구조공학자 로마 아그리왈이 쓴 이 책은 최근에 읽은 책 가운데 가장 흥미로운 책이었다.
책은 공학적 기술 발달의 이야기를 저자의 사적인 삶로 적절히 섞어 손에서 책을 손에서 놓을 수 없을 정도로 흥미롭게 쓰여졌다.
구조공학이라는 것이 생소하지만 실제로 우리는 그 구조공학의 혜택 덕을 톡톡히 보고 살아가고 있다.
도시를 구조공학의 이해없이 제대로 알기는 어렵다.
"우리 모두는 우리를 둘러싸고 있는 공학에 밀접하게 연결돼 있다.
우리가 걸어다니는 길, 지나다니는 터널, 건너는 다리말이다.
우리는 이런 건축물들을 사용하고 보살피는 덕분에 삶을 더 쉽게 영위할 수 있다.
그 대가로, 건축물은 우리 존재의 일부, 결코 소리를 내지 않지만 핵심적인 일부가 된다. (...)
우리는 자주 건축물의 존재를 무시하거나 잊는다.
하지만 건축물은 많은 이야기를 지니고 있다.
거대한 다리를 위에서 당기고 있는 장력 케이블, 높은 건물의 유리 표면 이면을 떠받치고 있는 철골 구조,
이런 것들이 건축물로 둘러싸인 우리 세계를 만들고 있다. 이런 건축물은 인류가 지닌 창의력을 보여준다.
타인 그리고 자연과의 교감능력을 드러내주기도 한다."('층'중에서)
전체 14장으로 구성되어 있고, 각 장은 층, 힘, 화재, 벽돌, 금속, 바위, 하늘, 땅, 지하, 물, 하수도, 우상, 다리, 꿈이라는 제목을 달았다.
각 장의 제목도 간단한 단어지만 충분히 관심을 끌 만한 소재다.
이 책을 읽으면서 오늘날 대도시의 초고층 빌딩이 어떻게 현실화될 수 있었는지, 그리고 그 빌딩 아래 지하공간들이 어떻게 만들어질 수 있었는지 잘 알 수 있었다.
현재 세계에서 가장 높은, 1킬로미터 높이의 사우디 아라비아의 제다 타워가 2013년 이래 건축중이다. 완성은 2021년으로 예상한단다.
이토록 높은 건물이 가능한 데는 강철과 콘크리트, 크레인과 엘리베이터, 튜브 시스템 등의 축적된 아이디어 없이는 불가능했을 것이다.
인류의 역사적 경험의 축적, 그리고 불가능에 도전하는 상상력의 모험적인 시도.
그리고 자연에서 가져온 생체모방까지.
이제 도시의 초고층 빌딩을 바라볼 때 좀더 다른 시선으로 보게 될 것 같다.
하지만 공학기술의 발달은 여전히 자연환경의 개발에 따른 문제점들에 대한 고민도 함께 해야 마땅할 것이다.
지하를 깊이 팔 때 우리가 잃게 되는 지하수, 그리고 시멘트가 만들어내는 온실가스 이산화탄소 등.
그래서 공학적 상상력은 바른 관점이 함께 해야 한다고 본다.
끊임없는 기술발전의 한계는 상상력의 한계라기보다 관점 속의 한계라는 점을 공학자들은 잊지 않는 것이 중요하지 않을까 싶다.
<노트>
건축물의 프레임은 기둥, 보, 가세의 연결망으로 이뤄짐. 기둥은 수직, 보는 수평, 가새는 다른 각도의 뼈대, '버팀목'.
높이 100미터 이상인 건축물은 바람지도가 소용없다.
건물의 안정성은 내부 코어 또는 외골격에 달림.
바람이나 지진으로부터 보호하기 위한 추.
프리패브리케이션공법으로 지은 로넌 포인트의 붕괴가 준 교훈-보와 기둥은 단단히 고정되어야 하고 불균형효과를 예방해야 한다는 것
2001년 세계무역센터 9,11테러 이후, 초고층건물 설계하는 방법이 바뀜. 콘크리트 코어를 이용해 탈출시간을 벌 수 있다.
콘크리트 코어의 두 가지 역할-건물을 바람과 하중에 맞서 안정화하는 역할과 거주자들을 위한 비상 탈출구 역할.
벽돌은 기원전 9000년경 중동의 사막지대에서 이미 사용됨.
아치-'아치는 잠들지 않는다' 아치를 이루는 요소가 끊임없는 압축상태이기 때문.
비트루비우스Vitruvius: 로마의 건축 장인. 기원전 80년생. 최초로 건축에 대한 논문을 쓴 사람. 최초의 건축가. <건축서> 10권을 썼고, 바람의 중요성을 이야기.
완벽한 벽돌 만드는 법 제안. 476년 서로마제국의 멸망으로 벽돌제작기법이 수백 년간 잊혀짐. 중세 초기에 되살아남.
