개발제한구역 해제 지역의 열 쾌적성 분석 및 개선을 위한 도시설계 연구 : 서울특별시 서초구 서리풀지구를 중심으로 = A Study on Urban Design for Thermal Comfort Improvement in Greenbelt Release Areas:Focused on Seoripul District, Seocho-gu, Seoul

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 개발제한구역 해제 지역의 도시 공간적 특성과 열 환경 특성을 종합적으로 분석하고, 열 쾌적성 확보를 위한 정량적 도시설계 전략을 제안하는 데 목적이 있다. 개발제한구역은 도시의 무분별한 확산을 억제하고 녹지 축 보전, 자연환경과의 연계를 유도하기 위해 도입된 제도지만, 최근 주택 공급 확대와 도시성장 압력 속에서 잦은 해제가 이루어지고 있다. 그러나 해제 지역 대부분은 기존 시가지의 개발 방식이 반복되며, 도시설계 초기 단계에서 열 환경 요소는 거의 고려되지 않은 채 공급 중심의 계획이 이루어지고 있다.
이에 해제 지역의 도시 공간적 특성을 파악하고, 동시에 기존 개발제한구역 지정 목적(도시 연담화 방지, 자연환경 보전 등)의 유지 필요성을 분석하였다. 더불어 기존 해제 지역 4곳(우면, 마천, 하남, 세곡)의 CFD 및 UTCI 분석을 통해 해제 전·후 열 환경 특성을 정량적으로 비교함으로써, 해제 이후 열 쾌적성 저하의 주요 원인이 바람길 단절과 불투수 면적 확장, 획일적 건축 배치에 있음을 도출하였다.
서초구 서리풀 지구를 대상으로 진행된 설계에서는 대상지 여건과 선행연구검토를 바탕으로 세 가지 토지이용 계획안을 설정하였다. 각 안에 대해 Galapagos 기반 최적화 시뮬레이션을 활용한 주거동 배치와 CFD, UTCI 시뮬레이션을 수행하였다. 분석 결과, 외곽은 개방적으로 유지하고 중심부에 고밀도로 배치하여 풍속 유입 및 확산이 가능한 외곽 개방 중심 집중형이 가장 우수한 열 환경 성능을 보였다. 해당 계획안은 평균 풍속 및 UTCI 지표 모두에서 가장 긍정적인 결과를 보였으며, 특히 UTCI는 열 스트레스 강도를 구분하는 32℃ 이하로 완화되는 수준을 기록하였다.
마지막으로 본 연구의 실효성을 검증하기 위해, 면적과 인구 규모가 유사한 서울 마천 국민임대 주택단지와 비교하였다. 그 결과, 최적 배치안은 평균 풍속에서 약 0.12m/s 높고, UTCI는 약 2.0℃ 낮은 수치를 기록하여, 기존 해제 지역보다도 실질적으로 쾌적한 환경을 조성할 수 있음을 입증하였다.
본 연구는 정성적 판단 중심이었던 도시설계에 정량적 열환경 시뮬레이션을 통합함으로써, 해제 지역에 적합한 성능 기반 설계 방법론의 방향성을 제시하였다는 점에서 학문적·실무적으로 유의미한 이바지를 할 수 있을 것으로 기대된다.
본 연구는 다음과 같은 한계를 지닌다. 첫째, 최적화 시뮬레이션이 주거 용지에만 적용되었고, 상업·업무·공공시설 용지는 고정값으로 설정되었기 때문에 단지 전체의 성능 분석에 제약이 존재한다. 둘째, 하나의 대상지로 도출한 전략은 일반화하기 어렵기 때문에, 향후 다양해져 지역에 관한 다중 사례 연구 및 비교 분석을 통해 설계 가이드라인 수준의 확장 연구가 필요하다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This study aims to comprehensively analyze both the spatial and thermal environmental characteristics of greenbelt release areas and propose a quantitative urban design strategy to improve thermal comfort. The greenbelt system was originally introduced to prevent the uncontrolled expansion of cities, preserve ecological green corridors, and promote connections to the natural environment. However, under increasing pressure from urban growth and housing supply demands, the release of greenbelt zones has become more frequent. Despite this trend, most greenbelt release areas continue to follow conventional urban development approaches, where housing supply takes precedence and environmental factors, particularly thermal comfort, are rarely considered in the early stages of urban design.
Accordingly, this study identified the spatial characteristics of greenbelt release areas—such as adjacency to major arterial roads, proximity to surrounding green spaces, and low-density urban structure—while also analyzing the importance of maintaining the original intent of greenbelt designation, such as preventing urban sprawl and conserving the natural environment. In parallel, a comparative CFD and UTCI analysis was conducted on four previously released greenbelt areas (Umyeon, Machun, Hanam, and Segok), revealing that post-release thermal comfort deterioration is primarily caused by the obstruction of wind corridors, the expansion of impervious surfaces, and uniform building layouts.
For the design simulation, the study selected the Seoripul District in Seocho-gu, Seoul, as the target site and developed three land use plans based on contextual analysis and precedent studies. Using Galapagos-based optimization for residential building placement, and subsequent CFD and UTCI simulations, the study identified that the “Perimeter-Open, Central-Dense” scheme—which maintains openness along the edges while concentrating higher density structures in the center—exhibited the most favorable thermal environmental performance. This plan showed superior results in both average wind speed and UTCI, with the UTCI falling below 32°C, the threshold for strong heat stress.
To validate the effectiveness of the proposed plan, a comparative analysis was conducted against the Machun National Public Housing Complex, which has a similar site area and population. The optimized design recorded approximately 0.12 m/s higher average wind speed and 2.0°C lower UTCI, demonstrating its ability to create a measurably more comfortable thermal environment than existing developments.
This research contributes both theoretically and practically by integrating quantitative thermal environment simulations into urban design, which has traditionally relied on qualitative judgments. It offers a performance-based methodology tailored to the conditions of greenbelt release areas.
This study has the following limitations. First, the optimization simulation was applied only to residential zones, while commercial, office, and public facilities were treated as fixed variables, limiting the comprehensiveness of site-wide performance analysis. Second, as the strategies were derived from a single target site, they may not be directly generalizable. Future research should involve comparative case studies across multiple greenbelt release areas to establish guidelines applicable at a broader scale.

