싱가포르 스포츠 허브

세계 최대의 자유 경간 (free spanning) 구조인 싱가포르 스포츠 허브 지붕을 만나보세요. 축구 경기장 3 크기에 지상 80미터 이상 높이로, 이는 Arup 스포츠 경기장 설계자의 건축학적 비전과 빌딩 정보 모델링 (BIM) Tekla 소프트웨어를 사용한 구조 엔지니어링 팀과의 협업적 설계의 훌륭한 예입니다.

스포츠 허브의 지붕 구조는 직경이 139.7mm ~ 508mm인 CHS로 만들어진 일련의 3D 삼각형 트러스로 구성되어, 노출 구조물에서 건축학적으로 매력적인 곡선을 만들어냈습니다. 이러한 곡선은 제작자에게 많은 도전과제를 안겨주었지만, 제작팀은 Tekla와 BIM을 활용함으로써 이러한 난관을 극복할 수 있었습니다.

Arup 설계팀은 Tekla를 이용해 고정 및 이동식 지붕 설계를 최적화한 결과 매우 효율적이고 경량이며 형태가 정교한, 시공 가능성이 매우 높은 지붕을 만들 수 있었습니다.

필수 요소인 상호 호환성

프로젝트 초기부터, Arup의 설계팀은  이 지붕 구조의 성공적인 납품을 위해 건축 및 구조 설계부터 후속 시공 과정에 이르기까지 완전히 통합된 접근방식이 필요하다는 것을 인지했습니다. 

설계와 구조 모형간의 상호 호환성은 Arup 팀이 극복해야 할 결정적인 도전과제였습니다. Arup 팀은 특수 사내 분석 소프트웨어를 이용해 지붕 구조를 최적화할 수 있었고, 이 지붕 구조는 그 후 플러그인을 통해 Tekla의 BIM 소프트웨어와 연결되었습니다. 상호 호환성을 통해 Arup 은 가장 최근의 최적화된 설계 기하학과 일치하도록 Tekla 모델을 자동 업데이트할 수 있었는데, 이는 서로 연결성이 없는 전통적인 방법이나 솔루션을 이용했다면 불가능했을 것입니다.

BIM은 빌딩 서비스, 콘크리트 구조 작업, 그리고 건축 간의 원할한 협업을 위해 중요했습니다. Arup 은 빌딩 서비스와 빌딩 구조간의 잠재적인 충돌을 감지하여 설계를 즉시 수정할 수 있었습니다. 예를 들어, 약 42km의 프리캐스트 테라스 좌석은 냉각 등의 빌딩 서비스와 완벽히 조화를 이루어야 했습니다.

Arup 싱가포르 사무소 수석 (Principal)이자 스포츠 허브 프로젝트의 구조 부문 리더인 마이크 킹은 전세계 주요 경기장, 공항, 운동 경기장 및 역에 대해 20년 이상의 장경간 (long-span) 구조 설계 경험이 있습니다.

 “새로운 프로젝트를 진행할때마다, 저희가 기술을 사용하는 방법과 기량 측면에서 진화가 이루어지고 있습니다. 중요한 점은 기하학 모델로 다시 돌아갔을 분석 모델에 존재하는 모든 정보를 잃지 않도록 어떻게 서로 다른 소프트웨어 패키지가 통신하는지 그리고 어떻게 상호 정보를 전송하는지에 대해 배우는 것입니다. 이러한 상호 연결성이 핵심입니다.” 킹의 말입니다.

 “철골의 경우, Tekla를 사용하는 것이 결정적이었습니다. Tekla는 지붕 구조의 기하학과 효율성을 개선하기 위한 설계 툴 중의 하나였기 때문이죠. Arup 은 Tekla와 오랜 역사를 가지고 있고 Tekla 소프트웨어를 오래 사용해온 경험이 있습니다. 저희는 소프트웨어 개발을 위해서 Tekla와 긴밀히 일하고 있는데 저희 경험 상 매우 좋았습니다.” 킹은 다음과 같이 덧붙였습니다.

 

시공 가능성에 대한 확신

지붕 구조의 지오매트리와(geometry) 부재 (member)의 크기를 정의하는 Arup의 Tekla 모델은 모든 연결된 설계 정보를 베이스 (base) 모델로 적합하게 불러오기 하기 위해 중요했습니다. 설계팀의 의도가 Tekla 모델에 충분히 반영되도록 하기 위해, 철골 컨트렉터인 영남(Yongnam)은 Tekla 모델에 저장되어있는 모든 중요한 데이터를 모든 교차점에 대해 설계 데이터와 비교 확인하는 시스템을 개발했습니다.

킹에 따르면, 지붕 구조 모델을 영남에 전달하는 과정에서, 모델이 100% 정확한 것이 중요합니다. 이들은 Tekla 모델을 통해 기하학과 구조 부재의 정확성을 보장할 수 있었습니다. 영남은 그 후 제작 문서화와 제작을 위한 도면을 위해 BIM을 이용했습니다.

또한, 영남은 구조물의 안전하고 원할한 제작에 대한 BCA (Building & Construction Authority)의 신뢰를 확보하는 것이 중요했습니다. 이를 위해, 영남은 Tekla 모델을 통해 BCA에 이러한 정보를 효과적으로 발표했습니다.

