인간이 지어올린 모든 것들은 결국 인간을 닮았다

로마 아그라왈, 빌트 - 우리가 지어올린 모든 것들의 과학

그렇다, 나는 외모에 약했다.

고등학교 시절 우연히 이공계 진로 관련 박람회에서 모대학 부스 중 하나에 들어갔다. 희미한 기억으로 짐작컨대 송호창 변호사풍-인물평가를 떠나서 아무래도 이런 스타일의 외모에 약한 것 같다-의 교수가 한 분 있었다. 재료공학과 교수라고 했다. 그날부터 밑도 끝도 없이 나는 재료공학도를 꿈꿨다. 하지만 뿌리가 얕은 나무는 잔바람에도 쉽게 흔들리기 마련이다.

꿈도, 진로도 전혀 상관없는 곳을 향해갔지만 공학은 내게 여전히 흥미로운 분야다. 가끔 밑도 끝도 없이 건축물을 바라보며 '저건 언제까지 버틸 수 있을까' 생각하기도 한다. 지난 여름 독일 베를린의 브란덴부르크문 앞에 섰을 때 '사람들이 이래서 유럽 유럽하는구나' 했던 것도, 인간의 손으로 저 돌덩이를 어찌 다뤘을까 하는 경외감에서 나온 감상이었다. 탄소와 산소, 수소 등 원소들로 이루어진 물질들이 복잡하고 아름다운 수식에 따라 정교하게 배치돼 빚어지는 세계. 공학은 이 세계의 지휘자요 실천가다.

하지만 공학은 어렵고 낯설다. 복잡하고 아름다운 원리들의 정교한 배열은 말그대로 난해하다. 그런 이들에게 구조공학자 로마 아그라왈은 책 <빌트>로 발랄하게 말을 건다. '이것 보세요. 우리가 이렇게 세상을 만들고 부수고, 연결하고 확장하고, 깨끗하게 만들고 있어요!'

첫번째 대중서라는 사실을 믿기 어려울 정도로, 이 젊은 공학자는 쉽고 적확한 비유로 건축물들의 은밀한 이야기를 풀어간다. 벽돌이라는 재료의 과학을 빵굽기에 비교한다든가 멕시코시티 메트로폴리탄 대성당의 중심잡기를 영화 '아마겟돈' 소행성 폭파작업에 빗대든가 하는 식으로 말이다.

또 독자가 지루해질만하면, 저자는 과거와 현대를 오가며 건축의 원리나 소재의 역사를 재잘재잘 설명한다. 모두 14개 장으로 나뉘어 있다는 점도, 덮었던 책을 다시 펴게 만든다. 나만 해도 틈틈이 책을 쪼개읽어야 했는데, 장마다 주제가 또렷히 구분된 덕에 중도포기 없이 마지막 페이지를 덮을 수 있었다. 읽다보면 이 책이 미국에서도, 한국에서도 '올해의 과학책'으로 호평받은 이유를 여실히 이해할 수 있다.

타이베이101의 강철추 (c) 위키백과

타이베이101이처럼 신기술의 총합 같은 것들도 결국 기본 원리에서 출발한다는 이야기 역시 흥미로웠다. 한때 세계 최고높이를 자랑하던 타이베이101의 87층과 92층 사이에는 거대한 강철추(660톤)가 걸려있다. 이 추는 지진이나 태풍의 충격을 흡수, 건물의 균형을 유지한다. 바벨탑 이전부터 끊임없이 하늘을 지향해온 인간은 계속 한계를 뛰어넘고 있지만, 높이가 반드시 안전과 함께 가야 한다.

