우리는… 도시 크기의 건물에 살게 될까요?

공상 과학 소설의 도시는 종종 모든 것을 포괄하고 독립적인 구조로 묘사되지만 건물에 거대한 도시를 건설하는 것이 얼마나 실현 가능합니까?  폐쇄된 도시는 공상과학 소설에서 미래 정착촌의 서사적 축약형이 되었습니다. 그들은 에너지 생성, 식량 생산, 폐기물 관리 및 물을 포함한 모든 필수 기반 시설을 통합한 자급식 서식지입니다.

건축과 생태를 결합한 합성어인 arcology의 개념은 건축과 생태 철학을 결합하려는 건축가 Paolo Soleri가 1969년에 제안했습니다. 1년 후, Soleri는 미국의 실험적인 도시인 Arcosanti 에서 작업을 시작하여 자신의 개념을 보여주었습니다.

Soleri의 개념은 미래 도시에 대한 비전으로 공상 과학 소설에 영감을 주었습니다. 사람들이 건물을 떠나지 않고 살고 일하는 단일 서식지입니다. 영화의 예에는 Dredd(만화 캐릭터인 저지 Dredd를 기반으로 함)와 Skyscraper 의 거대한 고층 건물이 포함 되지만 작동 방식에 대한 세부 정보는 거의 제공되지 않습니다.

공상 과학 소설은 실제로 일부 변형에 영감을 주었을 수 있습니다. 사우디 아라비아가 제안한 The Line 은 170km(105마일), 500m(1,650피트) 높이의 단일 폭 200m(660피트) 건물에 900만 명을 수용할 수 있는 대규모 스마트 도시입니다. 이 라인은 태양 에너지와 풍력 터빈을 사용하여 전력을 공급할 것이지만 주민들에게 여전히 식량 및 기타 공급이 필요하고 외부 소스에서 제공되어야 하기 때문에 완전히 자급자족할 수는 없습니다.

고고학과 유사한 일부 구조가 이미 존재합니다. 예를 들어, 남극 연구 기지는 대부분 멀리 떨어져 있기 때문에 상대적으로 자급 자족하는 커뮤니티입니다. 주변 환경 보호는 또한 자급 자족해야 함을 의미합니다. McMurdo Station 은 약 3,000명의 연구원과 지원 직원을 위한 숙소를 제공합니다. 그러나 역에는 여전히 매년 상당한 양의 식량과 연료 가 필요합니다.

가능한 한 자급자족하도록 설계된 다른 구조물에는 항공모함, 핵잠수함 및 석유 굴착 장치가 있습니다. 여기에는 단기 사용에도 불구하고 승무원에게 필요한 모든 생활 및 작업 공간이 있습니다. 항공모함은 몇 주에 한 번씩 재보급되어야 하며, 핵잠수함은 최대 4개월 동안 잠수할 수 있습니다. 그러나 이들 중 어느 것도 특별히 살기 좋은 곳은 아닙니다. 특히 잠수함은 비좁고 냄새가 나며 잠자는 공간을 공유할 수 있으며 일조량이 부족 하여 승무원에게 비타민 D 보충제 가 처방됩니다.

 

이 노선은 사우디아라비아를 가로질러 170km 이상 뻗어 있습니다(Credit: Neom).

그러나 실제로 우리가 고고학을 구축할 수 있을까요? 그러한 구조물의 크기는 그 무게를 지탱하기 위해 거대한 기초가 필요합니다. BSP Consulting의 구조 엔지니어인 Monika Anszperger는 "거의 모든 것을 합리적으로 구축할 수 있습니다. "부하량은 엄청나지만 달성할 수 없는 것은 없습니다. 기반을 구축하는 데 비용이 더 많이 들 뿐입니다."

