스마트 기술을 적용한 공동주택의 건축계획적 특성 분석 : LH 미래건축 설계공모 수상작을 중심으로

1.1. 연구의 배경 및 목적

오늘날 빠르게 발전해나가는 4차 산업혁명 기술과 이에 관련된 다양한 스마트 서비스의 제공과 함께 우리 사회는 디지털시대로의 전환이 급속히 이루어지고 있는 상황이다. 이러한 변화 속에서 스마트 도시 및 건축 공간의 구현을 위해 우리도시 건축 공간에서의 물리적 공간환경의 변화에 대한 대응과 스마트 기술서비스의 연계 검토에 대한 스마트 기술을 적용한 건축 공간에 대한 건축계획의 모색이 시급한 시점이다. 스마트기술의 발전속도에 비해 이에 대응하는 건축분야에서의 문제의식과 대응은 상대적으로 미흡한 실정이다.

스마트 건축개념에 대한 다양한 논의가 이루어지고 있으나, “국민의 삶의 질 향상을 위한 첨단기술이 유연하게 적용될 수 있는 지속 가능한 건축물”이라는 정의에서 스마트건축에 대한 현실적인 건축의 접근과 대응이 이루어질 수 있다고 볼 수 있다[1].

따라서 본 연구에서는 사람들이 가장 많은 시간을 보내고 삶의 한 부분으로서, 생활이 이루어지는 공동주거 건축공간을 대상으로 스마트 기술을 적용한 공동주택에서의 건축계획적 특성을 분석하는데 본 연구의 목적이 있다. 이를 통해 스마트건축기술을 통해 제공되는 스마트 서비스를 지원하는 공동주택에서 건축계획의 특성을 분석하고, 스마트 기술을 적용한 공동주택 관련 연구를 위한 기초연구자료를 제공하고자 한다.

1.2. 연구의 방법 및 범위

본 연구에서는 스마트기술이 적용을 통해 새로운 주거서비스를 제공하는 공동주택의 건축계획적 특성을 파악하기 위해 LH에서 수행된 ‘LH 제1회 미래건축 특별설계공모’ 수상작품을 중심으로 연구를 진행하고자 한다. ‘LH 제1회 미래건축 특별설계공모’는 미래 소통 융합의 혁신적 첫 스마트건축 주거단지를 주제로, 4차 산업혁명 시대변화와 스마트 건축 정책에 대응하는 미래건축 아이디어 창출과 실증을 위한 융복합형 특별 설계공모이다[1]. 건축설계 공모의 대상부지는 성남 금토지구로, 건축개요는 신혼 희망타운 1,150호, 대지면적 43,271㎡, 용적율 220%로 설정되어 있다.

스마트기술을 적용한 공동주택의 건축계획적 특성을 도출하고 분석하기 위하여 LH 제1회 미래건축 특별설계공모전 공모지침과 수상 작품 중 최우수상, 우수상, 장려상 수상 작품을 바탕으로 분석을 수행한다. 디자인 컨셉과 디자인전략, 단지, 공간구성, 건축계획 접근과 특성, 새로운 스마트기술 적용한 교통 및 물류 시스템 등 적용 스마트 주거 서비스 등을 스마트건축기술을 적용한 공동주택의 건축계획적 특성을 도출 보고자 한다. 이를 통해 스마트기술이 적용된 미래 공동주거의 실현 가능한 건축계획과 설계의 방향을 정립하고 스마트건축 주거단지에서 스마트 도시로의 연계와 확장을 위한 방향을 모색해보고자 한다. 각 장별 연구의 내용을 살펴보면, 2장에서는 스마트기술이 적용된 미래 주거건축의 구현을 위한 스마트건축의 개념과 선행연구를 고찰하고, 3장에서는 ‘LH 제1회 미래건축 특별설계공모’의 공모의 개요와 요구되는 건축계획 지침의 내용을 분석한다. 수상 작품에서 나타난 건축계획을 분석하고 4장에서는 스마트기술을 적용한 공동주택에서 나타난 공동주택의 건축계획적 특성을 도출하고 미래 스마트기술을 적용한 공동주거 건축의 미래를 모색해보고자 한다.

