Optimized Building Form by Using Genetic Algorithm and Application to Multi-dimentional Development Design

이우형; 전태주

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자료유형: 학술저널

저자정보: 이우형 전태주

저널정보: 한국공간디자인학회 한국공간디자인학회 논문집 한국공간디자인학회 논문집 제14권 제7호

발행연도: 2019.1

수록면: 23 - 36 (14page)

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(Background and Purpose) Taking notice of the environmental impact on urban densification due to the recently promoted multi-dimensional development at the space above an existing road, this design proposes an alternative architectural design. It applies a genetic algorithm for optimization to minimize the environmental impacts on the neighboring area. To that end, an example with certain conditions is set and a building design is derived using a genetic algorithm for optimization linked with environmental data. (Method) The area above the multi-dimensional intersection with an urban context is selected as an example and a plan for the whole building is derived based on the optimized form linked to the building and the surrounding solar radiation conditions. Rhino and Grasshopper, which are parametric design tools; Ladybug, which is an environmental analysis add-on; and Galapagos, which is a genetic algorithm add-on, are used. The Energy Plus Weather (EPW) Data, provided by the U.S. Department of Energy, is also used. First, through shadow analysis, an architectural form that minimizes shadow on road surfaces and adjacent areas by the building is derived. Second, another form adjusted to optimize the solar radiation on the building's own envelope is derived. This form provides an appropriate level of fenestration responding to the solar radiation level by calculating the optimum positions and sizes of the openings based on the Diagrid Module Paneling. (Results) The derived design includes architectural proposals that respond to the diverse requirements of the multi-dimensional development selected as an example, as well as the architectural form and envelope. First, through the building form and envelope design derived from the optimization, the negative effects on the surrounding environment that may appear due to the multi-dimensional development above the road are minimized. While maintaining the existing road functions, continuous pedestrian circulation from each traffic island is enabled to reconnect the disconnected communities, and diverse cultural programs and exhibition/commercial programs are performed. Through the foregoing, a physically, environmentally, and socio-economically feasible plan for multi-dimensional development was derived. (Conclusions) Through the grafting of the design processes using environmental data, the possibility of a new environment-based design method that responds to concerns about the urban densification due to multi-dimensional development from the environmental perspective is presented.

(연구배경 및 목적) 본 디자인은 최근 추진되는 도로상부를 활용한 입체개발에 기인된 도시 고밀화에 대한 환경적 영향에 주목하며, 그 대응으로 최적화 유전알고리즘을 적용하여 인근지역에 대한 환경적 영향을 최소화시키는 대안적 건축 설계안을 제시한다. 이를 위해 특정 조건을 가진 예제를 설정하고, 환경 데이터와 연동된 최적화 유전알고리즘의 활용하여 건축물 설계안을 도출한다. (연구방법) 예제로 도시적 컨택스트를 가진 4거리 도로 상부를 선정하고, 해당 건축물과 주변의 일사조건과 연동된 최적 형태를 중심으로 전체 건축물에 대한 계획안을 도출한다. 이를 위해 파라메트릭 디자인 툴인 라이노(Rhino), 그라스하퍼(Grasshopper) 그리고 환경분석 에드온(Add-On)인 레이디벅(Ladybug)과 유전알고리즘 에드온인 갈라파고스(Galapagos)를 활용한다. 먼저 음영분석을 통해 건축물에 의한 도로면 및 인접지역에 음영을 최소화하는 건축 형태를 도출한다. 이후 건축물 자체외피에 대한 일사량 최적화를 위해 조정된 형태를 도출한다. 그 형태는 일사량과 연동된 다이어그리드 모듈 페널링(Diagrid Module Paneling)을 기반으로, 개구부의 최적 위치와 크기에 대한 연산결과를 도출하여 일사조건에 반응하는 적정 수준의 개구부를 제공한다. (결과) 도출된 디자인은 가장 중심인 건축형태 및 외피뿐만 아닌 예제로 선정된 입체개발의 다양한 요구사항에 대응하는 건축적 제안을 포함한다. 먼저 최적화 유전 알고리즘으로 도출된 건축물 형태 및 외피계획을 통해 도로 상부에 대한 입체개발로 우려되는 주변환경에 대한 부정적 영향을 최소화한다. 또한 기존 도로기능을 유지하며 각 교통섬을 기점으로 연속된 보행을 가능하게 하여 도로로 단절된 지역사회를 연결하며, 지역의 부족한 문화시설 및 전시/상업적 기능을 제공함으로 도시의 다양한 프로그램과 이벤트를 제공한다. 이를 통해 입체개발이 목적한 물리-환경적, 사회-경제적으로 실현가능한 입체개발의 계획안을 도출하였다. (결론) 환경 데이터를 활용한 설계과정의 접목을 통해 입체개발에 기인한 도시고밀화의 환경적 관점의 우려에 대응하는 새로운 환경중심설계 방법의 가능성을 제시한다.

#입체개발 #파라메트릭 #유전알고리즘 #친환경 건축 #데이터 기반 설계

참고문헌 (15)

참고문헌 신청

A Skovbro / 2002 / Urban Densification – A Sustainable Urban Policy? / WIT Press 54:518~525

Eleftheria Touloupaki / 2017 / Performance Simulation Integrated in Parametric 3D Modeling as a Method for Early Stage Design Optimization—A Review / Energies 10:4~6

John Holland / 1975 / Adaptation in Natural and Artificial Systems

J Virtanen / 2015 / Customized Visualizations of Urban Infill Development Scenarios for Local Stakeholders / Journal of Building Construction and Planning Research 3:68~81

이우형 / 2010 / 뉴욕시 허드슨 야드 개발에 대한 분석적 고찰 -대규모 도시재생사업의 맥락적 연계성 중심으로- / 디자인융복합연구(구.인포디자인이슈) 24:139~150

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이우형

소속기관 남서울대학교

주요연구분야 예술체육학 > 디자인

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전태주

소속기관 한국공간디자인학회

주요연구분야 예술체육학 > 디자인

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