d라이브러리

 
“자, 조용! 조용! 곧 1차 오디션이 시작될 예정이다. 알다시피 우리 오디션은 ‘어린이과학동아’ 홈페이지와 책을 통해 실시간으로 중계된다.
심사위원은 물론 독자들의 날카로운 평가도 받는다는 뜻이지. 후후~,
겁먹었나? 지금이라도 자신 없는 사람은 나가도 좋아~.
하지만 우승자에게는 최고의 보상이 기다리고 있지! 전세계 어디서든 공짜로 음식을 먹을 수 있는 식권과 무료 비행기 탑승권! 그뿐만이 아니야. 대한민국 수석 도시 기획자로 자신의 꿈을 펼쳐 판타스틱한 미래도시를 만들 수 있는 기회를 주지.
자 그럼, 시작해 볼까?”

도시는 문명을 담고~

1차 오디션은 퀴즈다. 지금부터 선배들이 만든 도시에 대해 문제를 낼 거야. 미래도시를 건설하는 데 과거가 무슨 소용이냐구? 이런이런~, 여
기 벌써 탈락자가 보이는군. 도시를 만든다는 건 단순히 건물을 짓고 길을 내는 게 아니야. 도시는 그 시대의 고민과 문화를 담고 있어야 하지.
시대에 따라 도시의 형태가 바뀌는 이유야. 즉, 멋진 미래도시란 그 시대의 문화를 담고 있으면서 우리가 갖고 있는 문제점을 해결할 수 있어야 해. 그걸 과거 도시에서 배워 보라고~.

기원전 3500~3000년
문명의 시작, 고대 도시
‘종교’가 최고! 메소포타미아

세계 4대 문명 발상지 중 하나인 메소포타미아 지역의 도시. 제사를 지내는 곳과 주거지역이 명확하게 분리되어 있어 종교를 중요하게 여긴 고대의 분위기를 잘 드러낸다. 또 국가와 부족 간의 잦은 전쟁으로 도시를 보호하기 위한 성곽이 많다.
 
기원전 1700~146년
그리스•로마 시대 도시
민주주의가 태어난 도시, 아테네

고대 도시를 대표하는 아테네는 종교의 중심지인 파르테논 신전을 중심으로 광장인 ‘아고라’가 많다. 도시를 계획적으로 설계한 첫 사례로, 가로와 세로가 엇갈리는 바둑판 모양의 길이 처음 만들어졌다.

1420~1650년
폐쇄적인 르네상스 도시

귀족의 땅을 경계로 성곽을 높이 쌓은 성곽도시가 나타났다. 이에 따라 대부분의 도시가 팔각형이나 오각형을 하고 있다. 길은 가로와 세로가 반듯하게 엇갈려 있거나, 도시의 중심을 기준으로 대각선으로 곧게 뻗어 있다.
 
1540~1750년
중세도시
왕 중심의 바로크 도시

기하학적인 형태의 도로와, 직선과 대각선을 적절히 섞은 정원이 강력한 왕권을 보여 준다. 프랑스의 베르사유, 독일의 카를스루에서 볼 수 있다.

1898년
도시와 시골을 한곳에, 전원도시

19세기 말 영국의 하워드는 인구 25만 명의 작은 도시 여러 개를 만들어 도로와 철도를 놓아 왕래하는 도시를 제안했다. 도심 주변으로 넓은 농업지대를 만들어 도시에 사는 사람들이 자급자족 하도록 했다.
 

1922년
근•현대 도시
고층빌딩 도시의 탄생

프랑스의 르꼬르뷔제는 도시 중심부에 60층 정도의 고층빌딩을 세우되, 건물 사이에 충분한 녹지공간을 만들고자 했다. 또 모든 교통은 중심부에 집중되도록 도시를 설계했다. 영국의 버밍엄, 스페인의 마드리드, 미국의 뉴욕, 프랑스의 파리가 그 예로, 오늘날과 같은 현대도시의 기틀이 되었다.

