KIEAE Journal

21세기 지구환경의 변화와 생태 위기는 사회 전반 시스템은 물론 건축에서의 지속가능성, 친환경으로의 전환을 필수로 하게 되었다. 이에 에너지 소비가 많은 경기장 건축에서도 친환경성을 높이기 위한 다양한 방법이 적용되고 있으며 팬데믹 이후 미래 경기장에 대한 새로운 대안을 찾는 움직임이 커지고 있다. 미래 경기장은 더욱 더 웰빙과 지속가능성이 중요해지고, 다양한 옵션이 수행되는 융통성과 위생과 안전, 쾌적한 환경에 대한 요구가 더욱 중요해지고 있다. 이에 대한 해결책으로 생체모방에 의한 자연의 형태와 시스템, 프로세스를 반영하는 바이오미미크리(Biomimicry) 건축이 대안으로 부각 되고 있다. 건축은 역사상 자연을 영감의 원천으로 자연과 항상 연결되어 있다. 최근 바이오미미크리는 단순한 형태모방 차원을 넘어 건축 환경의 구조, 원칙, 시스템을 제공하고 있다. 따라서 본 논문은 미래 지속가능한 경기장 건축의 대안을 바이오미미크리 디자인에서 찾고자 하였다. 이에 현재 바이오미미크리를 적용한 경기장을 조사하고, 바이오미미크리 디자인 요소 중 어떠한 측면이 강조되어 적용되었는지, 자연의 어떠한 측면을 모방하였는지, 친환경적인 계획 요소가 어떻게 반영되었는지 체크하고자 한다. 이를 통해 바이오미미크리 디자인 적용된 경기장의 이점이 무엇이며, 친환경 계획 요소 중 어떠한 계획 요소에 더 주안점을 두는지 제시하고자 한다.

본 연구는 미래의 이상적인 지속가능한 경기장에 대한 아이디어를 자연을 모방한 바이오미미크리에서 찾고자 하였다. 이에 현재 바이오미미크리 디자인을 반영한 경기장 건축에 대한 분석을 통해 경기장 건축에 바이오미미크리가 어떻게 적용이 되는지, 자연의 어떠한 측면을 반영하여 친환경성을 나타내는지, 친환경 계획 요소 중 주로 어떤 계획 요소가 반영되었는지 조사하고자 한다. 이를 위해 각종 문헌과 연구 자료와 기사 자료, 웹 리서치, 분석 대상이 되는 경기장의 인터넷 사이트 검색을 진행하였으며, 다음과 같은 방법으로 연구를 진행하였다.

첫째, 바이오미미크리 개념과 바이오미미크리가 적용된 건축 유 형과 주요 특성을 조사한다.

둘째, 바이오미미크리 개념이 적용된 경기장을 조사한 결과 12 개 정도의 경기장이 조사 되었는데 이 중 2000년 이후 실제로 준공 된 경기장이 10개로 조사되어 이를 분석 대상으로 선정한다.

셋째, 분석 대상의 모방 대상과 주요 형태적 특성과 자연의 어떠한 패턴과 프로세스를 모방하여 친환경적인 특성이 나타나고 있는지 조사한다.

넷째, 분석 대상에 세부적으로 적용된 친환경 계획 요소가 무엇이며 주로 어떠한 측면에 계획 요소에 주안점을 두는지 체크 하였다. 이를 위해 향후 국내 경기장의 친환경적 특성과 비교가 용이하도록 국내 녹색 건축 인증의 기본 7개 항목을 중심으로 해외 인증 항목에서 경기장에 적용 가능한 세부 계획 요소를 추가하여 분석기준으로 친환경 계획 요소의 적용 유무를 체크 하였다. 각 계획 요소에서 어떤 계획 요소를 중점으로 많이 반 영 되었는지 항목별, 대상별로 비교가 용이하도록 반영 여부를 기 준으로 계획 요소가 잘 반영 된 경우 2점, 부분 반영 된 경우 1점, 미 반영된 경우 0점으로 점수를 부여하여 적용률을 도출 하는 방식 으로 적용 유무를 체크하여 항목별 친환경성을 분석한다.

다섯째, 각각 적용된 적용률과 적용된 계획 요소를 비교하여 바이 오미미크리가 적용된 경기장에서는 어떠한 친환경 계획 요소에 주안점을 두는지 가장 많이 적용된 계획 요소를 제시하는 방식으로 진행한다.

