건축가와 엔지니어, 건물 설계를 넘어서는 협업

• 건축가는 건물의 전체 설계를 책임진다. 건물이 어떻게, 어떤 용도로 사용될 것이며, 무엇으로 만들어지고, 어떤 형태가 될 것인지, 어떻게 그 배경과 관계를 맺을 것인지 등이다.
• 일반적으로 엔지니어는 건물 설계를 건설 가능한 구조로 만들기 위한 기술적 문제 해결을 담당하고, 설계를 더 적은 비용으로 더 효율적으로 만들 방법을 제안한다.
• 일반적인 설계시공분리 방식(design-bid-build)은 종종 건축가와 엔지니어를 분리하여 제대로 조정되지 않은 워크플로를 만든다.
• IPD나 BIM과 같이 프로젝트에 접근하는 공통 목표 및 방법을 중심으로 건축가와 엔지니어를 통합하는 도구는 프로젝트를 간소화하고 더욱 성공적인 결과를 창출할 새로운 가능성을 제공한다.

20세기 후반의 가장 유명한 건축가와 엔지니어 듀오라고 할 수 있는 브루스 그레이엄(Bruce Graham)과 파즐루르 칸(Fazlur Kahn)은 건물 구조는 직관적으로 파악되어야 하고 건물의 미감과 통합되어야 한다는 사상인 구조적 표현주의를 통해 고층 건물 설계에 혁명을 일으켰다. 그들의 작업은 형식 및 미적 특징을 기능적 성능과 근본적으로 결합한 접근 방식인 모더니즘의 시작과 함께했다.

칸과 그레이엄은 SOM을 설립하여 계속해서 건축을 발전시켜 나갔다. SOM의 설계 파트너 건축가인 라이언 컬리건(Ryan Culligan)은 두 사람의 성공적인 협업이 겸손함과 명료함의 산물이라고 말했다. 예를 들어 시카고에 있는 100층짜리 약 366미터(1,200피트) 높이의 존 핸콕 센터는 두 가지 아이디어에서 나왔다. 건물의 구조 전체로 수직(중력) 하중과 측면(바람) 하중을 분산시키는 고유의 X자형 지지대를 통한 구조적 표현과, 1970년 개관 이후 이곳을 시카고에 활력을 불어넣는 도시 중심지로 만든 다양한 다목적 프로그램 및 활동이다. 컬리건은 “건물의 설계자들은 이러한 매우 명확한 아이디어보다 자신들을 전면에 내세우지 않는 분별력이 있었다”라고 언급했다.

칸에게 이러한 종류의 예술가와 엔지니어의 협력은 건축의 분업화와 전문화로 인해 무너진 전근대적 마스터 빌더(master-builder) 전통을 실현하는 차선책이었다. 이 흐름은 당분간 계속될 것으로 보이며, 엔지니어와의 협업의 필요성은 오늘날에도 여전히 컬리건의 작업을 이끌고 있다.

“최근 작업에서 이에 대한 이야기를 많이 한다.” 컬리건은 말했다. “건축에서 나오지 않았을 수도 있는 정말 강렬한 아이디어가 어떻게 명료한 방식으로 건축적 표현을 통해 증폭되도록 할까?” 건축가와 엔지니어의 차이점을 이해하고 효과적인 의사소통을 가능하게 하거나 필요로 하는 워크플로 구조를 구축하면, 이 모든 건설 프로젝트를 위한 강력한 기반이 된다.

건축가와 엔지니어의 차이점은?

건설자를 제외하면 건축가와 엔지니어는 건설 업계에서 가장 눈에 띄는 두 직업이며, 그들의 기술은 완전히 상호 보완적이다. 일반적으로 건축가는 건물의 전반적인 설계를 책임지고, 엔지니어는 이러한 비전의 구현을 돕는 기술자로 여겨진다. 그러나 둘 사이의 가장 진보적이고 성공적인 협업은 이 경계를 상당히 모호하게 만든다.

