| 연구개발개요 |
본 연구에서는 개폐식 대공간 건축물의 건설기술 자립화를 통한 해외시장 진출이라는 목표를 가지고 있음. 이를 실현하기 위하여 통합설계기술, 하이브리드 구동시스템, 스마트 제어 및 운영기술 등 관련 분야의 핵심기술 개발과 파일럿 프로젝트를 통한 개발된 기술의 실증화를 통하여 개폐식 대공간 건축물 건설 핵심기술의 국산화 실현, 해외 선진기술과의 기술 경쟁력 확보, 해외 건설시장에 진출할 수 있는 기반기술 확보를 지향함. - 미국, 일본, 독일 등 국민소득 3만 달러 이상의 국가에서는 관람객 3만 명 이상의 대규모 대공간 건축물에 대부분이 개폐식 지붕구조를 적용하여 건설됨. - 경제규모가 세계 13위, 국민소득 28,000 달러인 대한민국의 경제규모에 비하여 개폐식 대공간 건축물과 관련된 기술력이 매우 미약하여 세계적으로 커지고 있는 고부가가치 건설시장으로 진출에 어려움을 겪고 있음. - 국내에는 개폐식 대공간 건축물이 거의 전무하며 선진국의 시장선점으로 국내는 관련기술에 대하여 해외 기술 의존 및 종속 그리고 막대한 기술료를 지급하고 있음. - 건설분야에 대한 국가경쟁력 향상, 일자리 창출을 위하여 건설기술과 ICT 기술의 융복합을 통한 건설분야 신기술, 고부가가치기술 개발 그리고 건설기술에 대한 새로운 가치 창출이 필요함. - 뛰어난 시공능력과 건설기술을 바탕으로 해외 건설시장에서 수주를 하고 있으나 고부가가치 엔지니어링 기술은 해외 선진국 기술에 의존하고 있음. - 서남아시아, 중동 지역 등 개발도상국의 여러 나라에서 국제적인 행사가 예정되어 있어 개폐식 대공간 건축물의 건설 예정으로 세계 건설시장으로 진출의 기회임. - 대공간 건축물분야의 최고기술국은 미국(98.7%)이며 일본(89.9%) 및 독일(87.4%), 영국(85.2%)이 그 뒤를 따름. 한국(67.6%)은 중국(68.8%)에도 기술수준이 뒤져있는 상황임. - 대공간 건축물 분야의 기술 선진국인 미국, 일본 등은 성숙기이나 한국은 아직 성장기로서 추격형 기술임(국토교통 기술수준조사 보고서, 2013). - 국내 건설시장의 한계를 극복하고 세계 건설시장으로 진출하기 위해서는 개폐식 대공간 건축물과 같은 고부가가치의 건설기술이 필요하므로 관련분야 핵심기술에 대한 국가차원의 연구개발이 시급한 실정임. - 이를 위한 개발 방향으로는 개폐식 대공간 건축물 통합설계 엔지니어링을 위한 핵심기술인 지능형 경량 개폐식 대공간 건축물 통합설계시스템, 하이브리드 개폐 구동시스템, 스마트 제어 및 운영기술 개발에 역량이 집중되어야 함.