건물 높이로 인한 더 큰 문제는 바람의 영향입니다. 풍하중은 일반적인 주택의 경우 거의 문제가 되지 않습니다. 그러나 두바이의 부르즈 칼리파와 같은 거대한 타워는 바람의 흐름과 그에 따른 소용돌이를 고려해야 합니다. 와류는 바람이 건물 표면에 부딪혀 반대쪽에 저기압 영역을 생성한 다음 주위를 소용돌이치며 채우는 효과입니다. 강한 바람이 불 때 고층 건물이 흔들리는 것은 바로 이 소용돌이 작용입니다.

소용돌이를 완화하는 한 가지 방법은 건물이 올라갈 때 건물의 모양을 변경하는 것입니다 - Adrian Smith

흔들리는 효과는 잔물결에서 구조가 무너지는 것까지 다양합니다. 워싱턴의 Tacoma Narrows Bridge는 1940년에 다리에서 점점 더 높은 주파수 진동(급속한 움직임)을 유발하는 강풍으로 인해 다리가 스스로 찢어질 정도로 붕괴 되었습니다. 소용돌이의 영향은 동조 질량 댐퍼 (진동을 줄이는 장치)를 사용하여 움직임을 줄이고 바람의 흐름을 방해하는 구조를 설계하여 완화할 수 있습니다.

Burj Khalifa를 비롯한 많은 대형 건물의 건축가인 Adrian Smith는 "와류를 완화하는 한 가지 방법은 건물이 올라갈 때 건물의 모양을 변경하는 것입니다."라고 말합니다. "건물의 모양을 변경하지 않으면 그 소용돌이가 자체적으로 구축되어 움직임의 파도를 만들 기회가 있습니다. 건물의 구조와 동기화되어 점진적인 붕괴를 일으킵니다."

따라서 Dredd에서 제시된 것처럼 전단벽 구조로 arcology를 구축하기보다는 고대 MesoAmerican 구조와 같은 계단식 구조를 사용하는 것과 같이 바람의 흐름을 방해하도록 구축될 가능성이 더 큽니다.

Line과 같은 건설 프로젝트는 한 지붕 아래에서 행복하게 살고 일하는 인구를 상상합니다(제공: Andriy Onufriyenko/Getty Images)

또 다른 주요 과제는 에너지 생성입니다. 태양 전지판 및 풍력 터빈과 같은 재생 에너지 기술은 아크로지 외부에 쉽게 장착할 수 있지만 자체적으로 완전한 전력 솔루션을 제공할 가능성은 없습니다. 특정 시간에만 효과가 있기 때문에 백업 전력 생성 및 에너지 저장 시스템이 부족할 때 필요합니다.

원자로는 가능한 대체 에너지 생성 솔루션입니다. 소형 모듈식 원자로 (SMR)는 공장에서 제작된 첨단 원자로의 소형화 버전으로 작고 효율적인 에너지원입니다. SMR은 안전성 향상 및 핵물질 확산 방지 측면에서 대형 원자로에 비해 몇 가지 이점이 있다고 주장합니다 . 그러나 모든 핵분열로와 마찬가지로 핵폐기물을 처리하고 저장하는 것은 어려운 일입니다. 대안적으로, 핵융합 원자로는 더 안전하고 더 깨끗한 형태의 에너지를 제공할 것이지만, 현재의 설계는 아직 사용하는 것보다 더 많은 에너지를 생산하지 않았기 때문에 컴팩트하지도 않고(하나, Iter의 무게는 23,000톤 으로 예상됨 ) 재정적으로 실행 가능하지도 않습니다.

식량 생산도 고려해야 합니다. 재래식 농업은 건물 내에서 비실용적입니다. 수직 수경재배 농장 이 사용될 수 있으며, 이는 또한 자연적인 형태의 공기 재활용을 제공할 것입니다. 그러나 필요한 조명은 에너지 수요를 증가시키고 공간 제약으로 인해 충분한 식량을 생산하기 어려울 수 있습니다.

모든 사람이 고층 건물의 미래를 보는 것은 아닙니다.

