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城市可持续发展对城市、经济和世界都有益

国际金属加工网 2023年08月08日

城市的可持续性是个复杂的问题,需要在城市规划中进行全新的合作。这也是对建筑和社区的韧性都至关重要的问题。

要打造城市的可持续性,意味着要设计出在现有基础设施中可行的、相互连接的解决方案,并可大规模扩展。

  • 要让城市可持续发展,其解决方案必须可大规模扩展,并触及城市生活的各个方面。

  • 要实施更可持续的做法,关键在于规划。通过 BIM 和数字孪生技术,工程建设人员可看到所有的“拼图碎片”如何“拼凑”在一起,以改善早已发展成熟的现有建筑和城市状况。

  • 要打造城市的可持续性,只需微小的改变,就可带来巨大的回报:经济变得更好,健康状况更好,甚至能更好地利用现有空间。

城市的可持续性包含很多含义。简单地说,可持续的城市致力于改善城市的社会、经济和环境,以确保城市中当前和未来的居民和游客的生活质量和福祉。

也许更重要的是,这一理念认为:城市生活的各个方面——就业、交通、食品、卫生、经济等等——都会相互影响,因此,设计和实施各方面时,必须考虑到其相互作用的网络效应。

建设可持续发展的城市,需要商定具体细节。解决方案需可扩大或缩小规模,而不破坏已有的平衡。有必要从概念上和地理上明确定义城市边界的确切位置,并选择稳健的指标为依据,来决定优先事项。而现实情况是,许多城市都有几百年甚至几千年历史,其物理上、经济上、文化上和政治上不可持续的体系都已根深蒂固。

城市可持续发展的益处

设计更绿色、更宜居、自给自足的城市是个双赢的好事,既能让在此居住和工作的人受益,同时也让周围环境受益。例如以下方面的益处,相当直接、明显:

环境、交通和能源的益处

城市的脱碳行动至关重要。注资于不基于化石燃料的交通工具,并提供更多的绿色空间,在城市中为动植物提供生存条件,可促进恢复本地生物多样性,让城市居民的生活更为清洁、与自然更紧密相连。

许多城市已经在改变交通系统,如在一些街道上禁行汽车,运行有轨电车,车站靠近商业、零售和住宅中心。这并不需要什么高科技,只要禁行50辆小汽车,代之以一辆公交车,就可以减少交通拥堵、空气污染和化石燃料使用,就这么简单。这样就可腾出空间,把公共交通系统改造得更好,建设自行车道、公园和自然区域。纽约的曼哈顿高线公园已成为一个成功的先例。

纽约曼哈顿的高线公园由废弃的高架铁路改建为一条绿道。

改善公共卫生、食品生产和绿色空间

工作的压力、上下班的奔波、与大自然脱节等因素给人带来疾病和压力,造成数十亿美元的经济损失。而接触大自然对心理健康大有裨益,这一点已毫无疑问,人们在可持续的城市环境中生活更幸福,因而也更富有生产力。

在城市中打造农业系统,如屋顶菜园等,可减少对距离遥远的大规模生产商的依赖,大力培养就地取材、“从农场到餐桌” 的饮食习惯,降低运输造成的排放等各种成本。屋顶农场还能减轻城市的热岛效应,并吸收雨水径流(这是降雨量异常过大时造成城市洪水的主要原因)。

城市的可持续性还体现在善于“变废为宝”。在城市中寻找更多地方作为绿地时,可考虑利用废弃的场所,或利用建筑物内部和周围多余的空间。修建池塘和花园,利于动物回归,这可成为城市可持续性的良好开端。大城市的屋顶上其实是有着阳光(或雨水)充沛的广阔空间,正是开辟城市农场的最佳场所!

向循环经济转变

许多学者认为废弃物其实是一种“还没利用起来的资源”。自然界是个完美的循环系统,人类可向它学习,设计出巧妙的系统,将一个系统输出的废物直接输入下一个系统加以利用。

就拿 2021 年东京奥运会的规划为例,所采购商品中的 99%、所产生废物中 65% 都可重新使用或回收。在 43 个比赛场馆中,只有 8 个是从零开始建造。奥运村广场的木材等材料由当地政府捐赠,赛后归还,或用于其他公共基础设施项目。大部分货物也是租赁的,或事后会由生产商回购。

城市就像人体,每个城市都是个有机生物,没有什么是孤立的,交通、气变应对和公园规划方面的每项政策都影响到其他方面。人们把食物或其他用品购买到城市中,使用后产生的废物需要处理,如用下水道系统排出,或用垃圾车运出去,处理的费用比购买费更高。换句话说,城市对外部世界索取很多,而回报却很少。

