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　　導(dǎo)讀：為明天的大都市設(shè)計(jì)的生態(tài)藍(lán)圖向我們展示了清新的空氣、清潔的水源和永不堵車(chē)的交通體系。

　　今年下半年，全世界的城市人口將有史以來(lái)第一次超過(guò)全球總?cè)丝诘囊话搿６@種發(fā)展趨勢(shì)絲毫沒(méi)有減慢的跡象。到2030年，將會(huì)有超過(guò)50億人居住在城市環(huán)境中—現(xiàn)在的數(shù)字是33億—發(fā)展中國(guó)家的農(nóng)村人口還在不斷地涌入城市，尋求更好的教育和更高收入的工作。

　　這種發(fā)展不可避免的結(jié)果便是大城市。在亞洲和非洲，這種大規(guī)模的城市結(jié)構(gòu)已經(jīng)初見(jiàn)端倪。比如我國(guó)廣東省的東莞就是個(gè)典型的例子，20年前這里還只是一個(gè)中等規(guī)模的城鎮(zhèn)，如今已經(jīng)擁有700萬(wàn)人口。更為極端的例子是尼日利亞的前首都拉各斯，到2015年，其人口總數(shù)可能會(huì)達(dá)到2400萬(wàn)人，而上世紀(jì)70年代時(shí)僅為300萬(wàn)人。這樣的增長(zhǎng)帶來(lái)了深切的生態(tài)學(xué)問(wèn)題。

　　年輕的大都市可能會(huì)成為一個(gè)個(gè)的噩夢(mèng)—如果它們像墨西哥城那樣發(fā)展的話：在這座擁有1800萬(wàn)人口的城市中，劣質(zhì)的供水管網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)流失了40%的飲用水，而每年因?yàn)榭諝馕廴径鴮?dǎo)致生病的居民總計(jì)要損失掉相當(dāng)于250萬(wàn)個(gè)工作日。

　　其實(shí)城市并不是一定要走上這條發(fā)展之路—如果能夠很好地進(jìn)行規(guī)劃，它們的結(jié)果會(huì)截然不同。

　　城市密度和理性的中心規(guī)劃是首要問(wèn)題，也是建設(shè)生態(tài)生存環(huán)境的第一步。就拿美國(guó)紐約來(lái)說(shuō)：每個(gè)紐約市民所造成的碳排放要比美國(guó)的平均水平低2/3，這主要得益于其公共交通系統(tǒng)。而紐約市的供暖系統(tǒng)同樣擁有很高的效率，這是因?yàn)樗捎昧溯椛涫降脑O(shè)計(jì)，公寓之間能夠相互共享。還有很多重要的綠色法案，比如紐約市長(zhǎng)麥克·布魯伯格提出的到2030年減少城市碳排放30%的計(jì)劃，也起到了重要的作用。對(duì)于那些長(zhǎng)期以來(lái)一直向往這樣目標(biāo)的新興城市的規(guī)劃者來(lái)說(shuō)，這是最接近理想的狀況。

　　但一座完美的大都市又該是個(gè)什么樣子呢？在接下來(lái)的幾頁(yè)中，你將看到一些由科學(xué)家、工程師和設(shè)計(jì)者帶來(lái)的最理想的設(shè)計(jì)方案。其中的解決方案包括自動(dòng)化、人性化的公交車(chē)，飄浮在空中的通勤交通艙，摩天大樓農(nóng)場(chǎng)，直接噴涂的太陽(yáng)能電池和潮汐發(fā)電機(jī)。盡管其中有些可能需要再過(guò)50年才能投入商用，但它們卻勾劃出了一個(gè)未來(lái)，那就是利用綠色技術(shù)使城市成為它最希望變成的樣子—自給自足的可持續(xù)發(fā)展。

　　交通

　　自己駕駛公共小電車(chē)電動(dòng)的City Car城市車(chē)[1]的靈感源于麻省理工學(xué)院的研究者。它就像是超市中的購(gòu)物車(chē)：你可以從任何主要交通節(jié)點(diǎn)(比如地鐵站附近的停車(chē)場(chǎng))開(kāi)走一輛這樣的雙座小車(chē)，將它開(kāi)到你目的地附近的另一個(gè)交通站，把它停在那里，然后繼續(xù)你的旅程。今天的汽車(chē)每天有95%的時(shí)間都是停著不動(dòng)的，而且還霸占著本來(lái)就十分珍貴的停車(chē)空間，而這種小車(chē)在存儲(chǔ)的時(shí)候還能夠折疊起來(lái)。城市車(chē)最吸引人的地方還在于它提供了一種全新的能量消費(fèi)方式：它通過(guò)車(chē)頂?shù)奶?yáng)能板充電，還能在停車(chē)時(shí)將多余的能量輸入城市電網(wǎng)。

