshopper. (Results) In conclusion, the result implies that there are common elements among an animal’s embryonic emergence processes regarding the topological perspective. Furthermore, the analogy between biological organism and non-biological structure is practically applied to the pavilion design, which appears to the nonlinear prototype model, kinetic material, and organic space program for another design application. (Conclusions) Instead of the simplicity of the method to copy the appearance of life as a symbolic shape, modern architecture has worked itself through the essential mechanism of biological form and morphogenesis. Thus, due to the new technologies and digital base, it is expected that this independent adaptability of living beings would be used as a new example of the intensified architecture in various ways.
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디젤자동차용 SCR/DPF 촉매의 열적·화학적 열화 특성
강우석(Wooseok Kang),최병철(Byungchul Choi) 한국자동차공학회 2012 한국자동차공학회 학술대회 및 전시회 Vol.2012 No.11
Recent diesel emission aftertreatment system was composed with DOC + DPF + SCR. The complexity of the afterteratment system can be reduced further by a combined system of the DPF coated with SCR. The aim of the study is to simplify the aftertreatment by an implement of the DPF coated with SCR which can obtain simultaneous NOx reduction and PM oxidation. Futher, NOx conversion of DPF coated with SCR after hydrothermal and chemical aging was conducted to know thermal and chemical aging characteristics. Model gas reactor is used to evaluate performance of the catalyst. NOx and NH3 are analyzed by FTIR. As a result of experiment, The activity of the SCR/DPF catalysts after hydrothermal and chemical aging were more superior to the Cu-ZSM-5 based catalyst compare to the CuNb-ZSM-5 based catalyst in which is added Nb precursor in order to do PM oxidation reaction actively.
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강우석 ( Kang Wooseok ),안성모 ( Ahn Sungmo ) 한국공간디자인학회 2024 한국공간디자인학회논문집 Vol.19 No.2
(연구배경 및 목적) 현재의 4차 산업혁명 하에 공간은 시공간의 제약을 벗어나 실시간으로 연결하고 소통한다. 현실 세계에서의 물리적 공간은 인간과 사물, 주변 환경 등의 복잡한 관계망과 함께 역동하는데, 이는 가상적 영역으로 확장하여 나타난다. 공간 디자인 분야 또한 이러한 양상에 상응하여 자체적인 생명을 지닌 지속적 변화의 공간으로 도약한다. 현재 가상과 실제 영역을 연결하는 기술적 보완책으로 다양한 시스템이 개발되며, 특히 디지털 트윈이라는 개념이 여러 분야에서 도입되고 있다. 본 연구는 자체적으로 현실 공간의 복잡한 정보를 가상에 전달하고, 실시간으로 분석하여 역동적으로 진화하는 디지털 트윈의 장점을 공간 형태에 대입하여 새로운 공간의 솔루션을 제공함에 목적을 둔다. 또한 표현적 특성에서 역동적 공간이 지닌 현실적 문제를 개선하고, 가까운 미래의 공간을 예측하여 보완할 수 있는 가능성을 제시함에 가치를 지닌다. (연구방법) 본 연구는 첫째, 역동성의 개념과 대표적 사조에 대하여 문헌조사를 통해 파악하였다. 그리고 디지털 트윈의 개념 및 동향을 조사하여 이 두 개념 간에 관계성을 비교 분석한 뒤 공통적 특성을 도출하였다. 둘째, 디자인 구체화에 필요한 하드웨어 전략과 소프트웨어 전략으로 구분하여 공간의 물리적, 가상적 전략을 도식화하였다. 셋째, 이러한 전략에 최적화된 현대의 스마트오피스 공간에 대한 개념과 동향을 활용하여 디지털 트윈 시스템이 접목된 실제 공간 작품을 도출하였다. (결과) 물리적 구조의 이동성 및 역동성을 부여하기 위한 유닛 구조, 레일, 수직 이동 구조의 형태를 구성하였고, 이는 회사의 복잡하고 유기적인 업무 형태에 따른 군집의 정보를 실시간으로 수집하여 다양한 조형적 형태를 구성할 수 있었다. 또한 디지털 트윈을 활용하여 사용자의 행태에 따라 능동적으로 위치를 조절하며 창의적 소통을 최대화하는 초연결적 공간을 도출할 수 있었다. 최종적으로 하드웨어, 소프트웨어 디자인에 따라 오피스 공간의 업무 효율성 뿐 아니라 창조적이고 유기적인 소통 또한 유도하였다. (결론) 역동적 공간의 단순 형태적 외관 묘사에서 그치지 않는 자체적 적응과 진화의 공간에 대한 하나의 사례를 제시함에 의의가 있다. 또한 형태적 측면과 시스템적 측면이 동시적으로 상응하며 양면적인 솔루션과 방향을 제시한다. 결론적으로, 본 연구는 디지털 트윈과 같은 현대의 가상 시스템을 통한 역동적 공간의 적극적 상용화와 사용자-사물-공간 그리고 주변 환경이 다방면으로 서로 상호 연결하여 능동적으로 약진하는 발생적 공간의 방향성 및 적용성에 기여할 수 있는 가능성을 제시한다. (Background and Purpose) In the era of the Fourth Industrial Revolution, space transcends the constraints of space and time, connecting in real-time and facilitating communication, Physical space in the real world interacts dynamically with complex networks of human beings, objects, and surrounding environments, expanding into virtual realms. In the field of spatial design, it leaps forward as a space of continuous transformation with a life of its own, in response to these trends. Various systems are being developed as technical solutions to bridge the virtual and physical domains, with the concept of the digital twin gaining traction across various fields. This research aims to harness the advantages of dynamic, evolving digital twins that independently convey complex information from real-world spaces and analyze it in real-time, and offer innovative solutions for spatial