[공학] 그리스 파르테논 신전과 건설 공학

파르테논 신전의 크기는 피라미드처럼 웅장한 규모로 계획된 것이 아니다. 파르테논 신전의 엔지니어들은 간단한 수학적 원리를 사용하여 원하는 형태를 얻었지만, 그 이후부터는 예술가의 안목이 주도권을 잡았다. 그들의 원칙을 엄격하게 적용하는 것은 매우 미묘하게 피했기 때문에 정확한 수학적 비율을 말할 수는 없다. 파르테논 신전의 기둥은 이전보다 아주 약간 가늘어 졌지만 페디먼트(pediment)가 기둥을 짓누르는 것처럼 보이지 않고, 미노아 궁전의 기둥처럼 낮고 뚱뚱한 것처럼 보이지 않는다. 파르테논 신전으로 이어지는 넓은 계단은 수평이 아니라 중앙으로 올라가는 거대한 수직 곡선이다. 캠버(camber)는 실제로 수평인 계단이 건물의 무게로 중앙이 처지는 착시 현상을 극복한다. 건축가가 그런 식으로 계획한 것이 아니라 운이 좋아서 우연히 그렇게 나왔다고 주장할 수도 있다. 그렇다면 영감을 받은 예술가의 운이 좋았다고도 말할 수 있다. 이런 정교함은 그리스 건축에서 일관되게 나타나지만, 이러한 결과를 얻는 데 필요한 정밀한 도구가 있었다는 증거는 전혀 없다.

 

파르테논 신전

 

그리스 건축가가 모든 비율의 기초로 쉽게 곱할 수 있는 측정 단위를 선택한 것은 많은 구조에서 분명하다. 그것은 우리가 사용하는 인치로 11.6인치인 ‘그리스 발’이었다. 그는 기둥의 바닥 드럼을 지름 2 또는 3단위로, 기둥의 높이를 10 또는 12로, 기둥 사이의 공간을 5 또는 6으로 만들었다. 따라서 그는 모든 측정을 만족스러운 비율로 유지했으며, 세부적인 사양과 계획 없이도 작업을 계속할 수 있었다. 단위길이가 표시된 막대를 가진 석공은 자신의 비율을 돌로 쉽게 변환할 수 있었다. 이러한 비율은 가장 유명한 장인의 취향에 따라 빠르게 결정되고, 형식화되는 경향이 있었다. 이론을 실제에 적용할 때 그리스 건축가들은 허용된 변경의 한계 안에서 거의 유지되었다. 그리스에서 극단적인 건축 형태를 실험하거나 이상한 공학적 원리를 추측하는 일은 거의 없었다. 그 후 400년 동안 그리스 건축은 단 세 가지의 건축 원칙에 따라 더 얇은 기둥과 더 높은 건물을 향해 발전했으며, 이는 서로 밀접한 관련이 있었다. 로마 비트루비우스 시대에는 현존하는 기술자 중 최초로 도리스, 이오니아, 코린트 양식의 건축이 장식과 일부 세부 사항만 다를 뿐, 그리스-로마 세계와 문명 세계의 건축과 건설을 지배했다.

 

그리스 엔지니어의 기계적인 작업은 돌을 다루는 과정에서 가장 잘 관찰된다. 그들은 석회암과 대리석 채석장을 단계적으로 작업하면서 돌덩이 주위를 자르고 물에 적셔 팽창시킨 나무쐐기로 돌덩이를 쪼개었다. 끝과 측면에 지렛대용 부품이 아직 남겨져 있어 대리석으로 포장된 낙하 장치로 돌덩이를 수레로 쉽게 내릴 수 있도록 도와주었으며, 그 바퀴의 흔적은 지금도 볼 수 있다. 때로는 기둥이나 돌덩이를 나무 드럼통에 넣고 현대식 롤러처럼 굴려서 운반하기도 했다. 에페소스에 있는 아르테미스 신전을 설계한 사람 중 한 명인 체시프론(Chersiphron)이 이 운반 방법을 발명했다고 알려져 있다. 돌덩이는 건축 현장에 도착하여 집게로 들어올리기 위해 홈을 파고 금속 꺾쇠(인접한 돌의 구멍에 맞도록 끝을 직각으로 구부려 서로 묶는 막대)를 위해 구멍을 뚫을 때까지 최종 모양이 완성되지 않았다. 그리스인은 최고의 작업에서 회반죽을 사용하지 않았기 때문에 다웰(dowel)을 연결하는 용융 납 또는 돌을 함께 묶는 꺾쇠를 위해 채널(channel)도 만들었다. 목재 비계에 설치된 데릭(derrick) 기중기와 도르래가 돌덩이를 제자리로 들어 올렸다. 이 인양 작업에 필요한 동력은 작업자가 직접 공급했다. 돌의 최종 표면 처리와 연마는 벽이나 기둥 전체가 굳어질 때까지 하지 않았다.