　　沒(méi)有司機(jī)的公交車(chē)為了減少擁堵和污染，城市可采用自動(dòng)駕駛的公交車(chē)[2]，它們依靠生物柴油和電力組成的混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)。公交車(chē)能夠通過(guò)跟蹤特定車(chē)道上安裝的磁性標(biāo)志停靠到乘客身邊，同時(shí)由中央計(jì)算機(jī)控制選擇乘客最多的線路、發(fā)車(chē)頻率和總體的線路容量。

　　靠路上氣流發(fā)電開(kāi)得更快也能節(jié)省能源。由建筑師馬克·奧博赫茲發(fā)明的風(fēng)力渦輪機(jī)將會(huì)排列在所有公路的中央，依靠從旁邊高速通過(guò)的汽車(chē)所卷起的氣流為城市電網(wǎng)供電。

　　低造價(jià)永磁體磁懸浮美國(guó)加州的Unimodal公司提出的Skytran是一種能夠按照實(shí)際需要運(yùn)行的磁懸浮軌道交通系統(tǒng)[3]，它每小時(shí)最多可運(yùn)送14400人次的旅客—這個(gè)數(shù)字相當(dāng)于一條3車(chē)道公路。一個(gè)個(gè)獨(dú)立的雙座客艙掛在一條單線高速軌道上，運(yùn)行速度最高可達(dá)240千米/小時(shí)。到達(dá)目的地后，它們就會(huì)轉(zhuǎn)入相互間隔400米的停靠車(chē)道，在到達(dá)和出發(fā)站臺(tái)排成一列。軌道上排列著磁線圈，而軌道艙上所采用的是永磁體而不是耗費(fèi)能量的電磁系統(tǒng)。整套系統(tǒng)的造價(jià)大約是每千米620萬(wàn)美元，這個(gè)數(shù)字僅僅是目前輕軌系統(tǒng)的1/10。

　　海藻公園生產(chǎn)氫氣海藻動(dòng)力公園[15]是一個(gè)大約330平方米的池塘，上面漂浮著一種由加州大學(xué)伯克利分校培育的特殊種類(lèi)海藻，其制造氫氣的能力將達(dá)到天然海藻的100萬(wàn)倍。在池塘底部的設(shè)施中，海藻釋放的氫氣經(jīng)過(guò)脫氧、脫硫處理后被收集灌裝到氣球狀的罐體中，每個(gè)氣球中所收集的能量足夠12輛車(chē)跑上一個(gè)星期。

　　人行道上收集踩踏能量建筑師詹姆斯·格拉哈姆和泰迪伍斯·朱斯凱克所設(shè)想的Crowd Farm[4]是一條能發(fā)電的人行道，遍布城市各處的人行道可以將每天無(wú)數(shù)次的踩踏能量收集起來(lái)。它的工作原理就像是直流電動(dòng)機(jī)：在人體重量的作用下，安裝在人行道上的地磚會(huì)輕微下陷并相互擠壓，在這個(gè)過(guò)程中，有一臺(tái)設(shè)備將其中的能量轉(zhuǎn)化為電流。如果安裝在繁忙的火車(chē)站，Crowd Farm所產(chǎn)生的能量可以用來(lái)點(diǎn)亮6500個(gè)發(fā)光二極管—足夠火車(chē)站的照明使用了。

　　食物和水

　　從海洋高效取淡水地球上的所有水資源中，只有不到1%能夠飲用，缺少清潔的水源是大都市難以擺脫的煩惱之一。幸運(yùn)的是，加州大學(xué)洛杉磯分校的材料科學(xué)家艾瑞克·霍克已經(jīng)創(chuàng)造了一種海水脫鹽系統(tǒng)[16]，能夠?qū)⒑Ｑ笞兂梢粋€(gè)巨大的水廠。霍克的發(fā)明是一種管膜，每個(gè)的直徑只有人頭發(fā)的十萬(wàn)分之一。這種尺寸能夠阻止鹽分通過(guò)，但純凈的水卻能暢通無(wú)阻。親水聚合物制成的涂層能幫助水穿過(guò)膜層，同時(shí)擋住包括細(xì)菌在內(nèi)的其他物質(zhì)。霍克的早期試驗(yàn)顯示，這種薄膜的效率要比傳統(tǒng)的蒸餾脫鹽系統(tǒng)高50%。