벽돌의 원재료인 점토는 2000만년된 것은 최근의 것, 오래된 것은 5000만년이상된 것.
벽돌건축물은 장력에 약해서 높은 건물, 다리에 사용하기에 부적합.
철기시대는 구리와 주석이 귀해져서 도래함.
금속은 늘여도 부서지지 않는 연성을 가짐. 힘을 가해 당기거나 누른 후 힘을 제거하며 원래대로 돌아가는 탄성을 가짐. 따라서 이상적인 건축재료.
순수철은 장력에는 강하지만 하중을 견디지 못함.
불순물을 이용한 철의 강화. 주철, 단철, 강철.
주철은 잘 부서져서 건축재료로 사용하지 않음. 단철도 건축재료로 나쁘지만 에펠탑은 단철로 만듬. 강철이 건축재료로 가장 이상적.
강철의 탄소함량은 0.2퍼센트. 그런데 강철만드는 비용이 비싸서 사용하기가 힘들었음.
헨리 베서머가 폐쇄형 용광로를 사용해 강철만드는 비용을 절감할 수 있었다고.
강철 가격이 저렴해져서 다리와 건물에도 사용될 수 있었단다.
콘크리트의 놀라운 유연함은 형태를 마음껏 만들 수 있는 잇점이 된다.
물과 시멘트 가루=시멘트 반죽. 시멘트 반죽은 생산비가 많이 들고 제조과정에 에너지도 많이 필요하다.
혼합재를 섞어 생산비, 에너지 소모량을 줄인다. 이것이 바로 콘크리트. 물+시멘트+혼합재.
로마의 콘크리트 제조법은 1000년가까이 잊혀짐. 1300년에 와서야 콘크리트가 다시 등장.
콘크리트는 장력에 약하다. 1860년대 프랑스 정원사 조제프 모니에르가 콘크리트와 철을 결합해서 콘크리트의 장력이 약한 점을 보완.
오늘날은 베서머의 강철과 콘크리트의 결합을 당연시함.
콘크리트는 천천히 강도를 더해간다. 안정화되는데 오랜 시간이 걸림.
스스로 치유하는 콘크리트 등장. 산소, 먹이 없이 생존하는 박테리아, 젖산 칼슘 캡슐을 넣은 콘크리트.
이 박테리아는 염기성 환경에서 살기 적합해서 콘크리트 안에서도 생존할 수 있는데,
물이 스며들면 캡슐이 활성화되어 칼슘을 산소 및 이산화탄소와 결합해 방해석을 형성해서 콘크리트 균열을 메울 수 있다.
문제점은 시멘트가 이산화탄소를 많이 배출한다는 점.
아르키메데스 이전부터 도르래는 존재.
하지만 아르키메데스는 메소포타미아의 도르래를 계량해서 여러개의 도르래를 연결해 무거운 물체를 들 수 있도록 함.
로마인은 아르키메데스의 도르래를 개선해서 크레인을 만듬.
그리고 크레인과 아치를 이용해 집단가옥 인슐라를 지음. 최대 10층 높이까지.
높은 곳일수록 집은 작아짐. 엘리베이터가 없으니 계단으로 이동.
1850년 이전에는 엘리베이터 없음
엘리샤 오티스(Elisha Otis)-공장 청소일을 하다가 자재이동이 힘들어서 왜건 스프링을 이용해서 기계를 만들기로 함.
1853년 뉴욕 세계 박람회에서 승강기를 선보임. 이어 허프워트 백화점, 에펠탑, 엠파이어스테이트빌딩에 엘리베이터와 에스컬레이터 공급.
엘리베이터로 계단의 장벽을 무너뜨림.
현재 세계에서 가장 높은 건물은 두바이의 부르즈 할리파 163층 829.8미터-124층의 전망대까지 엘리베이터는 시속 36킬로미터의 속도 이동.
엘리샤 오티스가 허프워트 백화점의 엘리베이터는 시속 0.7킬로미터로 이동.
극단적 초고층 빌딩은 방글라데시 출신 파즐러 칸(Fazlur Khan) 덕분. -건물을 안정화시키는 시스템을 건물 밖에 설치하는 아이디어.
큰 가새로 튼튼한 삼각형을 만들어 단단한 외골격을 만듬. 튜브 시스템.
ex. 시카코 존 핸콕 센터, 파리 퐁피두 센터, 뉴욕 허스트 타워, 카타르 도하의 토네이도 타워.
안정성을 작은 내부공간에서 바깥 공간으로 퍼지게 해서 건물의 안정성 확보.
훨씬 적은 재료로 훨씬 높은 건물을 지을 수 있다.
필리포 브루넬레시Brunelleschi(1377-1446), 르네상스 건축물 가운데 가장 유명한 돔건축물을 홀로 만듬. 피렌체성당을 덮고 있는 멋진 돔을 만든 사람.
