末日化世界中的新型建筑

胡勇

美國近十年來最大的山火、印尼傷亡慘重的海嘯、引發(fā)福島核泄漏事故的地震等自然災害發(fā)生得越來越頻繁，我們仿佛離啟示錄中預言的世界末日越來越近了。毀滅性的天氣事件已經(jīng)成為了新常態(tài)，自然愈加喜怒無常，讓世界各國都付出了沉重的代價。然而，新一代的建筑師和設計師正在創(chuàng)造能夠應對極端環(huán)境和持續(xù)壓力的基礎設施和建筑。下面，讓我們一起來了解下生活在一個日益末日化世界里的創(chuàng)新性方法。

挑戰(zhàn)：干旱

位置：摩洛哥波特蒙茲蓋達山

霧氣收集器

在過去，住在撒哈拉沙漠附近的居民每天要趕著驢、花幾個小時取水，但是一種新的霧氣收集系統(tǒng)正在改變這一狀況。自2007年開始，德國非營利性機構“水基金會”就贊助支持霧氣收集器的研發(fā)，德國工業(yè)設計師彼得·特維恩最終在撒哈拉沙漠附近的摩洛哥（該地區(qū)降雨量小，但卻山霧繚繞）開發(fā)并建成了第一款標準霧氣收集系統(tǒng)。該系統(tǒng)的形態(tài)像蜘蛛網(wǎng)一樣，網(wǎng)面和框架材料都十分結實，可以抵御120千米/小時的風，而且安裝方便，不消耗任何能源，只需要很少的維護成本。收集到的霧水會滴入25千米長的管道，然后直接進入70多個家庭的水龍頭。隨著氣候變化，全球降雨模式也在改變，這種創(chuàng)新的飲用水解決方案將變得越來越重要。

挑戰(zhàn)：海平面上升

位置：美國紐約市

靈活防波堤

史坦頓島南岸位于美國紐約的港口區(qū)域，非常容易受到海浪的侵蝕。隨著時間的推移，生長著牡蠣的礁石逐漸減少，南岸海灘更多地暴露出來。2012年的桑迪颶風是紐約市歷史上最致命的颶風之一，此次災難共有43名遇難者，其中有一半以上是在史坦頓島遇害的。桑迪颶風災害發(fā)生后，美國城市住宅開發(fā)機構發(fā)起了一項城市改造工程，并為此舉辦了一場設計競賽，SCAPE公司的“靈活防波堤”就是獲獎設計之一。該公司計劃建造一條圍繞海岸的防波堤，這條1.2千米長的防波堤由碎石和混凝土組成，用于抵御史坦頓島南岸洶涌的海浪，同時該結構有利于形成天然的礁石和牡蠣養(yǎng)殖場。

挑戰(zhàn)：電力故障

位置：全球

電動汽車為電網(wǎng)供能

事實證明，安裝在道路兩側的太陽能電池并不能儲存很多的電能，尤其是在陰天的時候。由于電動汽車基本上是安裝在輪子上的蓄電池，所以有專家提出，電動汽車可以被用來給電網(wǎng)供能。當車主白天工作的時候，他們的車可以在太陽能發(fā)電場充電，然后車主可以將多余的電量賣給電網(wǎng)，同時獲得一些金錢獎勵。由于通常夜間的風力更大，改造過的電動汽車也可以將這種能量轉換成可儲存的電能，并在第二天使用。聯(lián)網(wǎng)電動汽車的影響是十分深遠的，美國加州勞倫斯伯克利國家實驗室的研究人員認為，到2020年，加州能源的33%將由可再生能源提供，這可以通過使用電動汽車作為儲存手段來實現(xiàn)。