　　管道機(jī)器人查漏水像紐約這樣的大城市每天都會(huì)浪費(fèi)掉4%的水資源，也就是將近13萬(wàn)噸水。為了及時(shí)發(fā)現(xiàn)和修補(bǔ)漏水的管道，伍茲霍爾海洋研究所的研究人員開(kāi)發(fā)出了一種自動(dòng)化的水下機(jī)器人[5]，裝備了視頻攝像機(jī)和聲納來(lái)巡查供水管道。高樓里種莊稼農(nóng)業(yè)是全球變暖的禍?zhǔn)字弧Ｓ袡C(jī)食品會(huì)好些嗎？在運(yùn)輸和耕作過(guò)程中所使用的化石燃料同樣會(huì)抵消掉它們?cè)谏鷳B(tài)上帶來(lái)的好處。一個(gè)更好的解決方案是在我們居住的地方種植農(nóng)產(chǎn)品。一家名為Organitech的以色列公司所提出的垂直農(nóng)場(chǎng)概念是一個(gè)有30層樓高、依靠機(jī)器人自動(dòng)管理的無(wú)土栽培綠洲[6]，它能夠制造出足夠養(yǎng)活5萬(wàn)人的食物和水。蔬菜漂浮在聚苯乙烯泡沫托盤(pán)上，其底部的軌道能夠自動(dòng)調(diào)節(jié)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，并能將其移動(dòng)到種植、培育和收獲的工作站上。灌溉水源來(lái)自經(jīng)過(guò)過(guò)濾的下水道廢水，并經(jīng)過(guò)斑馬紋貽貝的凈化。這樣，水能夠?yàn)檫@里超過(guò)100種的不同作物提供養(yǎng)分。

　　建筑

　　外墻作用大這座10層樓高的建筑[7]的基礎(chǔ)來(lái)自法國(guó)建筑師杰奎斯·費(fèi)里爾的設(shè)計(jì)，其中到處都能看到對(duì)生態(tài)的考慮。外部的混凝土網(wǎng)格結(jié)構(gòu)負(fù)責(zé)支撐整棟建筑的結(jié)構(gòu)負(fù)載，上面覆蓋著光電池和雨水管道。雨水進(jìn)入一個(gè)中央提純系統(tǒng)并為整棟建筑提供干凈的水源。在建筑的頂部能安設(shè)風(fēng)力發(fā)電裝置，而底部的地?zé)峋梢匀〈照{(diào)和鍋爐，大樓底部的恒溫巖床能在夏天冷卻水，或者是在冬天為其加溫。多功能的氣泡房

　　舊金山的IwamotoScott建筑公司設(shè)想了這樣一種居民樓[8]，它同時(shí)還能承擔(dān)過(guò)濾水的工作，制造出可以安全飲用的自來(lái)水。這項(xiàng)技術(shù)的基礎(chǔ)是一種智能的“水外殼”—包裹著建筑物正面的厚厚的多孔外殼，雨水管道直接穿過(guò)里面的中空結(jié)構(gòu)，在這里通過(guò)紫外線進(jìn)行凈化。在建筑物頂部安裝有填充著鹽溶液的“枕頭”，當(dāng)外界環(huán)境較熱時(shí)，鹽就會(huì)變成液態(tài)吸收熱量，從而降低環(huán)境溫度；當(dāng)外面很冷時(shí)，它又會(huì)凝固起來(lái)，在釋放熱量的同時(shí)，還能起到隔熱保溫的作用。

　　能源

　　地下超級(jí)電網(wǎng)洛克菲勒大學(xué)的杰斯·奧色貝爾提出的Supergrid超級(jí)電網(wǎng)[9]將超導(dǎo)電纜與氫管道結(jié)合了起來(lái)。冰冷的液態(tài)氫在通過(guò)管道網(wǎng)絡(luò)的同時(shí)，能夠?yàn)殡娎|降溫，減少由電阻產(chǎn)生的能量損失。管道還能同時(shí)快捷地為交通系統(tǒng)傳送氫燃料。

