In architectural field, sustainability issues that aim to save resources, reduce waste, and provide high quality living environment at the same time have recently become the center of public attention. Unfortunately, however, demand for high quality housing inevitably leads to frequent house renewal involving layout adjustments to properly respond to the various and changing needs of the tenants, which make high quality and resource saving difficult to coexist. As an effort to avoid the conflict, there have been many studies on new forms and functions of housing with both durability and adaptability, and Skeleton and Infill system is one of them. SI system is characterized by distinction between structure parts that we refer to as ‘skeleton’ and changeable building parts called ‘infill’ to provide customizable infill part based on tenant lifestyle and to achieve recycling of materials. In direction of SI housing, studies on detachable infill component have been conducted including ones of PANEKYO, NEXT21, Daiken Corporation, and Korea Institute of Construction Technology.
However, practical use of housing module components is still in its infancy. One of the most convincing reasons is that few studies have been done on a means of supporting reuse of housing module components although reusability is one of the best assets in employing module components in construction. That is, despite of development of detachable components and interface, tenants in need of house remodeling with components currently have little information available on which component can be reused for their new house layout and how to minimize additional purchase of components.
The objective of this study is to give component documentation and reusability check to tenants interactively based on the design changes that they make. In this study, we developed algorithm to decompose apartment unit layout into housing module components developed by Korea Institute of Construction Technology and to inspect which to reuse and which to purchase additionally. For that purpose, we analyzed assembly of the components, and developed algorithm to map design information into representational structures using the module components. To demonstrate the usefulness of the componentization, we developed a system using the algorithm to get component documentation and results of corresponding to new design and examined 30 actual remodeled layout plans from 2000 to 2010 in Seoul, Korea. The application of the strategies described here may reduce human efforts in complicated process of re-arranging components according to new layout design and help to increase the use of module components in practice.
2008년 통계연보에 따르면 우리나라의 대표적인 주거시설인 아파트는 2008년 기준, 서울시 전체 주택의 55.7%를 점유하고 있다. 하지만, 시간이 경과함에 따라 준공된 아파트 설비, 자재 등이 노후화 되는 물리적 노화, 그리고 주거공간에 기대와 요구가 변화함에 따라 성능이 저하되는 기능적 노화로 재건축과 리모델링에 대한 필요성이 점차 높아지고 있는 실정이다. 환경부의 환경백서에 따르면 건물 폐기물의 90% 이상은 하중을 받는 구조 부분에서 발생하게 되는데, 때문에 환경적, 경제적 손실을 줄여나가기 위해서는 최초 설계시에 하중을 받는 구조부분의 성능을 유지하되 면적을 최소화하고, 비구조부분의 비율을 높이는 방향으로 대비할 필요가 있다. 이런 문제점에 대한 대응방법 중 하나로 네덜란드의 하브라켄이 처음 제시한 Open Building System은 하나의 건물을 기둥, 빔 등을 포함하는 구조부분과 내벽, 출입구를 포함하는 비구조 부분으로 철저하게 분리하여 인식하려는 개념이다. 평면에 변화를 주기 위해서 건물 전체의 철거가 불가피했던 기존의 방법과는 달리, 스켈레톤이라 부르는 구조부분과는 독립적인 내부, 즉 인필을 제안함으로써 건설과 해체가 상대적으로 용이한 인필 시스템의 개보수를 통해, 건축물의 구조적 수명이 다하여 해체하는 시점에 이르기까지 기능이 양호한 재고를 유지할 수 있게 되었다.
주택산업에서 인필개념의 등장은 실내 구획에서 조립식 벽체를 사용하여 주거의 다양성과 가변성을 확보하려는 모듈화 공법이 가능하도록 하였다. 조립식 컴포넌트를 사용하는 건설방법은 자재를 사용하여 현장 건설, 사용후 해체, 폐기하는 기존의 건설 과정과정과는 달리 자재를 조립, 분리, 재활용 하여 건설, 사용, 해체의 순환적 과정을 특징이라고 할 수 있는데, 특히, 한번 사용한 부품을 해체해 리모델링시에도 다시 사용할 수 있는 특성을 뜻하는 “재사용성”은 공간의 가변성을 부여하여 기능적으로, 건설폐기물의 양을 줄여 환경적으로 이익을 준다. 이러한 배경에서 지구환경보전에 대응하는 고내구성능(장수명화), 거주자의 생활양식 및 요구의 다양성과 변화에 대응하는 가변성능, 물리적/기능적 노후화 및 변화에 대응하는 갱신성능(리모델링성능) 등의 종합적인 성능을 갖춘 한차원 높은 근미래형 공동주택의 가능성이 대두되었고, 이를 위해 경량 가변 벽체 부품이 국내외로 활발히 개발되고 있다.
하지만, 모듈화 공법이라는 새로운 건설 방식을 지원하는 디자인 도구의 부재는, 비전문가인 거주자가 모듈 벽체를 해체하고 조립하는 것이 용이함에도 불구하고, 거주자가 실제로 공간의 가변성을 적극적으로 도모하는데 걸림돌이 되고 있다. Revit, ArchiCAD 등 기존의 디자인 도구를 사용하였을 때 야기될 수 있는 문제점은 크게 다음과 같다.
1. 모듈정보를 제공하지 않고, 벽체는 길이 정보로만 제공
2. 조립시 필요한 부속부품에 대한 고려가 없어 후작업 필요.
3. 재활용성에 대한 고려가 없음. 모든 자재는 새것이 필요하다는 전제를 바탕함.
이에 대한 해결책으로 본 연구에서는 부품 정보를 매핑하여 벽체길이를 자동으로 패널단위로 최적화 모듈화 해주는 기능, 조립시 필요한 부속품을 공식화하여 자동으로 산출, 설계 변화에 대한 부품 재사용성 피드백 제공의 3가지 기능을 갖춘 공동주택 평면 디자인 시스템을 제안한다. 이를 위해 본 연구에서는 모듈화 공법에 특화된 설계 및 물량 산출 과정을 정의하고, 각 단계마다 필요한 기능을 제시하였으며, 자바기반의 오픈소스 디자인 툴인 Sweet Home 3D에 add-in형태로 어플리케이션을 개발하였다. 주택 부품은 한국건설기술연구원에서 개발한 공동주택용 경량 칸막이 벽체를 대상으로 하였다. 이 연구의 결과로, 재설계와 모듈 재배치의 복잡한 과정을 용이하게 하여, 거주자가 공간의 변화를 주도적으로 도모하고 주택 부품의 재사용성을 높이기를 기대한다.
