“晶體”還是“液體”?彈性城市建設將幫助城市對抗氣候變化

澎湃新聞見習記者 張若婷

2019-10-23 20:33 來源:澎湃新聞

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近年來,內澇、風暴、霧霾、火災等氣候變化引起的突發事件使防范城市災害與風險成為城市設計的焦點。在近日于北京舉行的2019年美國麻省理工學院北京研討會上,麻省理工學院土木與環境工程系教授、混凝土可持續發展中心教授烏爾姆(Franz-Josef Ulm)對此表示,“城市的質地(city texture)”對于城市設計十分重要,關注城市分布的彈性與建筑物的復原力將有助于城市更好地對抗氣候變化,推動智慧城市建設。
建筑物有序排列與無序排列
烏爾姆認為,從質地上看,北京、紐約、芝加哥這些建筑密集有序排列的城市結構更接近于“晶體”,而西雅圖這樣規劃得相對無序、分散的城市則更具備“液體”的彈性結構。他表示,在更好地應對熱島效應、能源浪費和自然災害(比如地震、颶風)等氣候問題方面,未來的城市應該更多地從建筑的“彈性”的角度出發,進行更合理的規劃。
城市的彈性(resilience)一般指一系列結構和過程變化重組之前,城市所能夠吸收與化解變化的能力與程度,從城市物理學的角度,烏爾姆認為衡量城市彈性的一個重要方面在于城市溫度的變化,而城市街道和建筑的布局在城市熱島效應中起著至關重要的作用。
城市熱島效應是指城市因大量的人工發熱、建筑物和道路等高蓄熱體及綠地減少等因素,造成城市中的氣溫明顯高于外圍郊區的現象,城市內的人工建筑物吸熱快、熱容量小,導致城市“高溫化”。
城市建筑的排列模式與城市熱島效應關系密切
烏爾姆介紹道,通過建筑物之間的距離、建筑物規模以及單位建筑物周圍的鄰居數量,他和他的研究團隊計算出了全球主要城市的“紋理參數(texture parameter)”,并通過這一參數衡量該城市的有序程度,在測量當地氣溫之后,他們發現,建筑物更加有序排列的“晶體”結構城市要比建筑無序散亂排列的“液體”結構城市積累更多熱量,城市熱島效應更顯著。
此外,烏爾姆認為城市的彈性還體現在樓宇的復原力上,即城市的樓宇如何應對自然氣候災害?被自然災害破壞之后,需要多久來恢復?
以2018年發生在美國的颶風“邁克爾”(Hurricane Michael)為例,烏爾姆介紹道,2018年10月10日中午,颶風“邁克爾”在美國佛羅里達州墨西哥海灘附近登陸,據美國媒體報道,“邁克爾”對佛羅里達州造成了大面積破壞,樹木、電線、房屋大量受損,道路被洪水淹沒,海濱地區的建筑紛紛倒塌。“颶風來臨的時候,很多樓宇功能失靈,沒辦法應對風暴”,烏爾姆說。
颶風到來時產生的能量等級示意圖
烏爾姆表示,颶風等風災在城市中發生的時候,與其余地點相比,樓宇間的能量等級是最大的,這會帶來更大的風速,因此在城市與樓宇設計的時候要考慮空氣動力學的因素,“當時(遭到颶風襲擊的)建筑中,如果一開始建造的時候計算風壓、進行預防,其中23%都可以進行預警,避免很多損失。”
為了提升建筑物的復原力與城市的彈性,烏爾姆所在的麻省理工學院混凝土可持續發展中心的研究認為可以把分子動力學(molecular dynamics)應用于城市樓宇布局,烏爾姆和相關研究人員利用不同原子形成分子的方法模擬門、窗戶、欄桿等建筑構件之間的連接。
通過這個模型,研究人員可以通過原子間化學鍵的斷裂模擬不同建筑元素的變形和破壞,由于分子結構破壞后可以很快恢復,這一模型的建立將可以更高效率地模仿颶風到來時建筑的大規模變形,進而使地震等自然災害對建筑造成的破壞更容易被量化,推動提升建筑物的復原力,降低彈性城市建設的成本。
除烏爾姆外,本次北京研討會還邀請了麻省理工學院機械工程系動力工程教授陳剛、光學與機械工程教授喬治·巴巴斯塔蒂斯等學者共同對智慧城市的未來進行多角度討論。云廬科技、星藥科技等創新型科技企業也對自身的技術方案和產品進行了分享。云廬科技是基礎設施安全監測解決方案服務商,將數字孿生技術應用于城市防災減災綜合管理,總經理化彬表示,作為智慧城市建設的一部分,云廬通過安裝電子傳感器與機器學習,讓實際數據和仿真數據結合進行預警,團隊正在推進大數據+結構仿真的安全預警模式,通過人工智能與大數據的應用提高預警的真實性、準確度。
2019年美國麻省理工學院北京研討會于10月18日舉行,由全球知名學府美國麻省理工學院(Massachusetts Institute of Technology,即MIT)、美國麻省理工學院全球產業聯絡計劃(MIT ILP)主辦,中關村海外創新中心(Z-Park)、美國柯斯理教育集團(Kemsley Education Inc)協辦。
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責任編輯:李躍群
校對:施鋆
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關鍵詞 >> 彈性城市,城市物理學

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