메타버스 공간 사례 분석을 통한 효과적인 가상건축 설계 연구

이종섭 고려대학교 공학대학원 2023 국내석사

메타버스 공간 사례 분석을 통한 효과적인 가상건축 설계연구이 종 섭 건축사회환경공학과 지도교수 : 이 경 훈 요약문 본 연구는 메타버스 공간설계에서 필요한 검토 요인 도출 및 실제 사례를 분석하고 이를 통하여 보다 효과적인 공간설계를 제안하기 위한 연구 목적을 가지고 진행하였다. 이러한 연구목적을 달성하기 위하여 본 연구는 제Ⅰ장에서 연구의 목적 및 연구 방법을 밝히고 본 연구와 관련한 분석 준거 틀을 마련하였다. 또한 연구 진행을 위하여 다음과 같은 사례와 범위를 세부적으로 선정하였다. 그리하여 확보한 사례분석을 바탕으로 효과적인 메타버스 공간설계의 아이디어를 얻은 후 이를 바탕으로 이용자 중심의 메타버스 공간 실제 설계안을 제안할 논거의 토대를 마련하였다. 제Ⅱ장은 본 연구와 관련된 의미 있고 중요한 선행연구들을 이론적으로 고찰하였다. 메타버스 개념과 관련하여 2007년 미국 코넬 대학 교수 로버트 블룸필드(Robert Bloomfield)를 참고하고 그가 분류한 메타버스 4가지 유형의 플랫폼을, 증강현실, 라이프로깅, 미러월드, 가상세계, 본 연구의 핵심 분류 기준으로 활용하였다. 특히, 증강 현실(Augmented Reality; AR) 및 혼합 현실(Mixed Reality; MR)의 적용이 가상현실의 발전을 압도하고, 일부에서는 인공지능(Artificial Intelligence; AI) 시스템으로 구현되는 가상세계가 인간의 실제 경험을 확장하고 현실을 더 이해하기 쉽고 흥미롭게 만들어 궁극적으로 일상에 대한 여러 문제를 개선할 것으로 전망되고 있다. 이에 본 연구는 ’증강현실‘을 기반으로 보다 효과적인 가상공간 설계를 모색하였다. 제Ⅲ장은 본 연구의 목적을 논거하는 사례 선정 및 분석 기준의 서술하였다. 이를 위하여 본 연구에서는 이 중에서 가상세계에 해당하는 사례를 분석 대상으로 하였다. 본 연구가 수행한 사례분석은 물리적 환경, 공간 컴퓨팅(Spatial Computing), 초월성, 현전감(Presence), 자율성을 기준을 사용하였다. 이러한 개념들을 바탕으로 본 연구는 실제 사례 분석으로 국내 사례 2개와 해외 사례를 대상으로 하였다. 국내 사례인 로블록스 서울시 ‘따릉이 교육장’은 서울시설공단과 2021년 메타버스 플랫폼 로블록스가 2021년 서울시 공공자전거 '따릉이'의 가상교육장을 구축한 것이다. 이는 주로 10대가 주로 이용하는 메타버스 플랫폼 로블록스에 3D 콘텐츠의 따릉이 안전교육장와 홍보관을 구현한 것이며 사용자의 접근성을 무엇보다 고려한 것이었다. 그러나 가상세계는 사람들이 다른 사람들이 그들과 함께 있고 상호 작용할 수 있는 것으로 경험하는 지속적인 가상 환경이다(Schroeder, 2008). 가상 환경과 가상 현실 기술이 "사용자(또는 사용자)가 실제 환경이 아닌 다른 환경에 존재하는 느낌을 갖도록 허용하거나 강요하는 컴퓨터 생성 디스플레이"로 정의된다는 점에서 자율성이 강조된다. 하지만 ‘따릉이’ 사례에서는 사용자의 능동적인 경험이 극히 제한적인 분석결과가 나왔다. 다음 국내 사례는 가상전시 공간 ‘믐(MEUM)’이다. 가상전시공간 ‘믐’은 물리적인 제약을 해소하고 개인의 고유 전시공간을 향유하는 것을 목표로 제시된 프로젝트이다. 코로나19로 다양한 오프라인 문화예술공간에 방문객의 발길이 끊기면서 많은 전시관, 갤러리가 어려움을 겪게 되었다. 이때 ‘주식회사 믐’은 예술 작가들이 창작물을 전시하고 홍보할 수 있도록 메타버스를 이용한 온라인 3차원(3D) 전시장을 운영하였다. '믐' 사용 작가는 기본으로 작품을 20개까지 업로드할 수 있으며, 그 이상 작품을 설치할 경우 ‘포도’를 통해서 인벤토리를 확장해야 한다. 이러함에 '믐'은 소비자가 만들어가는 전시가 주목표로, 비용 없이도 전시공간을 이용할 수 있게 함으로써 소비자가 작가가 되고 또 소비자가 되는 순환과 공유 목표를 지향하는 것을 알 수 있다. 한편 해외 사례는 ‘제페토 월드’을 1차와 2차로 분리하여 사례분석하였다. 이유는 제페토 월드 1차와 2차가 많은 점에서 그 차이를 보이고 있기 때문이었다. 제페토 월드 내 시각적 세계는 현실에서의 월드와 동일하다. 서울에서 개최된 전시공간을 그대로 구현하여 물리적 공간, 3차원 구현과 현실감이 매우 높게 나타나는 특징을 지녔다. 좀 더 구체적으로 구찌의 제페토 월드는 1차와 2차의 성격에서 차이가 발생하는데, 1차는 게임과 아바타 장식, 구매 등의 활동에 초점을 맞춘 반면 2차는 전시공간의 체험에 중심을 두었다. 1차의 경우 물리적 환경, 공간 컴퓨팅, 초월성, 현존감, 자율성 모두에서 극단적으로 치우친 경향보다, 고른 특징을 보여준다. 다만, 시각적 기술력이 높고 사용자의 즐거움과 흥미를 유발할 수 있는 콘텐츠를 채우는 데 중점을 두었기 때문에 몰입감을 높여 현존감으로 연결될 여지가 있다고 판단된다. 2차의 경우 오프라인에서 개최한 전시를 그대로 가상에 구현하여 초월성을 높였다. 사용자는 현실과 가상공간을 넘나들며 초월성을 느낄 수 있었다. 제Ⅳ장은 본 연구의 목적을 수행하기 위하여 메타버스 건축‧설계의 계획과 실제를 서술한 장이다. 본 연구가 특히 주목하는 바는 ‘증강현실’이다. 증강현실이란 외재적 세계의 증강 형태로, 위치 인식시스템과 네트워크를 활용하여 개인의 현실공간을 확장한다(Smart, Cascio, & Paffendorf, 2007). 인간이 인식하는 현실공간에 가상의 2D/3D 물체를 겹쳐 보이게 하여 상호작용하는 환경을 제공하는 것으로, GPS를 활용한 위치정보에 마커(marker)와 시스루(see-through) 등을 활용한다(Aladin et al., 2020; Kim et al., 2020). 이러한 가상공간의 건축‧설계는 각 산업의 특성에 따라 다양한 양태로 전개되고 있다. 실제 공간설계 계획안은 가장 최근의 흐름을 반영하였다. 본 연구를 진행하고 있는 2022년 12월 현재, 메타버스는 이제 시대의 대세이며 필이다. 이러한 시대 흐름 속에서 본 연구가 목표하는 건축공간은 ‘재택근무를 통한 업의 공간’이다. 여기서 ‘협업’이란 반드시 모든 구성원들이 모여서 함께 작업을 해야 하는 업종이 아니다. ‘독립성’을 기반으로 하여 한 회사의 구성으로서 협업을 해야하 디자인 관련 업종이다. 이에 관한 본 연구의 상세 서술을 위하여 먼저 본 연구자가 각하는 메타버스 건축‧설계에 반드시 검토되어야 하는 요소는 다음과 같다. 메타버스 구현의 미래 가능성을 논의한 Dionisio와 Gilbert(2013)에 따르면 가상공간 설계의 중심 구성 요소는 네 가지 기능에 집약된다. 즉 리얼리즘, 유비쿼티(Ubiquity), 상호 운용성, 확장성을 갖추어야 한다. 나아가 효과적인 가상공간 건축‧설계를 위한 핵심 요인 지표로 본 연구는 다음과 같은 4가지 요인을 도출하였다. 첫째, 가상공간 주 사용자 연령대의 니즈를 구체적으로 파악해야 한다. 둘째, 가상공간 안에서 사용자가 현실을 대체할 목표를 세분화해야 한다. 셋째, 메타버스 가상공간 내 ‘비즈니스 생태계’ 중요성을 검토해야 한다. 넷째, 메타버스 내 가상공간 건축 설계 점검표를 작성하는 것이다. 이에 본 연구는 제Ⅳ장 3항에서 ‘증강현실(AR)’을 바탕으로 한 가상공간 실제 건축‧설계 계획하였다. 이를 위해 본 연구자는 가장 먼저 ‘테마’를 설정하였다. 그리고 상기 검토한 가상공간 내에 필요한 검토 요소를 작성하였다. 테마는 코로나19 팬데믹 확산으로 불가피하게 확산되는 비대면 근무환경을 설정하였다. 본 연구는 이러한 설정하에 원격 재택근무의 개념을 넘어, 가상공간에서 보다 효율적인 업무환경을 조성하고, 해당 비대면 조직구성원들의 효율적 업무 완수를 목표로 가상공간 건축‧설계안을 제시하고자 하였다. 본 연구가 제시하는 메타버스 가상공간 설계 계획안은 본 연구의 Ⅲ장 사례 분석에 포함되지 않은 ‘사무환경 구축’이다. 물론 비대면 사무환경 구축은 기존에 어느 정도 이루어져 있다. 하지만 기존에 구축된 비대면 사무환경 구축은 Ⅲ장 사례 분석의 가상공간 설계환경과 대개 동일하다. 이에 본 연구자는 Ⅲ장 사례 분석 결과를 바탕으로 더욱 발전된 ‘증강현실(AR) 글래스를 착용한 확장현실(XR) 환경의 비대면 사무환경’이라는 가상공간 설계 구축을 목표로 설정하였다. 이러한 본 연구와 관련 문준식(2014)은 가상현실(VR)을 “컴퓨터로 구현한 환경, 상황을 모의실험(simulate)하는 것 이외에 실질적으로 구축될 공간의 사용자가 가상으로 구현된 공간에서 마치 실제 상황이나, 환경에서 경험하는 것과 같은 느낌을 가지게 하는 것”으로 정의하였다. 또한 그는 가상현실 헤드셋 적용과 그 가능성에 관하여 연구하면서, 설계 도구로써, 다양한 대안들을 기존에 물리적 모델과 동일하게 간접적으로 체험해볼 수 있어, 설계 시간은 물론 기존 비용에 비해 경제적으로 훨씬 더 감소할 것이라 예측하였다. 또한 건설회사에서 모델하우스, 시공단계에서 설계도면의 이해를 증진, 클라이언트의 공간에 대한 이해증진, 디자인 과정에서 협업을 위한 도구로서도 활용가능할 것으로 예측하였다. 문준식(2014)의 예측처럼 현재 증강현실(AR) 글래스 기술은 매우 비약적이며 빠른 속도로 발전하고 있다. 2022년 9월, 중국 스타트업 기업이자 ‘AR 글래스’ 분야 세계시장에서 선두를 달리며 한국 시장 “AR 글래스 점유율 81%”를 확보한 <Nreal>이 ‘Nreal Air’ 제품을 출시했다. 2022년 12월 현재 자사 홈페이지와 쿠팡 등 쇼핑업체들을 통해 대중에 판매하고 있다. 이것으로 본 연구가 실제 계획하는 증강현실(AR)의 기술적 토대는 기본적으로 마련되어 있다고 판단한다. 본 연구는 실제 건축‧설계를 하기에 앞서 먼저 테마를 설정하였다. 테마는 ‘코로나19 확산으로 인한 메타버스 가상공간 비대면 사무 환경 구축’이다. 이러한 테마 설정은 2022년 12월 현재도 코로나19의 위력이 여전하기 때문이다. 또 기존에 코로나19로 인하여 재택근무 및 원격근무를 시행하였던 글로벌 기업들의 경우 그 장점이 우수함을 이해하고 그 업무 범위를 더욱 더 확장하고 있다. 다음으로 본 연구는 가상공간 건축‧설계의 목표를 ‘200명 규모의 1인 전용 가구(家具) 디자인 회사’로 설정하였다. 아울러 공간설계에 있어 회사의 사무실은 물론 그 회사 구성원이 생활하는 편의공간으로까지 그 공간의 범위를 확장하였다. 현재 대한민국 가구의 약 1/3이 1인 가구이다. 그리고 이것은 비단 한국만이 아닌 세계적인 추세이기도 하다. 그러므로 1인 가구(家具)는 매우 다양한 제품에 걸쳐 그 수요가 급증할 것이기 때문이다. 이 과정에서 ‘디자인’ 업종의 특성상 각 디자너이들이 굳이 한 회사의 한 사무실에 머물며 공동작업을 해야할 필요는 없다. 오히려 그것은 비효율적이다. 각 디자이너들의 디자인 설계와 계획에 따라 회사 밖은 물론 세계 곳곳을 방문하여 실태를 조사할 필요도 있다. 그리고 자신이 설계한 가구를 입체적으로 회사 구성원들에게 시연하여야 할 필요도 있다. 그러므로 디자인 업종 회사의 경우, 실제 몸은 어디에 있든 불문하고, 가상공간의 사무실 그리고 사무실을 중심으로한 부대시설 등이 설계된 공간을 이용하는 것이 훨씬 더 효율적이라 할 수 있다. 나아가 이러한 사무환경에 효율성을 더 높이기 위하여 단지 2D 화면으로 참여하는 것이 아닌, 3D 화면, 즉 확장현실(XR) 환경 속의 가상공간을 활용하는 것이 특히 몰입감 및 현전감 면에서 매우 효율적이며 보다 능동적인 활동을 이끌어 낼 수 있기 때문이다. 본 연구가 제시한 상기 계획안은 현재의 기술력으로도 충분히 실현가능한 사례이며 효율성 및 투자 대비 이윤 창출 면에서도 그 효과가 충분하리라 예상된다. 현재 시대는 MZ세대를 중심으로, 메타버스 기술을 중심으로 매우 빠르게 변화하고 있으며 또 확산되고 있다. 글로벌 IT 기업들은 메타버스 활용 및 투자에 매우 적극적으로 나서고 있다. 향후 이러한 메타버스 건축‧설계 시장에 치열한 경쟁과 발전이 있을 것이라는 것은 명약관화한 사실이다. 그러므로 새로운 미래 산업인 메타버스 산업기반 조성과 미래의 가치 창출을 위하여 기업은 물론 정부 차원에서도 전폭적인 관심과 지원이 있어야 할 것이다. 메타버스가 성숙함에 따라 메타노믹스의 경제 규모는 커지며, 현실 공간에서 제조업과 마케팅까지, 가상공간에서 엔터테인먼트와 다중정체성의 일반화까지, 현실과 가상의 융합에서 교육과 여행까지 확장될 것이다. 이는 도시와 도시의 연결, 도시와 국가의 연결, 나아가 지구의 연결로 확장될 것이다. 그럼에도 아직 완벽한 몰입을 유발하기 위한 디스플레이 기술, 웨어러블 기기의 기술력 등에 대한 한계가 존재하는 것은 사실이다. 공간 설계뿐 아니라 기술, 프로그래밍, 사용자의 감각 및 심리적 반응 등 다각적 차원에서 연구가 수행되어야 하며, 각 학문 분야 간 융합 연구가 요구된다. 