I. 서 론
2. 이론적 배경
2.1 신체특성기반 공간설계
2.2 노화 특성 반영 안전공간
3. 사용자 신체특성 반영 공간객체
3.1. 공간객체 및 안전설비 객체조사
3.2. 객체별 맵핑체계 구축
4. 사용자 신체특성별 시나리오 기반 모델링
4.1. 신체특성별 욕실 모델링
4.2. 공간 렌더링 및 이미지 추출
5. 결 론
I. 서 론
전 세계적으로 빠르게 증가하는 노인 인구는 2022년 통계청 자료에 따르면 작년 대비 고령자 수가 447,000명 증가하였으며 2025년에는 한국의 고령자 인구 비율이 20.6%에 도달하여 초고령사회에 접어들 것으로 예측하였다. 증가하는 고령자의 수만큼 노인 안전사고 발생률도 함께 높아지며 한국소비자원자료(2019)에 따르면 주거공간 내에서 발생한 안전사고의 경우 침실에서 20.1%의 비율로 가장 많이 발생하고, 욕실 공간에서 13.6%의 비율로 두 번째로 많이 사고가 발생한다. 노인의 신체적 기능이 저하되며 작은 사고도 큰 위험으로 영향받을 수 있기 때문에 노인 안전사고는 사전에 원인을 파악하여 적절한 대안을 공간 내 적용하여 예방해야 한다. 행정안전부(2021)에서 노인의 안전한 공간사용을 위해 제시하는 주거공간 내 매뉴얼의 경우 공간 내 생활방식, 신체기능의 변화, 주거 공간별 고려 사항에 따라 특징과 상황에 적합한 설비 설치를 위한 가이드라인을 제시하고 있다(Lee, 2022). 획일적인 설비 구축은 공간 사용자에게 적합하지 않은 스케일과 레이아웃으로 잦은 사고가 발생할 수 있기 때문에 공간 사용자에게 적합한 설비와 구조로 이루어져야 사고를 방지할 수 있으며 주거공간 내 욕실공간은 잘못된 안전설비로 사고가 발생하기도 한다. 따라서 고령자의 신체특성에 적합한 안전 욕실공간 설계를 위해 공간 모델링을 진행하고 공간 이미지를 추출하여 전문적 지식 기반의 공간 구성 대안 이미지를 제시하고자 한다. 공간 모델링의 설계방식으로써 사용되는 BIM 모델링은 본 논문에서 이미지 추출의 용도로 활용되지만, 후속연구에서는 객체가 설치된 모델링을 활용한 객체 자동배치를 목적으로 BIM 설계방식을 채택하였다. 이러한 접근 방식을 통해 공간 사용자에게 적합한 설비와 구조안를 제시하며 공간 사용자의 사고 예방을 도모할 수 있다.
2. 이론적 배경
2.1 신체특성기반 공간설계
효율적인 공간을 조성하기 위해서는 지속적인 공간의 개선이 이루어져야 한다. 공간에서 생활하는 거주자의 연령, 가족 구성원 및 물리적 속성과 같은 사용자의 변화에 따라 공간 리모델링에 대한 필요성이 요구될 수 있다. 사용자의 물리적, 정신적 특성을 고려하여 설계한 공간에서는 안전성, 사용성 및 독립성을 강화하여 궁극적으로 삶의 질 향상이 가능하다(Demirbilek et al., 2004). 사용자에게 적합한 공간을 구성하는 선행연구에 따르면 병원에서는 외과와 내과 병동에서 생활하는 환자, 의료진의 활동 및 신체특성에 따라 움직임 동선에 차별점이 있어 최적화된 공간을 구성하기 위해 사용자의 특징을 파악하였으며(Lee et al., 2004), 지체장애인을 위한 공간을 설계할 때는 사용자 경험을 중시하여 공간설계 시 그들의 특정 요구사항을 설계 과정에 반영하는 것을 중심적으로 연구하였다(Imrie, 2004). 또한, 어린이를 위한 공간을 설계할 경우, 신체적 정신적인 부분을 고려하여 어린 입주자들에게 적합한 놀이공간을 고려하는 동시에 소음과 불필요한 사회적 상호작용을 방지할 수 있는 공간이 필요하다고 연구를 진행했다(Evans et al., 2003). 이처럼 공간 구조와 사물의 활용도 모두 사용자의 특성에 따라 변화하는 것을 확인 가능하며 이는 다양한 사용자들의 신체적 특성에 적합한 공간 구조 및 시설구성이 중요하다는 것을 알 수 있다. 