آیا یک روز در ساختمان‌هایی به‌اندازه شهر زندگی خواهیم کرد؟
در داستان‌های علمی‌تخیلی، شهرهای محصور به‌عنوان سکونتگاه‌های آینده‌نگرانه معرفی می‌شوند. آن‌ها زیستگاه‌های مستقلی هستند که تمام زیرساخت‌های موردنیاز ازجمله زیرساخت‌های ضروری برای تولید انرژی، تولید غذا، مدیریت ضایعات و آب را در خود جای داده‌اند.
در سال ۱۹۶۹، معماری به نام پائولو سولری مفهوم آرکولوژی (ترکیب معماری و اکولوژی) را پیشنهاد کرد. در آن زمان، سولری به‌دنبال ترکیب ساختوساز با اصول بوم‌شناسی بود. یک سال بعد، سولری شروع به کار روی ارکو سانتی، شهری آزمایشی در آمریکا کرد که مفاهیم مدنظر او را به‌نمایش می‌گذاشت.
ایده‌های سولری الهام‌بخش داستان‌های علمی‌تخیلی با چشم‌اندازی از شهرهای آینده شد: زیستگاه‌های بزرگ و یکپارچه‌ای که مردم در آن بدون ترک ساختمان زندگی و کار می‌کنند. از نمونه‌های سینمایی این چشم‌انداز می‌توان به ساختمان‌های بسیار بلند در فیلم دِرِد (براساس کتاب قاضی دِرِد) و آسمان‌خراش (۲۰۱۸) اشاره کرد.
داستان‌های علمی‌تخیلی نیز به‌نوبه‌ی‌خود ممکن است الهام‌بخش نسخه‌هایی در دنیای واقعی شده باشند. شهر پیشنهادی عربستان‌سعودی با نام لاین (The Line) به‌عنوان شهر هوشمند بزرگی معرفی شده است که بتواند در ساختمانی به عرض ۲۰۰ متر و طول ۱۷۰ کیلومتر و ارتفاع ۵۰۰ متر، ۹ میلیون نفر را در خود جای دهد. انرژی موردنیاز شهر لاین از انرژی خورشیدی و توربین‌های بادی تأمین می‌شود؛ اما کاملاً خودکفا نخواهد بود؛ زیرا لازم است موادغذایی و منابع دیگر از بیرون از شهر تأمین شود.
برخی از سازه‌های مشابه آرکولوژی هم‌اکنون وجود دارند. برای مثال، پایگاه‌های تحقیقاتی قطب جنوب جوامع نسبتاً خودکفایی هستند که البته این مسئله بیشتر به‌دلیل دوری آن‌ها است. حفاظت دربرابر محیط همچنین بدین‌معنا است که چنین سازه‌هایی باید مستقل باشند. پایگاه مک‌موردو سکونتگاهی برای حدود ۳ هزار پژوهشگر و کارکنان پشتیبانی مهیا می‌کند؛ اگرچه این ایستگاه همچنان به منابع زیادی از غذا و سوخت در هرسال نیاز دارد.
سازه‌های دیگر طوری ساخته شده‌اند که تاحدممکن خودکفا و مستقل باشند. این سازه‌ها شامل ناوهای هواپیمابر و زیردریایی‌های هسته‌ای و سکوهای نفتی هستند. این سازه‌ها فضای موردنیاز برای کار و زندگی خدمه را دارند؛ البته برای استفاده کوتاه‌مدت در نظر گرفته شده است.
ناو هواپیمابر باید هر چند هفته منابع موردنیاز خود را تجدید کند؛ درحالی‌که زیردریایی هسته‌ای می‌تواند تا چهار ماه زیر آب بماند. هیچ‌یک از این موارد مکان‌های خوشایندی برای زندگی نیستند. زیردریایی‌ها تنگ و بدبو هستند و قسمت مخصوص خواب ممکن است مشترک باشد و به‌دلیل نبود روشنایی، خدمه باید مکمل ویتامین دی مصرف کنند.
شهر لاین بیش از ۱۷۰ کیلومتر در سراسر عربستان‌سعودی امتداد خواهد داشت.
آیا واقعاً می‌توانیم آرکولوژی بسازیم؟ چنین سازه بزرگی برای اینکه بتواند وزن خود را تحمل کند، به پایه‌های عظیمی نیاز دارد. مونیکا آنسپرگر، مهندس سازه از شرکت BSP Consulting می‌گوید: «می‌توانید تقریباً هرچیزی را در حدی که معقول باشد، بسازید. بار خیلی زیاد خواهد بود؛ اما هیچ‌چیز غیرممکن نیست. فقط ساختن پایه‌های آن هزینه بیشتری خواهد داشت.»