'불가능의 상상'
1296년 이래 1418년까지 100년이 넘도록 완성 안 된 피렌체 대성당. 특히 돔을 올릴 방법을 찾지 못함.
수천 년간 돔을 지는 방법, 즉 목재로 주형 또는 홍예틀을 만들고 자재를 붙여나가면서 마지막에 아치이맛돌을 끼우는 방식과 달리
홍예틀 없이 돔을 지을 방법을 제안.-세 개의 수평 벽돌과 양끝의 수직벽돌 쌓기. 이렇게 쌓은 벽돌층은 물고기꼬리뼈처럼 보이는 헤링본 패턴을 이룸.
터키의 아나톨리아 지역 고대 지하도시 데린쿠유.
발 밑의 도시는 숨겨진 공학으로 가득.
마크 브루넬 Marc Brunel 좀조개에서 아이디어를 얻어 런던 템즈강 아래 터널을 뚫음. 아들 이삼바드도 합류. 터널은 19년만에 1843년 완성.
하지만 템스 터널은 쓸모없는 곳으로 전락. 하지만 도시의 지하에 접근하는 법을 제공. 런던 지하철 역시 브루넬 부자 덕분에 가능했다.
유동적 토양에서의 구조물 건설이 가능함을 보여줌.
최초의 수로는 로마의 수로가 아니라 이라크 제완에 있는 아시리아 왕의 구조물.
'수로'는 물을 한 곳에서 다른 곳으로 운반하는 인공 파이프 전체. 운하, 다리, 터널, 사이펀 또는 이것들의 조합을 뜻할 수 있다.
수로공학은 물을 찾고 운반하고 저장하는 일에 대한 기술.
기원전 4000년경부터 레반트지역의 사람들이 물을 가두는 구조물을 만듬. 지하저수조는 공학적으로 쉬운 일은 아니다.
천연대수층과 호수가 없는 싱가포르. 개울과 우물을 이용했지만 인구가 늘어나면서 물부족국가가 됨.
싱가포르가 물을 얻는 법. 1) 빗물. 최대 90프로 빗물 이용하기 2) 말레이시아에서 들여오는 물. 3)폐수 재활용. 3단계 정화과정을 거침.4) 해수 담수화.
수자원의 장기적인 지속가능성 모색.
조지프 바젤게트Joseph Bazalgette-런던 아래 광대한 하수도 네트워크 건설.
런던의 오수로 인한 콜레라 발생을 해결하기 위함. 1875년 바젤게트의 하수도 총 길이 2100킬로미터가 완성.
그런데 바젤게트의 하수도는 빗물, 하수, 산업 폐수 등 모든 것을 운반하는 합류식 하수도.
400만명이 만들어낸 하수를 운반할 하수도였지만 인구가 더 늘어나면서 포화상태.
이 문제를 해결하기 위해 템스 타이드웨이 터널 프로젝트 진행중. -하수배출횟수와 하수배출량을 줄이는 것.
가장 이상적인 해결책은 오수와 빗물을 분리하는 것.
에밀리 워런 로블링Emily Warren Roebling-존 워블링(파상풍으로 사망), 그의 아들 워싱턴 로블링(잠수병)에 이어 브루클린 다리 완성.
운하의 경사문제를 처리하는 전통적 방식은 '갑실(lock)'.
"양끝에 문이 달린 길고 좁고 벽이 높은 갑실을 운하의 낮은 쪽과 높은 쪽 사이에 설치해서 물을 막거나 '잠갔다'.
운하를 거슬러 오르는 바지선의 선원들은 챔버 안으로 들어간 다음 등 뒤에 있는 낮은 쪽 문을 닫는다.
그러고는 수문의 다른 쪽 끝에서 '패들'을 들어올려 높은 쪽 운하로부터 물이 유입되게 한다.
갑실에 물이 차올라 높은 쪽 운하와 수위가 같아진다. 이 시점에 바지선 선원들은 위쪽 문을 열어 항해를 계속한다."('다리' 중에서)
에든버러에서 유니언 운하를 따라 글래스고우로 갈 때 유니언 운하 끝은 8층 건물 꼭대기, 24미터에 해당하는 높이에 처한다.
이때 켈트 도끼에서 아이디어를 얻은 공학작품, 대관람차와 닮은 곤돌라로 배를 이동.
전력이 거의 들지 않음. 아르키메데스 원리(물에 물체를 넣으면 자기무게만큼 물을 대체한다는 원리)를 이용.
공학적 아이디어를 자연에서 얻음. '생체모방biomimicry'
ex. 다공성 흰개미집에서 영감을 받은 짐바브웨 이스트게이트센터,
새의 날개에서 영감을 받은 접이식 햇빛 가리개를 가진 밀워키 미술관의 콰드라치 파빌리온