우리는… 도시 크기의 건물에 살게 될까요?

공상 과학 소설의 도시는 모든 것을 포괄하고 독립된 구조로 자주 묘사되지만 건물에 거대한 도시를 건설하는 것이 얼마나 가능합니까?

폐된 도시는 공상과학 소설에서 미래 정착지에 대한 내러티브 속기가 되었습니다. 그들은 에너지 생성, 식량 생산, 폐기물 관리 및 물을 포함한 모든 필수 기반 시설을 통합하는 독립형 서식지입니다.

건축과 생태학을 결합한 합성어인 고고학의 개념은 1969년 건축가 파올로 솔레리가 건축과 생태 철학을 결합하고자 했을 때 제안했습니다. 1년 후, Soleri는 미국의 실험 도시인 Arcosanti 에서 작업을 시작하여 그의 개념을 시연했습니다.

Soleri의 개념은 인구가 건물을 떠나지 않고 살고 일하는 모놀리식 서식지인 미래 도시의 비전으로 공상 과학 소설에 영감을 주었습니다. 영화의 예로는 Dredd(만화 캐릭터 Judge Dredd를 기반으로 함)와 Skyscraper 의 거대한 고층 건물이 포함되지만 작동 방식에 대한 세부 정보는 거의 제공되지 않습니다.

차례로 공상 과학 소설은 일부 실제 변형에 영감을 줄 수 있습니다. 사우디아라비아가 제안한 The Line은 폭 200m(660ft), 길이 170km(105마일), 높이 500m(1,650ft)의 단일 건물 내에 900만 명을 수용할 수 있는 대규모 스마트 시티로 홍보됩니다. 라인은 태양열 에너지와 풍력 터빈을 사용하여 전력을 공급받겠지만 주민들에게 식량과 기타 공급품이 여전히 필요하고 외부 소스에서 제공되어야 하므로 완전히 자급자족할 수는 없습니다.

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arcology와 유사한 일부 구조가 이미 존재합니다. 예를 들어, 남극 연구 기지는 대부분 멀리 떨어져 있기 때문에 상대적으로 자급자족할 수 있는 커뮤니티입니다. 주변 환경 보호는 또한 자족적이어야 함을 의미합니다. McMurdo 기지는 약 3,000명의 연구원과 지원 직원을 위한 숙소를 제공합니다. 그러나 역에는 여전히 매년 상당한 양의 식량과 연료가 필요합니다.

가능한 한 독립적이고 자급자족할 수 있도록 설계된 다른 구조물에는 항공모함, 핵잠수함 및 석유 굴착 장치가 포함됩니다. 여기에는 단기간 사용하더라도 승무원에게 필요한 모든 생활 및 작업 공간이 있습니다. 항공모함은 몇 주마다 재보급을 받아야 하는 반면, 핵잠수함은 최대 4개월 동안 수중에 머물 수 있습니다. 그러나 이들 중 어느 것도 특별히 살기 좋은 곳은 아닙니다. 특히 잠수함은 비좁고 냄새가 나며, 수면 공간은 공유될 수 있으며 승무원은 일광 부족으로 인해 비타민 D 보충제를 처방받습니다.

하지만 실제로 고고학을 만들 수 있을까요? 그러한 구조의 크기는 무게를 지탱하기 위해 거대한 기초가 필요합니다. BSP Consulting의 구조 엔지니어 Monika Anszperger는 "합리적인 범위 내에서 거의 모든 것을 만들 수 있습니다."라고 말합니다. "하중은 엄청나겠지만 달성할 수 없는 것은 없습니다. 기반을 구축하는 데 더 많은 비용이 들 것입니다."

건물의 높이로 인한 더 큰 문제는 바람의 영향입니다. 풍하중은 일반 주택에서는 거의 문제가 되지 않습니다. 그러나 두바이의 Burj Khalifa와 같은 거대한 타워는 바람의 흐름과 그에 따른 소용돌이를 고려해야 합니다. 와류는 바람이 건물 표면을 강타하여 반대편에 저압 영역을 만든 다음 주위를 소용돌이치며 채우는 효과입니다. 강풍이 불 때 고층 빌딩이 흔들리는 것은 바로 이 와류 작용입니다.

소용돌이를 완화하는 한 가지 방법은 건물이 올라가면서 모양을 바꾸는 것입니다 – Adrian Smith
흔들림의 효과는 잔물결을 일으키는 음료에서 구조물 붕괴에 이르기까지 다양합니다. 워싱턴에 있는 Tacoma Narrows Bridge는 1940년 다리에서 점점 더 높은 주파수의 진동(급속한 움직임)을 유발하는 강풍으로 인해 다리가 산산조각이 날 정도로 무너졌습니다 . 동조 질량 댐퍼 (진동을 줄이는 장치) 를 사용하여 움직임을 줄이고 바람의 흐름을 방해하는 구조를 설계하여 와류의 영향을 완화할 수 있습니다.

"소용돌이를 완화하는 한 가지 방법은 위로 올라가면서 건물의 모양을 바꾸는 것입니다."라고 Burj Khalifa를 비롯한 많은 대형 건물의 건축가인 Adrian Smith는 말합니다. "건물의 모양을 바꾸지 않으면 그 소용돌이는 스스로 형성되어 움직임의 물결을 만들 수 있는 기회를 갖게 됩니다. 그것들은 건물의 구조와 동기화되어 점진적인 붕괴를 일으킵니다."

따라서 Dredd에서 제시된 것처럼 전단벽 구조로 생태학을 구축하는 것보다 고대 메소아메리카 구조와 같은 계단식 구조를 사용하는 것과 같이 바람의 흐름을 방해하기 위해 건설될 가능성이 더 큽니다.