바이오미미크리(Biomimicry)는 그리스어로 생명을 의미하는 ‘Bios'와 모방을 의미하는 'Mimesis'의 합성어로 Webster의 사전은 생체모방을 ‘공학이나 발명에서 자연적인 생물학적 설계 또는 프로세스의 모방’으로 정의하고 있으며[7], 1950년대부터 도입되어 다양한 개념으로 사용되었으나 미국의 생물학자인 재닌 M.베니어스(Janine Benyus)가 1997년 그의 저서 ‘생체모방학(Biomi- micry)’에서 개념을 정립하여 대중화 하였다[4]. 그는 ‘인간 문제를 해결하기 위한 설계 및 프로세스의 모방으로 정의’하고 있으며, 건축가 바다르나(Badarnah)는 ‘환경 친화적인 개발을 통해 문제, 특히 건축 문제를 해결하는 것’으로 확장하여 개념을 정의하고 있다[14]. 즉 바이오미미크리에 대한 정의는 학문간 유의미한 차이는 있지만 자연의 생물학적 전략을 영감으로 사용하는 공통점이 있으며 점차 적용 범위와 개념이 확대되고 있으며 다양한 분야에 적용되어 구체화 된 사례가 늘어나고 있다. 이는 자연은 항상 변화에 적응하며 현상을 유지하기 위해 가장 효율적인 특성을 선택하고 진화하는 특성을 지닌다. 그리고 자연은 폐기물 에너지를 생성하지 않고 순환원리에 의해 재사용과 재활용이라는 기본 원칙에 따라 작동하는 원리로 현대 사회 지속가능한 발전과 건축과 디자인 등에 영감을 주기 때문이다. ‘생체모방’은 이러한 자연의 패턴과 설계, 프로세스를 모방하여 다양한 전략을 배우고 인간의 다양한 문제에 대한 지속가능한 해결책을 찾는 혁신에 대한 접근방식으로 정의할 수 있다. 그러므로 바이오미미크리는 자연과 생명체에서 볼 수 있는 디자인적 요소나 특성의 연구 및 모방을 통해 현대의 환경문제의 해결책을 제공하는 데에 그 목적이 있다[3].

바이오미미크리 건축은 자연의 형태와 재료, 구성, 프로세스와 기능 등을 모방하는 방식을 취하게 된다. 그러므로 건축 유형 또한 기본적으로 자연으로부터 무엇을 모방을 어떠한 수준까지 적용하는지, 그 특징을 중심으로 분류 해 볼 수 있다. 모방의 유형은 일반적으로 재닌 M. 베니어스가 제안한 특정 유기체나 전체 유기체의 일부 형태를 모방하는 Organism level, 유기체가 행동하는 행동을 모방하는 Behavior level, 전체 생태계의 시스템을 모방하는 Ecosystem level을 중심으로 세부 건축 유형을 구분해 볼 수 있다. 기본 3가지 모방 영역과 레벨에서 건축에 접근하는 방법은 Organism level에서는 특정 자연물의 형태 자체나 생성 알고리즘을 건축 외형이나 공간에 적용하는 형태적 모방 유형이 있으며, Behavior level에서는 자연이 수행하는 과정을 모방하는 것으로 자연의 기능과 구조, 물리적‧화학적 특성을 건축의 구조나 자재에 반영하여 에너지와 구조체의 효율을 높이는 기능‧구조 모방 유형과 생명체가 주변 환경의 변화를 감지하고 정적‧동적으로 반응하는 움직임을 모방한 반응‧움직임 모방 유형이 있다[5]. Ecosystem level은 가장 어려운 수준의 모방 유형으로 생태계의 전체 또는 부분이 갖는 통합 시스템의 이점을 건축에 적용하여 지속가능한 건축을 통합 구축하는 생태계 통합 시스템 모방 유형으로 구분해 볼 수 있다. 따라서 바이오미미크리 건축 유형은 크게 4가지로 Table 1.과 같이 분류해 볼 수 있다[3][5]. 그리고 각 건축 유형의 모방의 레벨 정도를 결정하는 주요 차원의 요소는 5가지로 어떤 형태를 모방하는지, 무엇으로 만들어 지는지(재료), 어떻게 만들어지는지(구성), 어떻게 작용되는지(프로세스), 기능이 무엇인지(기능)로 구분해 볼 수 있다[17].

분석 대상으로 선정된 10곳의 건축적 특성을 바이오미미크리 건축 유형 중 어떤 유형에 해당이 되는지, 주요 컨셉에 해당되는 형태 모방 대상은 무엇이며, 형태 모방이 건축의 어떤 부분에 적용 되었는지, 형태 모방의 유형에 따른 건축 유형은 어떻게 되는지, 주재료와 구조는 어떻게 되는지, 그리고 형태 모방을 통한 주요 기능과 빛 , 바람, 습도, 공기 등 환경 인자에 따른 반응성과 움직임이 건축 구조나 공간에 어떻게 반영되어 친환경적인 특성을 나타내는지에 대해 조사한 결과 Fig 2.와 같다.

