건축학과: 건축공학시스템설계

안녕하세요! 공우 14기 건축학과 서민균입니다. 건축학과에서는 건축학전공, 건축공학전공 모두 졸업 설계를 진행해야 합니다. 건축공학전공의 졸업 설계 과목이 건축공학시스템설계입니다. 졸업을 위해서 반드시 수강해야 하는 이 과목에 대해 모든 걸 알려드리겠습니다! 

1. 과목에서 배울 수 있는 내용   

1.1 과목의 전반적인 개요 

이 과목은 4학년 때 듣는 전공필수 과목입니다. 지금까지 배운 모든 건축 공학 지식을 활용해 최종 졸업 작품을 만드는 과목입니다. 3인 1조로 진행되며, 각각 구조/시공/환경 중 한 분야를 맡아 설계를 진행합니다. 설계의 주제는 공유하지만, 각자 맡은 분야에서 설계를 진행하기 때문에 조원 각자의 할 일은 명확하게 구분됩니다. 건축학전공과는 달리 공학 전공은 주제가 따로 주어지지 않습니다. 따라서 조원끼리 각 분야에서 하고자 하는 설계의 방향성을 맞춰 하나의 주제를 선정하는 것이 중요합니다. 이전 연도의 주제 및 작품들은 건축학과 홈페이지들을 참고할 수 있습니다. 기존 건물을 재해석해 리모델링 혹은 재건축을 하시는 분들이 꽤 많으며, 아예 새로운 부지를 선정해 사업을 진행해도 괜찮습니다. 

 총 3번의 중간발표와 최종 발표 및 졸업 전시를 진행합니다. 첫 번째 발표에서는 주제와 분야별로 어떤 설계를 진행할 것인지에 대해 발표합니다. 두 번째 발표에서는 분야별로 진행해 본 설계의 초기 결과물에 대한 피드백을 받고, 세 번째 발표 때는 이를 발전시켜 거의 최종 설계물로 발전시켜 가 피드백을 받습니다. 해당 피드백을 기반으로 최종 발표 및 전시를 마치면 수업이 마무리됩니다.

1.2 분야 별 설명 

구조

세 분야중 구조가 메인으로 여겨집니다. 중간발표 때에도 구조 위주의 피드백을 많이 주시며, 건물의 전반적인 형상이 구조에 의해 결정되는 편입니다. 그만큼 중요도와 책임감은 높지만, 보상 또한 높습니다.

구조 분야는 건물 전반의 구조 시스템 설계와 안정성 분석을 담당합니다. 해당 건물의 형상이 구조적으로 안정한지를 분석하며, 구조적인 요소를 구성하는 부재들에 대해 다음과 같은 작업을 수행합니다: 

1. 구조 시스템 설계 및 계획

건물의 트러스, 거더, 기둥 등 주요 구조 요소를 설계하고 최적의 재료와 치수를 선택합니다. 설계 과정에서 미적 요구와 기능적 요구를 동시에 충족시키며, KDS, SNT 460과 같은 구조 기준을 준수하도록 설계합니다.

2. 하중 분석 및 구조 안전성 검토

고정하중, 활하중, 풍하중, 지진하중 등 다양한 하중 조건을 고려하여 구조물의 안정성과 안전성을 분석합니다. 하중 적용 시 발생하는 응력과 변형을 계산하며, 부재가 강도와 처짐 기준을 충족하는지 확인합니다.

3. 유한요소해석(FEA)

컴퓨터 시뮬레이션을 활용해 구조물의 응력 분포와 변형을 시뮬레이션하여 설계의 적합성을 검증합니다. 이를 통해 설계가 예상되는 하중 조건에서 어떻게 반응할지 분석하고 개선 방안을 도출합니다.

4. 연결부 상세 설계

트러스와 빔, 기둥 등 구조 요소 간의 연결부를 설계하여 하중 전달 효율을 극대화합니다. 용접이나 볼트 연결 방식을 기반으로 안전하고 효율적인 연결부를 설계합니다.