2.1. 스마트건축의 개념과 선행연구

먼저 스마트 건축의 개념과 정의에 대해 살펴 보고자 한다. 스마트기술을 적용한 스마트건축에 대한 개념과 정의는 다양한 선행연구에서 제시되고 있다. 스마트건축은 1980년대 초부터 사용되었던 기술중심의 인텔리전트 빌딩의 개념이 사용자 중심의 개념으로 발전되어 왔다.

Abo Elazm 외 연구(2017)에서 스마트건축은 ‘최신기술의 적용을 통해 거주자의 요구에 대응하고 내외부의 조건을 조정할 수 있는 건축물’이라고 정의했고, 이은석 외(2020)의 연구에서는 ‘국민의 삶의 질 향상을 위한 첨단기술이 유연하게 적용될 수 있는 지속 가능한 건축물’ 이라고 정의하고 있다. 스마트 도시에서는 스마트건축에 적용된 ICT 기술을 통해 디바이스 간의 소통과 연결성과 각종 정보가 서로 교환되어 운영되고, 자율주행이나 드론, UAM(Urban Air Mobility), PM(Personal Mobility) 그리고 서비스 로봇 등 활용을 통한 스마트교통 및 생활 서비스, 에너지의 효율화 등 다양한 스마트 생활 서비스를 제공되어 운영될 수 있다. 따라서 새로운 스마트기술에 대응하는 새로운 건축 공간의 모색과 이에 연관된 스마트건축을 위한 건축계획의 설정이 요구되는 상황이다. 국내외 선행연구에서 제시되고 있는 스마트건축의 정의를 정리해보면 다음 Table 1.과 같다.

Table 1.

Definition of Smart Building

2.2. 스마트건축 관련 선행연구와 주거건축 분야에서의 대응

매우 빠르게 발전하고 있는 스마트기술은 2020년 제정된 ’스마트시티 조성 및 산업진흥에 관한 법률’의 제도적 근거를 통해 건축공간에 적용하기 위한 다양한 스마트시티 관련 연구가 수행되어오고 있으나, 주로 스마트 도시 관련 ICT 기술이나 서비스, 정책과 제도 등 관련 연구가 주를 이루고 있다.

실제 건물에서 거주자가 생활과 그들 삶의 많은 시간을 보내는 주거 건축 분야에서의 연구는 상대적으로 미흡한 상황이다. 코로나 19 이후, 재택근무가 이루어지고 원격수업을 통한 교육이 이루어지는 주거공간에서의 변화 속에서 주거 건축의 중요성, 스마트기술의 발전을 통한 주거공간에서의 지원 가능한 주거 서비스, 건강과 실내환경의 중요성에 대한 다양한 연구들이 Table 2.와 같이 수행되고 있다.

Table 2.

Smart Architecture amd Future Architecture Research in residential Building

우리나라 공동주택에서의 스마트기술을 적용한 공동주택의 방향은 Table 3.과 같다. 스마트기술과 스마트 서비스 적용의 사례를 살펴보면 스마트기술을 적극적으로 도입하고 적용하고자 하는 건축계획적인 방향성을 가지고 있지만, 각 개별 세대의 AI, IoT의 기술을 적용하고 실내 가전제품의 상호연결과 앱을 통한 원격제어, 각 주거공간에서 에너지관리 등의 서비스가 주로 이루어지고 있다. 점차 사용자 중심의 스마트서비스가 진화되고 빠르게 업그레이드되어 구현되고 있다. 하지만 자율주행이나 UAM, PM, 드론 등 스마트 교통시스템의 적용이나 생활 서비스 지원 로봇 등을 구현하기 위한 건축계획적 측면에서의 접근이 미미하다[8]. 주거 건축 공간 내의 기기의 연결과 사용성, 보안, 에너지 절감 등 제공되는 스마트 주거 서비스가 제한적으로 제공되고 있는 상황이다. 따라서 빠르게 발전하는 스마트기술에 대응하여 제공 가능한 스마트 주거서비스를 파악하고, 미래 주거 건축에 적용하기 위한 건축계획 분야의 지속적인 연구가 요구된다.