벌써 뛰어난 인재가 눈에 띄는군! 좋아! 2차 오디션은 스스로 기획한 미래도 시에 대해 발표하는 거다. 다들 준비해 왔겠지? 기발한 아이디어로 우리 심사위원들을 놀라게 해 보라고!

탄소 제로에 도전한다

노먼 포스터
마스다르 설계자

도시는 현재 직면한 문제를 해결할 수 있어야 한다고 하셨지요? 지금 지구에서 가장 큰 문제는 무엇일까요? 지구온난화입니다. 모두 알다시피 이산화탄소는 지구 온난화의 주범으로, 절반 이상이 도시에서 나와요. 도시가 내뿜는 탄소량이 줄지 않는다면 지구온난화의 속도는 더욱 빨라지겠죠. 그러면 많은 도시들이 물에 잠길 뿐만 아니라 지진, 화산, 이상기후 현상에서 벗어날 수 없을 겁니다.
다 알지만 방법이 없지 않느냐고요? 천만에요! 제가 벌써 짓고 있는 걸요? 제가 만들고 있는 미래도시는 탄소를 전혀 만들어 내지 않는답니다. 지금부터 보여 드리죠.

세계 첫 탄소제로도시 ‘마스다르’

아랍에미리트의 수도 아부다비에 위치한 마스다르는 화석연료에 의한 탄소 배출이 ‘0’인 도시로, 미래 친환경도시의 표본으로 꼽힌다. 2007년 계획을 발표한 이래 지난해 9월, 1단계 공사를 끝냈으며 2013년 완공을 목표로 하고 있다.

도시 전체가 약 7m 높이의 콘크리트 받침 위에 세워졌다. 이는 사막의 뜨거운 지표열을 막고 바람의 소통을 원활하게 한다.

도시의 거리는 해가 지고 뜨는 각도와 정확히 직각으로 배치됐다. 그림자를 최대한 길게 하기 위해서다. 그림자는 도심에 그늘을 만들어 온도를 낮춰 준다.
건물 지붕마다 설치된 태양광 발전판은 지붕을 시원하게 유지하면서 에너지도 생산한다. 태양광 패널이 만드는 전력만으로 소비전력의 130%를 생산해 남는 전기를 팔고 있다.

자기부상형 전자동 전기차가 아부다비 중심가와 마스다르를 연결한다. 마스다르에서는 화석연료를 쓰는 교통수단은 이용할 수 없다.
 
자기부상형 전자동 전기차가 아부다비 중심가와 마스다르를 연결한다. 마스다르에서는 화석연료를 쓰는 교통수단은 이용할 수 없다.

높이 40m의 송풍탑은 상대적으로 온도가 낮은 높은 층의 공기를 끌어들여 물로 식힌 뒤, 도시로 공급한다. 이렇게 도시로 들어온 바람은 좁고 긴 골목길을 따라 빠르게 순환하며 도시 전체의 온도를 끌어내린다.
 
탄소제로도시의 조건

탄소제로도시란 화석연료가 내뿜는 탄소가 ‘0’인 도시를 말한다. 따라서 전기와 열을 만들 때 화석연료 대신 태양과 바람 등 자연을 이용하는
게 우선 조건! 두 번째는 탄소를 내뿜는 자동차와 냉난방기구 등을 적게 사용하는 환경을 만드는 것이다. 이를 위해 도시를 계획할 때 주거단지와 산업단지를 서로 가깝게 배치하고, 주거단지 부근은 자전거와 보행자 우선지역으로 설정한다.
건물의 위치와 높이는 바람길을 고려해 짓는다. 바람길은 공기의 순환을 도와 열섬현상을 줄여 주기 때문에 냉방으로 나가는 탄소의 양을 줄여 준다. 자원을 재활용하는 것도 좋은 방법이다. 음식물 쓰레기는 미생물을 분해해 메탄가스로 쓸 수 있으며, 하수는 수력발전에 이용해 전기를 얻을 수 있다

탄소 제로에 도전하는
미래형 건물
 
2020년 월드컵이 열리는 카타르의 여름 평균 기온은 40℃. 카타르 경기장은 쾌적한 축구 경기 환경을 위해 태양에서 얻은 전기로 냉방장치를 가동해 경기장의 평균 기온을 25℃로 유지시킨다.
 