"훌륭한 위생 시스템을 누릴 만큼 운이 좋은 사람들은 변기에서 흘러 내려간 대변이 어디로 가는지 좀처럼 생각하지 않는다(244쪽)"라는 문장에선 빌 게이츠가 떠올랐다. 세계 최고의 부자 중 하나인 그가 지금 꽂힌 주제가 바로 '똥'이다. 자신이 속한 사회에선 상상조차 할 수 없는, 누군가 설사로 목숨을 잃는 세계가 존재한다는 사실에 눈을 뜬 빌 게이츠는 그 해법을 하수처리 시스템에서 찾는다. 몇백년 전 먼저 발견한 해법이기도 했다. 로마 아그라왈은 이 장에서까지만 똥 이야기를 하겠다고 했지만, 위생만큼이나 불평등한 것도 없다는 사실은 계속 기억돼야 한다.

썰과 팩트가 난무하는 시대라 가끔은 일상이 진탕 위에 지어진 건물 같을 때도 있다. 가라앉지 않으려면 단단한 기둥을 덧대고 불필요한 것들을 배출시켜야 한다. 강풍을 견뎌내는 일만큼 적절하게 흔들려 힘을 분산시킬 수도 있어야 한다. 튼튼하고 안전한 건축물을 짓는 일은 그렇게 인생과 닮아있다. 엔지니어는 사고에서 배우고, 실패를 끊임없이 개선하려 하며 이상과 실용 사이에서 적절한 타협안을 찾아낸다. 우리도 마찬가지다. 인간이 지어올린 모든 것들의 과학은 결국 인간 그 자체였음을 공학의 세계에서 다시금 확인하는 즐거운 책읽기였다.

템즈 타이드웨이 터널 프로젝트 현장 사진 (c) https://www.tideway.london/

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39쪽) 바람은 지구상 모든 건축물의 표면에 영향을 미친다. 높이가 100미터가 되지 않는 건축물을 작업할 때 나는 바람 지도를 이용했다. 바람 지도는 수십 년간 측정한 자료를 바탕으로, 특정 장소의 바람 속도를 등고선 형태로 알려주는 날씨지도다. 나는 이런 기초 풍속 데이터를, 해당 장소가 해수면에서 얼마나 떨어져 있는지, 얼마나 높은지를 나타내는 수치와 조합한다. 또 주변 토지의 유형도 고려한다. 이런 요소들을 한꺼번에 처리하는 공식을 통해 이 건축물이 12방향으로부터 얼마나 많은 바람을 맞게 될지를 알 수 있다.

53쪽) 타이베이101은 87층과 92층 사이에 걸려 있는 거대한 강철구조로도 유명하다. 이 강철 추(660톤)는 세계의 초고층 건물에 내장된 추 가운데 가장 무거운 것으로, 관광객들에게는 큰 볼거리다. 하지만 이 추의 진짜 역할은 태풍이나 지진으로부터 건물을 보호하는 것이다. 건물이 태풍이나 지진에 흔들리면, 추도 함께 흔들리며 건물의 움직임을 흡수한다. 2015년 8월, 태풍 사우델로르가 타이완을 휩쓸었을 때, 돌풍의 최소 풍속은 시속 170킬로미터였다. 하지만 타이베이101은 피해를 입지 않았다. 구세주인 추는 최대 1미터의 움직임을 기록했다. 이제까지 관찰된 가장 큰 움직임이었다.

76쪽) 엔지니어는 사고에서 배운다. 이것은 기본 중의 기본이다. 끊임없이 개선하는 것, 다시 말해 더욱 좋고 강하며 안전한 건축물을 짓기 위해 노력하는 것이 엔지니어의 임무다. 이런 교훈 덕분에 우리는 기둥을 없애도 무너지지 않을지 미리 점검해본다. 뭄바이증권거래소 건물이 이런 방법으로 지어졌다.

81쪽) 벽돌은 기원전 9000년경, 중동의 사막지대에서 이미 사용됐다. ... 기원전 2900년경 인더스문명권에서는 가마에서 구운 벽돌로 건축물을 지었다. 이 과정에는 기술과 정교함이 요구되었다. 만약 충분히 오랫동안 가열되지 않으면 진흙은 제대로 마르지 않는다. 너무 많이 가열하거나 너무 급하게 가열하면 균열이 생긴다. 하지만 적절한 온도로 적당한 시간 동안 구우면, 점토는 강해져서 비바람에도 잘 견딘다.