Fig. 2. 
Analyzing the shape and eco-friendly characteristics of the building to be analyzed

조사 결과 분석 대상 모두 특정 자연형태를 건축 전체 형태나 구조, 입면 패턴에 모방하여 Organism level에 해당되며, 건축 유형은 형태적 모방형에 해당되는 것으로 조사 되었다. 전반적으로 전체 형태에 반영한 유형이 A, B, C, D, F, J이며, 기둥과 구조에 반영된 유형이 E, H, 입면에 프랙탈 패턴으로 적용된 유형이 G, I로 조사 되었다. 대부분 형태 자체를 모방에 초점에 맞춰져 있지만 이 중 키네팅 쉐이딩 파사드(Kineting Shading Facade) 로 빛과 공간 필요에 따라 개폐가 되는 유형이 A, J는 지붕에서 G, I는 입면에서 조절이 되는 유형으로 주변 환경에 적극적으로 반응하는 것으로 조사 되었다. 이러한 유형은 특히 빛과 바람, 공기에 대하여 적극적으로 반응하여 자연채광과 차양 효과, 자연 통풍과 환기에 더욱 적극적으로 대응하여 실내 환경 쾌적성에 영향을 주고, 이에 따른 에너지 절약 효과에 영향을 주어 친환경적인 특성이 다양하게 나타나는 것으로 조사되었다. 그리고 지붕이나 파사드 패턴이 조절되는 유형 외에도 조사 대상 모두 자연채광과 자연 환기가 되는 자연 조절형 기능이 조사 되었다. 그리고 대부분 조사 대상이 자연물이 가지는 구조적인 안정성을 가지며, 심미적인 형태로 지역사회 랜드마크로서의 역할을 하고 있으며, 유기적 형태로 주변 자연환경과 조화가 잘 되는 것으로 조사 되었다. 이에 모든 사례가 형태적으로 에너지 절약적인 건축 형태로 평가되고 있으며, 무엇보다 가벼운 경량 재료와 자연적 구조로 재료를 최소화함으로 자원절약과 지속가능성을 추구하고 있는 것으로 조사되었다.

바이오미미크리를 적용한 경기장 사례 10곳을 분석한 결과 친환경 계획 요소의 전체 평균 반영 비율은 74.8%이며, 각 항목별로 살펴보면 Fig. 3.에서 보듯이 실내 환경 94.1%, 수자원 관리 88%, 재료 및 자원 87.2%, 생태 환경 59.7%, 에너지 및 환경오염 51.1% 순으로 적용률을 보였다. 그리고 각 계획 항목별로 적용률을 전체적으로 적용률이 높은 순으로 정리하여 제시하면 Fig. 5.와 같다.

Fig. 3. 
Total application rate of eco-friendly planning elements applied to the analysis target

Fig. 4. 
Comparative analysis of detailed application rate by plan element

Fig. 5. 
Application rate of detailed planning elements by item

전체 적용률에서 실내 환경이 가장 높은 적용률이 나왔는데, 이는 조사 대상 건축물이 자연의 구조와 형태를 모방하여 건축의 형태와 외피 디자인을 통해 빛, 바람, 온도, 습도, 소음에 대한 조절을 통해 자연채광과 차양, 환기, 통풍을 통한 냉각과 습도 조절을 통해 실내 환경의 쾌적성을 높였기 때문에 실내 환경에 대한 적용률이 높게 나타났다. 이에 따라 기계적 설비와 조명에너지를 적게 사용하게 되어 에너지를 절약하고, 오염물질 저 방출 자재와 유해 물질 억제 재료와 시스템으로 공기 환경이 좋아지고, 자원과 에너지 절약이 이루어진 것으로 조사 되었다. 그리고 수자원 관리가 적용률이 높은 이유는 조사 대상 입지가 건조하고 물이 부족한 지역에 입지하여 물 절약을 위한 순환시스템에 대한 계획을 초기 계획부터 적용하여 높게 나타나고 있다. 반면, 상대적으로 생태 환경과 에너지 및 환경오염이 적게 나타나는데 이는 도심지에 위치하여 녹지 연출 공간 면적이 적으므로 다양한 녹지 공간 연출보다는 작은 면적을 활용한 주변 외부 공간 녹화와 지역민들을 위한 그린 커뮤니티를 중심으로 조성되고 있다. 그리고 주변 환경 주변 사막화에 따른 녹지가 부족한 사이트에 입지하여 정책적으로 경기장 인근 주변 녹화나 공원 조성으로 주변 지역 연계 활용하는 사례가 많아 직접적인 생태 환경 조성보다는 주변 환경을 연계하는 환경조성에 중점을 두고 있는 것으로 조사되었다. 그러나 건축 형태 자체가 자연을 모방하여 구체적으로 자연형태를 담아 자연경관을 대체하면서 주변 자연경관과 조화를 이루는 경우가 대부분으로 조사 되었다. 그리고 에너지 활용에서 자연형 설계를 이용한 에너지 절약은 많이 이루어지나 평가 항목 구성에서 그 부분은 실내 환경 항목에서 체크가 되고, 신재생 에너지 이용과 설비 활용을 통한 에너지 절약 시스템은 적용이 안 되어 적용률이 낮은 것으로 파악된다. 그리고 건조 지역으로 물이 부족한 지역으로 인공적인 수 공간 연출이 적고, 난방 보다는 자연 통풍을 통한 냉방 시스템이 주가 되어 적용률이 적게 나타난 것으로 파악되었다.