대만이 내년부터 지을 계획인 나무 모양 타워다. 재활용한 빗물과 태양광에너지로 운영되며, 주택과 식당, 박물관 등이 들어선다.

도시문제를 해결한다

엘리자베스 모노이안
미국 건축회사 스터디드 임팩트 대표

장기적으로는 탄소 배출량을 줄이는 게 필요하겠지만, 일단 미래도시라면 당장 닥친 도시 문제부터 해결할 수 있어야 하지 않을까요? 해수면이 높아지고 사람들은 계속해서 도시로 모이고, 땅은 점점 사막화가 되어 가고 있어요. 그뿐이 아니죠. 대기와 수질오염도 심각해요. 제가 소개할 미래도시는 이런 도시 문제를 말끔히 해결해 줄 겁니다. 같이 보시죠.

토지의 사막화?
사막의 에너지를 활용한다

지구온난화는 홍수를 일으키기도 하지만 물 부족의 원인이 되기도 한다. 국제연합환경계획에 따르면 1985년 이후 매년 6만㎢씩 사막화가 진행되고 있다. 그 결과 1980년 지구 육지의 19%였던 건조지역이 지난해 38%로 늘었다. 매년 축구장의 7800배 만큼의 땅이 메말라 가고 있다는 뜻이다. 그렇다면 미래에 사막과 같은 환경에서는 어떤 도시를 지어야 할까? 미국 건축회사 스터디드 임팩트는 지난해 사막의 환경을 이용해 자체적으로 에너지를 만들 수 있는 집을 설계해 발표했다.
 
➊ 여름에 기온이 올라가면 팬이 공기를 빨아들여 땅속으로 보내 차갑게 식힌다. 시원해진 공기는 다시 건물 안으로 들어가 냉방효과를 낸 뒤, 점차 온도가 높아지면서 천장으로 배출된다. 건물 외벽은 두께 46㎝ 흙으로 만들어 낮에는 시원하고 저녁에는 따뜻하다.
➋ 냉각제가 들어 있는 금속 코일을 창문 위쪽에 달아 공기 중의 습기를 물로 만들어 쓴다. 사막의 공기는 의외로 습기를 많이 머금고 있다.
두바이의 경우 1월 상대습도가 평균 80%다.

사람으로 꽉찬 도시?
빈 공간에 주택을 채운다

지난해, 인류 역사상 처음으로 지구촌 인구 중 도시에 사는 사람의 비율이 50%를 넘었다. 현재 도시 거주민은 33억 명이지만, 오는 2030년에는 50억 명으로 늘어날 전망이다. 인구가 늘어나면서 필요한 집은 어디에 지어야 할까? 현재 프랑스 파리에서는 빈 공간에 조립식 아파트를 채워 넣어 빈 공간을 효율적으로 쓰는 방법을 논의 중이다,

대기와 수질 오염?
공기를 깨끗하게 하는 아파트를 짓는다

아파트가 공기를 더럽힌다? 한국건설정책연구소에 따르면 아파트 같은 공동주택은 지을 때 가구당 약 36톤의 CO2를 내뿜는다. 그렇다고 집을 짓지 않을 수는 없는 일. 이에 미국의 건축회사 필립스 디자인은 대기를 깨끗하게 하는 건물로 뒤덮인 도시를 제안했다.