然而循环经济则不同,它的系统设计是为了把城市所用过的东西、产出的废物都尽可能地留在城市里,重新回收利用。

如果设立一个对可持续城市规划拥有真正权力的权威部门,则可向循环经济迈出激进的第一步。目前,供水部门或管理垃圾或污水的部门都有明确的指标,在这些指标之外的一切都是别人的问题。但通过由数据驱动的鸟瞰图就可看到,每一辆车载入的东西和每一袋扔出的垃圾其实都是每个人的问题。

通过实时数据交换,数字孪生体可动态地显示建筑物的情况。

如何实现城市的可持续发展

迈向城市可持续发展的第一步是深入规划。每个行动和系统都必须设计得与其他行动和系统无缝地配合好,以保持适当的平衡。

但,说时容易做时难,因为这些城市早已建成。许多必要的行动都需要重新改造现有的建筑、网络、生活和工作方式——任何改变都必须完全系统化,还必须经过模拟测试。当然,社区民众也必须参与。

改造城市顽疾,最突出的例子是减少汽车。战后多年来城市不断扩张,私人汽车不断增长。公共交通如果不能做到像开车那样舒适、方便,达到“门到门”的程度,“以公代私”就面临着艰苦的战斗。

改造的成本需要考虑在内,而有些领域会有重大的不便和压力,不仅需要财务支出,还需要更多。但是,在规划城市公共工程时,必须坚持“可持续性优先”的立场,只有这样,才可前进。而且现在已有很多工具和平台可作为助力的利器。

建筑信息建模(BIM)软件就是这类工具中的一种。它是生成建筑物(无论是新建筑还是现有旧建筑)的数字孪生体的关键。这不仅仅是建筑图纸上的平面图,还有整个生态系统:照明、供暖和冷却系统,以及消防系统、由监视器录像捕捉到的步行交通模式,等等。数字孪生体是通过软件创建出来的,是建筑物的实时、虚拟的代表,可通过连接数据集或分析性数据来定制,以针对建筑物使用和系统效率的每个可能的方面进行报告。规划者可以运行软件的分析和预测功能,从而让他们在整个设计和施工过程中,以及最终的运营中,做出更明智、更知情的选择。

比如,建筑物里的走廊,在上下班时段外很少有人走过。所以,可采用由运动探测器驱动的照明系统,编好程序,无人在场时即关闭该区域的灯光。

再如,把暖通空调系统与物联网连接起来,可综合办公楼内所有的灯、通风口和恒温器的传感器数据,也综合占用信息、来自当地电网的能源方面的信息,甚至来自外部的天气数据。然后由一位工作人员来控制——甚至还可通过机器学习模型根据历史使用数据来控制,进行调整,以优化建筑物(包括各个房间和区域)的照明、供暖和空调需求。

建筑物中的每个系统都可以实施这类小型的改变。然后下一步将每个建筑物或每个街区的数据连接到一个庞大的、基于云的数据集,创建出一个不断更新的、实时的视图,来反映环境、文化、资金和资源方面的使用情况。在此基础上就可依据实实在在的数据,而不是猜测,来设计可持续发展的城市。

已经有多种方法和平台可以对 BIM 的结果进行综合、测量和报告。公认的城市可持续性指标包括温室气体排放、废物量等。通过平台把这些指标综合起来,有助于城市管理者预测这些指标将如何随空间和时间进行变化,推测它们的相互作用——从单个建筑物的生命周期到人口或人口结构的变化等等。

建设未来

每天至少有 20 万人拖着行李搬到大城市去。到 2050 年,全世界城市人口将达到近 70%——大约 70 亿人。

建筑业界消耗了已开采自然资源的三分之一,其中产生的固体废物占四分之一。

为了让城市可持续发展成为可能,建筑施工业必须改变。更好的建筑模式正变得越来越普及,但还需在经济和立法层面巩固下来。这些模式包括:

  • 低碳开发,减少材料上的投入、缺陷和浪费。

  • 预制式/模块化施工,在建筑现场之外制造各种构件,运输到现场进行组装,从而减少对材料的需求和对当地的干扰,并能提高安全性。

  • 建筑信息管理(BIM),是以数字化的形式来呈现建筑项目,可在施工开始前就对项目的所有需求、工序和用途进行测试和改进,从而制定出最可持续的规划。

更好的建筑模式如预制结构施工等越来越普及。

建设韧性

随着气候变化的影响持续恶化,各种灾难越来越致命、破坏性越来越大、代价越来越高昂。仅在 2022 年,美国就发生了 18 次与气候相关的灾难,造成超过 10 亿美元的损失。

富有韧性的城市有望减少灾难造成的物理、环境和社会方面的破坏;灾后的恢复进行得比较快,对灾后重建至关重要的服务如卫生和教育得以维持。根据 2018 年美国国家建筑科学研究所的一份报告,花在防灾救灾上的每一美元都可为将来节省六美元。

