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뛰어난 조형미와 구조 안정성의 으뜸 ‘홍예(虹霓)’
15-07-06 15:33

 홍예란 무지개 같이 반원형의 꼴로 쌓은 구조물로 불국사 청운교와 백운교, 창덕궁 금천교와 같은 다리, 공주 무령왕릉 같은 고분, 국보 제1호 숭례문, 경복궁의 정문인 광화문 같은 성문, 그리고 경주의 석빙고 등에 쓰였던 건축물을 말하며, 구름다리·무지개 모양·아치(arch)형이라고도 부른다.

홍예는 구조적으로 덮고, 지지하고, 버티는 3가지 작용을 수행한다. 홍예 구조물은 필연적으로 쐐기 형태의 기계적인 속성에 의존하며, 일반적으로는 홍예석이라 불리는 쐐기 모양으로 생긴 돌 또는 벽돌(塼)을 한 단 한 단 연속적으로 안으로 오므려 쌓아올린다. 즉, 홍예는 좌우에서 돌을 안쪽으로 오므려 쌓아 올라가다, 맨 위 정점의 마지막 돌인 이맛돌(Key Stone)을 단단히 끼워 넣으면 완성되는 것이다. 다리 위의 구조물이나 성벽이 무너져도 홍예가 건재한 이유는 바로 이 이맛돌 때문이다. 이맛돌은 천장덮개돌이라고도 부르는데, 천정돌이 밀리거나, 떠오르고 내려가는 것을 막아준다. 또한, 받침돌을 더욱 안정되게 하고, 압축력을 좋게 하여 주는 역할을 하므로 홍예가 무너지지 않고 건재한 것이다.

홍예는 응력(應力)의 관점에서 보면 기둥과 유사한데 이는 주요 응력이 압축력이기 때문이다. 기둥과 보로 연결되는 구조는 홍예가 발견되기 이전부터 사용되고 있었으나, 기둥과 기둥 사이에 올리는 보는 수 척(尺)을 넘을 경우 지지가 될 수 없으므로, 홍예의 발견은 대단히 중요한 기술적 발전으로 볼 수 있다.

다리나 성문 등은 모양이 반원형의 아치일 때 위에서 누르는 힘에 가장 잘 견딘다. 이렇게 홍예의 정점에서 발생한 중력은 개개의 홍예석으로 전달되어 홍예의 기점(무지개받침)으로 전달된다. 이처럼 위에서 가하는 힘을 좌우로 분산시켜 붕괴 위험이 거의 없으므로 홍예를 고도로 발달한 건축 구조라고 부르는 것이다.

우리나라에서 홍예가 언제부터 사용되었는지는 정확히 알 수 없으나 평양 낙랑(樂 浪) 고분의 궁륭천장(석굴암의 주실처럼 활 모양으로 둥근 천장. 돔)과 널길{연도(羨道) : 고분의 입구에서 시체를 안치한 방에까지 이르는 길}에서 처음 볼 수 있다. 쌓는 방법은 벽돌로 길이모쌓기(長手積)와 작은모쌓기(小口積)를 되풀이하여 3단을 가로로 쌓은 다음, 그 위에 벽돌을 세워서 1단을 쌓는 방법(3平1竪)으로 매우 정교하게 쌓았다. 이러한 방법으로 위로 올라가면서 차차 내부로 기울어지도록 하여 궁륭천장을 만든 것이다. 이 방법은 이후 삼국에 영향을 주어 각 분묘는 궁륭천장과 홍예로 발전하게 된다. 특히 백제 공주 무령왕릉은 벽돌이라는 재료상의 이질성뿐만 아니라, 홍예 천장구조를 하고 있다는 점에서 일찍부터 널리 알려져 왔는데, 4平1竪 방법으로 사면(四面) 벽체에서 천장의 홍예에 이르기까지 거의 완벽하게 구축하였다.

이러한 발달된 기술은 통일 신라로 이어져 8세기경에 세운 경주 불국사의 청운교·백운교·칠보교·연화교에서 기술적 극치를 이룬다. 특히 청운교는 이중 홍예 모양으로 되어 있는데, 다리 위에서 누르는 힘을 2중 홍예로 분산시켜 무거운 힘에도 잘 견딜 수 있게 축조하였다. 여기에서 전인미답(前人未踏)의 경지를 개척한 김대성의 독자적이고도 뛰어난 건축 기술을 엿볼 수 있다.