Paolo Bacigalupi의 소설 Water Knife 에서 묘사된 arcology는 물을 재활용하기 위해 일련의 여과 연못을 사용했으며 이는 그럴듯합니다. 그러나 모든 재활용 시스템에서 손실은 불가피합니다. 국제 우주 정거장(ISS)은 소변과 땀을 포함하여 매일 약 3.6갤런(17.3리터)의 물을 재활용하지만 여전히 몇 달에 한 번씩 정기적으로 신선한 물을 공급해야 합니다.

모든 사람이 고층 건물의 미래를 보는 것은 아닙니다. 2021년 중국 은 500m(1,650피트) 이상의 신축 건물을 금지 하고 250m(825피트) 이상의 건물에 대해 엄격한 제한을 부과했습니다.

그럼에도 불구하고 지구의 증가하는 인구를 수용해야 합니다. 새로운 땅에 건설을 통해 수평적으로 지속적으로 도시를 확장하는 것은 무한정 지속 가능하지 않습니다 . 이것은 수직 도시를 만들어 위쪽으로 성장한다는 주장을 뒷받침합니다. Illinois Institute of Technology의 고층 건물 및 수직 도시주의 이사이자 고층 건물 및 도시 서식지 위원회 회장인 Antony Wood는 "도시가 100만에서 1000만으로 크게 확장되고 있습니다."라고 말합니다. "그들은 수평적인 도시를 건설하고 운영하는 데 드는 토지 소비와 에너지를 위해 지속 가능하지 않기 때문에 수평으로 갈 수 없습니다. 수직으로 갈 것입니다." ( 공간이 부족한지 여부 에 대해 자세히 알아보세요 .)

자연과 빛에 대한 접근이 이러한 미래 정착지 내에서 계급 분열로 이어질까요?  (제공: 치노 유이치로/게티 이미지)

독립적인 타워 블록 대신 건물을 육교와 연결하여 건물 사이에 녹지 공간을 만들 수 있습니다. 그러나 육교 네트워크를 사용하여 건물을 계속 높이면 낮은 수준을 그림자로 만들고 높은 수준을 더욱 바람직하게 만들고 구조화된 계층 시스템을 만들 위험이 있습니다.

Smith는 "교통 영역 근처에서 도시가 수직으로 확장되는 것을 보고 수평으로도 확장되는 것을 확실히 봅니다."라고 말합니다.

가까운 장래에 어떻게 arcologies가 경제적으로 실행 가능하게 될 수 있는지 보기가 어렵습니다.

기후 변화의 영향이 더욱 분명해짐에 따라 도시를 건설하는 재료도 변할 수 있습니다. 시멘트 산업의 탄소 배출량은 항공 부문의 탄소 배출량을 능가합니다 . 한 가지 대안적인 건축 자재는 매스팀버일 수 있습니다. 함께 묶인 목재 패널로 만든 엔지니어링 제품입니다. "대량 목재를 생산하는 데 필요한 에너지의 양은 강철이나 콘크리트로 동일한 재료를 생산하는 데 드는 에너지의 극히 일부입니다."라고 Wood는 말합니다. "자체 생산하는 동안 대기에서 탄소를 격리합니다."

고고학을 건설하는 것은 이론적으로 가능하지만 최소한 구조적 관점에서는 필요한 에너지 생성, 식량 생산 및 폐기물 재생 시스템이 지속 가능하도록 하려면 독창적인 엔지니어링이 필요합니다. 비평가들은 가까운 장래에 어떻게 고고학이 경제적으로 실행 가능해질 수 있는지 보기 어렵다고 말합니다. 또한 묵시적인 사건으로 인해 외부 세계가 거주할 수 없게 된다면 그것이 가능하다는 것을 아는 것이 위안이 되기는 하지만 밀폐된 지역 내에서 영구적으로 사는 것은 유쾌하지 않을 것이라는 주장도 있습니다.

Anszperger는 "나는 무언가를 만들 수 없다고 말하지 않을 것입니다."라고 결론지었습니다. "지을 수는 있지만 비전과 필요성이 있어야 합니다."