전기/전자/컴퓨터공학, 토목/도시공학

전기, 전자, 컴퓨터 공학: 방승양 포항공대 컴퓨터공학 교수

 

요즘은 기술이 아니라 상상력의 한계가 우리의 한계이다. 과거에는 상상도 못했던 것들이 하루가 다르게 생겨나고 있다. 정보기술은 컴퓨터와 통신 그것을 지원하는 관련기술, 그것들을 이용하는 관련기술이다. 전기공학은 1800년대 전기에 대한 이해와 기술이 발전함에 따라 생긴 학문이다. 대학에서 전기공학이 생긴 것은 1900년 전후다. 대학의 전공분야는 사회적으로 필요할 때 생긴다. 전기공학과가 개설된 것은 20세기에 들어와서다. 전기공학이란 전기의 생산, 전달 그리고 사용에 관한 학문이다. 전기에너지가 모터를 통해 기계에너지로 바뀐다. 효율적 에너지 변환이 관건이다. 또 한가지 중요한 분야가 제어계측이다. 전기공학의 핵심이라 할 수 있는 전력생산과 송배전에 관한 기술이 상당히 표준화되어 연구가 정체되고 있다. 원래 전기공학은 전기와 관련된 모든 원리와 응용기술이라 한다면, 전기, 전자, 컴퓨터 공학 모두가 전기 공학이다.

 

전기공학과 전자공학은 어떻게 구별할 까? 전기공학은 100V이상 회로나 기기가 대상이고 전자공학은 수 볼트이하 회로나 기기를 대상으로 하는 약전으로 분류하기도 하는 전자공학은 플레밍의 진공관 발명으로 시작되었다. 헤르츠가 전자파 존재를 증명하고 마르코니가 무선전신기를 발명함으로써 전자파 통신시대로 돌입한다. 진공관은 라디오 수신기에 이용됨으로써 방송시대를 열었다. 20세기 이후 트랜지스터와 집적회로의 발명으로 전자공학은 폭발적인 발전을 하게 된다. 반도체란 원래 거의 전기가 통하지 않지만 빛이나 열 또는 불순물을 가해주면 전기가 통하고 조절도 가능해진다. 트랜지스터는 벨연구소에서 발명되어 이전의 진공관을 대체하여 기존전기기의 크기와 전력소비를 줄였다.

 

전자공학의 세부 분야를 간단히 소개하면 다음과 같다. 반도체분야는 반도체를 만드는 과정에 대한 분야와 회로설계에 관한 분야로 나눌 수 있다. 불량품의 수를 줄이기 위한 공정기술과 높은 집적도의 반도체를 만들기 위한 기술과 IC회로설계가 중요하다. 각종 정보통신 및 산업분야의 시스템에 적합한 주문형 반도체칩을 설계함으로써 소형화 고성능화 저가격화를 실현하게 되었다. 회로를 하나의 IC로 만드는 SOC시대가 되었다. 그리고 통신 및 신호처리분야는 차세대 통신기술 및 첨단시스템의 기본이다. 신호처리분야는 신호해석을 통해 정보의 추출 및 전송효율을 극대화하는 이론을 배운다. 전파기술도 통신기술이다. 제어기술은 모든 공장자동화의 기초이다. 20세기초 포드자동차에서 시작된 작업의 전문화와 생산라인 개념은 그 후 크게 발전하였다. 제어분야의 컴퓨터 도입은 다양한 제어기술을 가능케 했다. 로봇기술의 발전과 보급에는 컴퓨터의 힘이 크다. 컴퓨터 시스템분야는 간단한 PC뿐 아니라 대형컴퓨터의 기본적인 구조와 각 구성요소의 동작원리를 배우고 다양한 컴퓨터시스템을 설계하는 분야이다.

 

컴퓨터공학은 그 발전 속도가 매우 빠르다. 최초의 컴퓨터는 ENIAC으로 알려져 있다. 진공관으로 개발되었다. 회로의 혁신으로 부피와 전력소모가 줄었고 컴퓨터 메모리 용량도 급격하게 증가했다. 소형화 되고 가격이 내려감에 따라 컴퓨터 보급이 가속화 되고 대량생산으로 이어졌다. S/W도 많은 변화가 있었다. 개인용컴퓨터가 개발됨에 따라 기존 OS와 달리 일반사용자가 쓰기 쉬운 Window방식이 개발되었다. 프로그램을 개발하기 위한 도구인 프로그래밍 언어에도 많은 변화가 있었다. 0과 1로 구성된 언어가 알파벳을 이용한 Assembly언어로 바뀌었고, 그 다음 각기 응용목적에 따라 필요한 프로그래밍 언어가 개발 되었다. 과학계산용 언어인 FORTRAN이 개발되었고 비즈니스용 언어인 COBOL이 나타났다. UNIX OS를 개발하기 위하여 C언어가 보급 되었고 객체지향언어인 C++가 등장하였다. 그리고 인터넷과 관련하여 Jaba가 많이 이용되었다. 컴퓨터 진가는 S/W에 있다. 컴퓨터가 잘하지 못하는 일은 사람의 지능과 관련된 작업이다. 시각, 청각, 촉각 등과 연관된 작업에서 그러하다. 컴퓨터는 수학적 원리로 발명되었고 기본적인 동작을 순차적으로 고속처리 함으로써 주어진 일을 수행한다. 하지만 인간은 수억년의 진화가 만들어낸 발명품이다. 회로는 수많은 신경세포가 서로 연결되어 있는 상태이고 동작은 병렬적이며 분산적이다.