위의 요소들 외에도 본인이 탐구하고 싶은 방향으로 자유롭게 설계를 진행하면 됩니다.

<구조 패널 예시>

시공

시공 분야에서는 사업 전반을 총괄하며 다양한 역할을 수행합니다. 사업 초기 단계에서는 프로젝트의 개요를 정리하고, 수익성과 타당성을 심층적으로 분석하고 최적의 사업 구조를 선택합니다. 프로젝트 전체를 관통하는 좋은 시나리오를 설정하는 것이 중요합니다.

또한 사업의 전체 공정에 필요한 총 공사 금액을 산정해야 합니다. 상세한 도면이 있다면 이를 바탕으로 물량을 산출할 수도 있지만, 주로 개략 견적 수준에서 공사비를 산정합니다. 구조 설계가 미리 끝나 도면이 나왔다면 부재별 물량을 세부적으로 산출하고, 각 부재 및 공정별 단가를 적용하여 총 공사 금액에 대한 개략적인 견적을 작성합니다. 이 과정에서는 자재비, 인건비, 장비 사용비, 간접비 등을 포함하여 비용을 모두 산정하며, 예비비도 고려합니다.

이후, 구체적인 공정 계획을 수립하는 단계로 넘어갑니다. 공정표는 필수적으로 작성해야 하며, 주요 공정의 공법을 선정하고 이에 기반한 세부 공정 계획을 수립합니다. 더 나아가, 공정 과정을 시각적이고 효과적으로 전달하기 위해 4D 시뮬레이션을 활용하여 공정의 흐름과 계획을 명확하게 보여줄 수 있습니다. BIM을 통한 건물 모델링도 가능한 옵션 중 하나입니다.

 <시공 패널 예시> 

<시공 패널 예시> 

환경

환경 분야는 건물의 에너지 효율성을 높이고 사용자 환경을 개선하기 위해 다양한 설계 주제를 다룹니다. 채광, 열에너지 관리, 공기 순환 및 배기 시스템 등 건물 운영에 필수적인 요소들을 다각적으로 분석하며, 프로젝트의 시나리오와 요구 사항에 가장 적합한 주제를 선정해 구체적인 계획을 수립합니다.

예를 들어, 채광 설계에서는 자연광을 최대한 활용하면서도 눈부심을 최소화하기 위해 창문 크기와 배치를 최적화하고, 조도 균일성을 유지할 수 있는 방안을 모색합니다. 이를 위해 에너지 소비량과 조명 효과를 함께 고려한 시뮬레이션을 수행하고, 데이터를 기반으로 설계 옵션을 평가합니다. 이러한 설계는 Grasshopper와 같은 라이노 플러그인을 사용해 해당 사이트의 일조 데이터를 기반으로 최적화 알고리즘을 적용해 구현합니다. 

또한, 열에너지 관리와 배기 시스템 설계는 건물 내부의 쾌적한 환경을 유지하면서 에너지 효율성을 극대화하기 위해 이루어집니다. 예를 들어, 열 손실을 최소화하기 위한 단열 설계나 공기 흐름을 개선하기 위한 배기 경로 최적화와 같은 방법을 포함할 수 있습니다.

<환경 패널 예시> 

2. 선배의 조언   

첫 수업 때 조 배정을 진행합니다. 이때 구조/시공/환경에서 각 1명씩 모여 3인1조로 팀을 이룹니다. 따라서 수강생이 30명이라면 모든 분야에 10명의 학생이 필요하며, 학생이 넘치는 분야에서 부족한 분야로 의도치 않게 변경을 하게 되는 학생이 반드시 생깁니다. 졸업전시 수업의 경우 각 분야에 대응되는 전공선택필수 과목을 하나 수강해야 합니다. 따라서 개강 전 각 분야를 몇 명의 수강생이 희망하는지를 미리 알 수 있습니다. 이를 활용해 본인의 1~3 순위를 속으로 생각해두고, 강제로 분야를 옮기는 일을 막을 수 있습니다. 혹은 개강 전 사전에 팀을 구성하는 방법도 있습니다. 많은 수강생들이 사전에 팀을 구성하기 때문에, 가능하다면 사전에 팀을 구성하는 것이 좋을 수 있습니다. 하지만 팀을 구성하지 못하더라도 당일 현장에서 좋은 짝을 찾으시는 분들도 많으니 너무 걱정하지 않으셔도 됩니다.  

