이 연구실은 건설 분야의 신기술로 부상하는 3D 프린팅과 자가지지 구조시스템에도 주목하고 있다. 관련 프로젝트에서는 자가지지 수평지향 구조이론, 대형출사 다중노즐 3D 프린팅 장비, 기능성 등급 콘크리트(FGC) 등을 활용하여 현장 적용 가능한 혁신적 구조 프레임워크를 개발하고 있다. 이는 단순한 프린팅 기술 연구가 아니라, 재료·형상·구조를 동시에 통합하는 새로운 건설 생산방식을 구축하려는 시도이다. 특히 자가지지 구조는 프린팅 과정에서 별도의 거푸집이나 보조 지지 없이 구조체 자체가 안정적으로 형성되도록 하는 것이 핵심이다. 이를 위해 위상최적화와 구조이론이 활용되며, 재료 배합과 적층 방향, 노즐 형상, 레이어 접합력 향상 기술 등이 함께 고려된다. 실제로 연구실은 건축용 3차원 프린터 노즐 특허를 보유하고 있으며, 구조물 제작 과정에서의 레이어 결합 성능을 향상시키는 장치 개발까지 수행해 왔다. 이는 설계-재료-장비-시공을 아우르는 종합 연구 역량을 보여준다. 이 연구는 미래 건설산업의 자동화, 현장 제작, 노동력 절감, 비정형 구조 구현 측면에서 큰 잠재력을 가진다. 특히 위상최적화 기반 자가지지 형상 생성은 3D 프린팅 건축의 구조 안전성과 시공 효율을 동시에 높일 수 있는 중요한 수단이다. 연구실의 성과는 디지털 제작 기술을 건축구조 공학과 결합하여, 설계 단계에서부터 시공 단계까지 연속적으로 최적화된 건설 시스템을 구현하는 데 기여하고 있다.

이 연구실은 구조공학과 디지털 설계 환경을 연결하는 연구도 적극적으로 전개하고 있다. 특히 딥러닝 기반 위상최적설계 앱인 InnovilTop과 Rhino-Grasshopper 연계 플러그인 개발은 연구실의 디지털 전환 지향성을 잘 보여준다. 이는 구조해석 전문가만 사용할 수 있던 고난도 최적화 기법을 보다 직관적이고 설계 친화적인 환경으로 옮겨, 건축 설계 단계에서부터 구조 성능을 반영한 의사결정을 가능하게 하는 방향이다. 연구실은 Grasshopper와 Matlab의 양방향 연결, 일반화된 SIMP 기반 플러그인, 다중재료 구조를 위한 맞춤형 설계도구 등 설계 자동화 플랫폼을 지속적으로 개발해 왔다. 이러한 연구는 단순히 결과 형상을 제시하는 수준을 넘어서, 구조 형상 생성, 성능 검증, 민감도 기반 수정, 다중 목적 의사결정을 하나의 설계 흐름 안에 통합하려는 시도라고 볼 수 있다. 최근 학술발표에서도 자동화 성능기반설계 알고리즘, 순수 중력저항 구조 이론, 구조부재 해체 시나리오 등 디지털 기반 설계 응용 주제가 지속적으로 나타난다. 이러한 디지털 설계 연구는 향후 건축구조 분야의 생산성 향상과 창의적 설계 지원에 큰 영향을 줄 수 있다. 딥러닝과 파라메트릭 모델링을 결합하면 설계 초기 단계에서 다양한 대안을 빠르게 생성하고, 그중 구조적으로 우수한 형상을 선별할 수 있다. 연구실은 이를 통해 구조공학을 보다 사용자 친화적이고 지능적인 설계 체계로 확장하고 있으며, 궁극적으로는 AI 기반 건축구조 설계 자동화의 실용화를 선도하는 방향으로 발전하고 있다.