挑戰(zhàn)：破爛的建筑

位置：全球

自修復混凝土

大氣中高濃度的二氧化碳其實會加速混凝土的老化變質。當二氧化碳滲入一個建筑結構中時，它會與水泥中的水分和氫氧化鈣發(fā)生反應，使水泥出現(xiàn)裂痕，讓水泥包裹的鋼筋暴露出來，鋼筋也更易生銹。幸運的是科學家們研究出了自修復混凝土，它能夠在裂痕產(chǎn)生后，自動填補裂痕。自修復混凝土有許多種類。例如，荷蘭代爾夫特工業(yè)大學的環(huán)境科學家亨克·約恩克在混凝土中嵌入了氮、磷、乳酸鈣和一種能夠產(chǎn)生石灰石（主要成分為碳酸鈣）的細菌。正常情況下，細菌處于休眠狀態(tài)，出現(xiàn)裂縫后，空氣和水分會使細菌激活，細菌會消耗乳酸鈣，生產(chǎn)石灰石，將裂縫封閉起來。

挑戰(zhàn)：洪水

位置：丹麥哥本哈根

街道上漏水的石板

在暴風雨期間，由于城市里的地面不能透水，過多的雨水就會蓄積起來，造成洪水的暴發(fā)。為了解決這個問題，丹麥的一家建筑公司研發(fā)了氣候適應路面，這是一種能夠收集和分配雨水的模塊化鋪裝系統(tǒng)。在這個系統(tǒng)中，路面上鋪的石板與普通石板差不多，只是表面有許多小的圓孔，這些圓孔會將雨水引入與地面平行的凹糟通道中，通道會將收集到的水運送到附近透水的土地上，比如：灌溉公園的草坪。2018年，該公司已經(jīng)對哥本哈根的部分人行橫道進行了翻新，以測試該鋪裝系統(tǒng)的效果。不過，試驗階段還沒結束，多倫多和其他一些城市就已經(jīng)訂購了漏雨的地面石板。

挑戰(zhàn)：電力故障

位置：日本東松島市

智能微電網(wǎng)

2011年，災難性的地震和海嘯導致福島核電站熔毀后，附近的東松島市在進行災后重建工作時，吸取了經(jīng)驗教訓，決定建立一個本地化、可再生的電力系統(tǒng)。例如，政府將一個廢棄的公園改造成了太陽能生產(chǎn)場，可以為600戶家庭提供足夠的能源。小鎮(zhèn)還建造了一個可備用的微電網(wǎng)，它可以為整個地區(qū)提供數(shù)小時的電力，或為醫(yī)院和社區(qū)建筑提供數(shù)日的電力。目前該市25%的電力已經(jīng)由當?shù)毓┙o。

挑戰(zhàn)：地震

位置：日本東京

抗震的摩天大樓

日本位于地震最活躍的構造板塊交界處，每年地震總次數(shù)超過1500次。與此同時，日本建筑師開創(chuàng)了許多新的技術來穩(wěn)定摩天大樓。例如，位于東京的54層建筑——森大廈的內(nèi)部就包含192個充油的液壓避震器，避震器內(nèi)部的傳感器可以檢測到微小的振動，并產(chǎn)生相反方向的阻尼力。（當我們以一固定的速度壓縮或拉伸避震器時，其所產(chǎn)生的阻力就稱為阻尼力。）目前，日本建筑師和工程師們還在持續(xù)推動著抗震技術的發(fā)展，他們可以利用任何東西制造工程避震器，從隔震軸承到高強度碳纖維。

挑戰(zhàn)：龍卷風

位置：美國密蘇里州 喬普林

抵抗風暴的住宅

2011年，一場5級的多漩渦龍卷風橫掃了美國密蘇里州的喬普林，造成161人死亡，這是美國歷史上最致命的龍卷風之一。隨著城市的重建，加拿大多倫多的Q4建筑事務所設計了一套概念住宅，它能夠最大程度地保障房主的人身和財產(chǎn)安全。

挑戰(zhàn)：山火

位置：筑波

檢驗材料的“火龍”

