末日化世界中的新型建筑

胡勇

美国近十年来最大的山火、印尼伤亡惨重的海啸、引发福岛核泄漏事故的地震等自然灾害发生得越来越频繁，我们仿佛离启示录中预言的世界末日越来越近了。毁灭性的天气事件已经成为了新常态，自然愈加喜怒无常，让世界各国都付出了沉重的代价。然而，新一代的建筑师和设计师正在创造能够应对极端环境和持续压力的基础设施和建筑。下面，让我们一起来了解下生活在一个日益末日化世界里的创新性方法。

挑战：干旱

位置：摩洛哥波特蒙兹盖达山

雾气收集器

在过去，住在撒哈拉沙漠附近的居民每天要赶着驴、花几个小时取水，但是一种新的雾气收集系统正在改变这一状况。自2007年开始，德国非营利性机构“水基金会”就赞助支持雾气收集器的研发，德国工业设计师彼得·特维恩最终在撒哈拉沙漠附近的摩洛哥（该地区降雨量小，但却山雾缭绕）开发并建成了第一款标准雾气收集系统。该系统的形态像蜘蛛网一样，网面和框架材料都十分结实，可以抵御120千米/小时的风，而且安装方便，不消耗任何能源，只需要很少的维护成本。收集到的雾水会滴入25千米长的管道，然后直接进入70多个家庭的水龙头。随着气候变化，全球降雨模式也在改变，这种创新的饮用水解决方案将变得越来越重要。

挑战：海平面上升

位置：美国纽约市

灵活防波堤

史坦顿岛南岸位于美国纽约的港口区域，非常容易受到海浪的侵蚀。随着时间的推移，生长着牡蛎的礁石逐渐减少，南岸海滩更多地暴露出来。2012年的桑迪飓风是纽约市历史上最致命的飓风之一，此次灾难共有43名遇难者，其中有一半以上是在史坦顿岛遇害的。桑迪飓风灾害发生后，美国城市住宅开发机构发起了一项城市改造工程，并为此举办了一场设计竞赛，SCAPE公司的“灵活防波堤”就是获奖设计之一。该公司计划建造一条围绕海岸的防波堤，这条1.2千米长的防波堤由碎石和混凝土组成，用于抵御史坦顿岛南岸汹涌的海浪，同时该结构有利于形成天然的礁石和牡蛎养殖场。

挑战：电力故障

位置：全球

电动汽车为电网供能

事实证明，安装在道路两侧的太阳能电池并不能储存很多的电能，尤其是在阴天的时候。由于电动汽车基本上是安装在轮子上的蓄电池，所以有专家提出，电动汽车可以被用来给电网供能。当车主白天工作的时候，他们的车可以在太阳能发电场充电，然后车主可以将多余的电量卖给电网，同时获得一些金钱奖励。由于通常夜间的风力更大，改造过的电动汽车也可以将这种能量转换成可储存的电能，并在第二天使用。联网电动汽车的影响是十分深远的，美国加州劳伦斯伯克利国家实验室的研究人员认为，到2020年，加州能源的33%将由可再生能源提供，这可以通过使用电动汽车作为储存手段来实现。

挑战：破烂的建筑

位置：全球

自修复混凝土

大气中高浓度的二氧化碳其实会加速混凝土的老化变质。当二氧化碳渗入一个建筑结构中时，它会与水泥中的水分和氢氧化钙发生反应，使水泥出现裂痕，让水泥包裹的钢筋暴露出来，钢筋也更易生锈。幸运的是科学家们研究出了自修复混凝土，它能够在裂痕产生后，自动填补裂痕。自修复混凝土有许多种类。例如，荷兰代尔夫特工业大学的环境科学家亨克·约恩克在混凝土中嵌入了氮、磷、乳酸钙和一种能够产生石灰石（主要成分为碳酸钙）的细菌。正常情况下，细菌处于休眠状态，出现裂缝后，空气和水分会使细菌激活，细菌会消耗乳酸钙，生产石灰石，将裂缝封闭起来。

挑战：洪水

位置：丹麦哥本哈根

街道上漏水的石板

在暴风雨期间，由于城市里的地面不能透水，过多的雨水就会蓄积起来，造成洪水的暴发。为了解决这个问题，丹麦的一家建筑公司研发了气候适应路面，这是一种能够收集和分配雨水的模块化铺装系统。在这个系统中，路面上铺的石板与普通石板差不多，只是表面有许多小的圆孔，这些圆孔会将雨水引入与地面平行的凹糟通道中，通道会将收集到的水运送到附近透水的土地上，比如：灌溉公园的草坪。2018年，该公司已经对哥本哈根的部分人行横道进行了翻新，以测试该铺装系统的效果。不过，试验阶段还没结束，多伦多和其他一些城市就已經订购了漏雨的地面石板。

