合作應(yīng)對當(dāng)今城市面臨的重大挑戰(zhàn)

1.我們的城市——我們共同的未來

快速的城市化意味著到2050年地球上將有四分之三的人口在城市居住。從今天(2015年9月15日)算起，每個(gè)月都有550萬人口向城市遷移。而且到2050年，地球上有可能會(huì)增加20億人口，他們中大多數(shù)都會(huì)在城市居住。人口超過1000萬的超級(jí)城市的數(shù)量已經(jīng)由1950年的1個(gè)增加到現(xiàn)在的35個(gè)，而且世界上人口超過100萬的城市已有560個(gè)。大城市的數(shù)量在急劇地上升，而且大部分都集中在發(fā)展中國家。這將是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。我們知道城市人口消耗了地球60%的飲用水和75%的能源，城市的溫室氣體排放量占全球溫室氣體總排放量的80%，這是一個(gè)嚴(yán)峻的問題。大多數(shù)城市在天災(zāi)人禍面前是毫無抵抗力的，更不用說像交通堵塞和空氣污染這些更緊迫的問題。但是，這也是推進(jìn)城市發(fā)展的一個(gè)好機(jī)會(huì)。要使我們的城市更安全、更高效、更可持續(xù)、更有彈性，最好的辦法就是通過合作——城市之間的合作。而那些面臨相同挑戰(zhàn)的城市可以互相學(xué)習(xí)和借鑒應(yīng)對措施，不必每次都自己設(shè)計(jì)解決方案，例如：新奧爾良和馬尼拉正在建設(shè)抵御災(zāi)害的基礎(chǔ)設(shè)施；洛杉磯和珀斯正在學(xué)習(xí)如何緩解城市擴(kuò)張；卡塔爾和孟買正在實(shí)施新的水資源管理方案；香港和東京正在策劃如何提高能源效率；柏林和倫敦正在改裝它們的基礎(chǔ)設(shè)施，使之在人口密度很高的時(shí)候更宜居?？焖俪鞘谢苍S帶來了很多挑戰(zhàn)，但是城市之間的全球性合作可以加快創(chuàng)新步伐，這樣下一代城市將會(huì)更美好。實(shí)現(xiàn)城市之間的全球性合作是當(dāng)務(wù)之急。2.加倍建設(shè)世界基礎(chǔ)設(shè)施

為了與國內(nèi)生產(chǎn)總值(GDP)的增速齊頭并進(jìn)，我們從2015年到2030年共需要57萬億美元的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)資金。這57萬億美元比我們現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施的總估值還多。換句話說，我們可能需要在下一個(gè)15年內(nèi)使世界基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)量翻一番。因此，這是我們總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)以使城市變得更美好的一個(gè)時(shí)機(jī)，否則再過幾十年我們的城市將會(huì)衰落直至消失。我們都希望看到一個(gè)更智能、更可持續(xù)、更美好的未來。為了建設(shè)這樣的未來，我們的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境需求都要依存共生，我們也要設(shè)計(jì)建造相應(yīng)的基礎(chǔ)設(shè)施。3.展望未來——建筑、交通和城市形態(tài)緊湊型城市是發(fā)展中城市的典范。在緊湊型城市中，建設(shè)高密度的超高層綜合大樓能提高能源利用率，同時(shí)提高公共交通系統(tǒng)的效率。我們可以從建筑、交通和城市形態(tài)這三個(gè)方面來認(rèn)識(shí)這樣的城市。3.1建筑在一個(gè)城市中，建筑物對城市總能源消耗和溫室氣體(GHG)排放的貢獻(xiàn)非常大。在一些城市，如香港和紐約，建筑物的耗電量占全市供電總量的90%甚至更多。因此，建設(shè)高效能的超高層大樓是非常重要的。這個(gè)目標(biāo)不僅能使我們的資源得到更有效的利用，而且也能使城市環(huán)境變得更好。使城市環(huán)境變得更好。這種大樓的設(shè)計(jì)非常復(fù)雜，它涉及很多不同的專業(yè)知識(shí)，如通風(fēng)設(shè)計(jì)、熱舒適度設(shè)計(jì)、光伏建筑一體化(BIPV)、人類行為和太陽能等(圖1)。

圖1.高性能建筑物設(shè)計(jì)的整體解決方案。我們還在舊的設(shè)計(jì)理念中加入了新技術(shù)，使各種系統(tǒng)更高效地運(yùn)行。例如，在中東的阿布扎比酋長國，一幢大樓采用了自動(dòng)遮陽系統(tǒng)，即建筑物外墻表面的某些部分會(huì)隨著太陽的活動(dòng)而自動(dòng)開啟或關(guān)閉(圖2)。