مسئله بزرگ‌تری که ناشی از ارتفاع ساختمان است، تأثیر باد است. بار باد برای خانه‌های معمولی نگرانی مهمی محسوب نمی‌شود؛ اما برج‌های عظیمی مانند برج خلیفه در دبی باید جریان باد و گردبادهای حاصل از آن را در نظر بگیرند. گردباد اثری است که دراثر برخورد باد به سطح ساختمان ایجاد می‌شود و ناحیه کم‌فشاری را در سمت مقابل ایجاد می‌کند و سپس، به‌سمت آن می‌چرخد تا آن را پر کند. اثر گردباد موجب می‌شود ساختمان‌های بلند هنگام بادهای شدید دچار نوسان شوند.
اثر نوسان براثر گردباد می‌تواند از موج برداشتن نوشیدنی تا فروپاشی سازه متغیر باشد. در سال ۱۹۴۰، پل تاکوما نروز در واشینگتن براثر ورزش بادهای شدیدی که باعث ایجاد نوساناتی با فرکانس بالا روی پل شد (حرکات سریع)، فروریخت و پل تکه‌تکه شد. اثرهای گردبادها را می‌توان با استفاده از میراگر (ابزاری برای کاهش ارتعاشات) برای کاهش حرکات و نیز طراحی سازه به‌گونه‌ای کاهش داد که جریان باد را مختل کند.
آدریان اسمیت، معمار بسیاری از ساختمان‌های بزرگ ازجمله برج خلیفه می‌گوید: «یکی از راه‌های کاهش گردبادها تغییر شکل ساختمان هم‌گام با بالارفتن آن است. اگر شکل ساختمان را تغییر ندهید، گردباد فرصتی برای ایجاد خود و تولید امواجی از حرکت خواهد داشت. گردبادها با ساختار بنا هماهنگ می‌شوند و موجب فروپاشی می‌شوند.»
بنابراین، به‌جای ساخت آرکولوژی به‌عنوان سازه‌ای با دیوارهای برشی (همان‌طورکه در فیلم دِرِد نشان داده شده است)، این احتمال بیشتر است که سازه طوری ساخته شود که جریان باد را مختل کند (مانند استفاده از سازه پلکانی شبیه سازه‌های آمریکای میانه باستان).
پروژه‌های ساختمانی نظیر لاین جمعیتی را تصور می‌کنند که از زندگی و کار زیر یک سقف خوشحال هستند.
یکی از مشکلات مهم دیگر تولید انرژی است. فناوری‌های انرژی‌های تجدیدپذیر مانند پنل‌های خورشیدی و توربین‌های بادی را به‌راحتی می‌توان در فضای خارجی یک آرکولوژی نصب کرد؛ اما بعید است که به‌تنهایی بتوانند مشکل انرژی را حل کنند. ازآن‌جاکه آن‌ها فقط در برخی مواقع کارآمد هستند، سیستم‌های تولید برق پشتیبان و ذخیره‌سازی انرژی برای زمانی‌که کمبود وجود دارد، موردنیاز خواهد بود.
رآکتورهای هسته‌ای یکی از راه‌حل‌های ممکن مشکل تولید انرژی هستند. رآکتورهای کوچک مدولار (SMRs) نسخه‌های کوچکی از رآکتورهای هسته‌ای پیشرفته هستند که در کارخانه ساخته می‌شوند و به‌طور پیش‌ساخته به محل مدنظر برده می‌شوند، منابع انرژی فشرده و کارآمدی هستند. رآکتورهای کوچک مدولار درمقایسه‌با رآکتورهای بزرگ ازنظر ایمنی و پیشگیری از تکثیر مواد هسته‌ای مزیت‌هایی دارند؛ اگرچه مانند همه رآکتورهای شکافت هسته‌ای، پردازش و ذخیره ضایعات هسته‌ای یکی از مشکلات آن‌ها است.
افزون‌براین، رآکتورهای همجوشی هسته‌ای ایمن‌تر هستند و اشکال پاک‌تری از انرژی را ارائه می‌کنند. طرح‌های فعلی فشرده نیستند (برای مثال طبق پیش‌بینی‌ها، یکی از آن‌ها که ایتر نام دارد، ۲۳۰ هزار تن وزن خواهد داشت) و ازنظر مالی هم مقرون‌به‌صرفه نیستند؛ زیرا هیچ‌یک از آن‌ها تاکنون انرژی بیشتری از انرژی مصرفی خود تولید نکرده است.