핵심어 : 메타버스, 가상건축설계, 증강현실(AR), 확장현실(XR), 재택근무, 원격근무 A Study on Effective Virtual Architecture Design through Metaverse Space Case Analysis by Jong Seop Department of Civil, Environmental and Architectural Engineering under the supervision of Professor : Kyung Hoon Lee Abstract This study was conducted with the purpose of deriving review factors necessary for metaverse space design, analyzing actual cases, and proposing more effective space design through this. In order to achieve this research purpose, this study clarified the purpose and research method of the study in Chapter 1, and prepared a framework for analysis related to this study. In addition, the following cases and scopes were selected in detail for the progress of the study. Based on the case analysis obtained, the idea of ​​effective metaverse space design was obtained, and based on this, the basis for the argument to propose a user-centered metaverse space design was prepared. Chapter Ⅱ theoretically reviewed meaningful and important preceding studies related to this study. Regarding the metaverse concept, refer to Robert Bloomfield, a professor at Cornell University in the United States in 2007, and classify four types of metaverse platforms he classified: augmented reality, lifelogging, mirror world, virtual world, and the core classification of this study. used as a criterion. In particular, the application of augmented reality (AR) and mixed reality (MR) overwhelms the development of virtual reality, and in some cases, the virtual world implemented by artificial intelligence (AI) systems It is expected to expand experiences and make reality more comprehensible and interesting, ultimately improving many problems of everyday life. Therefore, this study sought a more effective virtual space design based on 'augmented reality'. Chapter III describes the case selection and analysis criteria that support the purpose of this study. For this purpose, in this study, cases corresponding to the virtual world were analyzed. The case analysis conducted in this study used physical environment, spatial computing, transcendence, presence, and autonomy as criteria. Based on these concepts, this study targeted two domestic and overseas cases as an actual case analysis. In the case of Roblox Seoul’s ‘Dtareungi Training Center’, a domestic case, the Seoul Facilities Corporation and the 2021 metabus platform Roblox built a virtual training center for the public bicycle ‘Dtareungi’ in 2021. This is a metabus platform mainly used by teenagers, Roblox, which implements 3D contents of the Ttareungi safety training center and PR center, and considered user accessibility above all else. However, virtual worlds are persistent virtual environments in which people experience others as being present and able to interact with them (Schroeder, 2008). Autonomy is emphasized in that virtual environments and virtual reality technologies are defined as “computer-generated displays that allow or force the user (or users) to have the feeling of being in an environment other than the real one.” However, in the case of ‘Ttareungyi’, the active experience of users was extremely limited. The next domestic case is the virtual exhibition space ‘MEUM’. The virtual exhibition space 'Meon' is a project presented with the goal of relieving physical limitations and enjoying an individual's unique exhibition space. Due to COVID-19, many exhibition halls and galleries suffered difficulties as visitors stopped visiting various offline cultural and art spaces. At this time, ‘Meon Co., Ltd.’ operated an online 3-dimensional (3D) exhibition hall using metaverse so that artists could display and promote their creations. Artists who use 'Myeon' can upload up to 20 works by default, and if more works are installed, the inventory must be expanded through 'Grape'. In this sense, 'Beon' is aimed at the circulation and sharing goal of consumers becoming artists and consumers again by making exhibitions made by consumers as the main goal, allowing them to use the exhibition space without cost. Meanwhile, for overseas cases, 'ZEPETO World' was analyzed by separating the first and second cases. The reason is that there are many differences between the 1st and 2nd ZEPETO World. The visual world in ZEPETO World is the same as the real world. By implementing the exhibition space held in Seoul as it is, it has the characteristics of a physical space, three-dimensional realization, and a very high sense of reality. More specifically, Gucci's Zeppetto World differs in the nature of the 1st and 2nd. The 1st focused on activities such as games, avatar decorations and purchases, while the 2nd focused on the experience of the exhibition space. In the case of the first order, it shows even characteristics rather than extreme biases in all of the physical environment, spatial computing, transcendence, presence, and autonomy. However, since the visual technology is high and the focus is on filling the content that can arouse the user's enjoyment and interest, it is judged that there is room for it to be connected to a sense of presence by increasing the sense of immersion. In the case of the second exhibition, the exhibition held offline was implemented virtually as it is, enhancing transcendence. Users could feel transcendence by crossing the real and virtual space. Chapter Ⅳ describes the plan and practice of metabus architecture and design to carry out the purpose of this study. What this study pays special attention to is ‘augmented reality’. Augmented reality is an augmented form of the external world, which uses a location recognition system and network to expand an individual's real space (Smart, Cascio, & Paffendorf, 2007). It provides an interactive environment by superimposing virtual 2D/3D objects on the real space recognized by humans, and utilizes markers and see-through for location information using GPS (Aladin et al., 2020; Kim et al., 2020). The architecture and design of these virtual spaces are being developed in various ways according to the characteristics of each industry. The actual space design plan reflected the most recent trend. As of December 2022, when this study is being conducted, the metaverse is now the trend and feel of the times. In this trend of the times, the architectural space that this study aims for is 'the space of work through telecommuting'. Here, ‘collaboration’ is not necessarily an industry in which all members must gather and work together. It is a design-related industry that needs to collaborate as a composition of a company based on 'independence'. For the detailed description of this study, the elements that must be reviewed in the metabus architecture and design that this researcher rejects are as follows. According to Dionisio and Gilbert (2013) discussing the future possibilities of metaverse implementation, the central components of virtual space design are concentrated in four functions. In other words, it should have realism, ubiquity, interoperability, and scalability. Furthermore, as key factor indicators for effective virtual space architecture and design, this study derived the following four factors. First, it is necessary to specifically identify the needs of the age group of the main users of virtual space. Second, within the virtual space, users should subdivide the goal to replace reality. Third, the