BIM은 또한 외장재 (cladding) 업체의 시스템이 구조물 내에 맞고 구조물에 부착되도록 개발하기 위해 사용되었습니다.

 “그들은 또한 가설 (erection) 순서를 결정하기 위해 모델을 사용했습니다. , 어떻게 요소 (element) 현장에 가져오고, 어떤 크기의 요소를 현장에서 제작 가능하며, 어떤 크기의 요소를 크레인을 통해 들어올릴 것인지 등에 사용되었습니다.” 킹이 말했습니다.

 

효율성 개선

스포츠 허브 프로젝트의 핵심 도전 과제 중 하나는 건물의 경제성뿐만 아니라 환경 영향 및 지속 가능성 차원에서 프로젝트의 내포 탄소량을 줄이기 위해 지붕 구조물의 철골 무게를 최대한 가볍게 유지하는 것이였습니다.

 “이러한 성격의 지붕에 가해지는 가장 큰 하중은 강구조의 자체 무게입니다. 따라서 이 무게를 최소화할 수 있다면, 장기적으로 매우 효율적인 구조를 만들 수 있습니다. 예를 들어,  구조가 비효율적이어서 지붕 강철 1 평방미터당 10kg가 불필요하게 추가된다면, 효율성을 통해 제거하지 않은 추가 강철 무게를 지탱하기 위해 또다시 30~40%의 강철이 실질적으로 필요할 것입니다.” 킹의 말입니다.

구조적 강철 무게의 감소 관련해, BIM을 사용하면 이점이 있습니다. BIM은 Arup팀이 구조물인 지붕의 기하학을 최적화하고 건축적으로 우아한 형태를 만드는데 도움이 되었습니다. 그들은 또한 강철 무게를 최소화하기 위해 설계 및 문서화 차원에서 강구조를 미세 조정할 수 있었습니다.

 “ 스포츠 허브의 지붕에는 평방미터당 단지 120kg를 조금 넘는 312m의 경간이 있는데, 이렇게 상당히 효율적인 지붕은 지붕 형태에 의해, 그리고  매개변수 모델링과 BIM을 통한 지붕 구조 개발에 의해 가능했습니다.” 킹이 덧붙였습니다. 

                                                      

 

표준을 만들어가다

 “저희는 이러한 종류의 구조를 다룰 Tekla 선호합니다. Tekla 업계 표준이기 때문입니다. Tekla 철골 제작사가 편하게 사용하고 신뢰하는 솔루션입니다. 그래서 저희는 Tekla 문서화를 하면, 전세계에 있는 어떤 철골 제작사에게도 모델을 넘겨줄 있고, 철골 제작사는 이를 통해 자체적인 철골 모델을 개발할 있기 때문에 궁극적으로 시간을 절약할 있다는 것을 알았습니다.” 킹의 말입니다.

킹에 의하면, BIM은 10~20년과 비교해 이러한 성격의 구조를 시공하는데 필요한 시간을 대폭 단축시켜 주었습니다.

하지만 이보다 더욱 흥미로운 혜택은 건물 자체에 적용되는 자원의 효율성과 강철 양의 감소, 그리고 설계자부터 철골 제작사, 나아가 최종 사용자에게 이르기까지 정보 전달을 통해 달성할 있는 효과적인 협업입니다.

싱가포르 스포츠 허브는 싱가포르에서 처음부터 끝까지 BIM을 활용한 최초의 프로젝트였고, 다양한 이해관계자들간의 협업이 돋보이는 놀라운 사례입니다. 이 프로젝트를 통해 Arup스포츠 시설 설계자들의 건축학적 비전과 구조 엔지니어링 팀간의 협업적 설계 노력이 재조명되었습니다.

대담한 설계와 시공이라는 접근법에 대해, 싱가포르 스포츠 허브는 BCA BIM Awards 2014에서 플래티늄 상을 비롯해 Tekla Global BIM Awards 2014에서 “Best Steel Project (철골 프로젝트 최우수상)”를 수상했습니다.

 

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국립 경기장 특징:

  • 혁신적인 이동식 열 (tier) 설계 기반의 55,000석
  • 에너지 효율적인 공기 냉방 장치
  • 이동식 초박형 돔 지붕
  • 312m 경간의 지상 80미터 높이의 지붕을 갖춘 세계 최대의 자유 경간 돔 구조
  • 육상, 축구, 럭비, 크리켓 등 다양한 경기와 여가 활동을 위해 설계됨
  • 48시간 내에 모드 전환 가능

Mike King, Principal at Arup Singapore

저희는 이러한 종류의 구조를 다룰 때 Tekla를 선호합니다. Tekla가 업계 표준이기 때문입니다. Tekla는 철골 제작사가 편하게 사용하고 신뢰하는 솔루션입니다. 그래서 저희는 Tekla로 문서화를 하면, 전세계에 있는 어떤 철골 제작사에게도 모델을 넘겨줄 수 있고, 철골 제작사는 이를 통해 자체적인 철골 모델을 개발할 수 있기 때문에 궁극적으로 시간을 절약할 수 있다는 것을 알았습니다.
Mike King
Principal
Arup Singapore