공간을 설계하기 위해서 초기단계에는 공간의 모습을 나타내는 시각적 자료가 필요하다. 공간 이미지를 표현하기 위해서 주로 Sketch up 이나 3D Max와 같은 다양한 설계 프로그램이 사용된다. 기존에 사용되었던 설계 프로그램은 기하학적이고 표현에 한계가 없어 편리하지만 본 연구에서는 설계 오차를 줄일 수 있는 BIM(Building Information Modeling) 설계방식을 활용한다. BIM은 지능형 기술을 기반으로 사전 정의된 속성정보를 활용하여 설계 프로세스를 보다 효과적으로 진행하는 방식이다(Eastman et al., 2011). BIM 기반의 설계 프로그램은 객체 지향적 기술활용을 통해 공간 모델링에 사용되는 벽, 바닥, 천장과 같은 구성요소들을 Class 또는 Family로 정의한다(Ahn et al., 2009). BIM의 사용은 사용자에 따라 공간 구성이 달라지는 본 논문의 특성에 적합한 설계방식으로 객체의 수정이 용이하며, 정보를 담고 있는 모델링으로써 추후 BIM의 설계방식을 활용하여 건축객체 중 조명을 자동배치하는 연구(Song et al., 2020) 와 같이 객체 지향적인 BIM 모델링을 다양한 연구주제로써 탐구하고자 한다.
2.2 노화 특성 반영 안전공간
나이가 들어가며 신체적 노화는 누구에게나 당연한 과정이다. 노화는 다양한 사고를 불러일으킬 수 있으며 노화로 발생하는 사고는 나이가 들어갈수록 회복에 오랜 시간을 요구한다. 주거공간에서 노인이 경험하는 안전사고와 실내환경을 평가하는 연구에 대한 논문(Moon et al.)과, 설문을 통해 사고가 발생하는 환경적 원인을 파악하는 선행연구논문(Park et al.)을 보았을 때 주거공간 내 욕실에서 환경에 의한 사고가 많이 발생하는 것을 확인할 수 있었다. 욕실에서 경험할 수 있는 미끄러운 바닥이나 그랩바의 설치율이 저조한 경우로 사고가 자주 발생하며, 이는 욕실공간의 개선이 필요함을 알 수 있다. 노인의 목욕행위와 관련하여 욕실 공간에서의 개조를 위한 분석을 진행한 논문(Lee et al., 2020)등 행위에 집중하여 연구가 진행된 논문이 있다. 본 논문은 행위 외에도 노인 사용자가 가지고 있는 본질적인 신체특성에 대해 다루고자 한다. 공간 사용자는 개개인이 가지고 있는 신체적 특징이 상이하기 때문에 공간에 필요한 요소를 신체적 특성에 따라 정확한 파악을 위해서는 신체 노화 현상에 대해 알아야 한다. 신체 노화로 발생하는 사고는 내인적 요인에 해당되며(Yoo, 2005) 각 신체 기관별 노화는 심혈관계, 내분비계, 비뇨기계, 신경계, 감각신경계, 소화기, 호흡기계, 근골격계, 피부, 면역계로 구분하였다(Lee et al., 2013). 신체기능의 노화로 인해 발생하는 기능 쇠퇴는 근골격계에서는 악력저하, 보행문제, 신체 활동 능력 쇠퇴 등이 있으며, 감각신경계에 해당하는 기능 쇠퇴는 시각에는 시력 저하와 야간시력 저하 등이 있고, 청각에는 청력 저하, 노인성 난청이 있다(Lee et al., 2007). 본 논문은 내인적 요인 중 근골격계 노화와 감각신경계 노화를 가진 노인 사용자를 기준으로 하여 욕실 설비 및 제품에 관한 조사와 분류의 기준으로 삼아 진행하며, 근골격계 약화로 보조기구를 사용하는 노인을 추가로 고려하여 휠체어 사용자도 분류 기준에 포함하였다. 고령자가 욕실 공간을 이용할 때 사고를 방지하기 위해 움직임을 지원할 수 있는 설비를 조사하고 유니버설 디자인 원칙 다섯가지를 중심으로 분석한 논문(Lee et al., 2007)을 기반으로 욕실 공간 내 사용 가능한 안전설비를 수집하였다.