importance of the ‘business ecosystem’ within the metaverse virtual space should be reviewed. Fourth, to create a virtual space architectural design checklist in the metaverse. Therefore, in this study, the actual architecture and design of virtual space based on 'augmented reality (AR)' was planned in Chapter IV, Paragraph 3. To this end, this researcher first set up a 'theme'. In addition, necessary review elements were created in the reviewed virtual space. The theme set a non-face-to-face working environment that inevitably spreads due to the spread of the COVID-19 pandemic. Under these settings, this study aims to create a more efficient work environment in virtual space, beyond the concept of remote telecommuting, and present a virtual space architecture and design plan with the goal of efficiently completing work for the members of the non-face-to-face organization. The design plan for the metabus virtual space proposed by this study is the ‘establishment of office environment’, which is not included in the case analysis in Chapter Ⅲ of this study. Of course, the non-face-to-face office environment has been established to some extent. However, the existing non-face-to-face office environment construction is mostly the same as the virtual space design environment of the case analysis in Chapter Ⅲ. Therefore, based on the results of the case analysis in Chapter Ⅲ, this researcher set the goal of constructing a virtual space design called 'a non-face-to-face office environment in an extended reality (XR) environment wearing augmented reality (AR) glasses'. Moon Jun-sik (2014) related to this study describes virtual reality (VR) as “a computer-implemented environment and situation, in addition to simulating a situation, the user of the space to be actually constructed looks like a real situation in a virtually implemented space. However, it is defined as “to have the same feeling as experienced in the environment”. In addition, while studying the application of virtual reality headsets and their possibilities, as a design tool, he can indirectly experience various alternatives in the same way as existing physical models, which will reduce design time as well as economically compared to existing costs. predicted. It is also predicted that construction companies can use it as a model house, to improve understanding of design drawings in the construction stage, to improve the client's understanding of space, and to be used as a tool for collaboration in the design process. As predicted by Jun-sik Moon (2014), the current augmented reality (AR) glass technology is very rapid and developing at a rapid pace. In September 2022, <Nreal>, a Chinese start-up company and leader in the global market for ‘AR glasses’ and securing an “81% share of AR glasses” in the Korean market, launched the ‘Nreal Air’ product. As of December 2022, it is selling to the public through its website and shopping companies such as Coupang. With this, it is judged that the technical foundation of the augmented reality (AR) that this study actually plans is basically prepared. In this study, the theme was set prior to actual architecture and design. The theme is ‘establishing a non-face-to-face office environment in the metabus virtual space due to the spread of Corona 19’. This theme setting is because the power of Corona 19 is still present as of December 2022. In addition, in the case of global companies that have previously implemented telecommuting and telecommuting due to COVID-19, they understand that the advantages are excellent and are further expanding the scope of their work. Next, this study set the goal of virtual space architecture and design to be a single-person furniture design company with 200 employees. In addition, in space design, the scope of the space was expanded to include not only the office of the company but also the convenience space where the members of the company live. Currently, about one-third of households in Korea are one-person households. And this is a global trend, not just Korea. Therefore, single-person households will see a surge in demand across a wide variety of products. In this process, due to the nature of the ‘design’ industry, it is not necessary for each designer to stay in one office of one company and collaborate. Rather, it is inefficient. Depending on the design and plans of each designer, it is necessary to visit not only outside the company but also around the world to investigate the actual situation. In addition, there is a need to demonstrate the furniture designed by oneself to company members in three dimensions. Therefore, in the case of companies in the design industry, regardless of where the physical body is located, it can be said that it is much more efficient to use the space where the virtual space office and auxiliary facilities centered on the office are designed. Furthermore, in order to further increase the efficiency of such an office environment, it is very efficient and more active in terms of immersion and presence to utilize a 3D screen, that is, a virtual space in an extended reality (XR) environment, rather than just participating in a 2D screen. because it can lead to. The above plan proposed by this study is a case that can be fully realized with the current technology, and it is expected that the effect will be sufficient in terms of efficiency and profit creation compared to investment. The current era is changing and spreading very rapidly, centered on the MZ generation and metabus technology. Global IT companies are very active in utilizing and investing in the metabus. It is a clear fact that in the future, there will be fierce competition and development in the metabus architecture and design market. Therefore, there should be full interest and support from the government as well as companies in order to create a foundation for the new future industry, the metabus industry, and create future value. As the metaverse matures, the economic scale of metanomics will grow, expanding from real space to manufacturing and marketing, from virtual space to entertainment and generalization of multiple identities, and from the convergence of real and virtual to education and travel. This will expand to the connection between cities, cities and countries, and furthermore, the connection of the earth. Nevertheless, it is true that there are still limits to display technology and wearable device technology to induce perfect immersion. In addition to space design, research should be conducted in various dimensions such as technology, programming, and users' sensory and psychological responses, and convergence research between each discipline is required. Key words: metaverse, virtual architectural design, augmented reality (AR), extended reality (XR), telework, remote work