　　可噴涂的太陽(yáng)能電池幾乎每一座建筑都能為自己提供足夠的電能，而這要依靠一種價(jià)格便宜、可以直接噴涂的太陽(yáng)能電池[10]。由新澤西理工學(xué)院的化學(xué)家索米納什·密特拉發(fā)明的這種粘性溶液中包含有兩種納米微粒—一種用來(lái)捕捉陽(yáng)光，另一種能將它轉(zhuǎn)化為電能。

　　高效風(fēng)力電廠現(xiàn)有的風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)受到機(jī)械系統(tǒng)的限制，因?yàn)槠渲械妮S承經(jīng)常磨損。而在去年于北京召開(kāi)的亞洲風(fēng)能大會(huì)暨國(guó)際風(fēng)能設(shè)備展覽會(huì)(WindPower Asia)上出現(xiàn)的磁懸浮渦輪[11]能夠解決這個(gè)問(wèn)題。一系列垂直的葉片安裝在釹永磁體上，完全擺脫了需要消耗能量的電磁。由于取消了軸承，摩擦力也將最小化，渦輪機(jī)在風(fēng)力只有0.9米/秒時(shí)即可開(kāi)始發(fā)電。單臺(tái)磁懸浮渦輪發(fā)電機(jī)就能提供足夠80萬(wàn)個(gè)家庭使用的電能。

　　潮汐渦輪發(fā)電機(jī)

　　根據(jù)科學(xué)家的估算，海洋能夠提供20億千瓦的能量，大約相當(dāng)于今天全世界能源總消耗量的12%。駕馭這種能源的一種方案是潮汐渦輪發(fā)電機(jī)[12]。英國(guó)布里斯托爾的海洋發(fā)電廠正在愛(ài)爾蘭海岸外的一個(gè)海峽中安裝世界上最大的潮汐能渦輪發(fā)電機(jī)，其產(chǎn)生的能量足夠1000戶家庭使用。置于海底最深40米處(深度取決于當(dāng)?shù)爻毕闆r)的渦輪機(jī)組能夠像風(fēng)車(chē)一樣工作，在潮水上漲推動(dòng)旋槳葉片轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，就會(huì)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)；而退潮時(shí)，只要切換轉(zhuǎn)軸方向，還能讓葉片反轉(zhuǎn)繼續(xù)發(fā)電。下一個(gè)投入建設(shè)的項(xiàng)目將在威爾士附近的海岸，那是一個(gè)由7臺(tái)渦輪機(jī)組成的10500千瓦的發(fā)電設(shè)施。

　　靠海浪發(fā)電另一種方案被稱(chēng)為Wavebob[13]，它能將海浪轉(zhuǎn)化為電能。該系統(tǒng)擁有兩個(gè)基本組件：一個(gè)是安裝在沉于海中的重物上的中央圓柱體，另一個(gè)是環(huán)繞在圓柱體外側(cè)、能夠漂浮于海面的環(huán)形輕重量漂浮物。當(dāng)海浪涌來(lái)時(shí)，外層的環(huán)狀物就會(huì)隨著波浪上下涌動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)速度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于移動(dòng)緩慢的中央圓柱體。兩個(gè)部分之間通過(guò)液壓機(jī)構(gòu)相連，它們之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)會(huì)壓縮液壓機(jī)構(gòu)中的油，從而驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。設(shè)備會(huì)監(jiān)控海浪的情況，并據(jù)此調(diào)整液壓阻力以便優(yōu)化發(fā)電效率，在海流過(guò)于洶涌可能撕裂兩個(gè)部件時(shí)，它還會(huì)主動(dòng)將圓柱體與圓環(huán)分離，避免損傷。今年夏天，發(fā)明該設(shè)備的公司將會(huì)使用1/4比例樣機(jī)在愛(ài)爾蘭的戈?duì)栱f海灣進(jìn)行完整的試驗(yàn)。到2010年，全尺寸樣機(jī)將能夠產(chǎn)生1500千瓦的電能。該公司的首席執(zhí)行官安德魯·帕里斯說(shuō)：“哪里有海浪，我們就去哪里。”