Table 3.

Current Architectural Planning & Design Approaches in Korean Apartment Housing

3.1. LH 미래건축 설계공모 개요

2020년 LH에서 수행된 제1회 미래건축 특별설계 공모전의 공모지침의 내용과 수상작의 분석을 바탕으로 본 연구에서 스마트기술 적용한 공동주택에서의 건축계획 특성을 파악하고자 한다. 미래건축 특별설계 공모의 개요는 다음 Table 4.와 같다.

Table 4.

Architectural Overview of LH ‘1st Future Architecture Special Design Competition’

Fig. 1.

Apartment Complex Site (Geumto District, Seongnam, Korea) [1]

신혼부부를 위한 미래소통 융합의 혁신적 첫 스마트건축 주거단지라는 특별공모 주제로 4차 산업혁명 시대의 기술과 스마트건축 정책에 발맞추어 가까운 미래에 적용 가능한(5년 내 상용화 가능 기술) 미래건축의 아이디어 창출과 스마트건축 주거단지의 모델을 제시하는 공동주택 특별설계 공모라고 볼 수 있다.

본 설계 공모에서 제시하고 있는 스마트건축의 정의를 살펴보면, ‘거주자의 삶의 질과 건축물의 가치향상을 위하여, 현재 적용할 수 있거나 미래에 활용 가능한 지능 정보기술과 건축기술을 융합 · 대비 · 적용하여 건축공간을 조성하고 개선된 거주환경을 제공’한다고 제시하고 있다.

또한 스마트기술의 적용 범위는 2025년 입주 시점에서 현재 적용 가능한 기술과 5년 내 상용화 가능한 기술의 비율을 7:3에서 5:5까지 자유롭게 설정하여 공동주택 계획수립을 요구하고 있으며, 주거동인 경우 제로에너지 ZEB 4등급을 목표로 패시브 및 액티브기술과 스마트그리드 등 생산에너지 활용 전력을 중심으로 제시하도록 하고 있다[1]. 특별설계공모의 스마트기술 적용 방향은 Table 5.와 같다.

Table 5.

Smart Technology Application Direction of LH ‘1st Future Architecture Special Design Competition’

3.2. LH 미래건축 설계공모 지침에서 제시된 건축계획의 방향

앞서 기술한 바와 같이, 본 공모전의 대상 부지는 판교 테크노밸리 인근으로, 최신 스마트기술을 적극적으로 적용하여 젊은 신혼부부의 편리한 생활환경과 쾌적하고 안전한 자녀 양육을 위한 주거단지로 계획되어야 한다.

자연채광과 환기가 용이한 주동 배치를 요구하고 있다. 또한 아파트 거주자의 요구에 충족하기 위해 선택적인 공간설계가 가능하고 가변적인 벽체, 다양한 옵션(가구 및 실내 마감재 선택)를 통해 거주자의 라이프 스타일의 변화에 적극적으로 대응할 수 있도록 하고 있다. 또한 가족의 문화와 여가생활이 연계된 주거단지 내의 커뮤니티 시설 특화계획이 요구되며 이를 통해 커뮤니티의 다양한 주거 서비스를 제공할 수 있도록 건축계획 지침이 제시되어 있다.

