KISTI의 과학향기

최근 포항에서 발생한 지진으로 인해 내진설계(耐震設計)가 된 건축물에 대한 관심이 높아지고 있는 상황에서 ‘지오데식돔(geodesic dome)’ 건축 방식이 재조명되고 있어 이목이 집중되고 있다.

지오데식돔은 삼각형의 다면체로 이루어진 반구형 또는 바닥이 일부 잘린 구형의 건축물을 말한다. 지오데식이란 의미는 삼각형이 서로 연결되어 있는 기하학적 구조를 설계하는 공법을 가리킨다.

지오데식돔은 삼각형의 모서리와 면만으로 구성되어 있어서 응력을 분산시킬 수 있기 때문에 최소한의 소재만으로도 하중을 지탱시킬 수 있다. 따라서 지진과 같은 지반 변동에 강하고, 기둥이 없기 때문에 내부 공간에 대한 활용성도 뛰어나다는 장점을 갖고 있다.

지진에 강하고 기둥이 없어서 공간 활용도 높아

지오데식돔은 가장 안정된 기하학 형태로 알려져 있는 단일삼각형(omnitriangulated)이 표면을 덮은 구조체로 이루어져 있다. 이 같은 설계 방식은 미국의 건축가이자 디자이너였으며, ’21세기의 레오나르도 다 빈치’라 불릴 만큼 탁월한 발명 능력을 뽐냈던 ‘벅민스터 풀러(Buckminster Fuller)’가 고안했다.

설계에 임하는 그의 철학은 ‘적은 재료로 많은 일을 할 수 있는 공간을 창출하는 것’이었다. 따라서 최소한의 재료만을 사용하여 튼튼하고 커다란 공간을 만들 수 있는 지오데식 공법은 그의 설계 철학이 잘 반영된 결과물이라는 것이 업계의 평가다.

그는 생전에 돔처럼 지어진 크로마뇽인의 움막에서 영감을 얻어 지오데식돔 공법을 고안했다고 밝힌 바 있는데, 사실은 이보다 훨씬 더 오래 전에 이미 지오데식돔 형태로 만들어진 존재가 지구상에 존재했었다. 바로 자연이 창조한 바이러스다.

전자현미경이 개발된 이후 바이러스를 관찰했던 생물학자들은 꽤 많은 바이러스 종류의 겉껍질이 지오데식돔 모양으로 이루어져 있다는 것을 알게 됐다.

이에 대해 한 바이러스 전문가는 “바이러스 종류 중 일부가 지오데식돔 형태로 이루어져 있다는 것은 어찌보면 당연한 일”이라고 밝히며 “적은 양의 단백질만으로도 튼튼하고 안이 넓은 껍질을 만들어,그 안에 많은 양의 유전자를 안전하게 보관할 수 있기 때문에 지오데식돔 형태를 바이러스가 선호할 수밖에 없었을 것”이라고 덧붙였다.

지오데식돔 설계 방식은 건축물에만 영향을 미친 것이 아니다. 탄소로 이루어진 새로운 화합물을 합성하는데도 결정적인 영향을 미쳤는데, 바로 60개의 탄소 원자로 이루어진 풀러린(fullerene)이라는 물질이다.

미국의 화학자인 리처드 스몰리(Richard Smalley)와 로버트 컬(Robert Curl), 그리고 영국의 화학자인 해럴드 크로토(Harold Kroto)가 공동으로 개발한 풀러린은 지오데식돔 형태의 안정된 분자 구조를 가지고 있기 때문에 높은 온도와 압력에도 견딜 수 있는 장점을 갖고 있다.

이들은 풀러린 개발에 대한 공적으로 노벨화학상을 수상했는데, 훗날 벅민스터 풀러가 설계한 건축물에서 영감을 얻어 풀러린을 개발했다고 말했고, 풀러린이란 이름 역시 자신들에게 영감을 제공한 풀러를 기리기 위해 붙였다고 밝힌 바 있다.

지오데식돔 형태의 주문형 주택이 인기리에 분양 중

풀러린 탄생에 있어 지대한 영향을 미친 지오데식 공법의 건축물은 바로 캐나다 몬트리올시에 위치한 바이오스페어(Biospere)다. 거대한 온실이자 하나의 생태계 시스템으로 이루어져 있는 바이오스페어는 강철과 아크릴만으로도 건물을 실제로 지을 수 있다는 것을 보여준 대표적 사례다.

4분의 1 정도가 땅 속에 뭍인 듯한 형태의 이 반구(半球) 구조물은 바닥부터 꼭대기까지 반복적으로 연결된 두 겹의 다각형 강철 고리로 만들어져 있다. 외부와 내부 등 두 겹으로 이루어진 강철 고리들의 사이는 아크릴 판으로 채워져 있다.

하지만 지오데식돔 방식의 건축물은 그 이후 더 이상 발전하지 못했다. 워낙 독특한 형태의 외관을 가지고 있다 보니 주거용 건축물보다는 온실이나 전시장 같은 테마형 건축물에 주로 적용되면서 일반적인 건축물로 확산되지 못한 것.

그런데 최근 들어 지오데식돔 방식의 건축물이 지진에 강하다는 사실이 알려지면서 유럽에서는 신개념 건축물로 인정받고 있는 분위기다. 특히 루마니아에서는 바이오돔(Biodome)이라는 브랜드의 주택용 건물로 분양되고 있어 주목을 끌고 있다.

바이오돔은 금속 재질과 삼중 유리로 제작되는데, 20가지 이상의 선택 가능한 옵션을 제공하기 때문에 일종의 주문형 주택처럼 구입할 수 있다. 가구 및 가전제품은 물론, 수영장이나 텃밭 등 고객이 원하는 바를 사전에 요청하면 입주 시점에 맞춰 미리 주문할 수 있다는 것이 제작사 측의 설명이다.

현재 바이오돔을 건설하여 분양하고 있는 루마니아 바이오돔시스템社의 관계자는 “바이오돔 주택은 리히터 규모 8.5의 지진과 최대시속 320km의 바람에도 견딜 수 있다”라고 소개하며 “아무리 강한 태풍이라도 너끈히 견딜 수 있다”라고 말했다.

바이오돔시스템社의 발표에 따르면 지금까지는 바닥 면적이 19㎡인 폴룩스(Pollux)라고 불리는 최소형 모델만을 제작했지만, 앞으로는 최대 314㎡까지의 바닥 면적을 가진 돔 주택을 만들 계획인 것으로 나타났다.

바이오돔시스템社의 관계자는 “바이오돔 장점으로는 거주 공간의 확장이 비교적 용이하다는 점과 자기 블라인드의 개폐를 통해 사생활 보호 및 햇빛 조절이 가능하다는 점을 들 수 있다”라고 말하며 “돔 옆에 또 다른 돔을 만들어 연결하는 방식으로 주거 공간을 확장할 수 있고, 투명한 유리를 상황에 맞게 가려서 사생활을 보호하고 햇빛도 조절할 수 있다”라고 덧붙였다.