挑战：电力故障

位置：日本东松岛市

智能微电网

2011年，灾难性的地震和海啸导致福岛核电站熔毁后，附近的东松岛市在进行灾后重建工作时，吸取了经验教训，决定建立一个本地化、可再生的电力系统。例如，政府将一个废弃的公园改造成了太阳能生产场，可以为600户家庭提供足够的能源。小镇还建造了一个可备用的微电网，它可以为整个地区提供数小时的电力，或为医院和社区建筑提供数日的电力。目前该市25%的电力已经由当地供给。

挑战：地震

位置：日本东京

抗震的摩天大楼

日本位于地震最活跃的构造板块交界处，每年地震总次数超过1500次。与此同时，日本建筑师开创了许多新的技术来稳定摩天大楼。例如，位于东京的54层建筑——森大厦的内部就包含192个充油的液压避震器，避震器内部的传感器可以检测到微小的振动，并产生相反方向的阻尼力。（当我们以一固定的速度压缩或拉伸避震器时，其所产生的阻力就称为阻尼力。）目前，日本建筑师和工程师们还在持续推动着抗震技术的发展，他们可以利用任何东西制造工程避震器，从隔震轴承到高强度碳纤维。

挑战：龙卷风

位置：美国密苏里州 乔普林

抵抗风暴的住宅

2011年，一场5级的多漩涡龙卷风横扫了美国密苏里州的乔普林，造成161人死亡，这是美国历史上最致命的龙卷风之一。随着城市的重建，加拿大多伦多的Q4建筑事务所设计了一套概念住宅，它能够最大程度地保障房主的人身和财产安全。

挑战：山火

位置：筑波

检验材料的“火龙”

实际上，检测材料的耐燃性是一件非常困难的事，因为在不烧毁实验室的情况下，科学家很难制造出模拟真实森林大火强度的火焰。不过，最近美国国家标准与技术研究所开发出了“火龙”（正式名为火焰生产器）。它是一个直径为300毫米、高1.5米的管状装置，里面填充了木屑，两个丙烷燃烧器可以将木屑点燃。将“火龙”与位于日本筑波的火灾研究风洞结合使用，测试人员可以制造移动速度为每秒10米的火堆，这使研究人员能够模拟自然条件下的火灾情况，比如：冲向城市地区的野火。“火龙”可以用于耐燃屋顶的改进实验和测试防止余烬进入建筑通风口的网格尺寸。

可移动的地基

位于高处的房子能够避开洪水的侵袭，因此，荷兰建筑师科恩·欧道斯在荷兰、迪拜和中国设计了漂浮住宅，这些住宅可以上升，以躲避洪水。其中一些房屋建立在液压举升系统之上，举升系统可以将房屋升高到12米以上，而且高处的房屋即使在250千米/小时的大风中也能保持稳定。

防水的基础设施

英国巴卡建筑事务所在泰晤士河的一个小岛上建造了一座水陆两用的住宅，它有一个能够起到洪水预警作用的露台花园。整个房屋像船坞一样漂浮在河面上，当洪水来袭的时候，水压可以让房子轻轻浮起。此时，房屋内所有的设备会通过“大象线缆”与外界保持连接，“大象线缆”是可以输送电力、水和污水的灵活管道。

自给自足的浮屋

由美国摩弗西斯建筑事务所设计的浮屋拥有自供水和自供暖系统。它特殊的倾斜屋顶可以将雨水收集起来，排入蓄水池，雨水经过蓄水池中的过滤系统便可以饮用了；地源热泵系统通过循环的空气与地层浅表的热量交换，来加热或冷却室内。

挑战：干旱

位置：美国德州圣安东尼奥

存储水的灌溉系统

在气候变化越来越严峻的今天，传统的灌溉系统有了新的用途。艾西奇亚斯灌溉系统来源于西班牙，后来随着西班牙移民传入美洲，它是一个人造的运河网络，就像分支繁多的河流一样，有些分支会将多余的水引入地下，储存数月之久。由于全球变暖，水库面临着蒸发的风险。2015年，美国农业部开始资助建造艾西奇亞斯灌溉系统，来作为水库的替代方案。

挑战：洪水

位置：全球

漂浮的房屋

日益频繁的飓风、海啸等自然灾害，使许许多多的家庭流离失所。意识到了这一问题，建筑师们开始在全球范围内建造漂浮的房屋和水陆两用的房屋，上面是其中一些房屋的特征。

挑战：洪水

位置：全球

红树林大坝

除了城市以外，低洼的农场也非常容易受到洪水的影响。红树林是一种很好的天然防御机制，可以抵御不断上升的水位。红树林的根系可以在保持土壤、减少侵蚀的同时，保持空气流通，增加排水。但在许多地方，红树林生态系统早已遭到破坏。匈牙利设计团队构想出了一个模块化的网状混凝土边框结构，作为红树林树苗的生长基地，该人造地基会一直支撑树木，直到它们形成天然的大坝。