최근 초고층건축물이 많아지면서 그에 대해 자연의 영향에 대한 여러 이슈가 수반되고 있다. 내구성과 심미성뿐 아니라 지속 가능성과 경제성의 측면에서 초고층 건축물에 대한 연구가 꾸준히 이루어 지고 있다. 초고층 건축물의 외피로서 커튼월 파사드가 상징적으로 사용되고 있다. 커튼월의 공사비용은 전체의 10%를 차지하고, 에너지의 약 40%가 커튼월을 통해 소비되고 있다는 점에서 지속가능성과 경제성에 있어 중요하게 여겨지고 있다. 에너지 효율성을 높이기 위한 커튼월의 다양한 시도들도 이루어지고 있다. 커튼월은 건물이 높을수록 견뎌야하는 자연적인 요소, 그중에서도 풍하중의 영향이 커지게 된다. 이를 보완하기 위해서 건물이 높아질수록 유리와 멀리언 부재의 두께는 점점 두꺼워지게 된다. 따라서 풍하중과 채광에 의한 영향을 줄이는 커튼월 시스템을 설계하고자 하였고, 자연으로부터 아이디어를 도출하게 되었다.

커튼월 파사드의 아이디어가 된 자연의 요소는 '물고기 비늘'이다. 처음에는 단순히 심미적인 요소로 형태에 집중하여 찾은 자연적 요소였지만 물고기 비늘을 연구한 자료들을 통해 물고기 비늘이 가지는 역할에 대해 알 수 있었다. 물고기의 비늘은 수압으로부터 물고기의 몸체를 보호하는 역할을 한다. 비늘의 모양에 따라 종류를 나눌 수 있으며 배열방식에 따라 다양한 모습이 연출된다. 흥미롭게 여긴점은 비늘의 겹쳐지는 배열방식과 비늘 자체의 구조로 인해 외부로부터 받는 힘을 분산시킨다는 점이다. 이러한 원리를 통해 비늘의 배열방식이 갑옷, 방탄조끼 등에 적용되어 활용되고 있다는 것을 알 수 있었다. 참고논문 - Rawat, Prashant, et al. "Structural and mechanical properties of fish scales for the bio-inspired design of flexible body armors: a review." Acta Biomaterialia 121 (2021): 41-67.

이를 다른 바이오 아이디어인 기동세포를 통한 공압시스템와 결합하고자 했고, 개폐식으로 구동되는 커튼월 파사드를 만들게 되었다. 공압시스템에 대한 연구를 진행하였으나 효율적이지 못하고 어려움을 겪어 구동 시스템으로는 다른 방식을 사용하게 되었으나 기동세포의 수축과 팽창에 아이디어를 얻어 개폐되는 방식을 설정하게 되었다. 파사드를 커튼월에 연결하는 방식은 멀리언에서 연장된 축에 결합하는 것으로 생각하였다. 커튼월의 규격에 맞추어 개별 유닛의 크기를 결정하고 패널의 형태와 크기를 물고기의 비늘모양과 커튼월구조를 고려해 만들게 되었다. 재료는 GFRP를 통해 강성이 높고 가벼우며, 투명도 조절이 가능하도록 하였다.

파사드의 개폐방식과 형태는 여러 시행착오를 통해 최종 디자인안이 나오게 되었다. 먼저 멀리언 내부에서 패널이 나오고 들어가는 방식이다. 필요시에만 돌출시키고 그 외에는 숨길 수 있다는 장점이 있었지만 멀리언 깊이의 한계가 있었다.

두번째로 비늘과 같이 패널들이 겹쳐지도록 하는 방안에 대해서 고민해 보았다. 하지만 그렇게 되기 위해서는 개폐되는 과정에서 인접한 패널들이 겹치게 된다는 것이었다. 그래서 이러한 겹쳐진 구조를 위해 어떻게 패널을 개폐할 것인지에 주목하였고 이를 양쪽의 패널을 다른 방식으로 움직이도록해 설계했다. 하지만 이와 같은 경우 레일축이 추가적으로 필요하고 크기적인 한계로 효율적이지 못하다.

최종적으로 선택하게 된 방식은 이중축을 활용한 방법이다. 중앙의 축을 중심으로 양쪽패널이 개별적으로 움직이도록 하는 것이다. 이중축에 의해 각각의 축에 있는 패널이 원하는 각도로 움직인다. 이 축을 구동하는 구동시스템의 위치를 달리해 개별적으로 움직이도록 한 것이다. 또한 이 축을 멀리언과 평행한 것이 아닌 각도를 기울이고 축을 틀어 각 개별유닛이 개폐될 때 겹쳐지지 않도록 하였다. 평상시 접혀있는 패널이 이중축에 의해 원하는 각도만큼 각각 움직여, 서로 겹쳐지지만 부딪히지 않고 플랫한 평면을 만들 수 있다.

이를 적용한 최종 모습이다.

초고층건물에 적용하는 것 뿐만아니라 개별 유닛으로 이루어진 만큼 작은 스케일의 건축 안에서도 적용가능성을 기대해본다. 프로젝트를 마무리하며 초고층 건축물의 문제와 이슈에 집중해 볼 수 있었던 것과 그 해결점을 자연으로부터 도출한 것은 흥미롭고 의미가 있는 과정이었다. 단순히 형태를 넘어 바이오에서 그 역할을 가져와 적용할 수 있었던 것은 새로운 도전이었다. 그리고 여러 시행착오를 통해 복잡한 방법이 아닌 단순한 방식으로 문제점들을 해결할 수 있다는 것이 흥미로웠다. 단순이 일차원적인 유닛의 배열과 개폐방식이 아닌 더 자연스럽고 바람 등 자연에 의해 개폐되는 정도와 변화되는 모습을 더 고민해 볼 수 있었으면 좋았겠다는 아쉬움도 남는다. 프로젝트를 해결함에 있어서 구동되는 시스템, 즉 기계적인 부분에서의 한계가 가장 컸다. 미지의 세계이고 어느정도까지 설계에 적용할 수 있을지에 대한 고민이 가장 컸던 것 같다. 이를 통해 다른 분야와의 협업의 필요성과 그러기 위한 준비가 어떻게 되어야하는지 느낄 수 있었던 것 같다.