실험실 안전환경 조성에 관한 건축공간 연구 : 화학계열 연구소 및 KIST 사례를 중심으로

김정남 고려대학교 공학대학원 2022 국내석사

실험실 안전환경 조성에 관한 건축공간 연구 : 화학계열 연구소 및 KIST 사례를 중심으로 현대사회는 국가과학기술 역량이 곧 국가경쟁력이 되는 환경에 놓여있다. 한국은 1966년 최초의 종합연구기관인 한국과학기술연구원(KIST)을 정부출연연구기관으로 설립하고 국가 주도의 연구 활동을 시작하였다. 현재 한국의 연구개발비 투자 규모는 세계 5위 수준으로 평가되고 있다. 하지만 급격한 과학기술의 성장과는 달리 연구현장의 안전문화는 연구개발투자에 비례하지 못했다. 2005년에서야 관련 법령으로 ‘연구실 안전환경 조성에 관한 법률’이 제정되어 연구현장 안전에 기초적인 법적 보호장치가 되고 있다. 또한, 2021년 ‘중대재해 처벌 등에 관한 법률’의 제정으로 연구현장뿐만 아니라 산업 전반에 대한 안전의식의 중요성이 강조되고 있다. 연구현장에서는 안전점검, 교육, 평가, 규제강화 등 다양한 시도가 이루어지고 있으나 안전사고는 감소하지 않고 있다. 출연(연) 산재 조사표에 따른 자료 분석에서는 사고의 원인으로 부주의와 보호구 미착용이 전체에 약 60%로 높은 비율을 보였다. 따라서 사고 예방을 위한 인간행동 기반제어와 인간공학적 접근이 강조되는 상황이다. 특히, 연구자의 잠재된 위험 행위를 감소시킬 수 있는 건축적 대안을 찾아보는 노력과 연구가 필요하다. 그동안 연구소 건축에 관해 다각도의 선행연구가 있었지만, 건축적 시각에서 실험실 안전을 연구한 내용이 많지 않았다. 실제 연구현장에서 연구시설 안전은 어떻게 진화하고 있었는지 자료가 부족하였다. 따라서 종합연구기관으로 가장 오랜 연구소 운영 경험이 있는 KIST를 대상으로 1966년부터 현재까지 연구동 건설 사례를 토대로 연구소 평면 유형의 변화를 조사하고 해외사례들과 비교하여 안전의식의 변화가 연구소 건축계획에 어떻게 반영되었는지 살펴보았다. 연구소 평면 유형은 크게 세 가지 관점에서 검토된다. 첫 번째는 실험실과 사무실의 분리, 두 번째는 실험실 공간구성에서 안전공간의 조성, 마지막으로 연구자들 간의 소통과 협업을 위한 공간구성이다. 연구자들의 원활한 소통환경은 또 다른 안전사고의 예방으로 볼 수 있다. 첫 번째 실험실과 사무실의 공간 분리는 최초 1960년대 KIST 연구소에서는 분리개념이 명확하지 않다. 최근 들어 공간 분리를 시도하고 있으나 실제 사용자들은 편의성을 강조하며 혼재되어 있어 연구자 안전은 계속 위협받고 있다. 이러한 현상에는 편의성과 공간 부족 문제가 함께 있다. 동일층에 실험실과 근접하고 적정 공간 소요를 반영하여 사무실을 공급하는 평면 유형을 연구했다. 두 번째 실험실의 진입부에 개인보호장구(PPE) 공간 개념이 매우 드물게 나타나며 현장에서는 실험 품질을 위해 착용하는 경우가 대부분으로 개인의 안전을 위한 의식적 노력이 부족했다. 따라서 넛지(Nudge) 개념을 도입한 PPE를 위한 ANTEROOM을 계획하고 표준화하는 연구가 있었다. 마지막으로 최근 융합되고 있는 연구 분야는 다양한 구성원의 소통과 우연한 만남을 촉진할 수 있는 공간구조가 요구된다. 실험공간과 사무공간의 분리는 안전을 목적으로 하지만 연구공간과 사무공간 그리고 공용공간과의 연계를 통해 융합연구를 활성화하는 노력이 필요하다. 특히 창의적인 연구환경 조성을 위해 채광과 환기가 쾌적한 공간계획은 실험실과 수평적 관계 속에서 찾아내는 노력이 필요했다. KIST 연구현장의 누적된 경험치와 선행연구자료 그리고 해외사례를 참고하여 기본모듈을 계획하고 통합된 연구공간 UNIT을 제안했다. 최근 연구개발 활동에 많은 투자가 이루어지고 있지만, 실제 설계자가 연구소를 설계하는 경험은 많지 않다. 관련 기술의 누적도 어려운 환경임을 고려한다면 연구소 건축에서 실험실 안전과 건축계획에 대한 지속적인 관심과 연구가 필요하다. 그런 관점에서 본 연구가 연구소 건축에서 안전분야에 대한 설계기초자료로 활용될 수 있을 것이다. 키워드 : 연구소건축, 화학계열연구소, 평면유형, 실험실안전, 안전요소, 소통공간, KIST 사례연구, 연구소설계, 흄 후드, 안전지역, 개인보호장구, PPE, anteroom

Energy regeneration 기반의 친환경 건설 리프트 및 운영 모델

이명도 高麗大學校 大學院 2014 국내박사

최근 건설현장의 환경부하량에 대한 심각성이 인식되고 있으며 건설 활동을 통해 발생되는 환경부하에 대응하기 위한 친환경적 접근이 요구되고 있는 실정이다. 건설현장에서 환경부하를 발생시키는 주요 원인은 크게 화석연료와 전력의 사용으로 구분할 수 있으며 이는 대부분 건설 장비의 운용을 통해 발생되고 있다. 따라서 건설장비의 운용에 따른 화석연료와 전력의 소비량을 저감시킬 수 있는 친환경 전략이 필요한 시점이며, 이를 통한 친환경 장비의 개발은 시급한 과제라 할 수 있다. 현재의 친환경 건설장비는 주로 토목공사용 장비를 대상으로 개발되고 있다. 이러한 친환경 장비는 기존 장비의 구동부에 에너지 재생 개념을 적용한 것으로서 화석연료의 소비를 저감시켜 현장의 친환경화에 기여하게 된다. 이러한 에너지 재생 개념은 기존 장비를 친환경화하는 대표적인 친환경 전략으로서, 하이브리드 굴삭기, 덤프트럭, 휠로더 등 다양한 토목공사용 장비에 적용되어 가시적인 효과를 얻고 있다. 그러나 화석연료의 사용과 함께 현장의 가장 큰 환경부하의 원인이 되는 전력 소비에 대한 대응은 현재 전무한 실정이다. 현장의 전력소비는 건설용 리프트, 타워크레인 등 대형 건축공사용 장비에 의해 주로 발생되고 있으나 이를 대상으로 한 친환경 전략은 고려되지 못하고 있다. 특히 최근 건축물의 고층화, 대형화 추세를 고려하였을 때, 건설용 리프트, 타워크레인 등 건축공사용 장비의 전력소비량은 더욱 증가할 것으로 예상된다. 따라서 건축공사용 장비를 대상으로 한 친환경 전략의 적용이 필요한 시점으로 판단된다. 에너지 재생 개념은 건축공사용 장비, 특히 건설용 리프트의 친환경화를 위한 좋은 대안이 된다. 위치 에너지 및 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하는 에너지 재생 개념은 건설용 리프트에 적용될 경우 리프트의 운영 특성상 에너지 저감 효율이 클 것으로 판단되며, 건설용 리프트는 주 구동원이 전동기이기 때문에 에너지 재생 개념의 적용할 경우에도 기존 리프트의 구동부 변경을 최소화 할 수 있기 때문이다. 또한 양중장비라는 건설용 리프트의 특성상 리프트의 구동효율을 향상시킬 수 있는 운영 대안이 마련된다면 리프트의 전력소비를 저감할 수 있는 또 다른 친환경 전략이 될 수 있을 것이다. 이러한 운영 대안은 에너지 재생 개념의 적용 효과를 향상시킬 수 있으며, 동시에 리프트의 양중효율을 높일 수 있는 방안이 될 것이다. 따라서 본 연구에서는 건설현장의 환경부하 저감을 위한 친환경 건설 리프트 및 운영 모델을 개발하였다. 친환경 건설 리프트의 개발을 위해 건설 현장과 건설용 리프트의 특성을 고려하여 에너지 재생 개념을 적용하기 위한 건설용 리프트의 설계고려사항을 도출하였다. 이를 바탕으로 친환경 건설 리프트의 프로토 타입을 개발하였으며, 즉시 현장 적용이 가능하도록 반복적인 시험운행을 통해 프로토 타입의 적용성을 검증하였다. 또한 운영 모델의 개발을 위해 리프트 운행 기록 장치를 통해 기존 리프트의 운행 특성을 분석하였으며 이를 통해 리프트의 전력 소비를 저감할 수 있는 운영 대안을 수립하고 유전 알고리즘을 적용하여 운영 대안을 최적화 하였다. 친환경 건설 리프트 및 운영 모델은 실제 건축 프로젝트에 현장 적용하여 리프트의 설치부터 해체시까지 총 10개월의 현장 적용을 실시하였다. 적용결과 기존 리프트 소비 에너지 대비 55.5%의 에너지를 저감하는 것으로 나타났으며, 약 54~58%의 꾸준한 에너지를 저감 성능을 가진 것을 확인하였다. 또한 경제성 분석 결과 손익분기점이 약 2년 이내로서 친환경 리프트가 충분한 현장 적용성을 확보하고 있는 것을 확인하였다. 본 연구를 통해 개발된 친환경 리프트 및 운영 모델은 건설현장의 전력소비량을 저감시킬 수 있는 최초의 대안을 제시한 것으로서, 직접적인 환경부하량 저감을 실현하면서 경제성을 확보한 현실적 대응방안을 제공하였다. 이는 현장 관리자가 친환경 장비의 수용을 적극적으로 고려할 수 있는 타당성을 확보한 것으로 궁극적으로 친환경 건설의 유도에 기여 할 수 있을 것으로 사료된다.