기후와 지리를 극복한다

빈센트 폰테
몬트리올 지하도시 설계자

도시 문제를 해결하는 미래도시라…. 하지만 그 도시가 더위, 추위, 지진까지 막을 순 없을 겁니다. 전세계는 매년 점점 더워지거나 추워지고 있어요. 지진, 화산 폭발 등 자연재해도 많아지고 있죠. 이런 기후와 지리를 극복할 수 있는 도시, 저는 그런 도시를 만들고 싶어요. 그리고 그 장소로 지하를 골랐습니다.
지하는 지상이 영하 30~40℃로 내려가도 항상 영상 15℃ 정도를 유지해요. 습도도 40% 정도로 적당하죠. 단층이 지나가지 않는 이상 흔들림이 적어 지진에 무너질 위험도 적어요. 어때요? 제가 계획한 지하도시 매력적이지 않나요?

추위를 극복하는 지하도시

캐나다 몬트리올시는 영하 20℃ 안팎의 겨울이 6개월 이상 지속된다. 시는 이런 추운기후를 극복하기 위해 지난 2003년, 지하 29㎞ 아래에 터널 형태의 도시를 만들었다. 길이 33㎞, 폭 12㎞의 공간에 약 1600여 개의 상점과 200여 곳의 식당, 호텔, 극장, 콘서트홀이 있으며, 지하철이나 버스터미널도 연결돼 있다. 특히 광섬유를 이용한 자연채광과 뛰어난 환기시스템은 미래도시의 표본이라는 평가를 받고 있다.
 
잠깐!  공중도시, 가능할까?

영화에서처럼 땅의 일부분을 공중에 띄우는 것은 중력 때문에 불가능해요. 미래에 공중도시가 생긴다면 고층 건물을 활용할 가능성이 커요. 고층 빌딩 위에 새로운 도시를 세우거나 고층 건물 사이의 공간을 활용하는 거죠.

지진해일을 막는 피라미드 도시

일본이 꿈꾸는 미래도시는 무엇일까?
일본 기상청에 따르면 1872년부터 지금까지 일본에 일어난 지진해일은 총 19번. 그 중 100명 이상 다치거나 죽은 경우만 12번으로 일본은 지진해일의 위협에서 살고 있다. 이 때문에 일본에서는 지진해일 걱정없는 도시에 대한 연구가 이뤄지고 있다. 실제로 지난 2004년, 일본의 시미즈 건설회사는 수십 m의 지진해일도 견뎌내는 피라미드형 도시를 만들겠다고 발표했다. 이 도시는 해수면보다 약 730m 높은 곳에 2000m 높이로 지어질 계획이다. 피라미드 안에는 약 75만 명이 살 수 있는 주택을 만들 예정이다.
 
토네이도를 이기는 지하 석회석 광산 아파트

대형 회오리바람인 토네이도의 피해를 줄이고자 만든 지하 석회석 아파트도 있다. 미국 캔자스시는 석회석을 채굴하면서 산에 뚫은 동굴을 방이나 통풍구로 만들어 산 전체를 하나의 아파트로 만들었다. 현재 이 곳에는 5000명이 산다. 강력한 토네이도가 일면 일반 건물은 종종 붕괴되지만, 단단한 암반이 외벽을 이룬 이 아파트는 웬만한 강풍에도 끄떡하지 않는다.

어디든 도시가 된다 ➊ 해저도시 - 수압을 이겨라!

벅민스터 퓰러린
지오데식 돔 구조 창시자

창 밖으로는 물고기가 다니는 해저도시, 상상만 해 보셨죠? 이제 제가 꿈을 현실로 만들어 보일게요. 불가능해 보인다고요? 노노~! 해저의 특성을 잘 고려하면 가능해요.
해저 건축에 쓰이는 모든 재료는 일단 염분에 저항성이 있어야 해요. 염분은 재료를 쉽게 부식시키거든요. 고정되어 있는 건물보다 물의 흐름에 따라 약간은 움직일 수 있는 구조로 짓는 것도 중요해요. 공간의 특성상 파도가 치고 물이 들고 빠지는 등 끊임없이 외부로부터 힘을 받거든요.
무엇보다 10m 내려갈 때마다 1㎡ 당 1㎏ 씩 무거워지는 수압에 견딜 수 있어야 해요. 수압의 견딜 수 있는 건축물의 비밀은 제가 지금부터 설명해 드릴게요.

