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隨季節變換的彈性城市

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作者:Melissa Sterry(英國格林威治AVATAR設計科學家、Earth 2.0計畫未來學家)

古語稱「屋漏偏逢連夜雨」,很適合描述21世紀人類面臨的一大永續挑戰,今年初,挪威難民委員會秘書長Elisabeth Rasmusson曾表示,「極端天氣日益強烈與頻繁,這股趨勢也只會繼續下去,隨著人類造成的氣候變遷威力日增,受影響與被迫撤離的民眾人數也會增加」。[1]

舉例而言,2010年全球共有4200萬人因天災撤離,其中估計九成是因為極端天氣,包括洪水、颶風與龍捲風。[2]

極端天氣趨勢進入2011年後依然不減,今年截至八月,美國「國家氣候資料中心」(NCDC)統計,美國已出現10起損失破10億美元的氣候災害,包括土撥鼠日暴雪、密西西比河洪災、南部平原/西南部旱災、熱浪與野火、多次大型龍捲風、颶風艾琳等,這些「超大災害」造成的損失極高,估計總額已超過450億美元

2011年6月,美國南美以美大學的Bernard Weinstein表示,「美國經濟規模達15兆美元」[3],能夠「吸收」極端天氣的成本,但若如氣候學家預期,超大天災發生頻率會和最近一樣頻繁,那麼很快就會出現赤字。

美國的情況在全世界亦然,亞洲受創尤深,多年來屢屢遭逢大水,亞洲對於水災並不陌生,史上多場嚴重洪水均發生於此,包括1931年中國江淮大水,死亡人數介於數十萬至四百萬之間,這起事件同樣是「屋漏偏逢連夜雨」,因為在水災之前,當地才歷經長達兩年的旱災。

氣候學家與氣象學家均詳細記錄這種澇旱或冷熱交替的現象,例如在17世紀,英國多次出現夏季大旱及冬季酷寒,甚至導致泰晤河完全結冰(1620-21, 1635, 1648-49, 1662-7, 1677, 1683-4, 1688-89, 1690-99)。

這種禍不單行的氣候事件不僅出現在科學或歷史文獻中,英格蘭民間向來傳說,「若十月莓果結實纍纍,當年必有寒冬」,人們若對此嗤之以鼻,應該回想一下,英國過去幾年秋季野莓收成豐碩,結果冬季確實格外寒冷。類似與自然相關的傳說還包括,「若秋葉遲落,冬季必寒」,以及「若飛鳥與獾在十月肥大,冬季必然凜冽」。

除了英國民間傳說,中國古語亦云「春到人間草木知」,同樣意指大自然能夠預期氣象變化,讓人更感好奇,為何野莓樹能準確預測未來天氣?植物顯然不斷與環境對話,察覺溫度與濕度微妙變化,也很可能在基因保有記憶力,可以為未來氣象預作準備。為瞭解為何莓樹結果會在酷寒前特別多,就得記住植物繁殖仰賴與其他物種的關係,包括昆蟲、鳥類及哺乳類都會傳遞及散播花粉和種籽,為維繫這些動物能夠生存,莓樹自然會結更多果實,增加動物體內脂肪應付寒冬。

動植物與氣候互動的經驗中,有許多值得人類研究學習之處,各國生態學家均已注意到,許多物種正隨著氣候遷徙,移動至過去寒冷不宜棲息之處,例如阿爾卑斯山脈高海拔地區的樹木日增,若比較古氣候與古生態資料,過去的生態系顯然能夠預測氣候變遷,但今日卻只有少數建築業者在研究,該如何運用自然智慧,在居住環境中增加面對極端天氣的彈性。社會普遍採用「一站式服務」的建築環境解決方案,而未思考其他可能的策略,讓高科技與低科技、自然與人工並存。

但多數人都同意,建築環境1.0模式無法因應極端氣象,除了諸多報告為證,住家、城鎮與生命淹沒在滾滾洪流的畫面,也不時成為國際新聞頭條消息,再加上全球經濟崩盤的眾多報導,讓許多國家瀕臨破產邊緣。

批評傳統建築環境模式輕而易舉,要找到新的替代方案則複雜許多,學界常鼓勵研究人員降至最低標準,一次解決一項個別問題,但氣象災害牽涉層面如此廣泛,這種各個擊破的策略根本行不通,日本於今年3月11日發生東北大地震與海嘯,雖然屬於地質災害,與氣象無關,但也證明許多建築物雖能抵擋芮氏規模九的強震,在海嘯面前卻不堪一擊。

我正在建構的「仿生學城市」概念,就是希望為大都市描繪一張藍圖,用彈性因應極端地質與氣象事件,這項概念曾在多場國際研討會發表,也曾撰寫多篇相關文章,常有人問我,「這座城市會是什麼模樣?」,但其實更重要的問題是「這座城市有何功能?」,因為只要形式能發揮功能,外觀並非重點,美學當然不可或缺,我知道環境樣貌與感受牽動居民心理健康,但假若身處在一艘即將沉沒的船上,一般人最在意的事,應該不是救生衣是否美觀,而是能否救自己一命。

話題回到野莓樹…它教導人類未雨綢繆必有價值,讓天然危險不會演變為天然災害,以樹木為例,亦即幫助授粉昆蟲及動物不會凍死。對於極寒天氣的市政規劃,英國通常停留在增加鹽巴存量,以便灑在路面上避免結冰,但去年冬天道路毀壞即造成價值130億英鎊損失,尤其英國經濟又仰賴英格蘭銀行採取量化寬鬆政策,當然值得研發可抵抗冷熱溫差的路面,例如運用與高山植物相同的耐冷熱材質,高山植物透過各種方式避免寒害,包括累積溶解物質、過度冷卻、脫水等。