스마트기술인 IoT 기술을 통해 에너지 효율적이고 친환경적인 건강주택을 구현하기 위해 화재, 범죄, 안전, 미세먼지 저감과 층간소음 저감 등의 방안을 다각적인 계획을 요구하고 있다. 아이들의 양육에 최적화 될 수 있도록 단지 내 실내외의 창의적인 놀이터 공간과 시설계획, 그리고 사회적 약자, 주차, 출입, 우편 등 각종 스마트 서비스를 지원하는 공간계획과 미래 스마트 공동주택의 이미지를 보여줄 수 있는 미래지향적인 주동의 형태와 외피 디자인이 요구된다.

3.3. LH 미래건축 설계공모전 수상작품에서 나타난 공동주택의 건축계획

앞장의 연구 방법과 범위에서 기술한 바와 같이, 스마트기술을 적용한 공동주택의 건축계획적 특성을 도출하기 위해 ‘LH 제1회 미래건축 특별설계공모전’ 수상 작품 중 최우수상(계획안A), 우수상(계획안 B), 장려상(계획안 C) 수상작을 대상으로의 건축계획의 접근과 특성을 분석하였고, 정리된 내용은 다음 Fig. 2.와 같다[9].

Fig. 2.

Case Study of ‘LH 1st Future Architecture Special Design Competition’: Architectural Planning Approaches and Characteristics

최우수상을 수상한 계획안 ‘A’은 스마트건축 공동주택 단지를 만들기 위해 S-M-A-R-T의 5가지 디자인전략을 통해 주거단지를 계획하였다. 제로 에너지 건물 구현 등 지속가능한 건축(Sustain), 차량공유 및 스마트그리드, v2g(전기차량과의 전력효율성 활용)을 통한 자원의 효율적 활용(Manage), 변화하는 생활에 대응하는 공간구현(Adapt), 드런 UAM, PM 등과 같은 새로운 스마트 모빌리티 활용에 대응(Response), 스마트기술을 통한 주거 서비스의 획기적인 개선(Tech)의 구현전략을 통해 계획안을 제시하고 있다. 이를 통해 개방성과 미래의 상징성을 가진 4개의 자급자족이 가능한 주거존으로 단지를 구성하고, 미래지향, 수직 정원, 저층 마을형태의 특화 주거동을 통해 다양한 삶을 담을 있는 주거동과 주호계획을 보여주고 있다. 특히 미래지향 특화 주거동에서는 드론 운용을 위한 드론포트, 로봇을 위한 동선등을 고려되어 계획되었다. 단지 내 자율주행차량을 위한 승하차 공간과 스마트 모빌리티 환승을 위한 공간에 카페, 공유 오피스 계획 등, 미래 스마트기술을 보다 적극적으로 활용하고 체감할 수 있고 스마트 도시와의 연계성을 강조하고 있다.

우수상을 수상한 계획안 ‘B’은 ‘바이러스와 감염을 피하는 은신처-스마트 그린벙커’라는 개념 제시를 통해 안전하고 쾌적한 친환경적인 공동주거 단지를 계획하고자 하였다. 4개의 그린 타워동을 대지 외곽에 배치하고, 저층 중정형 주거공간계획을 통해 자연과 함께 하는 개방성 있는 단지를 제시하고 있으며, 고층 그린벙커 주동의 경우 드론을 활용하고 물류배송, 환기, 실내정원의 기능을 제공하는 스마트코 어를 계획하였다. 주호 계획의 경우 마이크로 인필과 무빙 퍼니처의 제안을 통해 주거공간의 확장, 복층 주거공간을 통한 개방감있고 프라이버시를 고려한 주거공간을 계획하였다. 스마트 리빙랩, 단지 내 로봇 자동주차 고려한 주차장 계획과 자율주행셔틀의 운영 고려한 외부공간계획이 제시되었다.