이 연구실은 강구조와 건축구조 시스템의 성능을 극대화하기 위한 최적설계 연구를 핵심 축으로 수행하고 있다. 특히 강재 프레임, H형강, 접합부, 장스팬 구조, 보-기둥 시스템 등 실제 건축구조 요소를 대상으로 구조 안전성, 강성, 경량화, 시공성, 경제성을 동시에 만족하는 설계 방법을 탐구한다. 연구의 출발점은 전통적인 강구조 설계기준과 실무 지침에 기반하지만, 여기에 계산역학과 최적화 기법을 결합해 보다 정량적이고 고성능의 구조 설계 프레임워크를 제시한다. 구체적으로는 웹홀을 갖는 비대칭 H형강, 강재 프레임 리모델링, 접합부 상세, 좌굴 및 응력 제약을 고려한 부재 형상 탐색 등 다양한 문제를 다룬다. 연구실의 논문과 학술발표에서는 강성 기반 설계, 좌굴 제약, 진동수 제약, 응력 최소화, 다중 성능 기준 의사결정 등 고급 구조최적화 문제가 반복적으로 등장하며, 이는 단순한 부재 해석을 넘어 구조 전체의 거동을 반영하는 통합 설계 접근임을 보여준다. 또한 실제 구조성능 평가와 구조해석을 병행하여 계산 결과가 현실적인 설계 대안으로 이어질 수 있도록 한다. 이러한 연구는 건축공학 분야에서 재료비 상승, 탄소 저감, 구조물 경량화, 고성능화 요구가 커지는 상황에서 매우 높은 실용적 가치를 갖는다. 연구실은 구조해석과 최적설계를 통해 보다 적은 재료로 더 높은 성능을 구현하는 방향을 추구하며, 이는 지속가능한 건설기술과도 직접 연결된다. 결과적으로 본 연구는 전통적인 강구조 공학을 디지털 최적설계 중심의 차세대 건축구조 기술로 확장하는 데 중요한 기여를 한다.

이 연구실의 대표적인 학문적 강점은 다중재료 위상최적화와 계산구조역학의 결합에 있다. 위상최적화는 주어진 하중, 경계조건, 성능 제약 아래에서 재료의 최적 배치를 찾는 기법으로, 연구실은 이를 건축 및 구조공학 문제에 적극적으로 적용하고 있다. 특히 단일 재료를 넘어서 복합재료, 기능성 경사재료, 비압축성 재료, 다중재료 시스템을 대상으로 한 위상최적화 연구를 활발히 수행하며, 구조성능을 보다 정교하게 제어할 수 있는 설계 방법론을 발전시키고 있다. 방법론 측면에서는 SIMP, MRHF, P-norm, adjoint sensitivity analysis, polygonal finite elements, XFEM, level-set, isogeometric analysis 등 고급 수치기법이 폭넓게 활용된다. 연구실의 주요 논문은 응력 기반 위상최적화, 진동수 제약, 좌굴 제약, 열-기계-압력 연성 조건, 설계의존 하중 등 복합적 문제를 다루고 있으며, 이는 전산구조공학의 최전선에 해당한다. 또한 다양한 요소 형상과 다각형 메쉬, 다중 물성치를 지원하는 계산 프레임워크를 제안함으로써 실제 복잡한 공학 문제에도 적용 가능한 범용성을 확보하고 있다. 이 연구는 단순히 이론적 알고리즘 개발에 머물지 않고, 실제 구조부재와 건축 시스템의 형상 탐색 및 성능 향상으로 연결된다는 점에서 의미가 크다. 다중재료 위상최적화는 미래 건축구조에서 재료 선택의 자유도를 넓히고, 구조적 효율성과 제작 가능성을 동시에 고려할 수 있게 한다. 따라서 본 연구실의 계산구조역학 기반 위상최적화 연구는 차세대 구조설계 자동화, 맞춤형 구조부재 개발, 디지털 엔지니어링 확산을 이끄는 핵심 기반기술로 평가할 수 있다.