또 다른 주요 과제는 에너지 생성입니다. 태양 전지판 및 풍력 터빈과 같은 재생 가능 에너지 기술은 생태학의 외부에 쉽게 장착할 수 있지만 자체적으로 완전한 전력 솔루션을 제공할 가능성은 낮습니다. 특정 시간에만 효과가 있기 때문에 전력이 부족할 때를 대비한 백업 발전 및 에너지 저장 시스템이 필요할 것입니다.

원자로는 가능한 대체 에너지 생성 솔루션입니다. 소형 모듈식 원자로 (SMR)는 고급 원자로의 소형 공장 제작 버전으로 작고 효율적인 에너지원입니다. SMR은 안전성 향상 및 핵 물질 확산 방지 측면에서 대형 원자로에 비해 몇 가지 이점이 있다고 주장합니다 . 그러나 모든 핵분열 원자로와 마찬가지로 핵 폐기물의 처리 및 저장은 어려운 일입니다. 또는 핵융합 로가 더 안전하고 더 깨끗한 형태의 에너지를 제공할 수 있지만 현재 설계는 컴팩트하지도 않고(하나, Iter의 무게는 23,000톤 으로 예상됨 ) 사용하는 것보다 더 많은 에너지를 생산한 적이 없기 때문에 재정적으로 실행 가능하지도 않습니다.

식량 생산도 고려해야 합니다. 기존의 농업은 건물 내에서 비실용적입니다. 수직 수경 재배 농장을 사용할 수 있으며 이는 자연적인 형태의 공기 재활용도 제공합니다. 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 에 묘사된 고고학은 그럴듯하게 물을 재활용하기 위해 일련의 여과 연못을 사용했습니다. 그러나 모든 재활용 시스템에서 손실은 불가피합니다. 국제우주정거장(ISS)은 소변과 땀을 포함하여 매일 약 3.6갤런(17.3리터)의 물을 재활용하지만 여전히 몇 달마다 정기적으로 신선한 물을 공급해야 합니다.

모두가 고층 건물의 미래를 보는 것은 아닙니다. 2021년 중국은 높이 500m(1,650ft) 이상의 신축을 금지 하고 250m(825ft) 이상의 건물에 대해 엄격한 제한을 부과했습니다.

그럼에도 불구하고 지구의 증가하는 인구는 수용되어야 합니다. 새로운 땅에 건축을 통해 수평적으로 도시를 지속적으로 확장하는 것은 무한정 지속 가능하지 않습니다 . 이것은 위쪽으로 성장하여 수직 도시를 만들어야 한다는 주장을 뒷받침합니다. 일리노이 공과대학(Illinois Institute of Technology)의 초고층 건물 및 수직 도시주의 책임자이자 고층 건물 및 도시 서식지 위원회(Council on Tall Buildings and Urban Habitat) 회장인 Antony Wood는 "도시가 100만 개에서 1000만 개로 엄청나게 확장되고 있습니다."라고 말합니다. "그들은 수평적 도시를 건설하고 운영하는 데 소요되는 에너지와 토지 소비를 위해 지속 불가능하기 때문에 수평적으로 갈 수 없습니다. 그것은 수직적으로 갈 것입니다." ( 공간이 부족한지 자세히 읽어보세요 .)

독립적인 타워 블록 대신 건물은 육교로 서로 연결되어 그 사이에 녹지 공간을 만들 수 있습니다. 그러나 육교 네트워크로 계속 위쪽으로 건물을 짓는 것은 낮은 수준을 그림자로 만들고 높은 수준을 더욱 바람직하게 만들어 구조화된 계층 시스템으로 이어질 위험이 있습니다.

Smith는 "도시가 대중 교통 지역 근처에서 수직으로 확장되는 것을 보고 수평적으로도 확장되는 것을 분명히 봅니다."라고 말합니다.

가까운 장래에 생태학이 어떻게 경제적으로 실행 가능하게 될 수 있을지 알기 어렵습니다.
기후 변화의 영향이 더욱 분명해짐에 따라 도시를 건설하는 재료가 바뀔 수 있습니다. 시멘트 산업의 탄소 배출량은 항공 부문의 탄소 배출량보다 많습니다 . 하나의 대체 건축 자재는 매스 팀버(mass timber)일 수 있습니다. 다층 목재 패널을 함께 묶어 만든 공학적 제품입니다. "대량 목재를 생산하는 데 드는 에너지의 양은 강철이나 콘크리트로 동일한 재료를 생산하는 데 드는 에너지의 일부입니다."라고 Wood는 말합니다. "스스로 생산하는 동안 대기에서 탄소를 격리합니다."

생태 생태학을 건설하는 것이 이론적으로는 가능하지만 적어도 구조적 관점에서는 필요한 에너지 생성, 식품 생산 및 폐기물 재활용 시스템이 지속 가능하도록 보장하기 위해 창의적인 공학이 필요합니다. 비평가들은 고고학이 가까운 장래에 어떻게 경제적으로 실행 가능하게 될 수 있는지 보기 어렵다고 말합니다. 묵시적인 사건으로 인해 외부 세계가 거주할 수 없게 될 경우 가능하다는 사실이 위안이 되지만 밀폐된 지역 내에서 영구적으로 사는 것이 즐겁지 않을 것이라는 주장도 있습니다.

Anszperger는 "어떤 것을 만들 수 없다고 결코 말하지 않을 것입니다."라고 결론지었습니다. "구축할 수 있지만 비전과 필요성이 있어야 합니다."