Градовете от научната фантастика често са изобразявани като всеобхватни и самостоятелни структури, но доколко е възможно да се построи колосален град в една сграда? Затворените градове са се превърнали в нарицателно за футуристични селища в научната фантастика. Те са самостоятелни местообитания, включващи цялата основна инфраструктура като производство на енергия, храна, управление на отпадъците и вода. Концепцията за аркология – термин, съчетаващ архитектура и екология – е предложена от архитекта Паоло Солери през 1969 г., когато той се опитва да съчетае строителството с екологичната философия. Година по-късно Солери започва работа по Аркосанти, експериментален град в Америка, който демонстрира концепциите му. Концепциите на Солери вдъхновяват научната фантастика с визия за футуристични градове: монолитни хабитати, в които населението живее и работи, без да напуска сградата. Кинематографичните примери включват масивните високи сгради във филмите „Дред“ (базиран на комиксовия герой съдия Дред) и „Небостъргач“, въпреки че не са дадени много подробности за начина им на функциониране.Научната фантастика, от своя страна, може да е вдъхновила някои реални варианти. Предложеният от Саудитска Арабия „The Line“ е представен като огромен интелигентен град, в който могат да живеят 9 милиона души в рамките на една сграда с ширина 200 м, простираща се на 170 км и висока 500 м. „The Line“ ще се захранва със слънчева енергия и вятърни турбини, но няма да бъде напълно самостоятелен, тъй като жителите ще имат нужда от храна и други консумативи, които ще трябва да се осигуряват от външни източници. Вече съществуват някои структури, подобни на аркологиите. Например изследователските бази на Антарктида са относително самодостатъчни общности, най-вече поради тяхната отдалеченост. Защитата на околната среда също означава, че те трябва да бъдат самостоятелни. Станцията „МакМърдо“ осигурява жилища за около 3000 изследователи и помощен персонал. Въпреки това тя все още се нуждае от значителни доставки на храна и гориво всяка година. Други структури, които са проектирани така, че да бъдат възможно най-самостоятелни и независими, включват самолетоносачи, ядрени подводници и петролни платформи. Те разполагат с всички жилищни и работни помещения, необходими за екипажа, макар и за краткосрочно ползване. Самолетоносачът трябва да се снабдява с гориво на всеки няколко седмици, а ядрената подводница може да остане под вода до четири месеца. Нито едно от тези места обаче не е особено приятно за живеене. Особено подводниците са тесни и миризливи, спалните помещения могат да бъдат общи, а на екипажа се предписват добавки с витамин D поради липсата на дневна светлина. Но можем ли наистина да построим аркология? Размерът на такава структура би изисквал масивни основи, за да издържи теглото ѝ. „В рамките на разумното може да се построи почти всичко“, казва строителният инженер Моника Аншпергер от BSP Consulting. „Натоварването би било огромно, но няма нищо непостижимо. Просто изграждането на основите за него ще струва повече.“ По-голямото предизвикателство, причинено от височината на сградата, е въздействието на вятъра. Ветровото натоварване не е от голямо значение за обикновената къща, но при колосалните кули, като „Бурдж Халифа“ в Дубай, трябва да се вземат предвид ветровите потоци и произтичащите от тях вихри. Вихърът е ефектът, предизвикан от удара на вятъра в повърхността на сградата, който създава зона с ниско налягане от противоположната страна и след това се завихря, за да я запълни. Именно това действие на вихъра е причина високите сгради да се люлеят при силен вятър. Последиците от люлеенето могат да варират от пулсиране на напитките до срутване на конструкцията. Мостът „Tacoma Narrows“ във Вашингтон се срутва през 1940 г. поради силните ветрове, които предизвикват все по-честотни осцилации (бързи движения) на моста, до такава степен, че мостът се разкъсва на парчета. Ефектите от вихрите могат да бъдат смекчени чрез използване на демпфер с настроена маса (устройство за намаляване на вибрациите), за да се намали движението, както и чрез проектиране на конструкцията така, че да се наруши потокът на вятъра.