實際上，檢測材料的耐燃性是一件非常困難的事，因為在不燒毀實驗室的情況下，科學家很難制造出模擬真實森林大火強度的火焰。不過，最近美國國家標準與技術研究所開發(fā)出了“火龍”（正式名為火焰生產(chǎn)器）。它是一個直徑為300毫米、高1.5米的管狀裝置，里面填充了木屑，兩個丙烷燃燒器可以將木屑點燃。將“火龍”與位于日本筑波的火災研究風洞結合使用，測試人員可以制造移動速度為每秒10米的火堆，這使研究人員能夠模擬自然條件下的火災情況，比如：沖向城市地區(qū)的野火?！盎瘕垺笨梢杂糜谀腿嘉蓓?shù)母倪M實驗和測試防止余燼進入建筑通風口的網(wǎng)格尺寸。

可移動的地基

位于高處的房子能夠避開洪水的侵襲，因此，荷蘭建筑師科恩·歐道斯在荷蘭、迪拜和中國設計了漂浮住宅，這些住宅可以上升，以躲避洪水。其中一些房屋建立在液壓舉升系統(tǒng)之上，舉升系統(tǒng)可以將房屋升高到12米以上，而且高處的房屋即使在250千米/小時的大風中也能保持穩(wěn)定。

防水的基礎設施

英國巴卡建筑事務所在泰晤士河的一個小島上建造了一座水陸兩用的住宅，它有一個能夠起到洪水預警作用的露臺花園。整個房屋像船塢一樣漂浮在河面上，當洪水來襲的時候，水壓可以讓房子輕輕浮起。此時，房屋內(nèi)所有的設備會通過“大象線纜”與外界保持連接，“大象線纜”是可以輸送電力、水和污水的靈活管道。

自給自足的浮屋

由美國摩弗西斯建筑事務所設計的浮屋擁有自供水和自供暖系統(tǒng)。它特殊的傾斜屋頂可以將雨水收集起來，排入蓄水池，雨水經(jīng)過蓄水池中的過濾系統(tǒng)便可以飲用了；地源熱泵系統(tǒng)通過循環(huán)的空氣與地層淺表的熱量交換，來加熱或冷卻室內(nèi)。

挑戰(zhàn)：干旱

位置：美國德州圣安東尼奧

存儲水的灌溉系統(tǒng)

在氣候變化越來越嚴峻的今天，傳統(tǒng)的灌溉系統(tǒng)有了新的用途。艾西奇亞斯灌溉系統(tǒng)來源于西班牙，后來隨著西班牙移民傳入美洲，它是一個人造的運河網(wǎng)絡，就像分支繁多的河流一樣，有些分支會將多余的水引入地下，儲存數(shù)月之久。由于全球變暖，水庫面臨著蒸發(fā)的風險。2015年，美國農(nóng)業(yè)部開始資助建造艾西奇亞斯灌溉系統(tǒng)，來作為水庫的替代方案。

挑戰(zhàn)：洪水

位置：全球

漂浮的房屋

日益頻繁的颶風、海嘯等自然災害，使許許多多的家庭流離失所。意識到了這一問題，建筑師們開始在全球范圍內(nèi)建造漂浮的房屋和水陸兩用的房屋，上面是其中一些房屋的特征。

挑戰(zhàn)：洪水

位置：全球

紅樹林大壩

除了城市以外，低洼的農(nóng)場也非常容易受到洪水的影響。紅樹林是一種很好的天然防御機制，可以抵御不斷上升的水位。紅樹林的根系可以在保持土壤、減少侵蝕的同時，保持空氣流通，增加排水。但在許多地方，紅樹林生態(tài)系統(tǒng)早已遭到破壞。匈牙利設計團隊構想出了一個模塊化的網(wǎng)狀混凝土邊框結構，作為紅樹林樹苗的生長基地，該人造地基會一直支撐樹木，直到它們形成天然的大壩。