建筑师在设计建筑时,可将 3D 设计文件导入 BIM 软件,测试其韧性。有许多平台都可以把建筑模型放入一个虚拟的风洞或地震带中,然后给出真实的数据,说明需要在哪里做出改变,供建筑师据此采取行动。设想一下,未来海平面上升将会使数百万人无家可归,那么我们现在能否设计出更好的方法来加固沿海建筑和城市系统?软件还可模拟在暴雨或堤坝破裂造成洪灾的情况下,雨水将流向哪里,应维持哪些疏散路线,应加强哪些关键基础设施,以维持医院、电力和其他基础设施的运行。

城市可持续发展的实例

在规划和预测完成后,就是把一切付诸实践的时候了。在美国迈阿密椰林区,格罗夫中心综合体项目的房地产开发商做出了很好的示范。此项目是个住宅和零售综合体,按城市可持续性原则而设计,使行人的流动尽可能地高效、轻松愉悦。

迈阿密的汽车拥堵现象非常严重,所以也是考验城市可持续性的完美之地。此综合体的设计师有两个目标:一是打造一个富有社区意识的空间,把所有的设施都包括在步行距离内,并且去城市其他地方的交通很方便,特别是它有一条直接连接到地铁的交通路线。

迈阿密的格罗夫中心综合体与前往市中心的交通相连接。Touzet 供图。

整个项目都用欧特克 Revit 软件来虚拟建模,优化从其他交通系统连接到综合体的途径。减少综合体中的汽车,从而可减少污染;外墙有利于节能,既可减少来自太阳的热量,又可尽量利用自然光。项目的 BIM 数据与机械和电气工程师共享,以确保他们所选择的材料、所安排的电气系统尽量实现高效、环保。

现在,当地居民和企业都很喜欢这里。汽车噪音和污染已成过去,居民靠步行就可四通八达,从而培养出一种社区意识。

但采用 BIM 只是一个开始。想象一下,你可以在一个完全数字化的世界中浏览你的设计、做笔记、做测量、看效果,就像在如今的许多虚拟现实游戏中一样。现在再想象一下,整个工业综合体或园区,也许整个城市,都可以放入这个数字世界中。

这当然可以!新西兰的基础设施咨询公司 WSP Opus 和数字创意公司 Method 打造了一款名为 Sustain-a-City 的虚拟现实游戏,你可通过平衡商业、基础设施、能源和住宅元素,在其中建立自己的城市。类似于 Sim City 游戏,但你就身在其中。

WSP Opus 公司知道,城市规划者通常会按预算零散地委托和部署城市基础设施的建设,只考虑将其与下一步的其他服务连接。Sustain-a-City 游戏旨在帮助人们了解建设真实的可持续城市环境需要些什么。它可以让玩家连接供水和供电、规划住宅和商业地产、建设交通,既要让城市发展,又要让每个元素保持平衡、对环境和居民友好。游戏开发者认为,虚拟现实正是一种完美的媒介来达此目标。

VIDEO

这只是虚拟现实和增强现实(AR)等技术在现在以及将来应用的一个例子,它将“纸上谈兵”的城市规划变得活灵活现,呈现在用户眼前。

此外,地理信息系统(GIS)映射可把建筑项目模型放置在当地环境中,能够连接到更广泛的数据集,如当地气候、信息、道路交通系统、电力和废物的输入和输出,给规划者提供更多的信息,在 BIM 模型中更好地模拟和设计各种系统。

城市可持续发展能否实现?

人类循环经济的效率,还远远比不上自然界的物质循环。但重要的是要关注净效应,这种做法催生了一些环保运动,比如坐一次飞机就种一棵树。

实现可持续性,必须具有几个组成部分。第一个是科技:现在的科技可以为城市可持续性多次进行数字建模和规划,一次又一次地迭代,直到满意为止。

但也许更重要的是,要具备改变的意愿。要培养社区意识,需要重新建造、重新配置,也需要花费公共支出和私人支出来造福大众,这就需要做出牺牲、承受不便。

最后再看看迈阿密格罗夫中心这个例子吧。这座城市有非常严重的汽车拥堵现象,似乎是最不适合居民、企业和市政府尝试减少汽车的地方,太难了吧。但是,他们竟然成功了!所以,任何地方都是有可能的!

本文最初发表于2019年4月,现已有更新。Taz Khatri 和  Rina Diane Caballar 对本文亦有贡献。

作者:Drew Turney - CN

Drew Turney 自幼立志要改变世界,但长大后他意识到,记录别人改变世界的故事更容易些,因而从事技术、电影、科学、书籍等方面的写作。

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(欧特克Autodesk)

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