تولید غذا نیز باید در نظر گرفته شود. کشاورزی مرسوم در ساختمان عملی نخواهد بود. درحالی‌که می‌توان از مزارع هیدروپونیک عمودی استفاده کرد، نیاز به روشنایی مصرف انرژی را افزایش می‌دهد و محدودیت‌های فضا می‌تواند تولید غذای کافی را دشوار سازد. آرکولوژی به‌تصویرکشیده‌شده در رمان «چاقوی آب» اثر پائولو باچیگالوپی از مجموعه‌ای از حوضچه‌های تصفیه برای بازیافت آب استفاده می‌کند که پذیرفتنی است؛ اگرچه تلفات در هر سیستم بازیافتی اجتناب‌ناپذیر است.
ایستگاه فضایی بین‌المللی (ISS) روزانه حدود ۱۷/۳ لیتر آب ازجمله ادرار و تعریق را بازیافت می‌کند؛ اما همچنان هر چند ماه یک بار به منابع آب شیرین نیاز دارد. البته همه‌ی جوامع آینده را به شکل ساختمان‌های بلند نمی‌بینند. در سال ۲۰۲۱، چین ساخت ساختمان‌های جدید با ارتفاع بیش از ۵۰۰ متر را ممنوع و محدودیت‌های شدیدی را برای ساخت ساختمان‌های مرتفع‌تر از ۲۵۰ متر اعمال کرد.
با‌این‌حال، جوامع باید خود را با جمعیت روبه‌افزایش تطبیق دهند. گسترش مستمر شهرها به‌شکل افقی ازطریق ساختوساز روی زمین‌های جدید به‌طورنامحدود پایدار نیست. آنتونی وود، مدیر مشارکت ساختمان‌های بلند و شهرسازی عمودی در مؤسسه فناوری ایلینوی و رئیس شورای سازمان بین‌المللی ساختمان‌های بلند و زیستگاه شهری می‌گوید: «شهرها با سرعت زیادی در حال گسترش هستند و از یک‌میلیون به ده‌میلیون نفر می‌رسند. آن‌ها نمی‌توانند به‌طورافقی گسترش پیدا کنند؛ زیرا این امر ازنظر استفاده از زمین و انرژی موردنیاز برای ساخت و اداره شهرهای افقی رویه‌ای ناپایدار است. شهرها باید به‌شکل عمودی گسترس پیدا کنند.»
آیا دسترسی به طبیعت و نور به شکاف طبقاتی درون این سکونتگاه‌های آینده‌نگرانه منجر خواهد شد؟
به‌جای برج‌های مستقل، ساختمان‌ها را می‌توان با پل‌های زمینی به‌هم متصل و فضای سبزی بین آن‌ها ایجاد کرد. ساختن سازه‌های مرتفع با شبکه‌ای از پل‌های زمینی با این خطر همراه است که سطوح پایین‌تر را در سایه قرار دهد و سطوح بالاتر را مطلوب‌تر کند و به ایجاد سیستم طبقاتی ساختاریافته درون ساختمان‌ها منجر شود. همان‌طورکه اثرات تغییرات اقلیمی آشکارتر می‌شود، موادی که شهرها از آن‌ها ساخته می‌شوند، ممکن است تغییر کند. انتشارات کربنی ناشی از صنعت سیمان از انتشارات ناشی از بخش هوانوردی بیشتر است.
یکی از مصالح ساختمانی جایگزین می‌تواند چوب صنعتی (چوب مهندسی‌شده) باشد؛ محصول مهندسی‌شده‌ای که از اتصال لایه‌های چوب به‌هم تولید می‌شود. وود می‌گوید: «مقدار انرژی موردنیاز برای تولید چوب صنعتی درمقایسه‌با انرژی موردنیاز برای تولید همین مواد از جنس فولاد یا بتن بسیار کمتر است. این در حالی است که این محصول حین تولید خود، کربن را از اتمسفر می‌گیرد.»
اگرچه ساخت آرکولوژی ازنظر تئوری امکان‌پذیر است، برای اطمینان از اینکه سیستم‌های تولید انرژی و تولید غذا و بازیافت زباله پایدار هستند، به مهندسی مبتکرانه نیاز دارد. منتقدان می‌گویند یکی از مشکلات سازه‌های مبتنی.بر آرکولوژی در آینده نزدیک مقرون‌به‌صرفه‌بودن آن‌ها است. همچنین، این بحث وجود دارد که زندگی دائمی درون منطقه‌ای محصور خوشایند نخواهد بود. دانستن این موضوع آرام‌بخش است که اگر رویداد فاجعه‌باری جهان خارج را سکونت‌ناپذیر کند، زندگی در آن شهر پابرجا خواهد بود.