한 건축사는 시작 단계부터 어떻게 스마트 빌딩 기술을 융합하고 있나
스마트 빌딩 기술이 소비자에게도 친숙해지면서, 이 기술이 건물에 점차 접목되고 있다. 어느 방이 사용되고 있는지에 따라 실내 온도를 조절하는 자동 온도 조절기, 부재 중에도 세탁을 시작하거나 멈출 수 있게 해주는 세탁기 등이 그 예다.
한 건축 회사가 시작 단계에서부터 혁신적인 기술 시스템을 모듈러 건설 과정에 통합시킬 보다 나은 방법과 함께 기존 구조물들을 스마트화시킬 방법을 모색하고 있다. 캐나다 토론토에 위치한 건설사인 WZMH는 지능형 구조 패널(Intelligent Structural Panel, 이하 ISP)이라고 불리는 스마트 모듈러 패널 시스템을 개발하고 있는 건실한 건축 회사다. WZMH는 이 작업으로 프랑스 캐나다 상공회의소(France Canada Chamber of Commerce)가 수여하는 2018 업리프트 트루 디스럽터 어워드(2018 UPPlift True Disruptor Award)를 수상했고, WZMH의 히람 부자우데(Hiram Boujaoude) R&D 총괄은 2019 오토데스크 AEC 엑셀런스 어워드(Autodesk’s 2019 AEC Excellence Awards)에서 올해의 이노베이터 부문 후보에 선정되기도 했다.
현재 시제품 단계인 ISP 시스템은 스마트 빌딩 기기들을 통합시켜 변형 가능한 하드웨어 및 소비자용 앱들과 연결되도록 설계되었다. 이 패널들은 약 5센티미터(2인치) 정도의 두께로, 가로세로 각각 3미터(10피트)에 9.1미터(30피트), 혹은 3미터에 13.7미터(45피트)의 표준 규격이다. 각각의 패널은 강판 두 개와 이를 연결하며 둘러싼 판형으로 만들어져 있고, 그 안에는 지능형 하이웨이가 놓여있다. 오토데스크의 Revit(레빗) 프로그램에서 설계한 이 패널들은 구조재 역할을 한다. WZMH는 토론토 오토데스크 테크놀로지 센터에 입주한 기업으로서, 올해 초까지 방 크기만한 기능적 시제품들을 만들고자 한다.
스마트빌딩 연구를 지휘한 WZMH의 파트너이자 프로젝트 책임자 제논 라데위치(Zenon Radewych)는 “만약 생산라인에서 바닥 패널을 만들 예정이라면, 그 패널에 다른 어떤 것을 넣을 수 있는지 살펴보길 바란다”라고 말했다.
패널 시스템과 호환되는 스마트 기기들은 동작, 사용여부, 온도, 채광 등에 작동하는 센서들을 비롯해 공조기(HVAC), 블라인드, 카메라, 조명기구 등과 같은 기계 전기 장치들을 포함하고, 이 기기들간의 수많은 조합들을 지원한다. ISP는 클라우드 시스템을 기반으로, 사용자들이 앱을 통해 개별 및 클라우드 상의 실시간 분석을 이용하여 스마트 기기들을 설정하고 모니터링 할 수 있도록 한다.
전력을 공급하기도 하는 표준 이더넷을 통해 센서와 장치들이 시스템에 연결되면 개별 요소들은 하나의 통일된 네트워크로 작동하도록 설계되었다. 라데위치 프로젝트 책임자는 “바로 그것이 진정한 지능형 건물을 만들 수 있는 지점이다. 연결된 다양한 기기들이 서로 소통하도록 하는 것인데, 그 기기들은 이 공통의 지능형 하이웨이를 지나기 때문이다”라고 말했다. 예를 들어, 채광 센서는 블라인드를 내리도록 할 수 있다. 기차역은 다음 열차의 어느 칸이 만석인지 플랫폼에 있는 승객들에게 알려주기 위해 ISP시스템을 이용할 수 있다. 병원에서는 이러한 시스템들로 환자들의 상태를 자동으로 모니터링 하는 심화된 서비스를 제공할 수 있다.
모듈러 건설로 효과적으로 변환하면 더 높은 재료 효율성을 기대할 수 있는데, ISP도 비슷한 이점을 제공한다. 라데위치 프로젝트 책임자는 “이는 기술과 프리패브(prefab)로 시작되었지만, 우리는 지속가능성 측면에서 많은 이점들을 목격하고 있다”라며, “스마트 기술의 이점뿐만 아니라 더 적은 재료들이 사용되는 이점도 얻고 있다”고 밝혔다.