건축물 시공단계 환경부하 평가를 위한 종합지수 개발

이상규 高麗大學校 大學院 2014 국내석사

지속가능한 건설에 대한 관심이 증대되면서 건설사업의 환경성능평가를 위한 환경영향평가, 친환경 건축물 인증제도 등이 꾸준히 개발 및 개선되어 왔다. 이러한 평가 및 인증제도는 대부분 장기간에 걸쳐 부하를 유발하는 건축물의 사용 및 유지관리 단계에 주로 치중되어 평가기준을 마련하고 있으며, 시공단계는 상대적으로 간과되고 있는 실정이다. 또한 시공단계에서 수행되는 건설활동의 환경성능을 평가하고자 하였던 대부분의 기존 연구들은 에너지소비량 및 탄소배출량을 중심으로 평가지표를 마련하였다. 그러나 시공단계는 비산먼지, 소음 등 국지적인 오염요인이 집중적으로 발생하는 특징을 가지기 때문에 사용단계와 구분되어 평가되어야 한다. 뿐만 아니라 수많은 기존의 평가방법에서 사용된 평가항목들은 대부분 정성적이며, 정량적이지 못하기 때문에 주관적인 판단이 개입될 가능성이 크고 평가자에 따라 결과가 달라질 수 있다. 이와 같은 이유로, 시공단계의 환경부하량을 정량적으로 평가할 수 있는 새로운 지수의 개발이 요구된다. 따라서 본 연구는 시공단계의 환경성능을 정량적이고 객관적으로 평가하기 위해 종합적인 환경부하지수(i-ELC)를 제시하였다. 이 지수는 기존에 환경부하를 평가하기 위해 빈번히 사용되어왔던 온실가스 배출, 폐기물 배출, 비산먼지 및 소음 발생 등을 수치적으로 반영하고, 이들을 하나의 단위로 통합함으로써 계산한다. 우선, 지수의 개발을 위해 기존연구 및 문헌에서 사용되었던 부하항목을 조사하여 이를 재분류하였으며, 양적 정보의 가용성을 고려함으로써 최종적으로 온실가스 배출, 폐기물 배출, 소음 발생, 비산먼지 발생 등 네 가지 부하요인을 지수에 반영하기로 결정하였다. 다음으로, 대한민국을 지리적 경계로 하는 국내 인구 1인당 노출되는 연간 부하량을 정규화 기준값으로 결정하고 부하별 정규화 기준값을 계산하였다. 정규화 단계가 완료된 뒤에는 가중화 단계를 통해 각 부하별로 가중치를 산정하고 이를 정규화 값과 곱하여 합산함으로써 종합지수를 도출하였다. 끝으로 개발된 지수의 적용성을 확인하기 위하여 본 연구는 사례연구를 통해 이를 계산하고 결과를 분석함으로써 부하항목별 기여도를 비교·분석하였으며 향후 개선되어야 할 사항을 파악하였다. 본 연구를 통해 개발된 지수는 시공단계에서 발생하는 환경부하를 나타내는 경고적인 수치이다. 이 지수의 적용을 통해 시공단계에 발생하는 종합적인 환경부하의 추세를 파악하고 관리할 수 있을 것이며, 시공 전(前)단계부터 환경부하 저감을 위한 사전 대응이 가능할 것으로 판단된다. 향후에 국내 모든 현장의 데이터가 가용하도록 관리 시스템이 구축되고 다양한 시설물에 대하여 지수를 계산할 수 있도록 산정법을 보충한다면, 보다 거시적인 건설산업적 측면에서 정량적인 부하 저감을 유도할 수 있을 것으로 기대된다.

건축 프로젝트의 친환경 사업관리 가이드라인

홍석규 高麗大學校 大學院 2015 국내석사

전 세계적으로 환경문제가 사회적 이슈로 대두됨에 따라 지속가능한 건설에 대한 관심이 증대되고 있다. 국내 건설 산업에서도 건축 프로젝트의 친환경성 향상을 위해 G-SEED, LEED, BREEAM, ISO 14001 등의 친환경 인증 제도를 도입하여 시행하고 있으며, 또한 다양한 친환경 건설 지침들도 개발하여 제시하고 있다. 그러나 건축물의 친환경 성능 평가가 목적인 친환경 인증제도는 친환경 건설 사업관리를 위한 세부 방안 제시에는 한계가 있으며, 기존의 친환경 건설 지침들도 설계 및 시공 단계에 한정하여 관리 방안을 제시하고 있는 실정이다. 이에 본 연구는 사업관리 전체 영역에서 친환경적인 건설 수행을 위한 사업관리 가이드라인을 개발하여 제시하는 것을 목적으로 한다. 건축 프로젝트의 친환경 사업관리 가이드라인은 실질적인 건설 수행단계인 기획, 설계, 시공 단계를 대상으로 하며, 주요 참여주체인 발주자, 사업관리자, 설계자, 시공자의 친환경 사업관리 업무를 제시한다. 건축 프로젝트의 친환경 사업관리 가이드라인은 국내 법규, 국내외 친환경 인증제도, 친환경 건설 지침, 선행연구 분석을 통해 단계별 사업관리 업무를 도출하였으며, 업무 분류체계는 건설 사업관리 단계, 사업관리 분야, 사업관리 업무 수준을 고려하여 수립하였다. 사업관리 업무의 연계성 분석을 위해 각 단계별 사업관리 업무 절차도를 도출하였으며, 사업관리 업무 분담 구조를 개발하여 업무 수행 기준을 제시하였다. 본 연구의 결과물인 환경 건설 사업관리 가이드라인은 친환경 건축 프로젝트 수행에 있어서 사업비관리, 공정관리, 품질관리, 자재관리 등의 세부 사업관리 수행방안을 제시함으로써 건설 실무자에게 친환경 건설 사업관리업무 수행의 의사결정 기준을 제공할 수 있을 것으로 판단된다. Sustainable development has become a growing concern throughout the world. Construction industry also has participated in the efforts to minimize the environmental impacts. In Korea, construction industry has already implemented the green construction certification(G-SEED), LEED, BREEAM, ISO 14001 and guidelines for sustainable construction. However these certificates and guidelines can’t provide effective construction work guidelines in whole construction processes because these certificates are focused on the assessment for sustainable construction and existing green guidelines deal with only design or construction phases separately. Therefore this study aims to develop the sustainable construction management guideline against the plan, design and construction phases. This sustainable guideline deals with the sustainability in whole construction management area such as general management, economic management, quality management, design management, environmental management, contract management and time management. For the development of effective construction management guideline, this study inferred the sustainable construction management works, work breakdown, relative works, work process and responsibility assignment. First, sustainable construction management works are derived from domestic law, sustainable construction certificates, existing guidelines and proceeding researches. Second, guideline’s work breakdown considered the construction phase, area of the construction management and level of the management works. Third, this study analyzed the relative works in the construction project with sustainable construction management process. Fourth, responsibility assignment for sustainable construction was deducted for construction owner, construction manager, designer, contractor. Finally, this study develop the sustainable construction guideline totally with sustainable activities, WBS, relative works and responsibility assignment. Sustainable construction management guideline can be used as the decision supporting tool for construction stakeholders to improve the sustainability in the construction project.