forms. Furthermore, it addresses practical issues with dynamic spaces and presents the potential to predict and enhance spaces in the near future. (Method) First, this research explores the concept of dynamism and key approaches through literature review. It also investigates the concept and trends of digital twins, comparing and analyzing their relationship with the concept of dynamism in order to extract common characteristics. Second, it diagrams the physical and virtual strategies for space design, differentiating between hardware and software strategies required for design conceptualization. Third, it employs concepts and trends related to modern smart office spaces optimized for these strategies to create actual spatial works integrating digital twin systems. (Results) The research devised unit structures, rals, and vertical mobility structures to impart mobility and dynamism to the physical structure. These structures allowed the real-time collection of cluster information based on the organization's complex and organic work patterns, resulting in diverse forms. Leveraging digital twins, the system could actively adjust positions based on user behavior, maximizing creative communication in highly connected spaces. Ultimately, the hardware and software designs not only improved the efficiency of office spaces but also promoted creative and organic communication. (Conclusions) This research offers a case study of a space that goes beyond a simple description of dynamic space in terms of form and appearance, emphasizing its inherent adaptability and evolution. Also, it proposes an ambivalent direction and solution both morphological and systematic aspects simultaneously. As a result, it presents the potential for the commercialization of dynamic spaces through digital twins and their contribution to the interconnection and progress of generative spaces linking users, objects, space, and the surrounding environment in various ways.
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강우석(Wooseok Kang),최병철(Byungchul Choi),김화남(Hwanam Kim) 한국자동차공학회 2011 한국자동차공학회 학술대회 및 전시회 Vol.2011 No.11
As more stringent regulations of diesel emissions are enforced in many advanced countries, an aftertreatment system advances to a combination system with some kinds of catalysts, then the total volume of catalysts is increased. The aim of this study is to simplify aftertreatment system by implementation of SCR-coated diesel particulate filter(DPF) which can obtain simultaneous NOx reduction and PM oxidation. Model gas reactor is used to evaluate performance of the catalysts. NOx and NH3 are analyzed by FTIR and PM oxidation tests were performed Thermogravimetric Aanalyzer(TGA). The prepared Nb(30%) and Ce(70%) catalyst by impregnation method was loaded on DPF. The catalyst obtained simultaneous reduction of NOx and PM oxidation. NOx conversion was about 70% at 350~450℃ in flow channel DPF coated with NbCe. PM oxidation improved compared to the Cu-ZSM5 catalyst.
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디젤자동차용 SCR/DPF 촉매장치의 De-Nox 특성
강우석(Wooseok Kang),최병철(Byungchul Choi),김화남(Hwanam Kim) 한국자동차공학회 2012 한국자동차공학회 지부 학술대회 논문집 Vol.2012 No.5-2
Selective catalytic reduction(SCR) is expected to be used extensively de-NOx control for diesel vehicle. Recent diesel emission aftertreatment system was composed with DOC+DPF+SCR. The complexity of the aftertreatment system can be reduced further by a combined system of the DPF coated with SCR. The aim of the study is to simplify the aftertreatment system by an implement of the DPF coated with SCR which can obtain simultaneous NOx reduction and PM oxidation. Model gas reactor is used to evaluate performance of the catalysts. NOx and NH3 are analyzed by FTIR and PM oxidation tests were performed a thermogravimetric analyzer(TGA). The maximum NOx conversion was above 70% with Cu-ZSM5 DPF/SCR and Fe-ZSM5 DPF/SCR. NOx conversion was better Cu-ZSM5 DPF/SCR than Fe-ZSM5 DPF/SCR, because it is stronger acidity of acid site of the Cu-ZSM5 DPF/SCR. Both catalysts were not happened oxidation of PM, which oxidized only by a thermal oxidation.
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