건축가

의뢰인은 단일 주택에서 마을 전체에 이르기까지 다양한 규모의 건물을 설계하기 위해 건축가를 고용한다. 건물을 전체적으로 고려하여 개념적 방향을 정의하는 것이 건축가의 임무다. 건축가는 설계자로서 건물의 전반적인 요소, 건물이 인접한 배경과 상호 작용하는 방식을 책임진다. 여기에는 의뢰인이 건물에서 어떤 활동을 하고, 건물은 어떻게 기능할 것인지 등 건물의 프로그램과 더불어, 형태와 모양, 내부 환경, 사용할 자재 등을 결정하도록 돕는 것이 포함된다.

이러한 넓은 범주 때문에 때로 건축가는 기술적인 세부 사항에 집중을 덜 하게 된다. 그러나 건축가는 건물이 가능한 한 적은 에너지로 효율적이면서 지속가능하게 운영되도록 만드는 방안을 점점 더 고민하고 있으며, 이러한 기준을 충족하려면 종종 집중적인 기술 관리가 필요하다.

미국에서 표준적인 건축 전문 학위는 건축 학사(Bachelor of Architecture, BArch)이며, 학위 취득에는 5년이 걸린다. 일부 건축 회사는 그다음 단계의 전문 학위인 2년제 건축 석사(Master of Architecture, MArch)를 전문 수준으로 선호하기도 한다. 건축학 박사 과정도 있지만, 이는 일반적으로 전문적인 실무 대신 학계 또는 연구 환경에서 일하기를 원하는 사람들을 위한 과정이다.

미국건축가협회(American Institute of Architects, AIA)는 미국 건축가들을 위한 가장 큰 전문 협회다. 건축 프로젝트를 단독으로 책임지려면 건축가는 일련의 시험을 통과하여 자격증을 취득해야 한다. 일반적으로 고객은 건축가를 주요 컨설턴트로 고용하고 엔지니어를 보조 컨설턴트로 고용하는 경우가 많다.

엔지니어

건축가가 일반적으로 어떤 건물인지에 대한 책임이 있다면, 엔지니어는 그것을 어떻게 구현할지 그 중요한 방법을 다룬다. 전통적으로 엔지니어는 건축가가 세운 계획의 기술적 실행, 즉 설계 계획의 기능적 목표와 미학을 달성하기 위한 자재 예산과 비용의 균형을 맞추는 방법에 중점을 둔다. 이것은 예술적 구성 및 균형과 같은 질적 기술보다 과학 및 수학과 같은 양적 기술을 강조한다. 건설에서 엔지니어는 건물의 모든 기계적 시스템과 폐수, HVAC, 전기 시스템 등과 같은 보이지 않는 인프라를 담당할 수 있다.

건축가와 일반적으로 함께 작업하는 엔지니어는 공항, 교량 및 도로와 같은 공공 기반 시설에 중점을 둔 토목 엔지니어와 건물 및 기타 건설 프로젝트의 구조 시스템을 전문으로 하는 구조 엔지니어다. 프로젝트에 따라 다양한 엔지니어링 전문 분야가 건축 협업에 연관될 수 있다. 지하 프로젝트를 위한 지반 공학 엔지니어링, 교통 시설물을 위한 교통 엔지니어링, 환경 친화 토목 시설을 위한 환경 엔지니어링 등이 그 예다. 일부 건축 엔지니어는 건축가와 함께 작업하거나 같은 조직 내에서 함께 작업하는 것을 전문으로 한다.

엔지니어링 전문 학부 학위(Bachelor of Engineering degrees, 공학 학사) 과정에는 4년, 석사 과정에는 2년이 소요된다. 건축과 마찬가지로 공학 박사 학위는 일반적으로 연구 및 학문에 중점을 둔다. 건축보다 공학 관련 학위에 하위 분야가 더 많다. 새로 졸업한 학생은 기계 공학, 구조 공학, 화학 공학, 토목 공학, 전기 공학 또는 재료 공학 등 많은 분야를 전문으로 할 수 있다.