장려상을 수상한 계획안 ‘C’는 ‘도시를 담은 미래 자급자족형 주거단지’를 공동주택단지의 디자인전략으로 삼고, 400세대로 이루어진 3개의 특화영역(교육, 문화, 생산)으로 계획하고 자급자족의 개념을 적용하는 마을공동체로서의 주거단지를 제시하였다. 그로잉 플랫폼(보육+주거), 쉐어링 플랫폼(문화소비/지역교류+주거), 메이킹 플랫폼(생산(스마트팜)+주거)으로 나타난다. 다양한 거주자의 삶을 담을 수 있도록 주호 계획에 있어, 무량판구조와 가변성을 고려한 무빙월을 제안하고 계획하였다. 스마트기술을 적용한 AI원격진료, 피트니스, 보육, 오피스 공간을 제안했고, 스마트기술의 실생활에서의 체감을 위한 자율주행차량 주차공간, V2G, 그린 모딜리티 택배 서비스 공간 제안 등이 계획되었다.

(1) 배치 계획

서로 다른 높이의 주동 배치를 통한 다양한 경관과 스카이라인이 만들어질 수 있도록 계획하고, 각 주동에서는 세대별 프라이버시, 일조, 통풍이 잘 될 수 있도록 주동과 부대시설의 배치계획이 이루어져야 한다. 단지 내 ‘Sidewalk Lab’ 개념을 적용하여 보행 친화적인 통로 주변 커뮤니티 시설과 코워팅 공간을 계획한다. 이를 통해, 주변 판교 테크노파크와 연계하여 직주근접의 공간을 구현하였다.

(2) 동선 계획

보행 친화적인 공간으로 100% 지하주차를 적용하고, 대상부지 주변의 교통 네트워크와 대중교통의 연계성을 강화하여야 하며, 자율주행차량의 통행과 주정차구역 설정, 스마트기술을 통해 안전을 고려, 거주자의 PM(Personal Mobility)의 이동 동선과 보관 및 수리 시설의 배치가 요구된다. 단지 내 동선계획은 지상 공간과 지하공간으로 구분하여 계획되었다.

(3) 외부공간 계획

쾌적하고 안전한 자녀 양육을 위한 주거단지로 계획하기 위해 단지 내 어린이 놀이터 공간의 특화, 미세먼지 대응 및 열섬효과를 저감하기 위한 다양한 스마트 기술의 적용이 요구되었다. 단지 외부와의 연결성, 주변 녹지축과의 연계성을 고려한 보행공간과 녹지공간 확보, 다양한 거주자의 외부활동을 지원하기 위한 휴게 및 외부행사 공간의 계획, 안전한 외부활동을 위한 스마트 CCTV, 스마트 범죄예방 가로등이 고려되어 계획되었다.

(4) 주동 계획

가장 큰 주동계획에 나타난 건축계획적 특성은 획일적인 주동 배치에서 벗어나 서로 다른 높이의 주동의 배치와 접근성이 좋은 주동사이 공간에 커뮤니티 시설을 배치하였다. 이를 통해 다양한 경관과 개방감을 구현하고 각 주호마다 프라이버시, 조망, 채광 등 최적의 실내환경을 제공하는데 우선을 두었다. 주거동의 층고는 2,800㎜이상, 천정고는 2,300㎜을 확보하였고, 주거동에 새로운 복합기능을 제안한 혁신공간 창출 주동이 적용되었다. 거주자의 안전을 위해 언택트형 출입 시스템과 향후 서비스 로봇 활용, 주동 옥상부에 드론 물류서비스를 고려한 스마트 물류배송 가능토록 공간이 계획되고 제안되었다.

(5) 단위세대 주호계획

전용면적 55㎡의 전체 계획 세대수는 1,189호 전후이며, 개인화된 거주자의 다양한 삶의 형태와 요구를 반영하여 단위세대 주호계획에 있어서 가변성을 극대화한 평면을 제공하고자 하였다.