초기 연구들은 스마트 패널 시스템이 총 건축 자재들을 10퍼센트까지 줄여줄 수 있다는 것을 보여준다. ISP는 이더넷 시스템을 통해 표준 접속 배선함들과 전기도관들을 제거할 수 있다. 라데위치 프로젝트 책임자는 “프리패브 구성품들을 만들고 다른 재료들과 시스템을 그 안에 포함시키면, 전통적 작업방식에 비해 필요한 재료들의 양을 줄일 수 있다”고 강조했다. ISP는 스마트 구성품들이 만든 폐기물 에너지를 이용할 수 있을 것이고, 공조기 난방 시스템의 한 부분으로 그 에너지를 점차적으로 분해시킬 수 있을 것이다.
패널 시스템은 새로운 건설 작업을 위한 것인 한편, WZMH는 몇 인치 크기의 작은 블랙박스들을 개조 및 수리 작업에 이용하여 몇 달 만에 작업을 완성하는 것도 구상했다. 예를 들어, 표준 규격의 조명 기구들은 ISP 시스템에 연결되어 네트워크와 작용할 수 있다. 이 구성은 장치들이 이더넷 케이블들에서 전력을 받는 전력 변환 장치로, 각 장치들의 필수 기능들을 더 큰 네트워크로 연결하는 연결 스위치로도 작동한다. (WZMH는 ISP 시스템을 위해 퀘이사 컨설팅 그룹(Quasar Consulting Group), 스티븐슨 엔지니어링(Stephenson Engineering) 및 C3PoE와 협업했고, 블랙박스를 위해서는 아르젠텀 일렉트로닉스(Argentum Electronics)와 협업했다.)
라데위치 프로젝트 책임자는 “하루아침에 스마트 건물을 갖게 된 것과 마찬가지다. 물론 매일 많은 건물들을 새로 짓고 있지만, 그렇다고 오래된 건물들을 허물지는 않는다. 오래된 건물들은 50년, 60년, 70년 혹은 더 오래 그대로 있을 것이다. 시장의 잠재력은 기존 건물들을 스마트하게 변환시키는 것이다. 블랙박스는 이 발상과 함께 한다”고 전했다.
새로운 건물에 설치되든 또는 기존 건물에 개조되든, 블랙박스는 건물이 어떻게 쓰이고 있는지에 따라 건물주들과 세입자들에게 실행 가능한 정보들을 알려준다. 부자우데 R&D 총괄은 “비(非)스마트 기기들을 연결하더라도 층별로 쓰이는 에너지들을 측정할 수 있고 그에 따라 부분적인 수리작업을 할 수 있다”고 말했다.
라데위치 프로젝트 책임자는 “사용자가 기기로부터 이끌어낼 수 있는 모든 기능을 ISP가 이끌어낼 것이다”고 전했다. 그는 또 “이것의 가장 멋진 점은 만약 오래된 건물을 개조할 경우, 매일의 작업에 대한 정보를 얻게 된다는 것이다”라고 덧붙였다. 이 정보들을 운영하기 위해 WZMH는 패널과 기기들의 동일 BIM을 생성하는데 오토데스크의 Forge(포지)를 이용한다.
건물을 최대한 효율적으로 만들게 하기 위해 건물주와 세입자가 머신 러닝 루틴이나 다른 인공지능 어플리케이션들을 위한 이러한 데이터를 모을 수 있다는 것이 희망적이다. (WZMH팀은 또한 컴퓨터들에게 인간의 열쾌적성(thermal-comfort) 기준치들을 학습시키기 위해 머신 러닝을 이용한다.) 이 데이터는 이용되지 않는 시스템이나 공간, 층들을 역동적으로 차단하면서 에너지 소비를 줄일 수 있는 방법들을 위해 이용될 수 있다.
또한 운영과 유지 보수에 있어 효율성을 증대시키기 위해 쓰일 수 있다. 사용 및 동작 센서들이 건물에서 가장 통행이 많은 곳을 감지할 수 있을 것이며, 이에 따라 유지 보수 과정과 일정을 개선하는데 쓰일 수 있을 것이다. 만약 건물 양식이나 프로그램이 비슷한 상황에서 반복된다면, 이 정보는 통행이 많은 곳을 보다 내구성 있는 재료들로 선택하는데 이용될 수 있다.
상당한 재료 효율성 절약과 더불어 스마트 빌딩 기술을 가능하게 하는 기성 패널 시스템의 가장 큰 가치는 아마도 건물 환경의 꾸준한 개선을 위한 지속적인 피드백 회로에 연결된다는 점일 것이다.