엔지니어가 되려면 주(州)법에 따른 자격증도 필요하다. 엔지니어를 위한 여러 전문 협회가 있는데, 가장 저명한 두 곳은 미국토목학회(American Society of Civil Engineers, ASCE)와 국립전문엔지니어협회(National Society of Professional Engineers, NSPE)다. 일반적으로 엔지니어는 건축가의 보조 컨설턴트다.

건축가와 엔지니어의 협업이 필요한 이유

프로젝트의 공적 가시성은 건축가나 엔지니어 중 누가 필요한지, 아니면  둘 다 필요한지 판단하는 단서가 될 수 있다. 예를 들어 새로운 하수도 시설을 수리하거나 설치하려면 엔지니어가 필요하고, 사무실 건물을 설계하려면 건축가가 필요하다. 그러나 약간이라도 정교함을 갖춘 공공 프로젝트에는 두 가지 역할이 모두 필요하다. 실질적으로 참신하거나 독특한 새 건물의 설계는 두 직업 모두의 관점에서 이점을 얻을 수 있는데, 특정 훼손된 곳에 대한 수리, 개조 또는 재사용 프로젝트도 마찬가지다.

건축가와 엔지니어 협업의 과제

전통적으로 건축가와 엔지니어는 설계시공분리(design-bid-build) 방식이라는 과정에서 함께 일한다. 이 모델은 더욱더 협력적이면서도 덜 계층적인 방식을 지향하게 되면서 서서히 없어지고 있다. 설계시공분리 방식에서 건축가는 개별적으로 건물을 설계한 다음 엔지니어에게 전달하며, 엔지니어는 구조 시스템의 오류 및 비효율성을 수정하고 본질적으로 문제를 해결한다. 그 다음 프로젝트는 건설업체가 작업에 대해 얼마를 청구할지 추정하기 위해 입찰에 나가게 된다. 그리고 마지막으로 프로젝트가 시공된다.

건축가와 엔지니어 사이의 관계는 프로세스가 진행됨에 따라 변화한다. 초기에 건축가가 설계 개념 작업을 할 때, 엔지니어는 컨설턴트와 같은 역할을 맡아 건축가의 작업이 실행 가능한지 확인한다. 건설이 가까워지고 마침내 시작됨에 따라, 엔지니어는 실행을 관리하고 조정하면서 더욱 중심 업무에 가까워진다. 종종 이러한 각 단계는 제한된 부서 간 의사소통 속에 한 업무에서 다른 업무로의 개별 ‘바통 넘기기’ 식으로 각각 따로 이루어진다. 각 부서의 역할은 책임을 한정하기 위해 아주 약간만 조정된다.

건축가와 엔지니어 간의 더욱 협력적인 접근 방식이 등장하면서 여러 분야의 팀이 함께 일하는 방식에 근본적인 의문이 제기되고 있다. 예를 들어 통합프로젝트 수행(integrated project delivery, IPD) 방식은 프로젝트 초기에 건축가, 엔지니어, 프로젝트 관리자, 고객 및 건설업자가 전체 설계 및 건설 과정에 걸쳐 공유되는 위험과 개입을 설명하는 공동 계약에 동의하는 것을 의미한다. 이는 어느 시점에서든 프로젝트에서 무슨 일이 일어나고 있는지 전체 팀이 알 수 있도록 커뮤니케이션 프로토콜 및 워크플로 프로세스를 설정하여 더 높은 수준의 참여적인 품질 관리를 실현한다.

이 실용적인 접근 방식은 모든 당사자가 공유하고 조작할 수 있는 모델을 제공하는 빌딩 정보 모델링(building information modeling, BIM)과 같은 디지털 도구를 통해 향상될 수 있다. “이는 프로젝트의 모든 컨설턴트를 건축가가 ‘담당’하는 것과 관련된 기존 문제들을 완화한다”라고 샌루이스 오비스포 캘리포니아 폴리테크닉 주립대학의 건축과 조교수인 클레어 올슨(Clare Olsen)은 말했다. 올슨은 엔지니어 시네이드 맥 나마라(Sinéad Mac Namara)와 함께 저서 <건축과 엔지니어링의 협업(Collaborations in Architecture and Engineering, 라우틀리지(Routledge), 2014)>을 공동 집필했다. “주요 관계자들은 통합 프로젝트를 통해 처음부터 팀으로 함께 작업하기로 계약한다.”