圖2.可自動(dòng)調(diào)節(jié)的建筑物外墻面(阿布扎比酋長國)。3.1.1.重新設(shè)計(jì)摩天大樓未來，我們需要重新設(shè)計(jì)摩天大樓(圖3)。

圖3.重新設(shè)計(jì)的摩天大樓——未來的城市建筑。我們可以想象一下未來的摩天大樓應(yīng)具備如下特點(diǎn)：能適應(yīng)不同用途；生產(chǎn)的能源比自身消耗的多；能改善環(huán)境；能根據(jù)人類活動(dòng)智能地調(diào)整某些功能；能與城市基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)融為一體。3.1.2.多功能大樓例如，上海正在建設(shè)這種超高層多用途的居民大樓(圖4)。

圖4.多功能大樓——一個(gè)定制公寓。3.1.3.生態(tài)墻體可吸收二氧化碳的海藻正在被用于德國漢堡一片居民區(qū)大樓的外墻上，海藻能夠吸收太陽輻射，降低室內(nèi)溫度，同時(shí)通過光合作用合成生物質(zhì)，從而為大樓提供能源(圖5)。

圖5.利用了海藻的生態(tài)墻體(在德國漢堡建設(shè)的生態(tài)智能住宅，于2013年4月開放)。不久的將來，我們就可以采用新材料建設(shè)大樓，如自愈合混凝土、可吸收二氧化碳的膜材料、仿生材料和生物復(fù)合材料等。事實(shí)上，如果仔細(xì)研究整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)，你就會(huì)發(fā)現(xiàn)生態(tài)技術(shù)其實(shí)可以被應(yīng)用到水資源管理、城市熱島系統(tǒng)，甚至是整個(gè)城市的食品系統(tǒng)中。3.1.4.生物合成外墻板根據(jù)這些理念，我們正在為人性化的未來打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，使循環(huán)經(jīng)濟(jì)在未來成為可能。然后我們會(huì)發(fā)現(xiàn)身邊的所有廢棄物都可以被重新利用(圖6)。

圖6.利用天然纖維與樹脂(農(nóng)業(yè)廢棄物)制備的生物合成外墻板。這些都是為了實(shí)現(xiàn)未來建筑物達(dá)到能量和碳平衡的目標(biāo)的手段。3.1.5.城市發(fā)展中的脫碳環(huán)節(jié)我們正在運(yùn)用能源節(jié)約技術(shù)、智能微電網(wǎng)技術(shù)和分布式能源系統(tǒng)來建設(shè)一個(gè)低碳城市，也稱為生態(tài)城市(圖7)。

圖7.城市發(fā)展中的脫碳環(huán)節(jié)。3.2交通3.2.1.可持續(xù)交通如果把目光轉(zhuǎn)向可持續(xù)交通，我們就會(huì)發(fā)現(xiàn)世界上許多城市正致力于此目標(biāo)。這些城市互相學(xué)習(xí)如何治理交通堵塞和空氣污染等問題。拼車和其他共享交通工具的形式說明人們正在轉(zhuǎn)變汽車的使用觀念。當(dāng)然，我們還是希望人們多乘坐公共交通工具，如快速公交系統(tǒng)(BRT)。中國是帶頭使用電動(dòng)公共汽車的國家，很多城市已擁有上千輛電動(dòng)公共汽車；而像英國米爾頓凱恩斯和韓國等國家和地區(qū)，它們正在使用無線感應(yīng)充電技術(shù)。這意味著除非需要維修，否則公共汽車不需要返回停車場(圖8)。

圖8.無線感應(yīng)充電的電動(dòng)公共汽車(英國米爾頓凱恩斯)。當(dāng)然，如果將來無人駕駛汽車能夠被推廣使用，那么我們對運(yùn)輸這個(gè)概念的理解又會(huì)有很大的變化。這些都對城市基礎(chǔ)設(shè)施的設(shè)計(jì)有重要影響。3.2.2.綜合建筑環(huán)境如今，我們的大樓和基礎(chǔ)設(shè)施的設(shè)計(jì)通常采用眾包的方式。事實(shí)上，香港正在建設(shè)的一個(gè)7層的地鐵站是世界上最繁忙、最復(fù)雜的地鐵站之一。地鐵站的設(shè)計(jì)將采用4軌互換以滿足每天上百萬乘客的出行需求?？茖W(xué)家創(chuàng)建了數(shù)字3D合成環(huán)境用于計(jì)算乘客從一個(gè)站臺(tái)到另一個(gè)站臺(tái)所用的時(shí)間。許多乘客都參與到這個(gè)項(xiàng)目中，幫助優(yōu)化地鐵站引導(dǎo)標(biāo)識(shí)和安全設(shè)計(jì)。這種眾包方式保證了地鐵開通的第一天就能高效運(yùn)行(圖9和圖10)。