美軍 建築工事 設計變更 要因과 影響에 對한 硏究

박인성 고려대학교 대학원 2022 국내박사

Regardless of domestic and overseas construction, change orders due to various reasons continue to occur during the construction stage, consequently affecting construction performance in terms of cost, time, quality, safety, and environment. As a result, additional construction cost increases and delays take place, which are possible burdens for project stakeholders when processing change orders. This also negatively affects on-site construction activities when performing construction management. Change orders frequently occur in US military construction projects, which are awarded by the US Army Corps of Engineers, Far East District, or the Military National Defense, and are constructed by many domestic contractors. Although much related research of change orders is being actively performed for domestic construction projects, there is no research that reflect special cases such as US military construction projects awarded in Korea. Various types of complex change orders are generated in US military construction projects, and continuous participation of domestic construction companies is expected. Due to the nature of change orders, it is difficult to avoid root causes of change orders, such as errors or omissions in design documents, differences in site conditions, and user requests for changes. It is necessary to respond to design change management by prioritizing efficient construction performance. This can be accomplished by an efficient cooperation and coordination system among construction participants that can identify the root cause of design change and minimize the occurrence of the cause. This study aims to provide results of a quantitative analysis on case studies in US military projects, and achieves the following goals: 1) identify impacts affected on construction cost and time due to change orders in US military projects, 2) qualitatively obtain project performance on quality, safety, and environment, factors difficult to assess quantitatively, through application of survey responses among project stakeholders, (3) identify issues and provide recommendations for improvement in terms of change order based on case study and survey results, which would be beneficial to domestic contactors when they carry out large-scale construction projects in the future. The purpose of this study is to strengthen the competency of domestic contractors by improving the overall construction performance of change orders with the results of this thesis. To understand the causes of change orders in design of U.S. military construction projects and the influence of the participation of domestic contractors, a total of 24 U.S. military construction projects worth 10 million dollars or more were analyzed based on the survey results of 164 construction participants who had experience in construction of US military construction projects. The design standards, implementation system, and procedures of U.S. military projects were found to be different from those of domestic construction on the specificity of the project. In addition, the difference in the perception of change orders among construction participants was confirmed through the survey. The categories of change orders in U.S. military construction projects can be divided into design-related changes due to design errors and omissions (348 cases, 48.3%), user requests changes (86 cases, 11.9%), and different site conditions (69 cases, 9.6%). In addition, due to the change orders, construction cost increased by 6.56% on average and time extension by 21.1% compared to the initial construction duration. The causes and impact of change orders also show different patterns for U.S. military construction projects, as U.S. design standards and procedures are different from those of domestic construction. This study analyzed causes of design changes and their Relative Importance Index based on acquired data of 721 cases from 24 U.S. military construction projects with a scale of more than 10 million dollars and results of a survey of 164 participants who have experience in U.S. Military Construction. The major design change factors in the case construction of U.S. military facilities were design-related changes due to design errors (348 cases, 48.3%), customer requests (86 cases, 11.9%), and other site conditions (69 cases, 9.6%). The same factors were identified as the main cause of design changes by the construction participants in the survey. Through case analysis of U.S. military construction projects, it was confirmed that the construction cost increased by an average of 6.56% compared to the initial construction cost due to change orders that occurred during construction. When investigating the impact of construction cost through the survey, it was confirmed that change orders had the greatest impact. The Value Engineering factor appeared to have a relatively high impact through the survey. On the other hand, a result from the case study showed an influence of 0.2% of the construction cost. However, due to the analysis of the bias of case construction cost increase/decrease, it was confirmed that changes in estimated quantity and other changes, including VE, act as factors that reduce construction costs. In the case of the construction period, an average of 161 days per construction increased due to the change order. In both results from case study and survey analysis, it was analyzed that design errors, omissions, and discrepancies had the greatest influence. In addition, since it is impossible to quantitatively analyze the impact of construction quality, safety, and environmental management through the case analysis, this study analyzed the impact of quality, safety, and environment due to design change through a questionnaire survey. As a result of the analysis, it was found that design errors and climate conditions had a great influence. In the Relative Importance Index of each factor, construction period (0.752), construction cost (0.741), and quality (0.609) were analyzed relatively high in importance. The Relative importance Index of design-related errors was the greatest in the importance of project performance factors by construction cause, and change orders to different site conditions and user request changes also showed relatively high importance. As a result of this study, it is expected that domestic construction companies will improve the overall understanding of design changes and construction performance of US military construction projects, which may be insufficient due to the accessibility and limitations of military facilities. There were a number of suggestions to minimize change orders. It was suggested to strengthen the technical review of design documents, to maintain the cooperative relationship and capability of project stakeholders, to improve the clear understanding in design standards and legal regulations, and to prepare a fundamental plan for change orders. Based on this, by providing a change order process model, it was suggested to initiate additional technical reviews, to form a cooperative committee of project stakeholders, to establish the pre-qualification system at the initial stage of design, and to prepare a fundamental plan for change orders. Based on this, a follow-up study could be proposed regarding change orders of U.S. military construction projects. In the future, it will be necessary to conduct continuous research along with a survey on the perception of change orders of project stakeholders who have experience of direct participation in U.S. military construction. In the case of U.S. military construction projects, domestic construction companies can have a competitive advantage over U.S. companies and this study can be used as an opportunity to easily participate. 국내외 공사를 막론하고 건설단계에서 다양한 원인의 설계변경이 지속해서 발생하고 있으며, 이러한 설계변경으로 인해 금액, 기간, 품질, 안전 및 환경 등의 공사성과에 직접 영향을 미치게 된다. 이러한 결과로 추가공사, 비용 및 공기 지연을 초래하고 있으며, 공사참여자에게는 설계변경 절차 진행에 따른 과중한 업무부담으로 작용하여 공사 수행할 때 현장관리 시공업무에도 부정적으로 영향을 미치게 된다. 국내공사를 대상으로는 설계변경 관련 연구가 활발하게 진행되고 있지만, 국내에서 발주되는 미군 건축공사와 같은 특수한 사례를 반영하지는 못하는 실정이다. 국내에서 발주되는 미군 건축공사는 미육군 극동지역 공병단 (US Army Corps of Engineers, Far East District: FED) 또는 국방시설본부에서 발주하고, 국내 시공사가 수주하여 공사를 수행한다. 미군기지 이전사업과 같이 국내 시공사가 참여하는 미군 건축공사에서 또한 다양하고 복합적인 형태의 설계변경이 발생하고 있다. 설계변경의 특성상 설계도서의 오류, 현장상태 상이, 사용자 요구 등의 설계변경 원천적 원인의 완전 차단은 어려운 문제이다. 따라서, 설계변경의 원인을 파악하고 설계변경 발생을 최소화할 수 있도록 공사참여자 간 유기적 협력 및 조정체계를 확립하고 효율적인 공사 수행을 위해 설계변경 관리에 대응이 필요할 것이다. 본 연구는 지속적인 투자 규모 증대와 국내 시공사의 적극적 참여가 예상되나, 접근성의 제한으로 인해 관련 연구가 미흡한 미군 건축공사를 대상으로 사례분석을 시행하여 1) 미군 건축공사 설계변경의 요인도출 및 설계변경이 공사금액과 기간에 미치는 영향을 파악하고, 2) 공사참여자를 대상으로 설문을 시행하여 정량적 분석이 어려운 품질, 안전 및 환경에 대한 성과의 영향을 정성적 분석의 결과로 도출하고자 한다. 또한, 3) 사례공사와 설문 결과를 바탕으로 설계변경의 시사점 및 개선방안을 제시함으로써 추후 국내 시공사가 대규모 미군 건설사업을 수행하는 경우, 본 논문의 결과를 활용하여 설계변경의 전반적 공사성과 향상과 국내 시공사의 역량 강화에 기여할 수 있을 것으로 판단된다. 본 연구에서는 미군 건축공사 설계변경의 원인과 공사성과에 미치는 영향을 파악하고자 100억 이상 규모 총 24건의 미군 건축공사를 분석하였고, 발주자, 건설관리자, 시공자, 설계자 등 미군 건축공사에 경험이 있는 164명의 공사참여자 설문 결과를 바탕으로 설계변경 원인과 공사성과에 대한 영향도를 분석하였다. 연구 결과, 미군 건축공사는 국내 공사와 설계기준과 수행 제도 및 절차 등에 차이를 확인하였고 설계변경의 원인과 영향도 등도 다른 결과로 보였다. 미군 건축공사의 설계변경 발생 원인은 설계 시 적용되는 법 규정 처리 절차, 및 사업의 특수성에 따라 차이에서 기인하며. 또한, 설문조사의 결과를 통해 공사참여자의 설계변경에 대한 인식 차이를 확인할 수 있었다. 미군공사 사례공사 분석의 결과로서 설계 오류에 의한 설계 관련 변경(348건, 48.3%), 발주자 요구(86건, 11.9%), 다른 현장 상태(69건, 9.6%)가 설계변경의 주요 원인으로 분석되었으며 미군 공사참여자를 대상으로 한 설계변경 원인에 관한 인식조사의 결과에서도, 위에 언급한 세 가지 항목이 설계변경의 주요 원인으로 조사되었다. 미군 건축공사 사례공사에서 가장 큰 비중을 차지한 설계관련 변경에 관한 추가분석 결과, 총 348건의 설계관련 변경사례 중 누락(Omissioin)으로 인한 설계변경은 127건(36.5%), 오류 (Error)에 의한 설계변경은 179건(51.4%)으로 조사되었다. 이러한 설계변경은 설계인력의 규정에 대한 지식의 부정확, 설계 기간의 촉박함, 복잡하고 자주 변경되는 난해한 규정, 과다한 작업량, 적절한 협업 및 사전 조사 부재에서 기인한다고 판단하였다. 설계누락 및 오류로 인한 설계변경에 대한 개선점으로 설계도서 기술검토의 강화, 공사참여자 간 유기적 협업 및 역량강화, 설계기준 및 법 규정의 이해 필요성, 건축공사 발주방식의 다양화를 제시하였다. 설계변경이 공사성과에 미치는 영향을 분석한 결과, 설계변경으로 인해 총 공사금액 대비 평균 6.56%의 공사비가 증가와 계약 공기 대비 21.1% 공기 연장이 발생한 것으로 확인되었다. 설계변경이 공사금액에 미치는 영향에 관한 설문조사 결과에서는 설계 오류에 의한 설계변경의 영향도가 가장 큰 것으로 확인되었고, 가치공학 요인의 영향도가 비교적 높은 것으로 보였다. 이에 반해, 사례공사 분석 결과에서는 가치공학 요인이 공사비용의 0.2%의 영향도만을 보였다. 다만 사례공사 비용증감의 편향성 분석의 결과에서는 VE를 비롯하여 추정 수량 변경 및 기타 변경이 공사비용을 감소시키는 요인으로 작용하는 것을 확인할 수 있었다. 공사 기간의 경우 설계변경으로 인해 공사별 평균 161일이 증가하였다. 사례분석과 설문 분석 결과에서 모두 설계 누락 오류 및 상호모순이 가장 크게 영향을 미친 것으로 분석되었다. 설계변경으로 인한 공사품질, 안전, 환경관리 등의 정성적 성과의 경우, 영향은 정량적인 분석이 불가능하므로, 본 연구에서는 설문조사를 통하여 설계변경에 따른 품질, 안전, 환경 등의 영향도를 분석하였다. 분석 결과 설계상의 오류와 기후 여건이 큰 영향을 미친 것으로 분석되었다. 각 요인의 중요도에 있어 공사기간(0.752), 공사금액(0.741), 그리고 품질(0.609)로 중요도에 있어 상대적으로 높게 분석되었다. 본 연구에서는 설계변경 최소화를 위한 개선방안으로, 설계도서 기술검토의 강화, 공사참여자 협력관계 및 역량 강화, 명확한 설계기준 및 법 규정 이해도 향상, 그리고 설계변경 기본 계획 방안의 준비를 제안하였다. 이를 바탕으로 설계변경 프로세스 모델 제시를 통해 추가 기술검토, 공사참여자 협업체 구성, 설계자 자격요건 사전심사의 제도화, 및 설계변경 기본 계획 수립의 필요성을 제시하였다. 본 연구의 결과는 미군 건축공사의 설계변경 및 공사성과에 대해 분석을 통해 기존 군 시설의 접근성 및 제한성으로 인해 이해도가 부족한 미군 공사의 설계변경에 대한 국내 건설기업의 이해도를 향상해, 미군 건축공사 수주 시 국내 건설기업이 미국기업보다 유리한 고지를 점유하는데 기여할 수 있을 것으로 판단된다. 또한, 미군 건축공사 수행에 발전적 방향을 제시하기 위해, 향후 연구에서는 미군 공사에 직접 참여의 경험이 있는 공사참여자들의 설계변경에 대한 인식조사와 더불어 지속적인 연구가 필요할 것으로 판단된다.