SOM의 컬리건은 “이 협약은 모든 당사자가 초기에 설계 개념에 동의할 수 있도록 한다. 이는 사람들이 작업의 성공을 위해 더 많은 책임을 진다는 것을 의미한다”며 “설계자가 엔지니어에게 자신이 고안한 설계의 어려움을 전달하여 엔지니어에게 ‘문제 해결 접근 방식’을 채택하도록 요청하는 것만으로는 충분하지 않다”고 설명했다. 엔지니어가 설계 문제 해결 방안을 만드는 데 관여하는 것이 이상적이다.

그렇지 않으면 치명적인 구조적 실패가 발생할 수 있지만, 가장 흔한 부정적인 결과는 비용 초과, 시간 손실 및 탄소 배출이다. 컬리건은 “기후와 편안함을 고려하지 않은 공간”을 또 다른 잠재적 결과로 꼽으며 설계와 건축 과정의 격차가 너무 덥거나 춥거나 외풍이 드는 건물로 이어질 수 있다고 말했다. 또한 컬리넌은 마찬가지로 건축가와 엔지니어의 긴장된 관계가 수십 년의 건물 수명주기 동안 사용에 필수적인 변화를 수용할 수 없는 경직된 공간으로 이어질 우려가 있다고 설명했다.

건축가와 엔지니어 간의 협업을 개선하는 방법

올슨과 맥 나마라는 <건축과 엔지니어링의 협업>이라는 책에서 건축가와 엔지니어들에게 직원을 고용할 때 가장 중요한 기준의 순위를 매길 것을 요청했다. 놀랍게도 설계 재능과 기술은 목록의 최상위에 들지 못했다. 가장 바람직한 자질로 꼽힌 것은 ‘협업 능력’이었다.

BIM은 건축가와 엔지니어 간의 여러 분야에 걸친 더 나은 협업을 장려하는 데 사용할 수 있는 많은 도구 중 하나다. BIM 프로세스를 통해 전문가는 건설 이전과 도중, 그리고 이후의 다양한 단계에서 건물에 대한 보다 자세한 정보에 접근할 수 있다. 오토데스크 Revit(레빗)과 같은 3D 설계 소프트웨어는 설계자와 엔지니어가 초기에 올바른 결정을 내리고 향후의 문제를 방지하여 시간과 비용을 절약하는 데 도움이 된다. 올슨은 “BIM이 건물 설계 과정에서 협업을 가능하게 하고 건물을 더욱 효율적으로 건설할 수 있도록 해주는 것”이라고 언급했다.

컬리건은 디지털 모델에 대한 거의 즉각적인 공유 액세스를 통해 설계 팀 구성원이 여러 분야에 걸쳐 훨씬 더 많은 반복 작업을 할 수 있다고 말했다. 예를 들어 일주일 동안 HVAC 시스템을 교체하며 기후 한계점과 공간 품질이 어떻게 영향을 받는지 확인할 수 있다. “이전보다 훨씬 더 빠른 결정을 내릴 수 있다”고 컬리건은 덧붙였다.

