건축공학의 개념, 필요성, 연구내용
과제 1
건축공학과 3학년 최영준
1. 건축공학(Architecture Engineering)의 개념
건축공학은 인간생활의 편리성을 추구하는 학문으로서 우리 일상생활에서 매우 중요한 역할을 하고 있다. 건축공학은 궁극적으로 인간생활에 없어서는 안될 건축물을 구축하는 것을목표로 하며, 건축물은 구조, 기능, 미적 요소를 갖춤과 동시에 지진이나 태풍등 각종 재해로부터 안전하도록 설계하고 시공 및 유지관리하기 위한 기술을 다루는 학문이라 할 수 있다.
합리적인 구조와 효율적인 환경설비시스템, 질 높은 시공을 통해 쾌적하고 경제적인 인공환경을 구현할 수 있도록 과학과 기술을 바탕으로 특히 하이테크 개념과 최첨단 기술을 응용하여 건축물을 완성하는 지식과 소양을 기른다. 건설기술을 이루는 건축구조 분야, 시공 및 재료 분야, 건축 환경공학 분야의 전문지식을 배우고 개발한다. 건축시공, 건설재료 생산 공장, 안전관리사, 품질관리사, 건축 감리, 건축구조, 건축환경설비 등 건설관련 정부기관을 비롯하여 건설회사, 연구소나 건축기술 전문 용역기관, 일반기업체 건설관련 부서, 감정평가 업무 등에 진출한다.
☆ 건축공학의 소개
- 교육목적
건축공학 전공의 교육목적은 건축물의 창조과정과 관련된 공학적인 지식을 탐구하는 것이다. 따라서 교육의 내용은 대부분 현실과 밀접한 관련을 가지고 있으며 공학적, 기술적 지식을 기반으로 하여 건축환경 및 설비, 건축시공 및 재료, 건축구조 등 건축의 생산과정을 효율적으로 관리할 수 있는 능력의 배양에 중점을 두고 있다.
- 교육목표
건축공학은 설계된 도면을 실제적인 건축물로 완성하는데 필요한 공학적 지식을 탐구하는 학문이다. 따라서 본 전공은 사회에서 필요로 하는 건축공학전문가를 양성하기 위하여 다음과 같은 목표를 설정한다. 미래지향적 사고능력을 갖춘 건축공학인력 양성첨단 지식을 갖춘 건축공학인력 양성산업 발전을 선도할 수 있는 현장 중심의 건축공학인력 양성한다.
- 교육내용
건축공학은 건축물의 창조과정과 관련된 공학적인 지식을 탐구하는 것이 목적이므로 교육의 내용은 대부분 현실과 밀접한 관련을 가지고 있다. 따라서 건축공학의 교육내용들은 사회에서 필요로 하는 현장중심 건설기술자, 첨단지식을 갖춘 건설기술자 및 다양한 미래의 요구를 충족시킬 수 있는 건설기술자의 양성을 중심으로 크게 세 분야로 구성되어 있다.- 건축환경 및 설비(채광조명, 건물에너지, 음향, 생태, 위생 및 공조설비 분야) - 건설관리 및 건축시공학(건물의 시공 및 관리분야) - 구조공학(구조물의 뼈대를 구성하는 기둥, 보, 슬래브, 기초 및 구조재료분야)
2. 건축공학의 필요성
도심 한가운데를 뚫고 하늘 높이 솟아있는 초고층빌딩의 멋진 모습 뒤에는 첨단기술이 있다. 최근 관심을 끌고 있는 환경친화적 건물도 건축공학의 뒷받침이 있어야 가능하다.
건축공학은 건축가가 공간을 창조하는 과정에서 필요한 공학적인 모든 수단을 다루는 학문이다. 예전에는 건축가가 설계와 건축물의 실현을 모두 관장해 왔으나 오늘날은 역할이 분담돼 건축가는 건축설계에 역점을 두고 건축공학기술자가 공간의 실현에 필요한 모든 기술적인 면을 담당하는 경향이 있다.
예를 들어 고층 건물에서 예술적이고 창의적인 공간이 실현되려면 다음과 같은 공학적인 조건이 충족돼야 한다. 고층에서 발생하는 바람과 지진에 견딜 수 있는 튼튼한 뼈대, 빠르고 안전하게 거주자들을 운송하는 엘리베이터, 만약의 경우에 발생할 수 있는 재해에 대한 대응시설, 쾌적한 주거환경, 정보공학을 이용한 자동화 시설이 갖춰져야 한다.
건축공학의 대표적인 분야는 구조공학이다. 구조설계시 가장 중요시해야할 점은 건물의 안전성을 확보하는 것이다. 아름다운 건물이 구조적으로도 균형이 잡힌 경우가 많은 이유는 이런 형태가 가장 자연스럽기 때문이다. 종종 자연에 존재하는 구조물로부터 기발한 건축구조를 재창조하는 경우도 있다.