청운교 터널의 입구 넓이는 6.67㎡이며, 터널의 길이는 574cm인 이중 홍예이다. 1홍예(아래)는 천정돌 12개와, 천장 중심돌 1개가 연결되어 지름 236cm인 반원 모양이며, 2홍예(위)는 천장 덮개돌 2개와 사다리꼴( ) 모양의 천장 덮개 중심돌이 1홍예의 천정돌을 아치 모양으로 감싸고 있다.

청운교 1홍예 천정돌의 윗면과 아랫면의 길이의 비는 6:5정도가 되며, 천장돌 사이의 틈은 찾아볼 수가 없을 정도로 치밀하다. 12개의 천정돌은 천정 중심돌과 반원 밑선의 중앙을 잇는 선을 중심으로 좌, 우 대칭위치에 있어 균형 있게 보인다. 또한, 천정돌은 반원 밑선의 중앙을 향하고 있어, 다리 터널의 입구에서 터널의 모양과 아름다움을 잘 볼 수 있도록 배치되어 있다. 바로 여기에서 구조의 안정성과 뛰어난 조형미를 느낄 수 있다.
중국이나 인도의 석굴은 모두 자연 암벽을 파서 만들었으나, 석굴암은 세계에서 그 유래를 찾아 볼 수 없는 인공 석굴인데다가 주실의 천장이 궁륭을 이루는 돔(dome)으로 설계되었다.

모르타르가 없던 시대에 낱장의 돌을 쌓으면서 서로의 힘을 의지하며 반구형의 돔을 형성한다는 것은 여간 어려운 일이 아니다. 왜냐하면, 조금만 역학 관계가 어긋나도 안쪽으로 쏟아져 내리기 때문이다. 이와 같이 우리 고유의 홍예는 돌과 돌 사이에 모르타르와 같은 접착제를 사용하지 않았기 때문에 엄밀히 말하면 돌이 허공에 떠있는 셈인 것이다.

여기에서 우리 선조들이 구조 역학과 돌을 다룸에서 얼마나 탁월한 기술을 갖고 있었는지를 알 수 있다. 이들은 삼국 시대에 축적된 다리, 고분, 성곽 등의 석축 기술과 문화 능력을 바탕으로 전체적인 설계와 공간 배치, 수학적 비례, 즉 평면 및 입체 기하학의 지식을 석굴암에 능숙하게 적용한 것이다. 여기에다 온도 및 습기 등의 자연 조절과 과학적인 자연 통풍, 모든 조각의 미술적 예술미 등 세계 어느 곳에서도 찾아볼 수 없는 과학 기술과 수학적 비례, 예술적 아름다움이 이상적으로 합치된 걸작을 만든 것이다.

그렇다면 무령왕릉과 불국사 청운교·백운교, 석굴암에서 보듯, 우리 선조들이 만든 홍예 건축물은 천여 년이 지난 오늘날에도 그 모습을 그대로 유지할 수 있는 까닭은 무엇일까? 우리나라의 홍예교를 연구한 결과를 보면, 모든 홍예교의 아치 모양은 반원에 가까우나 높이가 폭의 1/2보다 같거나 크게 계측되었다(높이≧폭×1/2). 어느 홍예교나 홍예석의 수는 홀수이며, 중앙 홍예석을 중심으로 양쪽의 수와 모양이 대칭이다.

홍예석의 각도는 반원의 중심각 180°를 홍예석의 수로 나눈 값에 가깝게 나타나며, 홍예석의 두께가 두껍고 무게가 무거울수록, 특히 중앙 홍예석이 두꺼울 경우에 견디는 힘이 더욱 강하다는 결론을 얻었다. 이러한 가장 이상적인 구조가 천 년의 세월을 버티게 한 요소가 되었으며, 더 나아가 우리 조상들의 뛰어난 과학적 구조 기술과 창의적인 건축 기술을 증명하고 있다.

홍예의 각부명칭 - 겉둘레, 안둘레, 선단석, 홍예굽, 홍예중석, 용두석, 부형무사석, 무사석, 홍예석, 잠지리무사, 홍예종류 - 반원형 홍예, 타원형홍예, 포물선형 홍예, 말굽형홍예, 기타형(1), 기타형(2) 예로는 흥국사 홍교, 강화 석수문(1709년), 논산 원목다리(1728년)
 
-출처: 함한국문화재재단  글 윤용현 (국립중앙과학관 교육문화과장)                    
   
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