수압을 이기는 ‘지오데식 돔’

해저는 중력만을 받는 육지와 달리 모든 면에서 압력을 받는다. 따라서 해저 건축물은 어떤 방향에서 힘을 받든 그 힘을 골고루 분산시킬 수 있어야 한다.
그런 면에서 지오데식 돔은 최적의 구조를 가지고 있다. 빈틈없이 맞닿아 있는 정육면체는 힘을 여섯 개의 맞닿은 면으로 분산시킨다. 구의 형태 역시 한쪽으로만 힘이 몰리지 않게 하는 역할을 한다.
게다가 구는 같은 부피를 가지는 입체도형 중 겉넓이가 가장 작아, 어떤 건축물보다 적은 재료로 더 넓은 공간을 얻을 수 있다는 장점도 가지고 있다.
 
잠깐! 지오데식 돔과 닮은 탄소 분자 C ₆₀

지오데식 돔과 똑같은 구조를 가진 분자가 있다? 바로 60개의 꼭짓점에 탄소가 위치하는 C60다. 외부에서 오는 힘을 분산시켜 압력에 강한 지오데식돔처럼 C60도 높은 온도와 압력에 강하다. 이 때문에 이름도 지오데식 돔 구조를 개발한 건축가 ‘벅민스터 플러린’의 이름을 따 ‘플러린’이라고 이름 붙었다.

바다를 보며 잠드는 해저 호텔

상상 속 해저 호텔의 매력은 24시간 바다 속을 볼 수 있다는 것. 하지만 작은 야구공에만 맞아도 깨지는 유리가 과연 수압에 견딜 수 있을까?
두바이 주메이라 해변의 20m 해저에 지어질 하이드로 폴리스 호텔은 그 답을 비행기에서 찾았다. 두께 18㎝의 플렉시글라스라 불리는 아크릴 강화 창 유리는 투명하면서도 압력에 강해 비행기 창문에 쓰인다.
또 지상과 해저를 연결하기 위해 300m 길이의 해저터널을 건설하고, 조명을 이용해 인공으로 낮과 밤을 조절할 수 있게 만들 계획이다.

또 하나의 바다 도시, 인공섬

바다 속에 해저도시가 있다면 바다 위 도시는 단연 인공섬! 인공섬은 배처럼 먼 거리를 이동하지는 않지만 대게 배의 닻처럼 약 500톤의 콘크리트를 매달고 있다. 인공섬은 물이 불어나거나 물의 속도가 빨라졌을 때 이 콘크리트 닻에 연결된 쇠사슬의 길이를 조절해 위치를 잡는다.
 
어디든 도시가 된다 ➋ 우주도시 - 달과 화성에 빌딩을 세워라!

시몬 구에스트
영국 캠브리지 대학교 접이식
구조 공학과 교수

땅이나 물 속에 도시를 짓기보다 제2의 지구를 찾아 우주에 도시를 만드는 게 낫지 않을까요? 공간도 넉넉하고 자원도 많으니까요. 우주에 건물을 짓는 게 말처럼 쉬운 게 아니라는 거, 압니다. 달만 해도 인력이 지구의 6분에 1에 불과해 사람이든 로봇이든 아무리 힘을 줘도 똑바로 서 있기조차 힘들죠. 건물을 지을 나무나 콘크리트, 시멘트가 있는 것도 아니고요. 하지만 방법이 없는 건 아닙니다. 제가 구상한 우주 도시를 소개하죠.