Neil Spiller及Rachel Armstrong博士曾撰文表示,「多數建築仍是一堆愚笨、呆板的材料組裝而成,阻礙生態發展,根本問題在於,現今設計的建築都妨礙環境,缺乏有利環境的技術,我們必須開始發展新的建築典範與科技,能夠擁抱自然、與自然合作,而非企圖主宰自然」[4]。這項言論反映出愈來愈多跨領域研究者的思維都和我一樣,主張積極追求仿造生物行為的新型態建築環境科技。

「都會時代」網站近期將「仿生學城市」形容為「生物擬態幻想世界」,這個概念聽來或許充滿奇想,如同Roald Dahl在1964年的著作《巧克力冒險工廠》內容,因為我所描繪的大都市會改變形態與顏色,如同北半球的森林與草地會隨四季變換,聽來好似幻想,但相關科技其實已經存在,能讓科幻小說成真。

此類建築的一位先驅是英國建築師Cedric Price,他的知名作品即為暫時性建築,能夠持續變化;美國建築師Glenn Small在1965年將城市形容為「生物形態的生物圈」,是個近乎活著的生態系,以自然為終極科技[5]。賀伯曼(Chuck Hoberman)是「適應性建築」(Adaptive Architecture)領域大師,他和Craig Schwitter曾提到,「縱然新型被動式與節能系統已面世,多數建築仍未善用自然資源,適應性建築能改變形式、表面、內部空間,是能監控環境反應的智慧操控系統」。[6]

我曾形容「仿生學城市」從小處到大處皆模仿生物特性,其中適應性建築表面的範例,即為2010年威尼斯雙年展加拿大館內,Philip Beesley與Rachel Armstrong兩人製作的Hylozoic Ground裝置,兩人認為這件作品「是個母體環境,支撐各項反應行為及活性技術,是未來建築可能採用的自我更新機制第一階段」[7],另有許多研究計畫都在思索,是否可能運用類似生物表面的材質,打造建築物內外。

各領域都開始出現類似突破與創新,例如感應、訊號處理、活動系統、人工智慧、數據資料、超級運算等,近年來拜新研究技術之賜,提升電腦處理能力,人類對於地球科學、地質活動、生態也更加瞭解,故串連各個節點後,建立仿生城市顯然也並非遙不可及。

人類今日竟然無法創造出能順應環境變化的城市,顯得相當諷刺,Rachel Armstrong博士即曾表示,「現代建築生產策略太過老舊,但其實有項技術,可能顛覆世界建築興建模式,而且比水泥發明的年代更久遠,這項技術即是生命」[8]。

另一項諷刺之處,則是許多人以視覺為先,都好奇「仿生學城市」的可能樣貌,但城市若真能仿效自然生態,隨著季節變換,那麼外貌當然在春夏秋冬皆有不同,而且每年也會因時間與條件而調整,因為氣象、地質與生態也會不斷波動。

在這樣的概念之下,人們很容易假設生態系統運作的方式,目前市面上愈來愈多開發案都強調「生物擬態」,但許多只是空有外觀,卻無實質科學研究為基礎,僅僅以藝術方式詮釋自然形態。

自然之美在於細節,也向來相當複雜,動植物與生態圈面對各種威脅,如極端天候、地質變動、疾病與掠食者,總是保持彈性運用各種策略,相較於人類傳統技術,這些策略顯得陌生又異常,但我認為也因此更加有趣而具有啟發性,適應性建築、生物擬態、活性材質、複雜適應系統等領域都發展迅速,未來隨季節變換的城市會有何面貌,目前還不完全清楚,但我相信這座城市必然會像奇花異草,令傳統人士感到耳目一新。

參考資料

[1] Haldorsen, K, 42 Million Displaced by Sudden Natural Disasters in 2010, Norwegian Refugee Council, www.nrc.no, June 6 2011.
[2] Haldorsen, K, 42 Million Displaced by Sudden Natural Disasters in 2010, Norwegian Refugee Council, www.nrc.no, June 6 2011.
[3] McNulty, S, US counts the cost of extreme weather, Financial Times, June 28 2011.
[4] Spiller, N & Armstrong, R, ‘It’s a Brand New Morning’, p17. Architectural Design, Vol 81, No. 2, ISSN 0003-8504, Profile No. 201, ISBN 978-0470-748282, March/April 2011.
[5] Small, G, Biomorphic Biosphere, Futurist Magazine, June 1977.
[6] Hoberman, C, Schwitter, C, Adaptive Structures: Building for Performance and Sustainability, Design Intelligence, August 11, 2008.
[7] Beesley, P & Armstrong, R, Soil and Protoplasm: The Hylozoic Ground project, p. 81, Architectural Design, Vol 81, No. 2, ISSN 0003-8504, Profile No. 201, ISBN 978-0470-748282, March/April, 2011.
[8] Armstrong, R, How Protocells Can Make ‘Stuff’ Much More Interesting, p. 71, Architectural Design, Vol 81, No. 2, ISSN 0003-8504, Profile No. 201, ISBN 978-0470-748282, March/April, 2011.

圖一:Philip Beesley與Rachel Armstrong在2010年威尼斯雙年展加拿大館製作的裝置
圖二:來自Flickr用戶howzey
圖三:Glenn Small「生物形態的生物圈」