91쪽) 만리장성에 사용된 모르타르에는 끈적거리는 쌀이 조금 들어 있었다. 쌀은 주로 전분으로 구성되어 있다. 이 전분이 모르타르를 돌과 잘 붙게 해주면서도 유연하게 해주기 때문에 벽이 조금씩 움직이거나 가열되고 냉각될 때에도 쉽게 금이 가지 않는다. 로마인들은 모르타르에 동물 피를 넣었다. 그러면 모르타르가 서리도 견딘다고 믿었다. 타지마할의 돔은 불에 구운 생석회, 곱게 간 조개껍데기, 대리석가루, 수지, 설탕, 과일즙, 달걀흰자를 섞은 '추나'로 재료를 서로 붙였다.

142쪽) 나는 천상 세계와 인간 세상의 교차로에 있었다. 몇 달간 모형을 만들고 계산을 하고 도면을 그린 끝에 마침내 나는 프로젝트가 현실이 되어가는 모습을 보고 있었다. 종이 위의 스케치나 컴퓨터 화면 속의 도면보다 훨씬 크고 좀 더 형태감이 느껴졌다. 이 단계의 건설에는 긴장감이 있다. 이 순간 미묘하게 다른 가짜 천장과 바닥은 사라지지만 아직 입면은 구체적으로 결정되지 않았고 사람들은 이곳에 절대 들어오지 못한다. 나는 마치 대형 록콘서트 리허설장의 출입증을 가진 기분이었다.

144쪽) 더 샤드는 혁신의 토대 위에서만 지어진 것이 아니다. 역사적인 아이디어와 발전의 전통 위에서도 지어졌다. 이 전통은 고층건물들이 지어질 수 있도록 혁신을 이끌어왔다. 높은 건물을 땅 위에 세우려면 우선 땅 위에서 사물들을 들어올려야 한다. 그 때문에 크레인이 없을 때는 우리의 건축적 야망도 크게 제한될 수밖에 없었다.

172쪽) 오늘날 우리는 언제라도 쓸 수 있는 기술을 가지고 있다. 우리는 높이에 한계가 있을 거라고는 생각하지 않는다. ... 정말 문제는 이것이다. 얼마나 높이 올라갈 수 있을까. 기초가 넓으면 건물 한가운데 부분에는 빛이 거의 들지 않을 가능성이 높다. 크고 강한 기둥과 보는 공간을 제한한다. 그렇다면 거주자의 안전이나 편의성은 어떨까. 엘리베이터를 기다리는 시간은 얼마나 필요하고, 초거대 건물에 머무는 수만 명의 사람들은 어떻게 탈출해야 할까.

173쪽) 미래의 어느 시점에 이르면 건물의 평균 높이는 높아질 것이다. 물론 랜드마크가 될 건물은 계속 지어질 것이고 세계 최고의 기록도 계속 깨질 것이다. 하지만 결국 우리의 본성이 우리를 초고층 건물에서 다시 지상으로 내려놓을 것이다. ... 우리는 위를 쳐다보며 우리가 지은 건물에 경이감을 느낄 것이다. 하지만 땅에 발을 딛고 있다는 느낌 역시 필요하다.

193쪽) 대성당의 북쪽이 가장 높기에 가장 많이 가라앉아야 했다. 그래서 여기서 가장 많은 흙을 파냈다. 반면 남서쪽 모퉁이에서는 훨씬 적은 양을 파냈다. 북동쪽의 기둥 하나에서는 300세제곱미터 이상의 흙이 나왔다. 이렇게 역사적인 대성당의 깊은 지하를 거미줄처럼 수놓은, 기둥과 터널로 구성된 광대한 미로를 통해 150만 번에 걸쳐 4220세제곱미터의 흙을 파냈다. 올림픽 수영경기장의 1.5배 정도를 채울 분량이었다. 이렇게 토양을 제거하는 작업은 조심스럽고 신중하게 단계별로 오랜 시간(4년 반)에 걸쳐 이뤄졌다.