철골조 시스템 변화에 따른 건축물 탄소중립설계 효과 분석

송창현 고려대학교 대학원 2023 국내석사

탄소중립은 탄소 배출량을 최소화하고 온실가스의 배출을 대체할 수 있는 대안을 찾는 것으로 정의된다. 탄소중립에 대한 연구는 환경문제와 기후변화가 국제적으로 위협을 끼치게되면서 더욱 중요해졌다. IPCC에 따르면 기후변화의 대부분은 인간활동에 의해 발생하고 아무런 조치를 취하지 않는 한 지구 기온은 2100년 최대 5.7℃가 상승하고 국제적으로 2040년 이전에 티핑 포인트로 지정된 1.5℃를 돌파할 것으로 보고 있다. 이러한 상황에서 국제 사회에서의 탄소중립 요구와 함께 건축 구조 분야의 탄소 배출량 비중이 작지 않다는 사실이 인식되며 많은 연구가 진행되고 동시에 많은 대안이 제안되고 있다. 국제적으로는 2015년 제 70차 UN총회를 시작으로 탄소 배출량을 줄이기 위한 국제 사회의 노력이 계속되고 있으며 전생애주기를 기반으로 한 탄소 배출량 평가 방법에 대한 정보 및 지식공유가 활발해지고 있다. 국내에는 이러한 탄소 배출량 평가 방법 및 탄소중립에 대한 인식과 기준이 미흡한 가운데 대한건축학회에서 탄소중립 설계 지침서를 발간하며 본격적인 건축 구조분야에 대한 탄소중립 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 해당 지침서의 방법론을 사용하여 탄소중립설계를 진행하여 아직 국내에 모자란 데이터를 작성하고자 하였다. 탄소중립을 달성하는데 있어 기존 프로젝트의 결과를 공유하고 해당 데이터를 이용해 비교하는 것 재료나 구조 또는 작은 설계 변경으로도 탄소 배출량의 절감에 많은 영향을 미치기에 중요하다. 탄소중립의 달성에 있어 순환경제의 달성 또한 중요한 목표이다. 재사용 및 재활용을 통해 배출되는 탄소의 양을 효과적으로 절감할 수 있고 때문에 전생애주기 중 재생단계의 고려가 매우 중요하다. 따라서 본 연구에서는 전생애주기에 기반한 탄소 배출량 평가방법을 이용하여 기준이 되는 철골 구조 건축물에 대하여 탄소중립평가를 수행하고 이를 기준으로 11개의 설계변경된 모델에 대하여 탄소 배출량 평가를 진행하였다. 이후 재활용을 고려한 모듈인 재생단계의 적용 유무에 따른 데이터 비교 분석을 통해 어떠한 구조의 건축물이 탄소중립에 있어 유리한지 판단하고자 하였다. 또한 산출된 탄소 배출량 연면적으로 나누여 표준화를 진행하였으며 연구의 결과는 다음과 같다. 1) 철골 구조 건축물을 기준 건축물로 설정하였으며 기둥의 경간, 보의 경간을 변수로 구조 설계 변경을 진행하며 탄소 배출량 평가를 진행하였다. 2) 보 경간을 축소할 경우 합성보의 사이즈는 축소되나 개수가 늘어나 기존 건축물과 큰 차이를 보이지 않았다. 보 경간을 늘릴 경우엔 합성보의 분담면적이 커져 사이즈가 증가하나 개수가 줄어들어 보의 탄소 배출량은 감소하였다. 다만 슬라브의 두께가 두꺼워져 총 탄소 배출량은 늘어나는 경향을 보였다. 3) 기둥 경간을 줄이는 경우 기둥의 단면 사이즈는 축소되나 기둥에 사용되는 강재 사용량이 대폭 증가해 탄소 배출량이 늘어남을 확인하였다. 반대로 기둥 경간을 늘린 경우는 기둥의 단면 사이즈가 크게 증가하며 가장 많은 총 탄소 배출량 증가를 보였다. 기둥의 경간 변경에 따른 탄소 배출량이 크게 변동하는 경향이 있어 기둥 경간의 결정은 탄소중립설계에 있어 중요할 것으로 보인다. 4) 보와 기둥 경간을 함께 늘린 경우는 기둥의 경간이 늘어남에 따라 큰 총 탄소 배출량 증가의 경향을 보였다. 5) 재생단계의 적용으로 약 –70kgCO2e/m2의 탄소 배출 절감량을 보였으며 이는 총 탄소 배출량을 약 10% 절감할 수 있는 수치이다. 이는 타 구조 건축물에 비해 재생단계의 탄소배출계수가 높은 강재를 사용하여 재활용 효과가 크게 나타난 것으로 판단된다. 6) 구조 시스템과 재활용 효과의 영향력을 판단해 보았으며 재활용 효과와 구조 설계 변경을 통해 최대 48.6%의 탄소 배출 절감효과를 낼 수 있음을 확인하였다. 위 결과는 탄소중립의 달성에 있어 충분히 영향력있는 수치로 판단되며 건축 산업의 탄소중립을 위해서는 재활용을 이용한 순환경제의 달성이 반드시 필수로 판단되며 또한 탄소중립설계를 진행함에 있어 구조 설계의 결정에 효과적인 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 생각된다. Carbon neutrality is defined as minimizing carbon emissions and finding alternative ways to mitigate greenhouse gas emissions. Research on carbon neutrality has become increasingly important as environmental issues and climate change pose global threats. According to the IPCC, a significant portion of climate change is caused by human activities, and without any action, global temperatures are projected to rise by up to 5.7℃ by 2100, surpassing the tipping point of 1.5℃ designated internationally before 2040. In light of these circumstances, there is growing recognition of the demand for carbon neutrality in the international community, and the carbon emissions in the field of building structures are not insignificant. Consequently, numerous studies are being conducted, and many alternatives are being proposed. Internationally, efforts by the international community to reduce carbon emissions have continued since the 70th session of the UN General Assembly in 2015. There is also an active exchange of information and knowledge regarding carbon emission assessment methods based on the life cycle approach. However, in Korea, there is a lack of awareness and standards regarding carbon emission assessment methods and carbon neutrality. To address this, the Korean Institute of Architects has published guidelines for carbon-neutral design, leading to more substantial research in the field of building structures. In this study, we aim to gather data by conducting carbon-neutral design using the methodology outlined in these guidelines, filling the gaps in domestic data. Sharing the results of existing projects and comparing data using them is crucial for achieving carbon neutrality, as even small design changes in materials, structures, or components can have a significant impact on reducing carbon emissions. Achieving a circular economy is also an important goal in achieving carbon neutrality. Through reuse and recycling, it is possible to effectively reduce the amount of carbon emitted. Therefore, in this study, we performed carbon neutrality assessments for four buildings with different purposes and structures using a life cycle-based carbon emission assessment method. We collected data and analyzed the comparison between applying or not applying the reuse stage, which is the module for recycling. This analysis aims to determine which building structure is advantageous for carbon neutrality. The results were standardized by dividing the carbon emissions by the floor area, and the findings of the study are as follows: 1) A steel structure building was set as the reference building, and the design changes in column spacing and beam spacing were made to evaluate carbon emissions. 2) When reducing the beam spacing, the size of the composite beam decreased, but there was no significant difference in the number compared to the existing building. When increasing the beam spacing, the sectional area of the composite beam increased, leading to a decrease in the number of beams and a reduction in beam carbon emissions. However, the slab thickness increased, resulting in an overall increase in carbon emissions. 3) When reducing the column spacing, the size of the column decreased, but the amount of steel used in the column significantly increased, resulting in an increase in carbon emissions. Conversely, when increasing the column spacing, the size of the column increased significantly, showing the largest increase in total carbon emissions. The decision on column spacing is crucial for carbon-neutral design as it significantly affects carbon emissions. 4) When both beam and column spacing were increased, the increase in column spacing led to a significant increase in total carbon emissions. 5) The application of the reuse stage showed a carbon emission reduction of approximately -70kgCO2e/m2, which corresponds to a 10% reduction in total carbon emissions. This is considered to be a significant result in achieving carbon neutrality, indicating a significant effect of recycling due to the use of steel with a higher carbon emission coefficient in the reuse stage compared to other structural buildings. 6) The influence of the structural system and the effect of recycling were assessed, confirming that a maximum carbon emission reduction of 48.6% can be achieved through recycling effectiveness and structural design modifications. These findings are considered sufficiently influential in achieving carbon neutrality in the construction industry. Achieving a circular economy through recycling is deemed essential for carbon neutrality in the architectural industry. Moreover, it is believed that these results can be effectively utilized as foundational data for decision-making in structural design during the process of implementing carbon-neutral designs.