Table 1.
Classification of Bathroom Objects Based on Body Characteristics & Safety Equipment Functions
BIM 모델링 진행하기 위해 수집과 제작으로 이루어진 공간 객체를 안전설비를 노화 특성별로 필요객체를 분류하고 기능적인 역할을 <유니버설디자인 욕실설비 및 제품 사례분석>에 기술된 안전설비의 기능인 지탱장치, 편리한 사용, 원활한 이동, 미끄럼방지, 체온유지, 호출설비 6가지에 해당될 수 있는 내용을 작성하여 추후 사용자가 원하는 기능에 따라 안전설비가 제공될 수 있도록 했다. 선행연구에서 조사된 안전설비를 파악하고 본 논문에서 해당 내용을 신체특성과 연계하여 맵핑체계를 구축하고, 상세한 공간설계를 가능하도록 하여 실제 시각적인 자료로 생성될 수 있는 것은 본 연구의 차별점이 될 수 있다.
3. 사용자 신체특성 반영 공간객체
3.1. 공간객체 및 안전설비 객체조사
실내공간은 다양한 건축객체들로 이루어져 있으며, 객체들이 결합하여 공간을 형성한다. 건축객체들은 설계 분야에서 디자인 프로그램을 통한 공간 이미지생성에 사용된다. 본 논문에서 공간을 구성하는 차별점은 객체에 사용자 신체특성을 반영하여 사용자 기반의 안전한 공간을 설계하고자 한다<Figure 2>. 공간구성객체를 크게 세가지 범주로 나누어 보았다. 첫째, 공간의 기본적인 구조를 이루는 객체로 바닥, 벽, 천장과 같은 주요 구성요소가 이에 해당된다. 두 번째는 공간의 목적과 용도를 나타내는 객체로 예를 들어 욕실의 경우에는 변기, 세면대, 욕조, 샤워부스와 같은 항목을 포함하고, 부엌은 싱크대, 냉장고 등이 공간에서 일반적으로 구성되어 위와 같은 객체를 연상하면 공간의 목적을 명확하게 보여준다. 세 번째로 공간 혹은 사용자의 상황이 특수한 경우 기본 객체에 안전기능을 추가하는 경우도있다. 이러한 객체는 모든 공간에 일반적으로 적용되지는 않지만 특정 사용자를 위해 안전을 고려한 설비를 추가한다. 본 논문에서는 고령자를 위한 안전설비들을 이러한 객체에 포함시키고 이에 따른 BIM 객체조사가 이루어졌다<Figure 3>. 공간에 적합한 객체를 수집하기 위해 BIM객체 다운로드가 가능한 플랫폼을 이용하였으며, 수집하지 못한 객체의 경우 직접 제작하였다. 제작한 객체는 실제 판매 중인 상품을 기반으로 총 20개의 객체를 수집 및 생성하였다.
이와 같은 조사를 통해 사용자 신체특성 기반 안전공간 설계에 필수적인 요소들을 구체화하고, 안전한 공간조성을 위한 다양한 객체 활용 가능성을 제시한다.
조사된 객체가 설치 가능한 위치를 기준으로 분류를 진행하였으며<Table 2>, 사용자가 공간사용 시 불편함을 겪는 부분을 파악하면 안전설비 설치 관련 개선안이 효과적일 것으로 기대할 수 있다. 구조 구성객체, 공간에서 목적성을 나타내는 객체, 기능적인 역할을 하는 객체라는 분류 안에 본 논문에서 제안하는 사용자 신체특성에 기반을 둔 안전설비는 공간 사용자가 자신의 신체 특성에 어울린 안전한 공간사용이 가능하도록 한다.
Table 2.