지구에서 만들어 오는 우주 건물

우산과 텐트의 공통점은? 접이식 구조로, 가지고 다니기 편리하고 형태와 크기를 조절할 수 있다는 점이다. 우주 건축학자들은 트러스 구조에 접이식 구조를 합해 튼튼하면서도 우주로 가져가기 쉽고 우주에서도 바로 활용할 수 있는 건축물을 개발했다. 트러스 구조는 여러 개의 직선 재료를 한 개 또는 그 이상의 삼각형 형태로 배열해 힘을 효율적으로 분산시킨다는 장점이 있다.
 
달에 있는 재료로 만드는 달 도시

달 표면에 건물을 짓기 위해서는 건설에 필요한 재료를 달 자체의 자원으로 활용해야 한다. 일본 시미즈 건설회사는 달에서 캐낸 자원으로 콘크리트를 만들어 도시를 만드는 방법을 제안했다. 구조물은 여러 방향으로 확장이 가능한 육각형의 콘크리트다. 기지 내부를 지구와 비슷한 중력환경으로 만드는 것도 현재 미국항공우주국과 함께 검토하고 있다.

 
➊ 2101년에 생길 우주정착시설로, 스스로 돌며 인공중력을 만들어 낸다.
➋ 온도와 습도를 맞춘 투명한 원형 비닐하우스 안에서 식물을 재배하는 모습.
➌ 모래폭풍에 덮여버린 건물에서 모래를 퍼내는 모습. 화성의 낮은 중력 때문에 조금만 바람이 불어도 도시가 순식간에 모래 속에 잠겨버릴
것이라는 상상력에서 출발했다.

다들 기대 이상이군! 모두 도시문제를 해결할 수 있으면서 개성이 있어.
게다가 이미 미래형 도시 건설이 시작되고 있다니, 벌써부터 설레는 걸! ‘어린이과학동아’ 친구들이 보기엔 어때? 친구들이 생각하는 최고의 미래도시를 홈페이지에 댓글로 달아 줘. 한 달 뒤, 최고의 미래도시를 발표하지! 기대하라구!

특집 한걸음 더
과학 상상화 그리기 비법!

과학의 달인 4월이면 어김없이 찾아오는 ‘과학 상상화 그리기 대회’! 무엇을 어떻게 그려야 할지 막막한 친구들을 위해 심사위원들에게 그 비법을 살짝 물어봤어요. 함께 들어 볼까요?

현실을 바탕으로 상상력을 더하세요!

자유롭게 생각을 펼치되, ‘과학’ 상상화인 만큼 현실을 바탕으로 그리는 것이 중요해요. 하지만 이미 책이나 TV, 영화에 나왔던 뻔한 미래 모습은 피하는 것이 좋아요. 우선 다양하고 객관적인 과학 소식을 모으세요. 그리고 그 자료를 바탕으로 미래 모습을 상상해 보세요. 이 때 ‘내’가 미래에 하고 싶은 일이나 있었으면 하는 공간을 주제로 잡아 보세요. 상상력을 구체화하는 데 도움이 된답니다. 잡은 주제에 대해 글을 써 보는 것도 좋아요.

주제가 뚜렷이 드러나게 그리세요!

주제가 뚜렷하게 드러나면서 구도와 색감이 좋고 입체적이기까지 하다면 최고의 과학 상상화라 할 수 있어요. 주제를 뚜렷하게 드러내기 위해서는 강조하고 싶은 부분을 선명한 색으로 크고 구체적으로 그려 보세요.
좋은 구도란, 한쪽에 치우치지 않도록 도화지에 사람과 건물 등을 골고루 배치해 그리는 것을 말해요. 색은 알록달록하게 하기보다 같은 계열의 색을 다양하게 사용하는 것이 좋답니다. 예를 들면 노랑과 연두, 녹색 등을 기본으로 조금씩 색을 섞어서 그리는 거죠. 이렇게 풍부한 색감은 원근법과 함께 입체감도 줄 수 있어요.