이러한 종류의 심층적인 기술 지식뿐 아니라 커뮤니케이션 및 투명성 지원 능력 또한 BIM의 핵심 기능이다. “투명성은 모든 프로젝트에서 매우 중요한 요소다. 이를 통해 다른 사람들이 무엇을 하고 있는지 혹은 계획하고 있는지 확인할 수 있다”고 2005년부터 Revit으로 작업해 온 엔지니어링 회사 부로 하폴드(Buro Happold)의 폴 맥길리(Paul McGilly)는 설명했다. 이 회사는 설계 파트너의 BIM 모델에서 생성된 세부 설계 변경(및 그 결과)을 식별하는 데 도움이 되는 자체 컴퓨터 도구를 개발했다. 맥길리는 “건축가에게 모든 변경 사항을 알려 달라고 요청하는 것은 어려운 일”이라며 “이메일로 전체적인 개요를 제공할 수도 있겠지만, 더 빡빡하고 까다로운 프로젝트 마감을 앞둔 상태에서 수백만 제곱피트 프로젝트의 변경 사항을 전달받는 방법으로는 충분하지 않다고 생각한다”고 말했다.

SOM에서 거의 모든 프로젝트는 설계 개념을 이야기하고, 건물 배경을 검토하고, 제안된 프로그램에 합의하기 위해 각 부문의 책임자를 초대하는 것으로 시작된다. 팀은 스케치와 도면 작업을 하며 대략적인 최후 검토 계획을 세운다. 컬리건은 “각 부서에 이 프로젝트에 적합하다고 여겨지는 세 가지 아이디어를 가져오라는 과제를 내줄 것”이라며, “경험에 따르면 이러한 아이디어 중 몇 개, 적어도 하나는 정말 빨리 수면 위로 떠 오른다”고 말했다.

가장 중요한 사실은 이 상황에서 성공적인 아이디어가 건축 또는 그 외의 모든 분야에서 나올 수 있다는 것이다. 초기 단계에서 모든 건축 및 건설 분야를 한데 소집하는 것은 본질적으로 모든 팀 구성원에게 건물의 전체적인 설계를 공개하는 일이다. 일부 건축가는 이런 식으로 설계를 공유하는 일을 민감하게 여길 수도 있다.

건축가와 엔지니어의 경계를 허무는 5가지 사례

1. 두바이 미래박물관(Museum of the Future)

킬라 디자인(Killa Design)이 설계하고 부로 하폴드가 엔지니어링을 맡았던 미래박물관은 중앙이 비어 있는 원환체의 눈물방울 형태로 구조적인 복합성을 지니고 있지만, 가장 복잡한 요소는 그 외관일 것이다. 섬세한 아랍어 서체 모양의 창문으로 덮인 건물의 외벽은 1,240개의 이음새 없는 독특한 스테인리스 스틸과 유리 섬유 융합 패널로 구성되어 있다. 초기 개념화 작업에서부터 시공 문서를 넘어 전체 설계 과정이 Revit에서 완성되었다.

2. 두바이 O-14타워

O-14 타워는 구조와 장식에 대한 건축의 전형적인 생각을 뒤집는다. 건축 사무소 라이저+우메모토(Reiser+Umemoto)가 설계한 이 건물은 그레이엄과 칸의 구조적 표현주의에 대한 아이디어를 발전시킨다. 하지만 고층 건물의 구조적 요소를 더 큰 구조의 개별 파사드 요소로 만드는 대신, O-14는 전체 기본 외부 파사드를 건물의 거주 가능한 바닥 판과 완전히 분리하면서 이를 구조적인 지지력의 원천이자 주요 미적 경험으로 만든다. 구조 엔지니어링 회사인 이스라엘 A. 세이눅(Ysrael A. Seinuk)과 에이럽(ARUP)의 기계 공학이 협업한 유연한 벌집 모양의 콘크리트 셸은 건물을 정확하게 수직으로 유지하고 있는데, 이 원형 구멍 패턴은 순수한 건축적 조우다.

