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다중목적 최적화 알고리즘 기반 복합커뮤니티공간 디자인 연구
주형일 ( Ju¸ Hyungil ),이우형 ( Lee¸ Woohyoung ) 한국공간디자인학회 2020 한국공간디자인학회논문집 Vol.15 No.6
(연구배경 및 목적) 최근 도시내 유휴부지를 활용하여 녹지공간 및 생활 SOC를 확충하는 복합사업이 진행되고 있다. 이러한 사업의 본질은 도심에 위치한 복합커뮤니티공간으로서 가장 필수적인 환경적 성능을 확보하는 것이다. 이에 본 연구는 부지의 인접 컨텍스트의 영향이 반영된 외부공간과 건축물과의 환경적 최적관계의 중요성에 주목하며, 그 대안으로 최적화 알고리즘을 활용한 복합커뮤니티공간설계안을 제안한다. 이를 위해 특정 조건을 가진 예제를 설정하고, 환경 데이터와 연동된 다수의 조건을 동시에 연산하는 다중목적 유전알고리즘을 적용하여 최적 배치 및 건축물 설계안을 도출한다. (연구방법) 예제로 기존 시설의 철거로 지역의 물리적, 사회-경제적 경계로 남아있는 유휴부지를 선정하고, 일사조건과 연동된 최적 건물배치 및 형태를 중심으로 전체 복합커뮤니티공간에 대한 계획안을 도출한다. 이를 위해 파라메트릭 디자인 툴인 라이노(Rhino), 그라스하퍼(Grasshopper) 그리고 환경분석 에드온(Add-On)인 레이디벅(Ladybug)과 다중목적 유전알고리즘 에드온인 옥토퍼스(Octopus)를 활용한다. 먼저 부지내 일사조건에 대한 환경적 조건을 최적화하는 건축물의 배치 및 형태를 도출한다. 이후 건축물 외피요소인 외부 차양장치에 대한 최적 구성을 도출한다. 공원내 건축물의 위치는 인접 컨텍스트의 영향과 각 건축물간의 관계를, 건축물의 형태는 일사량과 연동된 건물의 향, 외피메스(지붕면 각도 및 장단변비)를 기준으로 하며, 외부차양은 수평, 수직형 차양시스템을 기반으로 각 핀의 크기와 간격에 대한 최적화 연산결과를 도출하여 일사조건에 반응하는 최적 차폐율을 제공한다. (결과) 도출된 설계안은 가장 중심인 건축물의 배치, 형태 및 외피 디자인뿐만 아닌 부지인근 지역사회에 대한 다양한 요구사항과 문제점에 대응하는 도시적, 건축적 제안을 포함하였다. 먼저 도시적 관점에서 부지로 인해 단절된 지역사회의 물리적, 사회적 문제점을 치유하기 위해 지역사회의 요구를 충족시키는 시설과 기능을 제공함으로 지역사회의 사회 통합적 가치를 강화하였다. 건축적 관점에서 최적화 유전 알고리즘으로 도출된 연산결과를 통해 지역시설을 포함한 도시공원의 환경적 성능을 최적화하였다. 추가적으로 기술적 관점에서 기존의 단일목적최적화의 한계를 넘어서는 다중목적최적화를 건축설계과정에 적용하였다. (결론) 환경 데이터를 활용한 다중목적최적화 기술을 건축설계과정에 도입하여 새로운 환경적 관점의 성능중심설계 방법의 가능성을 제시한다. 나아가 본 연구는 진보된 신기술과 건축설계와의 실용적 접목에 대한 선구적인 관점과 역할을 제시하는데 큰 의미를 가진다. (Background and Purpose) Recently, a number of complex projects are underway to expand green spaces and living SOC by utilizing idle lands in the cities. The purpose of these projects is to secure environmental performance that is the most essential requirement for a community complex located in the city center. Therefore, this study focuses on the importance of the environmentally optimal relationship between the exterior spaces, where the influence of the adjacent context is reflected, and the buildings and proposes a community complex design as a counterplan by optimization. To this end, an exemplary site with specific conditions is selected and a multi-objective genetic algorithm that simultaneously computes multiple conditions linked with environmental data is applied to derive an optimal site plan and an architectural design. (Method) As an exemplary site, an idle land that remains as a physical, socio-economic boundary in the communities due to the demolition of old facilities, is selected, and an overall plan for a community complex is drafted based on the optimization process. Rhino, Grasshopper, parametric design tools, Ladybug, an add-on for environmental analysis, and Octopus, an add-on for multi-objective optimization, are used. First, the site plan and architectural form optimized to achieve the optimal environmental conditions for solar radiation within the site are derived. Then, the optimal configuration for the external shading system is derived. The location of the buildings is determined based on the influence of the adjacent context and the relationship between each building; the architectural form is determined based on the orientation of the building linked to the solar radiation and the exterior mass. the exterior shading system is determined based on the optimal shielding rate by the size and spacing of each pin depending on the horizontal and vertical shading systems. (Results) The design included not only the site plan, form and exterior design, but urban and architectural proposals that respond to problems of the communities. First, to resolve the problems which have been cut off by the site, the social integration of the communities were reinforced by providing facilities and functions that would meet the needs of the communities. From the architectural perspective, the environmental performance of the urban park including facilities was optimized by genetic algorithm optimization. From a technical perspective, a multi-objective optimization process that goes beyond the limitations of the existing single-objective optimization. (Conclusions) Multi-objective optimization that utilizes environmental data was introduced into the design process to propose the possibility of a new performance-oriented design method based on an environmental perspective. Furthermore, this study is of great significance in that it proposed a pioneering perspective for practical integration of new technology and architectural design.
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