 

아르테미스 신전의 터 

 

그리스인은 미노아와 이집트의 방식에 익숙했기 때문에, 예상할 수 있는 절단기, 쐐기와 지렛대, 경사면, 수레 또는 장치뿐만 아니라 오랫동안 자유롭게 사용했던 것 같은 다른 도구들도 사용했다. 데릭 기중기, 나침반, 직선 자, 사각형은 언제 어디서 구했는지는 알 수 없지만, 이 일부 도구는 그들이 직접 발명한 것임이 틀림없다. 하지만 가장 흥미로운 것은 도르래이다. 비문에는 아시리아 사람들이 일종의 도르래를 가지고 있었다는 기록이 있지만, 그리스인들이 중동에서 직접 가져왔는지 아니면 독자적으로 발명했는지는 확인되지 않았다. 나중에 아르키메데스의 공로로 인정받은 다중 도르래 또는 블록과 태클을 통해 가해지는 힘에 대해 그들이 실제로 알고 있었는 지는 더 수수께끼이다.

 

그리스인들이 건축에 이바지한 것 중에서 하나는 미노스 인이 석조 건축에 나무 대들보를 사용했던 관행에서 비롯된 것일 수도 있다. 돌로 만든 대들보가 위에서 가해지는 무게를 견딜 수 없다고 생각한 그리스인은 인장 응력을 받는 철의 더 큰 저항력을 활용했다. 현대 엔지니어의 표현을 빌리면 안전 계수를 높이기 위해 숨겨진 연철 막대를 사용했다. 델포이의 테베 보물창고(Theban Treasury)의 기초는 폭 3¼인치, 두께 4인치, 길이 41피트에 달하는 수평 철근으로 튼튼하게 보강되었다. 아테네 에렉티온(Erechtheion)의 지하 출입구 상인방에는 아래쪽 표면에 홈을 파고, 그 안에 철근을 납으로 봉인했다. 밧새(bassae)의 아폴로 신전에는 속이 빈 대리석 기둥 안에 U자형 철근이 천장의 무게를 대부분 지탱했다. 그리고 파르테논 신전 자체에도 무거운 하중을 견디기 위해 벽의 캔틸레버를 고정하기 위해 철근이 박혀 있었다. 이러한 보강재 대부분은 오래전에 녹슬어 사라졌기 때문에 지금도 그리스 건축가들이 사용했다는 사실을 아는 사람은 거의 없다. 비트루비우스는 건축과 건축 방법에 대해 자세히 설명했지만, 그리스의 금속 사용에 대해서는 이런 식으로 언급하지 않았다. 그리스인은 돌, 진흙 벽돌, 나무로만 건축했다는 의견이 지배적이었다. 그러나 홈에 뚜렷한 녹슨 철의 얼룩이 남아 있는 것은 그들이 장력과 압축에 의한 응력 문제를 알고 있었으며, 이를 해결하는 데 철이 유용하다는 것을 증명한다. 그리스 엔지니어는 철 보강재로 석조물을 강화하는 중요한 발전을 최초로 이룬 것으로 보인다.

 

테베의 보물창고 

 

아테네의 에렉테이온 

 

밧새의 아폴로 신전 

 

그들은 다른 공학 분야에서는 비교할 만한 진전을 이루지 못했다. 주로 산과 바다를 사이에 두고 서로를 치열하게 질투하는 작은 도시 국가로 땅을 나눈 해상 민족이었던 그들은 간선 고속도로를 원하지도 않았고 실제로 필요하지도 않았다. 어쨌든 그들은 페루의 산에 사는 사람들처럼 정착지를 연결하는 도로를 건설하기 위해 노력하지 않았고, 크노소스와 미케네의 선조들이 건설한 도로를 개선하려고 노력하지도 않았다. 엘레우시스 같은 신전으로 가는 짧은 길이나 채석장에서 부두로 가는 딱딱한 노면은 조심스럽게 정비했다. 그러나 좁은 길에 바퀴를 유지하기 위해 홈을 파려고 가끔 제공되는 포장도로에서 교통량이 많을 것으로 예상했다고 말할 수 없다. 그러나 코린트와 같은 도시는 포장도로와 보도가 일부 존재했다.

 

 

그리스 건설의 한 독특한 프로젝트는 대규모 포장 공사가 필요했다. 바로 펠로폰네소스 해협을 450마일이나 돌아가는 여정을 피하려고 코린트 지협을 가로지르는 선박을 위한 디올코스(diolkos), 바꿔 말하면 슬립웨이(slipway)였다. 해안에서 해안까지 4마일 중 일부는 약 15피트 폭으로 포장되었다. 양쪽 끝에는 현대식 해상 철도처럼 물속으로 경사진 둑길을 만들어 대부분 100톤 미만의 범요선(gally)과 경량 선박을 롤러가 달린 받침대에 싣고, 사람이나 소가 나룻배를 끌 수 있게 했다. 그리스 선원들은 배를 정박하기보다는 해변에 익숙했기 때문에 끝의 가파른 경사면에는 윈치(winch)와 도르래를 사용했을 수 있다. 운하가 여러 번 제안되었고, 나중에 로마 황제 네로가 실제로 운하 공사를 시작했지만, 단단한 바위를 뚫는 작업은 1893년에 완공된 코린트에 현대식 선박 운하가 건설될 때까지 너무 어렵고 비용이 많이 들었다.