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| 최종목표 |
본 연구의 최종목표는 기존 대비 10% 향상된 경제성과 최소 50년 개폐 성능이 확보된 “개폐식 대공간 건축물의 통합설계 엔지니어링 기술 개발”이며, 세부 연구목표는 지능형 경량 개폐식 대공간 건축물 통합설계시스템 개발, 하이브리드 구동시스템 개발, 스마트 제어 및 운영기술 개발임.1.「지능형 경량 개폐식 대공간 구조물 통합설계시스템 개발」 과제는 개폐식 건축물 핵심기술 중 설계기술의 자립화와 국제경쟁력 확보를 도모하기 위한 융합 및 통합설계기술에 관한 연구개발 과제로서 연성막재패널, 강성패널 및 가변/전개형 개폐식 구조물의 자동모델링 및 해석/설계가 가능한 통합프로그램을 개발하는 것이 최종연구목표이며, 열/풍/음 환경을 고려한 최적 환경계획기술을 융복합하고 통합설계기술의 적용으로 해당 기술을 발전시키도록 함. 또한 연구목표를 중소기업형 기술확보에 중점을 둔 초경량 연성 막 개폐구조시스템의 해석/설계 통합프로그램을 특화하여 단기성과형 기술과제성과를 달성하도록 함.2.「하이브리드 구동시스템 및 시공기법 개발」은 지붕구조의 개폐를 통해 다양한 공간 활용성을 가지는 친환경적인 개폐식 대공간 구조물로서, 기존의 대공간 시스템이 갖는 요소기술에 개폐식 지붕구조의 특성을 고려하여 지붕의 개폐 형태 및 방법과 이에 따른 구동장치 및 제어시스템, 연성 및 강성 구조시스템의 개폐특성에 따른 Erection기법 및 모듈화된 시공프로세스를 개발하여 설계 및 시공표준화를 통한 최적시공기법, 개폐식 지붕 경량의 고성능 신재료를 이용한 외피구조 적용기법을 개발하고자함. 하이브리드 구동시스템 및 최적화된 시공기술 개발로 기존 대공간 건축물 대비 10% 향상된 경제성과 최소 50년 개폐 성능이 확보된 개폐식 대공간 건축물의 엔지니어링 기술 및 최첨단 시공기술을 개발하는 것이 본 연구의 목표임.3.「스마트 제어 및 운영기술 개발」은 외부환경의 변화에 따라 개폐식 대공간 구조물의 사용성 및 안전성을 높이기 위한 첨단의 핵심 기술개발로 안전성 및 사용성 향상을 위한 스마트 구조제어기술, ICT기반의 스마트 센싱 및 구조안전성 자가진단기술, 환경 및 설비시스템 통합제어기술, 개폐시스템 최적운영 기술 및 화재시 피난 및 재해 예방 기술 개발을 포함하고 있음. 본 연구는 전통적인 건축기술에 ICT 기반 첨단의 정보통신 및 기계, 제어계측 기술이 융복합된 미래지향적인 차세대 기술 개발을 목표로 함.
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| 연구내용 및 범위 |
1. 지능형 경량 개폐식 대공간 구조물 통합설계시스템 개발(1) 지능형 가변/개폐식 대공간 구조시스템 개발 - 연성 및 강성방식 개폐/전개메커니즘과 전개과정특성 분석연구 - 달림/들림형 케이블 지지시스템의 개선 연성 막 개폐시스템 개발 - 초경량 막 재료를 이용한 전개/개폐식 구조시스템의 개발과 분석 - 능동제어가 가능한 자기평형 전개메커니즘 분석 및 시스템 개발 - 지능형 강성 개폐식 구조시스템 설계 및 해석 알고리즘 개발 - 태풍/지진 피해를 저감을 위한 개폐식 지붕구조 최적설계 기술(2) 가변/개폐식 구조물 구조해석 및 최적화 프로그램 개발 - 이동형/회전형 강성개폐 시스템의 구동 시뮬레이션 해석프로그램 - 가변/전개 구조시스템의 최적 중량 및 최적형상 능동제어 프로그램 - 개폐상태를 고려한 능동/수동형 형상 및 형태제어 설계프로그램(3) 개폐상태를 고려한 친환경 설계기술 개발 - 개폐상태에 따른 실내 공간 환경 및 설비 최적설계 프로그램 개발 - 에너지 절감을 위한 태양열 활용계획/환경 설계 기술 개발 - 곡면형상 개폐식 외피구조 설계를 위한 파라메트릭 디자인 기법 개발 - 개폐상태를 고려한 최적 계획/환경 프로세스(지침) 개발2. 