특히, 코로나 이후 대면보다는 비대면 활동을 통해 재택근무, 원격수업을 통한 교육을 지원하기 위한 공간 뿐 만 아니라, 스마트기술을 적극적으로 접목 시켜 거주자가 체감할 수 있는 단위 세대 내 휴식과 여가를 위한 특화공간을 계획하고, 개인적 자유를 느낄 수 있는 테라스 공간의 특화, 가족 구성원이 서로 다양한 활동을 펼칠 수 있는 새로운 거실 공간의 제안 등이 나타났다. 따라서, 주거공간의 개방감과 가변성, 스마트 가전, 언택드 택배 수납, 복층 평면, 층간소음 저감, 팬트리 계획, 발코니계획, 단위세대 내 에너지 저감과 스마트기술을 활용한 쾌적한 실내환경 구현을 위한 계획이 제시되었다.

(6) 스마트 모빌리티 계획

스마트기술의 적용을 적용한 모빌리티 관련 계획이 가장 드러나는 공간은 공동주택 내의 주차장 공간으로 나타난다. 지상의 주차는 최소화하고 지하 주차장에서 각 주거동으로 직접 출입이 가능한 주동 통합형태로 계획되었으며, 미래에 곧 상용화되어 사용될 자율주행차로 인한 공간의 여유 공간을 활용한 계획이 고려되었다.

택배 물류 저장소, 배달 서비스 로봇의 대기 공간의 확보, 전기차를 위한 충전시설 및 공간(비접촉식 무선 충전설비) 등이 계획되었다. 향후 공공주택단지 내에서 다양한 미래 물류 및 교통서비스 지원을 위해 드론이나 옥상 부분의 드론 운용을 위한 드론 이착륙시설 등 관련 공간을 확보하고 계획되었다.

(7) 커뮤니티 시설 계획

앞서 기술한 바와 같이, LH 미래건축 설계공모가 신혼부부를 위한 아이를 안전하고 쾌적하게 보육하고 생활편의 제공을 위한 핵심 커뮤니티 시설로서 종합보육센터와 근린상가가 계획되었다. 이를 통해 보육과 교육, 문화와 여가를 함께하는 가족 커뮤니티 공간으로 계획되었다. 따라서 개방형 공간으로 입주 이후의 수요변화에 대응하기 위한 가변성을 강조한 공간계획이 계획되었고 다양한 기능과 활동이 복합적으로 이루어질 수 있도록 내부공간 계획과 주동에서 커뮤니티 공간과 외부 놀이터 공간의 연계가 강조되었다. 스마트기술을 적용하여 전기차 충전, PM 이용, 대기와 휴식을 제공 등 거주자의 교류와 다양한 활동들을 지원하는 커뮤니티 시설로서 계획되었다.

(8) 시설 인프라 계획

스마트기술을 적용한 공동주택에서 원활한 스마트기술 서비스를 제공하기 위한 공동주택 단지 내에서의 스마트 인프라 기술에 중요하게 고려되고 계획되었다. 단지 내 스마트 CCTV, 스마트 범죄예방 가로등 등의 범죄 안전 시스템, 건물내 의료건강지원시스템, 스마트그리드를 활용한 전기활용 등 스마트 기술 구현을 위한 배선 및 설비 인프라 계획이 제시되었고, 가변형 실내공간 구현에 따른 설비 배치계획이 세심히 계획되어야 한다. 지열, 태양열 등 신재생에너지 사용을 위한 인프라 시설이 계획되었다.

Table 6.은 미래건축 설계공모 이후, 설계공모 수상작에서 적용된 스마트 기술 중, 전문가에 의해 선정된 스마트 공동주택단지에 적용 가능한 스마트기술 서비스로, 향후 스마트 공동주택에 실제적으로 공간에서 적용되고 운영되기 위한 세심한 고려와 건축계획의 접근이 요구된다.

Table 6.

Smart Technologies Applicable to Apartment Complex (Selected by expert verification after selecting the winning project of the Future Architecture Design Competition. (Modified from the Ministry of Land, Infrastructure and Transport, Korea))