 

컴퓨터는 S/W가 생명이다. 프로그램을 개발하여 자기의도대로 오류 없이 동작하게 만든다는 것은 쉽지 않다. 프로그램의 크기가 커짐에 따라 들어가는 노력은 기하급수적으로 증가한다. 대학의 컴퓨터공학과는 프로그래머 양성소가 아니다. 프로그래밍은 수단일 뿐이다. 인터넷은 원래 흩어져 있는 미니컴퓨터를 연결함으로써 시작되었다. 데이터를 얼마나 효율적으로 보내는가로 시작되었다. PC보급으로 인해 전 세계PC를 연결하여 신속하게 데이터를 주고받음으로써 인터넷 성격은 완전히 달라졌다. 남의 데이터를 쉽게 보게 하는 웹브라우저 web browser 개발이 큰 몫을 차지했다. 인터넷이 초대형 백과사전이 되고 국경 없이 의사소통과 교육이 일어나고 있다. 시각뿐 아니라 소리나 촉감 등 현장감을 더 많게 해주기 위해 연구하는 분야가 가상현실이다. 가상현실 기술은 게임뿐 아니라 의대생 수술교육에도 활용된다.

 

일반적으로 전공분야 선택시 적성을 중요하는 경향이 있는데 더 중요한 것은 자신의 의지다. 자기가 하고 싶은 것을 선택하는 것이 성공할 가능성이 크다. 그러면 의지가 생기고 열심히 하게 되고 열심히 하다보면 잘하게 된다. 전기, 전자, 컴퓨터공학 분야는 대학원까지 공부를 하는 것이 좋다. 첨단과학기술분야는 석사학위가 최소요구조건이다. 최근 기업이 요구하는 것은 근면, 성실이 아니라 문제해결형이다. 학부때 공부는 기초에 치중하는 것이 바람직하다. 인생은 장거리 레이스다. Slow but steady의 태도가 중요하다.

 

토목/ 도시공학:  원제무 한양대학교 도시공학과 교수

 

과학과 토목의 융합은 우리가 사는 세상을 더욱 편리하게 만들어 놓고 있다. 토목공학은 영어로 civil engineering 이라고 한다. 이는 문명 civilization에서 유래했다. 토목공학은 시민을 위한 생활시설을 설계하고 건설해주는 학문분야라 할 수 있다. 건축분야는 아파트, 빌딩, 주택 등을 설계하고 시공하는 학문이고, 토목공학은 아파트, 빌딩, 주택 이외의 모든 구조물을 다루는 분야이다. 토목시설이란 한 나라의 힘을 나타내는 시설로 나라를 지탱하는 핵심시설이라 할 수 있다. 로마제국의 힘은 토목기술에 있다고 할 수 있다. 전투준비를 위한 요새를 구축하고 수로를 만들고 도로를 만들었다. 토목공학에서는 지반공학, 응용역학, 암반공학, 철근콘크리트공학, 토목 수리학, 도로공학, 수문학, 건설재료학, 철도공학 등을 교육하고 있다. 사업대상으로는 교량설계 및 시공, 댐, 항만, 도로, 터널, 공항, 고속철도, 운하, 플랜트(설비시스템)설계 및 시공 등이다.

 

토목기술은 18세기 군공병대에서 댐, 수로, 도로 등 토목구조물을 시작으로 도시의 상하수도, 도로 등이 필요하게 되자 공병대 토목기술이 민간으로 전수되었다. 이렇게 토목공학은 민간공학 또는 문명공학civil engineering 이름으로 탄생했다. 토목공학은 크게 토목기초학, 토목재료학, 토목구조학, 토목시설학, 토목계획학, 토목기계학으로 나뉜다. 토목기초학은 수학과 역학을 토목구조물이 응용하는 학문이다. 응용수학, 확률과 통계, 구조역학, 재료역학, 토질 및 암반 역학, 수리 및 수문학, 내진공학, 해안공학, 측량 등이 해당된다. 토목재료학은 토목구조물 재료의 형상, 부재의 구조에 대한 지식을 얻기 위해 토목지질학, 콘크리트 및 철근공학, 아스팔트 재료 등에 대해 연구하는 분야이다. 토목구조학은 토목기술학과 토목재료학을 토대로 구조물을 건조하는 건조공학이다. 교량학, 구조공학, 터널공학 등이 이 분야에 해당한다. 토목시설학은 토목구조물의 주요 구성부분에 초점을 맞춘 학문이다. 도로공학, 철도공학, 항만공학, 공항공학, 에너지 시설 등이 여기에 해당한다. 토목계획학은 토목시설물의 계획과정을 살피고 시설물의 장래 수요를 측정하는 학문이다. 국토계획, 교통계획, 도시계획, 농토계획, 환경계획, 수자원계획 등이 포함된다.