„Един от начините за намаляване на вихрите е да се промени формата на сградата по време на нейното издигане“, казва Ейдриън Смит, архитект на много големи сгради, между които „Бурдж Халифа“. „Ако не промените формата на сградата, този вихър има възможност да се надгражда и да създава вълни на движение. Те се синхронизират със структурата на сградата и предизвикват постепенно срутване.“ Ето защо, вместо да се изгражда арка като структура със срязващи стени, както е представено в „Дред“, по-вероятно е тя да бъде построена така, че да нарушава потока на вятъра, например чрез използване на стъпаловидна конструкция, подобно на древните мезоамерикански структури. Друго ключово предизвикателство е производството на енергия. Технологиите за възобновяема енергия, като слънчеви панели и вятърни турбини, биха могли лесно да се монтират на външната страна на арка, но е малко вероятно сами по себе си да осигурят цялостно енергийно решение. Тъй като те ще бъдат ефективни само в определени моменти, ще са необходими резервни системи за производство и за съхранение на енергия, когато има недостиг. Ядрените реактори са възможно алтернативно решение за производство на енергия. Малките модулни реактори (SMR), миниатюрни фабрични версии на усъвършенствани ядрени реактори, са компактни и ефективни източници на енергия. SMR имат някои предимства пред големите реактори по отношение на повишената безопасност и предотвратяването на разпространението на ядрени материали. Въпреки това, както при всички реактори, обработката и съхранението на ядрените отпадъци е предизвикателство. Алтернативно, термоядрените реактори биха били по-безопасни и биха осигурили по-чисти форми на енергия, но настоящите проекти не са нито компактни (един от тях, Iter, се очаква да тежи 23 000 тона), нито финансово жизнеспособни, тъй като никой от тях все още не е произвел повече енергия, отколкото използва. Производството на храни също трябва да се вземе предвид. Конвенционалното земеделие би било непрактично в рамките на една сграда. Биха могли да се използват вертикални хидропонни ферми, които също биха осигурили естествена форма на рециклиране на въздуха. Необходимото осветление обаче би увеличило потреблението на енергия, а ограниченото пространство би могло да затрудни производството на достатъчно храна. В аркологията, описана в романа „Воден нож“ на Паоло Бачигалупи, се използват поредица от филтриращи езера за рециклиране на водата, което е правдоподобно. Въпреки това загубите са неизбежни във всяка система за рециклиране. Международната космическа станция (МКС) рециклира приблизително 3,6 галона (17,3 литра) вода всеки ден, включително урина и пот, но въпреки това се нуждае от редовни доставки на прясна вода на всеки няколко месеца. Не всички виждат бъдещето във високите сгради. През 2021 г. Китай забрани строителството на нови сгради с височина над 500 м и наложи строги ограничения за сградите с височина над 250 м. Въпреки това нарастващото население на Земята трябва да бъде настанено. Непрекъснатото хоризонтално разширяване на градовете чрез застрояване на нови площи не е устойчиво за неопределено време. Това подкрепя аргумента за растеж нагоре, като се създават вертикални градове. „Градовете се разрастват масово“, казва Антъни Ууд, директор на „Високи сгради и вертикален урбанизъм“ в Илинойския технологичен институт и президент на Съвета за високи сгради и градски местообитания. „Те не могат да се развиват хоризонтално, защото това е неустойчиво, както от гледна точка на потреблението на земя, така и на енергията, необходима за изграждането и експлоатацията на хоризонталния град. Той ще стане вертикален.“ Вместо независими небостъргачи, сградите могат да станат свързани помежду си със земни мостове, създавайки зелени пространства между тях. Изграждането все по-нагоре с мрежа от сухопътни мостове обаче рискува да постави в сянка по-ниските нива, правейки по-високите все по-желани, като по този начин се стига до структурирана йерархична система. „Виждам градове, които се разширяват вертикално в близост до транзитни зони, и определено ги виждам да се разширяват и хоризонтално“, казва Смит. Трудно е да се види как аркологиите биха могли да станат икономически жизнеспособни в близко бъдеще Тъй като последиците от изменението на климата стават все по-очевидни, материалите, от които се строят градовете, могат да се променят. Емисиите на въглероден диоксид от циментовата промишленост надвишават тези от авиационния сектор. Един от алтернативните строителни материали би могъл да бъде масовият дървен материал: инженерно изделие, създадено от слоести дървени панели, които са свързани помежду си. „Количеството енергия за производството на масов дървен материал е малка част от това, което би било необходимо за производството на същите материали от стомана или бетон“, казва Ууд. „Докато се произвежда, той задържа въглерод от атмосферата.“ Въпреки че изграждането на аркология е теоретично възможно, поне от конструктивна гледна точка, то ще изисква изобретателно инженерство, за да се гарантира, че необходимите системи за производство на енергия, храна и оползотворяване на отпадъците са устойчиви. Критиците твърдят, че е трудно да се види как аркологиите биха могли да станат икономически жизнеспособни в близко бъдеще. Съществува и аргументът, че постоянният живот в затворена зона не би бил приятен, въпреки че е успокояващо да се знае, че това е възможно, ако апокалиптично събитие направи външния свят необитаем. „Никога не бих казал, че нещо не може да бъде построено“, заключава Аншпергер. „Може да се построи, но трябва да има визия и нужда от това.“
по БГНЕС, автор Питър Рей Алисън от Би Би Си