Classification of Safety Facilities by Bathroom Area
3.2. 객체별 맵핑체계 구축
공간 이미지 생성을 위한 모델링은 앞서 선행연구논문을 통해 분류한 내용을 기반으로 <Table 3>과 같은 맵핑체계를 구축했다. 맵핑체계는 전문가뿐만 아니라 일반인도 욕실 리모델링을 계획하고자 할 때 편리한 방법으로 접근할 수 있다. 자신이 욕실 공간을 사용하며 느낄 수 있는 개선사항, 또는 세부적으로 공간 내 어떠한 설비에 불편함을 느끼는지 파악하고 있다면 전문적인 내용을 바탕으로 대안을 마련할 수 있다. 이는 불필요한 안전설비를 줄이며, 실질적인 도움이 가능한 유의미한 설비 부착이 가능하다. 맵핑체계표에서 신체특성 부분에 해당하는 내용은 3가지가 있지만, 신체 노화 특성에 관련된 데이터 구축에 따라 추후 업데이트될 수 있으며 욕실영역, 설비들의 기대효과에 따른 기준으로 각각의 안전설비 객체가 해당될 수 있는 부분을 정리하였다. 공간 구성을 위한 기준틀에 따라 객체를 분류하고 노화가 진행되는 고령자에게 적합한 욕실 공간 구성을 위해 맵핑체계 기반의 안전욕실 BIM모델링 및 리모델링을 진행할 수 있다. 구축된 맵핑체계는 추후 자동화 설계 시 사용자의 안전한 공간사용을 위해 요구될 수 있는 설비를 맵핑체계를 기반으로 파악하여 공간에 반영하고자 한다. 이는 입력한 정보 (신체특성, 욕실 영역, 기대효과)에 따라 공간객체가 자동생성될 수 있는 체계를 구성한 것이다.
Table 3.
Mapping System for Building Modeling to Reflect Body Characteristics
4. 사용자 신체특성별 시나리오 기반 모델링
4.1. 신체특성별 욕실 모델링
안전설비가 구성된 욕실을 생성하기 위한 공간 모델링은 사용자의 편의와 안전을 고려한 중요한 과정이다. 안전욕실의 대안 이미지를 참고할 수 있는 사용자의 범위를 넓히고자 주거공간의 욕실을 우선적으로 모델링 진행했다. 일반적으로 많은 주거공간에서 구성되는 욕조/샤워실, 세면대, 변기 순서로 배치하여 모델링을 진행하였으며, 맵핑체계를 기반으로 신체특성, 욕실 영역, 안전설비의 기대효과를 고려하여 진행했다. 사용자가 요구할 수 있는 기능 및 특성을 반영한 공간설계를 진행하였으며 본 논문에서 진행한 모델링은 맵핑 체계에 있는 3가지 신체특성을 반영해 욕실 공간을 구성했다.
근골격계 노화 사용자 욕실의 경우 사용자의 안정적인 이동을 지원하기 위해서 주로 지탱장치의 역할을 하는 설비로 이루어져 있다. 이를 위해 접이식 샤워의자, 논슬립 바닥, 의자 겸용 세면대 하부장, 변기 벽면 그랩바, 변기 옆면 그랩바, 샤워커튼이 부착될 수 있으며, 설비들의 부착 위치는 행정안전부에서 발간한 <2021 노인 돌봄 전달체계 개편 시범사업 주택개조서비스 운영 매뉴얼>과 선행연구논문에서 권고하는 위치에 객체를 부착하여 공간모델링을 진행했다<Figure 4>.
감각신경계 노화 사용자의 욕실의 경우 시각적인 불편함을 개선해주고, 급격한 온도변화에 대응이 가능한 설비가 배치된다. 또한, 사용자에게 발생하는 비상상황을 전달할 수 있는 장치가 배치된 공간사용에 도움을 줄 수 있다. 배치된 객체는 센서등, 샤워커튼, 온도표시/제한 수전, 내부히터, 비상호출/초인종이 배치되어 공간 모델링을 진행했다<Figure 5>.
근골격계 노화 보조기구 사용자의 욕실의 경우 보조기구 사용이 가능하도록 움직임의 공간을 더 확보해 공간 모델링이 진행되었다. 사용자가 움직이기에 편안한 치수와 배치를 고려하여 구성하였으며(Kang, 2007) 공간 내부는 보조기구에 몸을 의지하는 사용자를 위해 높이조절이 가능하고 지탱이 가능한 설비들로 이루어져 있다. 내부 객체는 욕조 보조의자, 높이조절 변기 그랩바, 각도조절 거울, 인출식 수전, 미끄럼방지 바닥, 높이조절 세면대, 출입구 트렌치, 물 내림 버튼, 욕조 그랩바가 배치되어 사용자의 움직임에 불편함이 없도록 공간 모델링을 진행했다<Figure 6>.