하이브리드 구동시스템 및 시공기법 개발(1) 연성 막 개폐 구동장치 및 제어시스템 개발 - 연성 막 접힘/뭉치 개폐시스템 구동 메커니즘 분석 및 안정화 연구 - 접힘/묶음 막 구동을 위한 트랙터 및 anchoring 시스템 개발 - 연성 막 개폐 기구의 제어를 위한 통합형 구동시스템 개발 - 장력조절 알고리즘을 이용한 최적구동 제어 시스템 개발(2) 강성 개폐 구동장치 및 제어시스템 개발 - 강성 프레임형 개페식 구조의 Bogie시스템 분석 - 강성 구동기구/장치 및 제어장치 - Bogie의 구동 프로세스와 제어시스템 - ICT기반의 Bogie 구동/제어 시스템 개발(3) 개폐식 구조물의 시공기법 및 최적모듈화 개발 - 스포크 휠 구조기발 연성 막 개폐시스템의 시공기법 및 지침 개발 - 연성 막 개폐시스템의 구동장치 모듈화 및 표준화 기술개발 - 연성개폐 최적시공기법 및 구조형상 조절기법 구축 - 시공프로세스 혁신을 통한 Value Engineering 최적 프로세스 개발 - 개폐식 구조시스템의 자동화 Robotics Erection 기법 개발 - 시공프로세스 혁신을 통한 Value Engineering 최적 프로세스 개발 - 개폐식 구조시스템의 자동화 Robotics Erection 기법 개발(4) 강성 개폐시스템의 시공기법 및 지침서 개발 - 강성 개폐시스템 특성 분석 및 사례조사 연구 - 강성 개폐시스템의 시공기법 개선 연구 - 강성 개폐시스템의 단위모듈 조립형 시공기술 프로세스 개발 - 강성 개폐시스템의 단위모듈 구조형상 조절 및 시공기법 지침서 개발(5) 경량 및 친환경 신재료 외피구조 적용기술 개발 - 경량 고성능 신재료 및 전개형 구조시스템 특성 분석 - 막 접힘 내좌굴 성능 분석 및 전개형 선재 구동시스템 개발 - 필름재료 성능 분석 및 전개형 면재 구동시스템 개발 - Mock-up Test 및 가이드라인 작성3. 스마트 제어 및 운영기술 개발(1) 안전성 및 사용성 향상을 위한 스마트 구조제어기술 개발 - 대공간 건축물과 진동제어장치의 동시/최적 구조설계 프로그램 개발 - 지붕구조시스템 맞춤형 스마트 하이브리드 진동제어장치 개발 - 경량 지붕구조시스템을 위한 인장저항 면진시스템 개발(2) ICT기반의 스마트 센싱 및 구조안전성 자가진단기술 개발 - 개폐식 지붕구조물의 가속도 응답기반 건전도 평가시스템 개발 - ICT기반 지붕개폐 구동장치 안전도 모니터링 및 자가 진단장치 개발 - 지붕 개폐장치 구동시 안전도 모니터링 및 제어시스템 개발 - 임베이디드 마이크로프로세서와 무선통신 기능을 포함한 경제적 지능형 스마트 센서 장치 개발(3) 개폐식 대공간 건축물 환경 적응형 설비제어기술 개발 - 개폐식 대공간 건축물의 다중 환경정보 수집 및 처리 가능한 스마트 센서 개발 - 공간 개폐시 환경변화에 따라 제어가 가능한 적응형 설비제어기술 개발 - 개폐식 대공간 건축물의 에너지 절감 목표 단계별 그린에너지 적용방안 도출(4) 개폐시스템 최적운영 기술 개발 - 개폐식 대공간 건축물 수직진동 관리 지침서 개발 - 개폐식 대공간 건축물 최적운영 시스템 개발 - 개폐식 대공간 건축물 운영 및 유지관리 점검 매뉴얼 개발(5) 화재시 피난 및 재해 예방 기술개발 - 화재안전 기준 분석 및 화재위험도 평가 - 화재확산 방지 및 피난을 위한 복합패널 기술개발 - 개폐식 대공간 건축물의 피난안전지침 개발
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