공공건축물 전이공간 입면디자인 개선에 관한 연구 : 최근 건축상을 수상한 공공건축물 사례를 중심으로

정수동 고려대학교 공학대학원 2023 국내석사

이 연구는 2,000년대 이후 공공건축물의 ‘공공성’ 확보를 위한 많은 노력에도 불구하고, 공공건축물의 용도와 범위가 다양하게 변화되는 과정에 있어서, 공공건축물의 입면 디자인에 대한 연구는 공공공간이나 평면에 비해서 부족함을 인식하고, 공공성 확보를 위한 가로(街路)와 경계영역에서의 공공건축물 입면에 대한 개선방안을 알아보는 것에 있다. 선행된 연구 분석을 통하여 공공건축물의 공공성을 위한 연구성과를 알아보고, 기존 연구에서 다루지 않았던 가로와 가로를 배회하므로 생기는 방향성과 관련된 디자인요소에 대해서 대지의 경계영역인 전이공간의 입면 디자인요소에 대하여 방향성을 중심으로 우수한 공공건축물 사례를 분석하여 다방향성 입면 요소가 가지는 건축적 공공성 확보 방법을 제시하고자 한다. 연구 진행에 있어 사례조사 이전에 다양한 측면에서 ‘공공성’이란 무엇인지를 알아보고, 다방향성을 가지는 입면 요소에 대해서 감각적 경험의 측면에서 정의함으로써 ‘공공성’을 가지는 건축물의 입면 디자인을 위한 방법으로 가로와 대지경계 부분이 관계를 맺는 ‘전이공간’에서 다방향성 입면 디자인이라는 건축요소를 살펴보고자 한다. 다방향성 입면요소 분석을 위해, 선행연구에서 제시된 ‘포셰(Poche)’와 ‘열린 포셰(Open poche)’, ‘파사드 포셰’(Facade-poche)의 정의와 ‘파사드 포셰’를 이루는 디자인요소에 대해서 알아보고, 가로를 통한 건축물의 방향성을 중심으로 ‘소점’(消點), ‘프롬나드’(Promenade), ‘왜상’(Anamorphosis)에 의한 ‘다방향성’과 ‘다방향성’ 입면 요소의 역할에 대하여 선행된 연구를 기반으로 분석하였다. 이를 바탕으로 가로와 대지경계 부분에서 필수적으로 발생하는 불확정적 공간으로서 잠재력이 높은 ‘전이공간’의 다방향성 입면을 만드는 과정에 적합한 사례들을 최근 5년간 국내 건축상을 수상한 공공건축물을 중심으로 분석하여, 건축물 매스와 ‘전이공간’이 어떻게 형성되는지와 ‘전이공간’과 가로와의 관계, 그리고 다방향성 입면 요소의 적용 여부를 판단하고, 이를 통한 입면 디자인 개선 방향을 제시하고자 한다. 사례분석을 통해 공공건축물 ‘전이공간’ 입면 디자인 개선에 있어 ‘다방향성’ 입면과 함께 가로의 역할과 가로에 면하지 않고 독립적으로 존재하는 건축물에서의 ‘다방향성’ 입면 요소와 ‘프롬나드’(Promenade)의 역할을 찾아내고, 공공건축물 ‘전이공간’ 입면 디자인에 적용 가능한 다방향성 입면 요소가 현시점의 ‘공공성’을 가지는 경험적 측면에서의 공공건축물 입면 디자인 개선방법으로 사용될 수 있음을 제시하고자 한다.

건축공사에 효율적인 드론기술 활용을 위한 IPA 분석 연구

김지은 고려대학교 공학대학원 2018 국내석사

최근 건축 프로젝트에서 효율적인 공사관리를 위해 드론적용에 대한 시도가 적극적으로 이루어지고 있다. 드론은 3차원 비행이 가능하기 때문에 사람이 접근이 어려운 공간의 정보를 다양한 센서를 통해 확인할 수 있다. 이러한 장점으로 드론은 대형프로젝트의 공정과 안전관리를 중심으로 활용되어져 왔다. 또한 드론산업을 육성하기 위한 정부의 다양한 정책들도 건설프로젝트에서 드론활용의 전망을 밝게 한다. 이런 장점에도 건축공사에 있어 드론의 활용은 아직 제한적이다. 드론의 다양한 기술은 건축공사의 사용을 목표로 만들어진 것이 아니며 드론으로 획득한 정보들이 모든 공사관리에 효율적일 수는 없다. 이에 건축공사에서 드론은 아직까지 잠재력은 크지만 활용을 위해서는 건축공사에 적합한 드론의 기술개발이 필요한 실정이다. 이에 본 연구는 건축공사의 효율적인 드론기술의 활용을 위해 드론기술의 중요도와 성취도를 분석하여 드론 개발기술의 방향을 제시하였다. 먼저 드론의 활용기술을 도출하기 위해 기존문헌 고찰과 전문가 인터뷰를 통해 공정, 안전, 환경, 품질 분야의 26개의 활용기술을 도출하였다. 다음으로 설문을 통해 26개 기술의 중요도와 성취도를 평가하여 IPA분석을 수행하였다. IPA분석 결과 중요도는 높지만 성취도가 낮아 개발의 집중이 요구되는 구역에 있는 기술은 ‘실시간 현장안전 모니터링’, ‘작업자 안전장비 착용확인’, ‘가시설물 안전검점’, ‘구조물 정밀도 검사’, ‘구조물 균열검사’ 항목으로 나타났다. 해당항목들은 드론의 장기간 사용을 통한 실시간 관리와 보다 정확한 인식과 높은 정밀도를 요구하는 것으로 나타났다. 해당항목의 개발방향 설정을 위해 개발 요구사항과 요구사항 해결을 위한 개선 요소기술을 분석하였다. 분석 결과 ‘장기간 운영을 위한 하이브리드 베터리 기술’, ‘건축구조물에 구애받지 않는 현장통신망 구축기술’, ‘구조물과 충돌방지가 가능한 자동항법기술’, ‘정밀측정이 가능한 다센서 정밀도 보정기술’의 개발이 요구되는 것으로 분석되었다. 본 연구의 결과는 건축공사에 드론기술을 적용하기 위한 기술개발의 방향을 수립할 수 있을 것이며 드론적용을 원하는 건설사에서 기술개발의 의사결정 자료로 사용될 수 있을 것이다. 또한 본 연구의 결과는 건축공사에 드론적용 활성화와 건설 프로젝트의 첨단건설의 이미지 제고에도 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

물리적 위험도와 사회적 중요도로 구분된 침수평가 기법 개발

양재모 고려대학교 대학원 2011 국내석사

Recently, frequency of nature hazards are increasing and attention in respect of safety is growing. Therefore, it is necessary to prevent disaster in regions by suggestion which is reliable. This research suggests the flood risk assesment classified by physical risk and social importance to establish the criterion objectively. 522 administrative districts in Seoul are selected as study area of this research. Factors of assessment are extracted by geographic information system(GIS) conveniently. Physical risk is assumed that it is linear to summation flood area during 6 years of 522 administrative districts in Seoul. Multiple regression analysis was developed by 4 sections selected in 522 administrative districts randomly. Physical risk was calculated by developing regression equations in the rests of 522 administrative districts. Social importance was assumed that it is linear to flood damage cost, regression equations were calculated by 2 section of flood damage cost data. For estimating application, regression equations were developed in the rest of flood damage cost data. Also, social importance was calculated by regression equations in the rest of 522 administrative districts. It was found that physical risk and social importance is highly correlated with real data, while existing assessment method does not reflect real data. Calculated physical risk and social importance was classified by 5 grades and represented as GIS map. In addition, regions that had not high physical risk but also social importance were found through this research.