다중목적 최적화 알고리즘을 활용한 주거복합커뮤니티공간 디자인 연구

김범승; 이우형

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자료유형: 학술저널

저자정보: 김범승 (남서울대학교) 이우형 (남서울대학교)

저널정보: 한국공간디자인학회 한국공간디자인학회 논문집 한국공간디자인학회 논문집 제16권 제8호

발행연도: 2021.12

수록면: 313 - 326 (14page)

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(연구배경 및 목적) 최근 도심지내 낙후된 저층주거지를 활용한 중/고밀의 주거와 생활 SOC를 함께 제공하는 주거복합커뮤니티개발이 진행되고 있다. 건축적으로 이러한 도심에 위치한 복합 프로그램의 고밀 집적화는 환경적 성능 및 각 용도별 상이한 조건을 동시에 만족시킴이 필수적으로 요구된다. 이는 기존 블랙박스식 설계방법으로는 그 대응에 한계를 가짐으로 본 디자인은 그 대안으로 다중목적 최적화 알고리즘을 활용한 설계방법에 주목하여 부지내 자체 건축물을 포함한 인접 컨텍스트의 영향을 고려한 최적 일사량 기준과 용도별 상충되는 상이한 설계조건을 함께 만족시키는 최적건축구성이 반영된 주거복합커뮤니티공간에 대한 설계안을 제안한다. 이를 위해 특정 부지 상의 설계조건을 가진 예제를 설정하고, 다수의 조건을 동시에 연산하는 다중목적 유전알고리즘을 활용하여 도출된 배치 및 건물형태를 반영한 설계안을 도출한다. (연구방법) 예제로 서울시 정릉재개발구역내 경사지에 위치한 낙후된 저층주거지를 대상으로 지역의 문제점에 대응하는 주거, 상업, 커뮤니티 시설을 포함한 주거복합커뮤니티공간으로 설정한다. 인접 컨텍스트와 부지내 건축물군의 관계를 기반으로 일사량 기준 환경적 조건과 각 용도별 건축물에 요구되는 조망 및 인지성 조건을 동시에 만족시키는 배치와 형태를 중심으로 설계안을 도출한다. 이를 위해 파라메트릭 디자인 툴인 라이노 그라스하퍼(Rhino Grasshopper) 기반의 다중목적 최적화 에드온인 옥토퍼스(Octopus)를 활용한다. 옥토퍼스로 도출된 다수의 솔루션 군에 대한 성능적 및 계획적 관점의 검토를 통해 예제의 복합적 요구조건을 충족시키는 솔루션을 선정하여 디자인에 적용한다. (결과) 도출된 설계안은 가장 중심인 건축물의 배치와 형태뿐만 아닌 지역사회에 대한 다양한 요구사항과 문제점에 대응하는 도시적, 건축적 제안을 포함한다. 먼저 도시적 관점에서 인근지역과 단절된 지역사회의 물리적, 사회-경제적 문제점에 대응하기 위해 요구되는 시설과 기능을 제공함으로 지역사회의 사회 통합적 가치를 강화하였다. 건축적 관점에서 최적화 유전알고리즘으로 도출된 연산결과를 통해 지역시설을 포함한 복합개발의 환경적 성능을 포함한 다수의 복합적 요구조건을 충족시켰다. 추가적으로 기술적 관점에서 기존 건축설계과정에 내재된 주관적 자의성에 대한 한계를 넘어서는 객관성에 기초한 증거기준디자인을 도출하였다. (결론) 본 디자인은 설정된 예제에 대한 대안을 도출함을 통해 건축설계에 있어 새로운 디지털 툴과 연동된 최적화 유전알고리즘의 적용성과 잠재적 활용 가능성을 확인하였으며, 나아가 새로운 기술적 혁신이 접목되어 기존 전통적 건축설계방식이 가진 한계점을 극복하는 다중목적 최적화의 효용성을 확인하였다. 나아가 진보된 신기술과 건축설계와의 실용적 접목에 대한 범용성의 확대하는데 의미를 가진다.

(Background and Purpose) Recently, a residential complex community development that provides medium/high-density housing and living SOC using the blighted low-rise residential area in the downtown area is being developed. Architecturally, the high-density integration of complex programs is essential to simultaneously satisfying different requirement for environmental performance and each use. As the existing black box design method has a limit to its response, this design focuses on the design method using a multi objective optimization algorithm and considers the impact of the adjacent context including the own building within the site. We propose a design for a residential complex community space that reflects the optimal architectural composition that satisfies the different design conditions that conflict with each other. (Method) For design example, it is set as a residential complex community space including residential, commercial, and community facilities that respond to community problems for blighted area located on a slope site in the Jeongneung Redevelopment Area in Seoul. Based on the relationship between the adjacent context and the group of buildings on the site, the design is drawn based on the site plan and shape that simultaneously satisfy the environmental optimization based on insolation and the view and perception requirements for each use. To do this, it utilizes Octopus, a multi objective optimization add-on based on Rhino Grasshopper. The optimal solution that meets the complex requirements of the example is selected and applied to the final design through the review of performance and planning for multiple solution groups derived from Octopus. (Results) The derived design includes not only site plan and shape of the most importantly, but also urban and architectural aspects that respond to various requirements for the community. First, from an urban point of view, the social integration of the community was strengthened by providing functions required to respond to the physical and socio-economic problems of the community cut off from the surrounding. From the architectural point of view, through the calculation results derived from the optimization, a number of complex conditions including the environmental performance of complex including local facilities were satisfied. In addition, from a technical point of view, evidence-based design based on objectivity that goes beyond the limits of subjective arbitrariness inherent in the existing architectural design process was applied. (Conclusions) This design confirmed the applicability and potential use of an optimization genetic algorithm linked with a new digital tool in architectural design by deriving alternatives to the set examples. The effectiveness of multi objective optimization to overcome the limitations of traditional design was confirmed. Furthermore, it has meaning in expanding the versatility of practical grafting of advanced new technology and architectural design.

#파라메트릭 #다중목적최적화 #유전알고리즘 #성능기반설계 #증거기준디자인 #Parametric #Multi Objective Optimization #Genetic Algorithm #Performance Based Design #Evidence Based Design

참고문헌 (15)

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Brownlee, J. / 2011 / Clever Algorithms: Nature-Inspired Programming Recipes / LuLu

Catarina Garcia Belem / 2018 / Optimization of Time-Consuming Objective Functions / Universidade de Lisboa :14~15

Evins, R. / 2013 / A Review of Computational Optimisation Methods a Applied to Sustainable Building Design / Renewable and Sustainable Energy Reviews 22:230~245

Glover, F. / 2003 / Handbook of Metaheurisꠓtics / Springer US

Hamdy, M. / 2016 / A Performance Comparison of Multi-objective Optimization Algorithms for Solving Nearly-Zero-Energy-Building Design Problems / Energy & Buildings 121:57~71

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김범승

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주요연구분야 예술체육학 > 디자인

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이우형

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