건축물의 아름다움은 뼈대를 감추거나 드러내어 표현한다. 현대 첨단공학의 발전으로 새로운 재료와 정보기술을 활용할 수 있게 됨에 따라 그동안 꿈꿔 온 구조를 실현할 수 있게 됐다.
초고층 건축물에는 창의적인 구조시스템과 진동제어 방법이 도입된다. 대나무와 같이 속이 빈 단면으로 효과적으로 바람에 저항하는 원리를 적용해 개발한 튜브 구조시스템과 트러스의 장점을 이용한 가새 시스템이 대표적인 고층구조시스템이다. 한편 피라미드의 입체적인 특성에서 불연속적인 기둥배치가 가능한 구조시스템이 개발됐다.
시계추의 원리를 이용하면 바람과 지진으로 발생하는 고층구조물의 진동을 어느 정도 감소시킬 수 있다. 건물의 진동방향과 반대로 시계추를 움직이면 운동에너지를 감소시켜 건물의 진동을 작게 만든다. 고층건물에 관련된 첨단기술은 재료에서 시작해서 구조시스템, 진동제어, 내화성능, 건축환경, 정보시설을 망라한 수없이 많은 분야를 포함한다. 건축공학은 종합공학으로서 첨단기술의 적용이 요구된다.
또한 건축물의 안전을 보장하기 위해 구조공학자는 실험과 시뮬레이션을 수행한다. 예를 들어 철근콘크리트 구조가 극심한 지진운동에 충분히 안전성을 확보할 수 있는지 여부를 실험과 공학적인 이론 모형을 통해 검증한다.
건축환경은 사람들에게 피신처를 제공하고자 마련된 인조환경에 속하며 열환경, 빛환경, 소리환경, 공기환경으로 분류할 수 있다.
그런데 18세기말 산업혁명을 계기로 건축이 단순한 피신처의 개념에서 인위적인 환경조절시스템의 개념으로 변하면서, 자원의 고갈과 오염 등의 문제를 유발하고 있다. 이러한 환경문제를 해결하는 방안으로 환경친화적 건축, 지속가능한 건축, 그린빌딩, 생태건축 등의 개념이 등장하게 됐다.
예를 들어 건축물의 주된 출입구가 있는 정면부인 파사드를 환경친화적으로 설계할 수 있다. 즉 외부 환경과 맞닿아 있는 건물 외피 구조를 통해 건축환경을 조절하려는 시도인데, 환경친화적 파사드로 개발된 대표적인 구조가 이중외피 파사드다.
이중외피 파사드는 기존의 유리 외피에 또 하나의 외피를 추가하고 이들 외피 사이에 형성된 중공층에 블라인드를 설치한 시스템이다. 이중외피 파사드를 적용하면 냉난방 에너지를 절약할 수 있으며, 자연환기에 따른 쾌적한 실내환경 조성과 외부소음을 조절할 수 있다는 장점이 있다. 이와 더불어 주 건축재료로 유리와 철을 사용함으로써 투명하고 하이테크한 건축을 가능하게 해 건물의 가치와 미적인 효과를 증대시킬 수 있다.
현재는 에너지 절약 시대를 넘어 삶의 질에 대한 요구가 증가하고 있는 시대이며 앞으로는 더욱 쾌적하고 건강한 건축환경에 대한 요구가 증가할 것이다. 따라서 건축 분야에서 건축환경에 대한 중요성을 깨닫고 건물 사용자에게 열·빛·소리·공기 등 환경 전반에 대해 에너지 절약적이고 쾌적한 공간을 제공한다.
최근에 초고층 빌딩, 국제공항, 첨단 주거시설 등과 같이 건축물의 규모가 대형화되면서 설계와 시공에 이르는 건축프로젝트의 모든 과정을 체계적으로 관리할 필요성이 대두됐다. 따라서 건축공학에서는 건축프로젝트를 관리할 기술인력을 양성하는데 주력하고 있다. 특히, 건축프로젝트의 주요목표라고 할 수 있는 품질, 공사비, 공사기간 등을 계획대로 달성하려면 과학적인 관리기술이 요구된다.
3. 건축공학의 연구내용
(1) 건설자동화
ㆍ인력대체형 또는 인력과 장비의 협력형태의 건설장비개발
ㆍ건설로봇 또는 건설자동화장비
ㆍ1980년대 이후 미국, 일본, 유럽중심으로 연구개발
ㆍ반복작업의 기계화
ㆍ철골자동조립 (보, 기둥), 원격조정하중운반기, 형틀수직이동시스템, 타일벽면검사로봇, 철근콘크리트검사로봇, 벽면도장로봇 등이 있다.