 

정보기술, 컴퓨터, GPS 등의 기술을 접목하여 지식산업화가 이루어지고 있다. 사회간접자본 시설의 민간자본 투자가 활발해지고 있어 SOC 시설타당성, 수익성, 행정절차 등 종전에 토목공사에서 다루어지 않았던 분야에 대한 지식이 필요하다. 그리고 환경문제, 경관문제, 수질오염문제, 주민갈등문제, 이해집단과의 협상문제, 교통문제 등을 토목공학 관점에서 인식하기 위해 토목계획학, 도시계획학, 환경공학, 갈등관리, 협상 등의 학문적 영역으로 확대되고 있다.

 

근대와 현대에 걸쳐 도시와 도시문제에 대한 정치사회적 관심이 이어져 왔고, 이러한 사회의 식은 도시와 도시문제를 규명하고 해결책을 제시하는 학문적 토대를 필요로 하게 되었다. 도시는 다양한 계층의 사람들이 모여 일하고 즐기고 움직이는 거대한 생명체다. 이런 기능을 하는 도시가 현재 위기상황에 처해있다. 난개발 열기가 온 도시지역을 뒤덮고 생활 구석구석까지 환경파괴가 진행되고 있다. 교통난, 부동산 가격, 대기오염 등 도시문제의 유형도 다양해졌고 해결하지 못한 도시문제들이 허다하다. 이러한 문제에 대한 해결방법을 제시하고자 시도하는 학문적체계가 도시공학이다. 도시공학은 도시계획을 근간으로 이루어져 있다. 도시공학은 사회과학, 공학, 예술, 경영, 계획, 정책, 개발 등 무엇이라 불러도 좋다. 도시공학은 종합과학이고 잡학이다. 예전 도시계획은 도시시설 확충과 개선에 초점을 맞추어 진행되었다. 시설건설위주의 도시계획은 교통공학, 환경공학, 토목공학 등의 방법을 동원하였다. 80년대 90년대를 거치면서 도로, 지하철, 상하수도, 주택 등 도시의 주요 인프라를 어느 정도 갖추게 되자 도시경제나 도시 사회적 문제들이 보이게 되었다. 이에 따라 도시공학은 계획이론, 사회계획 도시경제, 공간정치, 생태학, 지리정보시스템, 도시계획법 등이 추가되어 종합과학이 되었다. 도시공학은 몇 가지 분야로 눌 수 있다.

 

계획이론은 계획의 사상, 역사 등에 포함해야 할 가치, 계획의 영향력과 한계, 계획의 형태, 계획의 정당성 등을 연구한다. 토지이용계획은 도시 시민들의 활동을 예측하여 토지 위에 배치하는 분야이다. 도시개발사업은 도시계획을 실행하기 위한 사업들을 의미한다. 아파트지구개발, 재개발, 재건축, 공업단지개발, 국민주택용 대지조성사업 등이 있다. 도시경관계획은 좋은 경관을 만들기 위한 방법과 과정을 연구하는 분야이다. 도시미화, 도시개성창출, 역사적 자연경관보존, 도시환경 질 향상, 역사문화보존지구, 문화재 지구 등에 대한 것이다. 교통계획은 장래 발생할 교통량을 추정하여 도로나 철도 등의 필요성을 검토하여 교통정책을 제시하는 과정이다. 교통계획분야는 교통공학, 교통수요분석, 도로공학, 화물 및 물류계획, 첨단교통체계, 교통정보시스템 등이다. 공원녹지 계획은 녹지얼개와 생태의 질서와 체계를 구성해 주는 과정이다.

 

전자기술과 정보통신기술의 눈부신 발달에 따라 모든 영역에서 정보가 우선시 되는 정보화 도시로 변모되고 있다. 네트워크화로 대표되는 정보화는 도시공간을 새로운 환경으로 변모시키고 있다. 최근 도심 재생의 역할을 우선 연구대상으로 삼고 산업화, 도시화 과정에서 무질서하게 형성된 도심재생능력을 기울이고 있다. 지속가능한 도시를 받아들이면서 도시공학에서는 지속가능성이 새로운 패러다임으로 연구되고 있다. 지속가능한 도시는 생태도시로 연결되면서 자연속의 도시를 연구하고 있다. 또 고밀압축도시를 새로운 패러다임으로 받아들임으로서 도시의 공간적 확산을 억제하고 주거, 직장, 상업, 서비스 등 일상적인 도시기능을 기존 시가지 안으로 수용하여 혼합 토지이용을 유도하는데 초점을 맞추고 있다. 최근 도시공학은 인간을 모든 도시계획이 중심에 놓고 계획해야 한다고 주장한다. 보행자 중심 도시, 시민이 쾌적하게 살 수 있는 도시를 만드는데 노력을 기울여야 할 것이다.