圖9.復(fù)雜的建成環(huán)境(包含7層的地鐵站，4軌互換，每天客流量達(dá)100萬)。

圖10.利用實(shí)時(shí)合成環(huán)境模擬記錄乘客的行進(jìn)路線。3.3城市形態(tài)公共運(yùn)輸系統(tǒng)對城市的發(fā)展有著深遠(yuǎn)的影響。城市發(fā)展的可持續(xù)形式之一就是公交導(dǎo)向發(fā)展(TOD)策略的應(yīng)用，根據(jù)該策略在每個(gè)人流量巨大的地方建設(shè)中轉(zhuǎn)站。香港就是一個(gè)成功的典范(圖11)。

圖11.香港公交導(dǎo)向發(fā)展(TOD)策略的應(yīng)用。還有一個(gè)應(yīng)用TOD策略的例子是中國(華南)的佛山市。涉及的地鐵線路有2條，共有52個(gè)地鐵站，預(yù)計(jì)將有數(shù)百萬乘客乘坐。像這些應(yīng)用智能基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)的城市，我相信它們會(huì)成為未來城市發(fā)展的典范?，F(xiàn)在科學(xué)家正在研究一種新型數(shù)字設(shè)備。所有關(guān)于運(yùn)輸基礎(chǔ)設(shè)施、地形、微氣候、人類行為和樓房的數(shù)據(jù)都將被存儲(chǔ)到該設(shè)備中，然后以可視化3D的形式呈現(xiàn)出來。這種方式可以使市民參與到城市設(shè)計(jì)當(dāng)中(圖12)。

圖12.沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)。在圖13的例子中，我們的目標(biāo)是通過改變景觀設(shè)計(jì)和微氣候環(huán)境使商業(yè)區(qū)的客流量實(shí)現(xiàn)最大化(圖13)。

圖13.城市綜合體設(shè)計(jì)(以人為本)。(a)熱島效應(yīng)圖；(b)植被覆蓋效果圖。4.城市綜合系統(tǒng)

為了最終達(dá)到彈性和可持續(xù)性的目標(biāo)，我們最好將城市作為一個(gè)系統(tǒng)或一個(gè)由不同子系統(tǒng)構(gòu)成的綜合系統(tǒng)(圖14)來設(shè)計(jì)。這是因?yàn)槌鞘谢A(chǔ)設(shè)施中每個(gè)部分的設(shè)計(jì)和操作都是相互關(guān)聯(lián)的，如能源消耗(圖15)。因此，我們應(yīng)采用全面、綜合的思路設(shè)計(jì)城市，這樣也能給商業(yè)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展帶來機(jī)遇。

圖14.城市綜合系統(tǒng)。圖15.城市系統(tǒng)中的綜合資源管理。

5.充實(shí)生活

城市設(shè)計(jì)的最終目標(biāo)不能僅滿足于生存或基礎(chǔ)水平。我們建設(shè)的城市環(huán)境必須要使其中的居民感到開闊、舒適和有親和力(圖16)。

圖16.充實(shí)生活——娛樂、教育、公民自豪感和靈感。

6.拓寬知識(shí)基礎(chǔ)

顯然，我們可以用多種方式來設(shè)計(jì)城市，使它更美好、更安全、更高效、更宜居。我們需要加快創(chuàng)新的步伐，同時(shí)也要借鑒世界上其他城市優(yōu)秀的設(shè)計(jì)。只有這樣，我們才能確保城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和設(shè)計(jì)的方式是正確的。我們的設(shè)計(jì)和建設(shè)必須更智能化，也就是說我們要不斷創(chuàng)新，采用現(xiàn)代新技術(shù)使我們建設(shè)的城市更高產(chǎn)、更高效、更人性化?？傊疚牡闹攸c(diǎn)：在設(shè)計(jì)建造時(shí)應(yīng)利用各種交叉學(xué)科的知識(shí)；我們的工程師、科學(xué)家以及社會(huì)學(xué)家、藝術(shù)家、居民要聯(lián)合起來