주제 선정 및 최종 결과물에 관해서는 이전 연도 작품들을 참고하면 큰 도움이 됩니다. 첫 번째 발표 전에 최대한 많은 기존 작품을 보고 각 분야에서 어떤 역할을 수행해야 하는지 빠르게 파악하는 것을 추천해 드립니다.

 이전 년도 설계작들의 링크입니다.

https://architecture.snu.ac.kr/exhibition/2024exhibition/

https://architecture.snu.ac.kr/exhibition/2023exhibition/

https://architecture.snu.ac.kr/exhibition/2022exhibition/

다음으로 분야별로 설계에 도움이 되는 과목들을 추천드립니다.

구조

구조 분야 학생들이 수강하는 전공선택 필수 과목인 “구조설계”에서 핵심 소프트웨어인 마이다스 사용법을 배웁니다. 이는 구조 분석에 필수적인 프로그램이며, 구조설계의 상당한 비중을 차지하게 됩니다. 하지만 기존 수업에서 위 소프트웨어를 다루지 않기 때문에, 구조설계 강의를 잘 들으시는 것이 중요합니다. 

시공

 전공필수 과목인 “건축시공” 에서 배운 내용을 바탕으로 수익성 분석, 공법 선정, 공정표 작성을 할 수 있습니다. 개략 견적을 세워보고 싶으신 분들은 전공선택 과목인 “건설관리”를 미리 수강하시는 것을 권하며, 시공 분야의 전공선택 필수과목인 “스마트건설기술”에서 BIM 모델링과 4D 시뮬레이션 방법을 배우니 참고하셔서 수강하시면 도움이 될 것 같습니다.

환경 

환경 분야는 가장 자유도가 높은 분야로 생각됩니다. 설계에 따라Grasshopper에 있는 다양한 모듈들을 사용하시는 분들도 계시고, MATLAB이나 python을 활용하시는 분들도 계십니다. 따라서 전산 관련 다양한 수업들이 환경 설계와 관련되어 있다고 볼 수 있습니다. 우선 전공필수 과목인 “건축과 컴퓨터”에서 Grasshopper를 처음 배우는데, 이를 잘 사용하는 것이 환경 설계에서 중요합니다. 또한 전공필수 과목인 “건축전산”에서 배우는 MATLAB과 Python을 활용하시는 분들 또한 많습니다. 전공선택 과목인 “건축환경시스템”에서는 일조 분석, 열에너지 분석, 바람 분석 등 환경 설계에 필요한 다양한 분석들을 Grasshopper를 통해 하는 것을 배웁니다.  

3. 진로 선택에 도움되는 점  

건축학과 학생이라면 1, 2학년 동안 스튜디오 수업을 통해 디자인 중심의 설계 경험을 쌓았을 것입니다. 그러나 이번 강의는 공학 전공을 선택한 후, 배운 다양한 전공 지식을 활용해 처음으로 공학 설계를 경험할 좋은 기회입니다. 저학년 스튜디오 수업과의 차이점은 공학의 관점에서 훨씬 엄밀해야 한다는 것입니다. 시스템에 대한 논리적인 근거가 필요하며, 이에 대해 수치적으로 증명 가능한 설계를 해야 합니다.  

추후 구조, 시공, 환경 분야 중 하나를 진로로 선택하고자 한다면, 이번 설계 과제는 그 분야에 대한 실질적인 이해를 돕는 동시에 실무적인 경험을 제공하여, 포트폴리오로 활용하기에도 매우 유용할 것입니다. 또한, 해당 분야가 본인의 적성과 잘 맞는지 판단할 수 있는 계기가 될 수 있어, 진로 선택에 있어 중요한 참고 자료로 작용할 수 있습니다.