4.2. 공간 렌더링 및 이미지 추출
모델링 된 공간에 적절한 재질을 적용하여 세 가지의 신체특성을 기반을 둔 BIM 모델링을 시각화를 진행했다<Figure 7>. A는 근골격계 노화 사용자에게 적합한 욕실, B는 감각신경계 노화 사용자에게 적합한 욕실, C는 근골격계 노화 사용자 중 보조기구를 사용하는 사용자에게 적합한 안전욕실공간 이미지이다. 시각화는 고성능의 GPU 렌더러를 활용하여 수행되었으며 Photorealistic 한 실제 공간 이미지와 유사한 이미지가 생성된다. 사용자 신체특성에 최적화된 공간 이미지를 생성하며 작업을 수행함으로써, 실제 환경에서 신체특성에 부응하는 공간을 시각적으로 표현하고, 계획단계에서 이루어지는 내용을 사전에 표현할 수 있다. 이러한 방식의 BIM 모델은 현실적이고 효율적인 건축 및 설계 프로세스를 지원하며 리모델링을 진행하고자 하는 사용자의 편의성과 안전성을 향상할 수 있다.
렌더링한 공간 이미지는 대표 이미지 외에도 다양한 각도에서 추출한 이미지가 구축되며 욕조와 샤워부스의 구성에 따라 미세한 설비 설치 관련 변화가 있을 수 있다. 또한, 다양한 이미지 생성 기능을 활용하여 빛 분석 이미지, 360 파노라마 이미지, 스케치 이미지 등 추후 후속연구에서 활용 가능한 이미지 데이터 구축을 진행 중에 있다<Figure 8>. 360 파노라마 이미지의 경우 이미지 분할모델을 활용하여 추출한 360 이미지를 분할한 데이터를 생성한다(Shin et al.). 이와 같은 추가적인 이미지 구축으로 후속연구에서의 실내공간 이미지 데이터 활용이 가능하다.
5. 결 론
본 논문은 사용자 신체특성을 기반으로 안전한 욕실사용을 위한 설비를 조사, 분류, 수집하였으며, 이를 활용하여 공간 BIM 모델을 생성하였다. 일반적인 공간모델은 기본적인 구조가 갖춰진 상태로 설계되지만 신체적 특성이 있는 사람들에게 안전과 편의성은 더욱 중시되어야 한다. 따라서 본문에서 진행된 상세모델링에서는 사용자 중심의 접근을 반영하고 이에 따른 안전설비의 부착으로 사용자들의 사고를 감소시키며 사용자의 삶의 질을 향상시킨다. 또한, 사용자의 신체특성을 고려하여 공간설계를 진행하는 과정을 기반으로 상세한 모델링이 가능하게 되어 사용자에게 더욱 적합한 공간이 마련될 수 있다.
사용자 중심의 공간을 생성하기 위해 본 논문에서 진행된 내용은 첫 번째, 신체특성에 적합한 안전설비를 갖추기 위해 공간 사용자인 노인이 욕실 공간을 사용할 시 필요한 안전설비를 조사했다. 조사된 20가지의 설비를 노인의 노화 특성에 따라 필요설비별로 분류하였고, 각 설비가 가진 기능과 설치 위치에 대한 영역을 기준으로 분류하여 맵핑체계를 구축했다.
두 번째, 공간을 구성하는 안전객체들은 사용자의 신체 노화 특성을 고려하여 필요한 객체들로 이루어져 있다. 관련 내용을 담은 맵핑 체계를 기반으로 BIM 공간 모델링을 진행했다.
세 번째, 공간모델을 통해 노화가 진행되고 있는 노인에게 적합한 안전욕실 공간 이미지를 추출하고, 이미지를 통해 욕실공간의 물리적 환경이 노인 사용자에게 안전을 어떠한 방식으로 제공할 수 있는지 시각적 확인이 가능하도록 했다.
결과적으로 리모델링 이미지 대안과 데이터를 구축하여 일반인 또한 전문가의 도움 없이 안전욕실을 구성하는 방법을 제안하였으며, 이러한 접근은 사용자에게 개선된 거주환경을 제공할 수 있다. 향후 연구에서는 사용자의 변화에 대응하고 다양한 사용자를 고려하여 안전설비의 정확한 분류와 대상 확장을 이루고자 하며, 이미지, 사용자 속성정보, 사용자 신체특성 기반의 BIM 모델 데이터 구축을 통해 사용자 기반의 3D 공간구축이 용이하도록 한다.
