도시를 움직이는 모든 것들의 과학 - 거대한 도시의 숨은 원리와 공학 기술

초고층 빌딩부터 상하수도, 전기, 운송과 네트워크까지 도시를 움직이는 과학과 기술의 원리를 탐구한다. 물리학자인 저자는 다양한 연구소와 전문가 인터뷰를 바탕으로, 우리가 당연하게 누리는 도시의 기능이 어떻게 작동하는지 구체적으로 풀어낸다.



고층건물이 강풍에도 버티는 이유, 수돗물이 각 가정까지 전달되는 과정, 데이터가 해저 케이블로 이동하는 원리 등 일상의 질문에서 출발해 도시의 보이지 않는 구조를 드러낸다. 과거 도시의 형성과 현재의 발전, 그리고 미래 도시의 모습까지 연결하며 과학과 엔지니어링이 만들어내는 도시의 작동법을 한눈에 이해하게 하는 교양서다.



초고층 빌딩의 설계에서 미래의 운송수단까지

과학은 어떻게 도시를 작동시키는가?



도시를 움직이는

과학과 기술의 세계!



세계최고층 빌딩인 부르즈 칼리파는 높이가 828미터에 이른다. 이처럼 100층이 넘는 초고층 빌딩은 거대한 돛처럼 작동해 자칫하면 바람에 심하게 흔들리고 강풍에 쓰러질 수 있다. 그럼, 어떻게 그 높은 빌딩이 강풍에도 쓰러지지 않고 버틸 수 있는 걸까. 또한 도시에서 소비되는 막대한 양의 수돗물은 어떻게 멀리 떨어진 수원지에서 각 가정까지 전달되는 걸까. 깨끗한 물을 안정적으로 공급하기 위한 정화기술과 수도관에는 어떤 과학이 숨어 있을까? 쓰레기수거장의 폐기물들은 어떻게 처리돼 우리 눈앞에서 사라지는 것일까. 그밖에 초고층 빌딩의 문은 왜 예외 없이 회전문이며, 선로에 낙엽이 쌓였다고 열차가 멈추는 이유는 무엇인지, 우리가 늘 손에 쥐고 있는 휴대전화의 데이터는 어떻게 이동하는지 궁금하게 생각해본 적이 있는가?

이처럼 오늘날 도시가 제대로 작동하는 것은 곳곳에 자리 잡은 과학 테크놀로지와 엔지니어링 덕분이다. 과연 어떻게 가능한 걸까? 호기심 많은 저자 로라 윙클리스는 수많은 자료와 해박한 지식을 바탕으로 도시를 움직이는 고층건물, 전기, 상하수도, 도로, 자동차, 철도시스템, 네트워크 등의 7가지 요소에 대해 탐색해나간다.

물리학자이기도 한 저자는 자신의 첫 책을 위해 자신이 일했던 영국 국립물리연구소를 비롯해 미국 국립신재생에너지연구소, 프랑스 국립해양연구소, 런던 교통국 교통관제소, 미국과 영국과 호주 등의 여러 대학과 기업의 연구소 등에서 활약하는 수많은 전문가를 만나 인터뷰했고 이 결과를 바탕으로 거대한 도시의 작동원리를 한눈에 밝혀낼 수 있었다.

덕분에 독자들은 눈에는 보이지 않는 철근 콘크리트, PVC 접합 유리, 탄소섬유 케이블 등 다양한 건축 자재와 시공 과정, 지하도의 세부 모습을 들여다보고, 국제 데이터의 99%가 아직도 케이블, 그것도 해저 케이블로 전송되는 원리도 이해할 수 있을 것이다.



빌딩, 전기, 상하수도, 운송수단과

네트워크까지 도시의 작동법!