목차 (Table of Contents)

• 제 1 장 서론 01
• 제 1 절 연구의 배경 및 목적 01
• 1. 연구의 배경 01
• 2. 연구의 목적 및 의의 03
• 제 2 절 연구의 범위 04
• 1. 공간적 범위 04
• 2. 시간적 범위 06
• 제 3 절 연구의 방법 06
• 1. 연구의 방법 06
• 2. 연구의 흐름 07
• 제 2 장 이론적 고찰 및 선행연구검토 09
• 제 1 절 개발제한구역 해제 09
• 1. 개발제한구역 개념 및 변천 과정 09
• 2. 개발제한구역 해제 지역 현황 10
• 3. 개발제한구역 해제가 도시·환경에 미치는 영향 11
• 4. 개발제한구역 해제 지역 개발 절차 및 제도 검토 13
• 제 2 절 열 쾌적성 16
• 1. 열 쾌적성 개념 및 UTCI에 대한 이해 16
• 2. 도시개발에 따른 열 쾌적성 악화 18
• 3. 열 쾌적성 개선 원리 및 주요 설계 요소 19
• 4. 열 쾌적성 분석을 위한 UTCI 시뮬레이션 기법 21
• 제 3 절 관련 법규 및 제도 검토 24
• 1. 건축물의 규모 및 용도 24
• 2. 공공공간 확보 기준 27
• 3. 완충녹지 및 녹지축 확보 기준 27
• 제 3 장 개발제한구역 해제 지역 특성 29
• 제 1 절 개발제한구역 해제 지역 특성 도출 29
• 1. 개발제한구역 지정 목적 유지 29
• 2. 해제지역 열 쾌적성 분석 30
• 3. 시뮬레이션을 위한 주요 요소 도출 42
• 4. 해제지역 도시공간적 특성 42
• 제 2 절 소결 47
• 1. 해제지역 특성 종합 47
• 제 4 장 대상지 현황 50
• 제 1 절 대상지 현황 50
• 1. 대상지 개요 50
• 2. 대상지 입지 여건 51
• 3. 도시계획 현황 54
• 4. 토지 및 건축물 현황 54
• 5. 교통 및 보행 현황 57
• 6. 오픈 스페이스 현황 59
• 7. 열 환경 현황 60
• 제 2 절 소결 61
• 1. 현황분석 종합 61
• 2. 계획과제 도출 62
• 제 5 장 열 쾌적성 분석을 동반한 설계(안) 65
• 제 1 절 기본계획 설정 65
• 1. 평면적 공간 구상 전략 67
• 2. 입체적 공간 구상 전략 84
• 3. 주동 Type 설정 88
• 제 2 절 UTCI 기반 열 쾌적성 최적화 시뮬레이션 93
• 1. 시뮬레이션 개요 및 적용 방법 93
• 2. CFD 시뮬레이션 94
• 3. UTCI 시뮬레이션 105
• 4. 분석결과 유의미성 검토 110
• 5. 시뮬레이션 결과 및 비교 검토 111
• 제 6 장 결론 112
• 제 1 절 연구의 결론 112
• 제 2 절 연구의 의의 및 한계 113
• 참고문헌 116
• Abstract 120