194쪽) 대성당 주변의 전략적인 지점에는 유리상자에 담긴 네 개의 추가 자리 잡고 있다. 이들은 무선으로 이탈리아의 연구실에 데이터를 전송한다. 연구실의 엔지니어들은 건물을 관찰한다. 압력을 완충하는 장치가 기둥의 하중을 모니터링함으로써 이들이 지나치게 변하지 않았는지 확인하는 것이다. 하중의 변화는 건물이 다시 기울고 있다는 뜻이다. 이 경우 특정 기둥이 다른 기둥에 비해 더 많은 압축력을 받게 된다. 오반도셸리 박사에 따르면 대성당은 거의 20년 동안 데이터를 수집해온 실험실이다. 대성당은 미사의 장소일 뿐만 아니라 과학의 현장이 됐다.

1990년대 이후 대성당은 매년 60밀리미터에서 80밀리미터씩 가라앉고 있다. 과거에 비해서는 느리고 일정한 속도다. 무엇보다 전체적으로 균일하게 가라앉고 있다.

237쪽) 싱가포르는 대부분의 빗물을 모아 재사용하고, 수자원의 장기적인 지속 가능성을 계획하고 있다. 이것은 공학이 중요한 현실세계의 문제를 어떻게 해결해주는지를 잘 보여준다. 가장 기본적이고 필수적인 분자(물)와 관련된 오래된 난관을 이제는 가장 진보한 기술을 통해 해결하고 있다.

256쪽) 다행히도 2023년까지 이 문제를 해결하기 위한 거대한 프로젝트가 은밀히 런던시민들의 발밑에서 진행될 예정이다. 바로 템스 타이드웨이 터널 프로젝트다. ... 전체 프로젝트는 단순했다. 150년 전 바젤게트는 썩어가는 지류들을 가로막았다. 이제 타이드웨이 터널이 바젤게트의 하수도를 가로막을 것이다. 하수는 바젤게트의 하수도에서 강으로 범람하는 대신 새로운 터널 네트워크로 넘쳐흐를 것이다.

259쪽) 이토록 놀라운 프로젝트의 목적은 하수 배출 횟수를 연간 60회에서 4회로 줄이고 하수 배출량 역시 연간 6200만톤에서 240만톤으로 줄이는 것이다. 나는 필에게 하수 배출을 아예 하지 않을 수는 없는지 물었다. 그러자 그가 폭우가 내릴 때에만 연간 네 번 하수를 배출하는 거라고 설명했다. 오수는 빗물과 섞이면 상당히 희석되기 때문에 강으로 배출해도 유독하지 않다는 것이다. 강의 생태계를 유지하는 강물의 자연적인 생물학적 과정 덕분에 강물의 산소 수준은 이처럼 희석된 하수에는 그다지 영향을 받지 않는다. 하수를 아예 배출하지 않으려면 타이드웨이 터널이 두 배로 커져야 한다엔지니어들은 종종 이런 식으로 타협해야 한다. 이상적인 해결책이 반드시 가장 실용적인 해결책은 아니다.

309쪽) 여행 중에 공부한 스트레스 리본교가 두고두고 생각났다. 단순한 밧줄다리가 진회하여 현대의 기술과 재료를 포용했다는 사실, 그리고 이 새로운 형태가 최신식임에도 원래의 단순성과 우아함을 유지해왔다는 사실에 고무됐다. 새로운 공학이 항상 크고 담대해야 하는 것은 아니디. 때론 변변찮은 근본에 의지할 수도 있다.