(2) 건설관리
ㆍ건설 CALS(Continuous Acquisition & Life-cycle Support)
건설사업의 설계ㆍ입찰ㆍ시공ㆍ유지 관리 등 전과정에서 발생되는 정보를 발주청, 설계·시공업체 등 관련주체가 정보통신망을 활용하여 교환ㆍ공유하는 정보화 전략이다.
ㆍPMIS시스템(Project Management Information System)
프로젝트의 관리, 설계관리, 공사비관리, 구매관리, 공정관리, 계약/행정관리, 품질관리, 안전 /환경관리,유지관리 등 사업전반의 관리행위를 수행이다.
(3) 3차원 설계
설계도면작업인 CAD(Computer Aided Drawing)가 개발되면서부터 컴퓨터상의 가상공간에서 가상공간에서 실제와 같은 스케일로 3차원 설계가 가능해졌다. 이전까지 정면도, 입면도, 단면도 등의 서로 다른 관점에서 제각각 도면이 작성되던 것을 3차원 CAD에서는 실제치수를 그대로 이용하여 마음대로 작성한 후, 원하는 어떤 각도에서 3차원으로 조망하는 것이 가능하다. 기존의 3D-CAD 도면에 일정(Time)을 연계한 4D-CAD 기술이 활발히 연구 개발 중이다.
(4) 전문가 시스템(Expert System)
① 전문가 시스템에서는 전문가가 가지는 전문적인 지식과 이를 바탕으로 추론할 수 있는 능력을 전산화하기 위하여 지식베이스와 추론기능이다.
② 건설분야에서 전문가 시스템은 주로 의사결정이 필요한 분야에서 많이 이용되고 있다. 즉, 점검이나 조사를 통해 적합한 공법을 선정하는 문제라든가, 다양한 설계변수 가운데에서 적정한 변수의 조합을 획득한다든가, 또는 공사의 계획단계에서 광범위한 과거자료를 토대로 적절한 계획의 수립을 위해서 활용되고 있다.
(5) 인공지능(Artificial Intelligence)
① 인공지능(AI)이란 주어진 문제를 해결하거나 새로운 사실을 학습하고, 사고하는능력 등의 지능을 컴퓨터를 이용하여 실현하는 방법이다.
② 인공지능의 응용기술은 구조물의 설계 및 시공, 건설관리 등 전 분야에 걸쳐서 다양하게 적용되고 있다. 구조물의 개념설계에 있어서 구조시스템의 선택이나, 선택된 시스템의 선택이나, 선택된 시스템의 평가를 위한 지식기반시스템이, 상세설계에서는 구조해석의 지원과 각종 규준검토 등에 많이 이용되고 있다.
③ 시공 및 관리분야에서는 인공지능의 논리적인 구조를 기반으로 추론기법들이 폭넓게 활용되며, 지식기반을 이용한 현장설계 또는 지식기반을 이용한 프로젝트의 계획 및 관리시스템 뿐만 아니라, 유지보수, 손상진단을 위한 지식기반시스템들도 널리 활용된다.
☆ 교과목 해설
- 건축계획
건축물 하나가 완성되기 위해서는 설계, 시공, 관리 등을 중심으로 복합적인 과정을 거치며, 이에 따른 많은 분야의 전문가 및 관계자가 참여하게 된다. 건축계획 및 설계 과정은 건축을 위한 기본 틀을 구성하는 단계로서 디자인 체계에 대한 이해가 필요하다.
- 건축시공
인간생활에 적합한(구조,기능,미) 건축물을 설계도서에 따라 각종 재료 및 제품을 써서 공사착수로부터 준공에 이르기까지 최저의 공사비로 최단시일 내에 완성시키는 건축기술이다.
- 건축구조
건축물에 필요한 재료를 사용하여 각 건축이 갖는 목적에 알맞은 건축물을 형성하는 일과 구조체계로서 건물의 뼈대(骨組)가 되는 구조와 내·외부를 형성하는 끝손질의 세부구조를 말한다.
- 건축설비
건축물에 거주하는 인간에게 편리함과 쾌적성을 제공하고 생명을 건강하게 지켜주기 위한 급배수 위생설비, 공기조화설비, 환기설비, 전기설비, 소화설비 등을 말한다.
- 건축환경
건축환경공학은 물리적, 생리적, 심리적 쾌적성을 요구함과 동시에 최소의 에너지를 이용하여 쾌적한 실내환경을 조성하는 것이다.
- 건설관리
시공을 위한 계통적인 순서를 계획하고, 가능한 모든 생산수단(5M)을 이용하여 건축물의 공사기간, 품질, 경제성 등 3조건의 목표에 맞추어 공사를 안전하게 완성시키기 위한 관리이다.
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