3. 싱가포르 마리나 베이 샌즈(Marina Bay Sands) 리조트

사프디 아키텍츠(Safdie Architects)와 에이럽이 협업한 이 리조트는 55층 높이의 3개 타워에서 6개의 다리로 나뉘어 펼쳐진다. 약 305미터(1,000피트) 길이의 ‘스카이파크(SkyPark)’가 약 200미터(656피트) 높이에 위치해 있다. 이 녹음이 우거진 곳에서 사람들은 먹고, 마시고, 다른 사람과 어울리고, 싱가포르 스카이라인이 내려다보이는 인피니티 풀의 가장자리까지 수영을 즐길 수 있다. 이 타워를 연결하는 세련된 유람선 같은 스카이파크는 현장 밖에서 제작되어 14개의 강철로 분할되어 운송되었으며, 유압 스탠드 잭을 사용하여 리조트의 호텔, 컨벤션 센터, 카지노, 쇼핑 공간, 나이트클럽, 이벤트 광장 및 박물관 위로 올려졌다. 또한 약 71미터(232피트, 747 제트기 길이)로 세계에서 가장 긴 캔틸레버 중 하나를 포함하고 있으며, 이 캔틸레버에는 안정성을 위해 5톤 무게의 질량 완충 장치가 들어 있다.

4. 뉴욕의 허드슨 야드(Hudson Yards)

종종 건축 공학의 가장 인상적인 업적은 눈에 보이는 곳에서 멀리 떨어져 있다. 맨해튼 웨스트사이드에 형성 중인 고층 빌딩 지구 뉴욕 허드슨 야드의 경우가 그렇다. KPF, 딜러 스코피디오+렌프로(Diller Scofido+Renfro), 록웰 그룹(Rockwell Group) 및 SOM이 설계한 고층 건물들은 건설 중에도 계속 이용되었던 수십 개의 철도 선로와 공공시설망 위에 위치하여, 부지의 절반 미만에만 구조적 지지물을 삽입하는 것이 가능했다.

구조 엔지니어 손톤 토마세티(Thornton Tomasetti)와 환경 및 지반 공학 엔지니어 랜건(Langan)이 이끄는 이 약 167만 제곱미터(1,800만 제곱피트)의 개발은 기차선로에서 위로 약 9미터(30피트) 이상 높이의 플랫폼에 건설되었으며, 대부분이 블록으로 성형된 콘크리트 석판과 구조용 강철로 만들어졌다. 이스턴 야드 한 섹션에만 2만 5천 톤의 구조용 강철이 쓰였으며, 직경이 약 1.2~1.5미터(4~5피트)에 이르는 288개의 케이슨이 높이 받치고 있는데, 기반암까지 뚫은 깊이가 약 6~24미터(20~80피트)에 이른다. 이 거대한 조립구조 내부는 조경 회사 넬슨 버드 울츠(Nelson Byrd Woltz)가 설계한 기차역의 뜨거운 온도(최대 150도)를 조절하는 냉각 액체 튜브 네트워크로 되어있어, 상부의 식물들이 잘 자랄 수 있도록 해준다.

5. 베이징의 폴리 인터내셔널 플라자(Poly International Plaza)

중국 대기업을 위한 SOM의 이 오피스 타워는 칸과 그레이엄이 존 핸콕 센터에 사용했던 구조적 표현주의 교차 지지대 시스템의 최신 버전이다. 31층 높이인 이 마천루는 내부 콘크리트 중심과 외부 다이아그리드 시스템을 사용한다. 이 시스템은 수직 중력과 측면 풍하중을 매우 효율적으로 공유하는 외부 구조용 강철의 대각선 다이아몬드 패턴으로 이루어져 있다. 이 강력하고 극적인 외골격은 콘크리트로 채워진 강철 튜브로 만들어졌고 흰색 알루미늄으로 덮여 있는데, 각 구조 요소가 꼿꼿한 직선형임에도 곡선 형태를 이루고 있는 건물 전면을 감싼다. SOM의 건축가와 엔지니어는 건물의 주변 끝까지 모든 구조적 지지대를 배치하여 끝없이 펼쳐지는 유리, 기둥 없는 내부, 그리고 타워의 거의 제일 꼭대기까지 닿는 2개의 약 122미터(400피트) 높이 아트리움을 포용할 수 있는 덮개와 같은 시스템을 구축했다.

이 기사는 2015년 발행되었던 기사의 업데이트 버전이다.