 

코린트에 남아있는 디올코스 

 

몇 세기 전부터 지중해 지역에서는 새로운 종류의 선박이 발전하고 있었다. 무역이 지속해서 증가하면서 상품을 운반할 수 있는 특별한 형태의 선박이 필요했다. 노로 추진되는 초기의 배는 길고 얕고 좁아서 화물을 운반하는 데 적합하지 않았다. 따라서 엔지니어들은 더 깊고 넓은 배를 개발했다. 많은 노를 젓는 선원들은 화물 공간을 차지하고 식량이 필요하므로 경제적이지 아니므로 노를 없애고 돛을 주요 추진 동력으로 대체했다. 이 지중해 상선은 최초의 진정한 범선이었다. 그러나 이집트의 이전 배들처럼 사각형 돛 하나만 달았고, 바람만 타고 항해할 수 없었으며, 노를 젓는 선원을 따로 두지 않았지만 노를 저어 조종하는 경우가 많았다.

 

지중해 상선 

 

고대의 다른 도시와 마찬가지로 그리스 도시에도 공공 상수도가 있었다. 대부분 산의 샘에서 도시 안팎의 저수지까지 땅의 윤곽을 따라 도랑을 파는 것은 비교적 쉬웠다. 이 저수지에 점토로 만든 배관이 분수대와 집수지로 연결하여 사람들이 집에서 필요한 물을 얻었다. 그러나 헤로도토스가 묘사하고 1882년에 재발견한 기원전 6세기의 훨씬 더 정교한 물 공급 시스템은 사모스섬에서 볼 수 있다. 기술자인 메가라(Megara)의 유팔리누스(Eupalinos) 터널은 거의 1,000피트 높이의 바위산을 뚫었고, 길이 1마일, 폭 6피트 정도의 수로를 건설했다. 지금도 그렇듯이 이 터널은 반대편에서 시작하여 중앙으로 뚫었다.

 

유팔리누스(Eupalinos) 터널

 

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계획적으로 지어진 아테네의 화려한 새 공공건물과 수 세기 동안 구부러진 길을 따라 아무렇게나 지어진 햇볕에 말린 벽돌로 지어진 비참한 오래된 집의 대조는 그리스인들의 적절성과 아름다움에 대한 감각을 상하게 했고, 무언가 조치하고 싶은 열망을 불러일으켰다. 페리클레스의 친구였던 밀레투스의 히포다무스는 이러한 공익 정신으로 현대 도시 계획의 선구자가 되었다. 고대 바빌론은 기념비적인 대로 또는 행진용 거리로 어느 정도 계획에 따라 건설된 것은 사실이다. 그리고 이미 히타이트에는 기원전 1300년경에 원형으로 정확하게 배치된 도시가 있었다. 그런데도 그리스인들은 최초의 진정한 공동체 생활 정신으로 인정하고 있다. 전통에 따르면 히포다무스가 그 선두에 섰다고 한다. 아리스토텔레스는 히포다무스를 거리와 건물을 조화로운 전체로 생각한 최초의 건축가라고 생각했다. 즉, 그는 교차로가 있는 넓은 도로를 중심으로 주거지, 신전, 극장, 체육관, 운동장, 기념비, 광장 등을 직사각형 블록으로 구성하여 이를 이용하는 사람들의 편의를 위해 서로 적절한 관계에 배치하는 도시 계획을 개발했다.

 

피레아스 항구

 

기회가 주어지자 히포다무스는 아테네의 항구인 피레아스(Piraeus)를 정교한 규모로 재건했다. 그는 이탈리아 남부의 그리스 식민지 도시인 투리이(Thurii)를 인상적인 직사각형 계획에 따라 배치했으며, 에게해 북쪽 해안의 아테네 식민지였던 올린투스(Olynthus)를 건설하는 데도 관여했을 것으로 추정된다. 최근 이곳에서 발굴을 통해 길 가장자리에서 벽이 솟아 있는 10개의 블록으로 그룹화된 개인 주택이 밝혀졌다. 고대 그리스 도시가 확장하면서 교외 지역도 설계도에 따라 건설되기도 했지만, 히포다무스가 만든 원칙의 일반적인 적용은 헬레니즘 시대의 새로운 도시를 기다려야 했다.

 

고대 도시 투리이

 

고대 도시 올린투스