오래전 도시는 사람들에게 먹을 물과 식량을 제공하는 물길(강)을 따라 형성되었다. 거기엔 전기도 없었고, 틀기만 하면 콸콸 쏟아지는 수돗물 대신 땅을 파 물을 길어 올려야 하는 우물이 있었으며, 말이나 마차 같은 탈것은 귀해서 아무나 사용할 수 없었다. 고대 로마 같은 특별한 곳을 제외하면 도로가 발달하지도 않았다. 자동차나 철도, 고층건물 같은 건 당연히 생각도 못 했다.

하지만 우리가 살고 있는 오늘날 도시는 어떤가. 20~30층 아파트는 주변에 흔하고 100층 넘는 초고층 빌딩도 이미 세계에 10개가 넘는다. 가솔린 자동차가 세상에 나온 지 100년 조금 넘었을 뿐인데 화석연료가 아닌 수소연료전지로 움직이고 도로에서 자가 충전까지 하는 무인 자율주행차가 도로를 달릴 날도 그리 멀지 않았다.

도시에 살면서 당연하다고 여겼던 것들을 떠올려보라. 샤워하면서 별생각 없이 물을 흘려보내고 어디서나 전기를 공급받을 수 있으며 수많은 자동차가 문제없이 질서정연하게 움직인다. 빌딩의 높이는 계속해서 더 높이 치솟고 있으며 고속열차는 500km 걸이를 2시간 만에 주파하고 인터넷을 이용해 외국 바이어와 실시간 화상회의를 한다.

이러한 당연함을 위해서 도시에는 보이지 않는 정교함이 곳곳에 자리하고 있다. 고층건물을 지탱하기 위해서는 그만큼의 무게를 지탱해야 하고, 바람과 지진에 견뎌야 하며, 화재나 침수로부터 입주자 및 사용자를 보호해야 한다. 냉난방 시설, 청정하게 유지되는 실내 공기 등 쾌적한 환경을 제공하는 것은 물론, 최저층부터 최고층까지 안전하고 빠르게 오갈 수 있는 시설도 갖추고 있어야 한다. 필요한 자재, 시공법도 일반 건물과는 다르다.



왜 고층건물에는 회전문이 달려있을까?



고층빌딩의 문은 예외 없이 회전문인데, 이는 건물의 내부와 외부의 온도 차이 때문에 문제가 생길 수 있어서다. 즉 여닫이문의 경우, 쾌적한 환경을 위해 냉난방 장치를 작동하면 내부 공기가 위 혹은 아래로 이동해 문이 열릴 때마다 외부 공기가 빠르게 유입되어 건물 내부의 공기 흐름에 문제가 발생한다. 이를 방치하면 구조적 문제로 승강기가 오작동하거나 화재 시 유독가스가 퍼질 위험이 있다. 회전문은 그런 위험을 없애는 장치인 셈이다. 최근에는 건물 파사드에 녹색식물이 자라도록 그린월을 설치해 도시 미관도 살리고 환경친화적 측면도 강화하는 추세다.

이처럼 고층빌딩 하나를 짓는 과정에도 수많은 기술이 뒷받침되지 않으면 불가능하다. 메가시티의 기반에 놀라운 엔지니어링의 세계가 숨어 있다는 사실을 잘 말해준다.



우리를 놀라게 할

미래 도시의 모습은?



2014년 유엔은 현재 인류 역사상 처음으로 세계 인구의 절반 이상이 도시 지역에 거주한다고 밝혔다. 도시들은 전에 없이 커지고, 붐비고, 중요해졌다. 과연 미래 사회에서도 도시는 여전히 중요할까? 저자는 마지막 장에서 상상의 미래도시를 펼쳐 보이면서 도시가 계속해서 존재할 것으로 전망한다. 현재 인류의 큰 위협인 기후변화, 에너지 부족, 환경오염을 성공적으로 극복하고 운송과 물류 자율 시스템, 샤워시간 자동제한, 태양열 시스템 구축, 탄력적 출퇴근제, 도시 텃밭 설치, 전기차와 수소차 보급 등으로 말이다. 결론적으로 미래 도시를 훌륭히 건설하는 데 필요한 것은 이미 우리 손안에 있다는 점을 다시 한번 강조한다.