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今夏,全球各地極端天氣頻發。
什么樣的建筑,能抵抗百年一遇的災害?
什么樣的城市,能讓暴雨不成為洪水?
一條和多位建筑、景觀領域的專家
聊了聊如何用設計手段,應對災害天氣。
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俞孔堅團隊的“海綿城市”項目代表:三亞東岸濕地公園、三亞紅樹林生態公園
北大教授俞孔堅主導設計的三亞“海綿城市”項目,
已成為緩解內澇、修復生態的樣本,
成功經驗還出海到了國外。
他認為城市應對極端天氣的最大問題在于
“排水管網等工業基礎設施無法應對極端天氣,
我們忽視了基于自然的生態韌性。”
深圳大沙河生態長廊,AECOM團隊設計
AECOM團隊對河道等基礎設施的設計改造
已有多年的經驗,
在深圳、廣州等珠三角城市,
他們改造后的河道不僅能調節旱澇,
還能供市民休閑,
為野生動物提供棲息地。
位于珠江口的香港科技大學(廣州),KPF團隊設計
在廣州,去年建成的香港科技大學(廣州),
扛住了200年一遇的暴雨,
設計團隊KPF將經驗歸于建筑的水系、
植被和屋頂的可持續設計。
除此之外,在荷蘭、泰國和布基納法索,
為了應對海平面上升、洪澇和干旱,
建筑師們也拿出了他們的解決方案。
編輯:葉荔 金璐
責編:陳子文
市民在三亞東岸濕地公園
以下是俞孔堅的自述。
過去幾年,極端天氣頻發,我印象最深刻的兩次,一次是2012年7月21日北京的特大暴雨,另一次是2023年5月紐約的暴雨。
這兩次災害分別在中國首都和美國大都市引發了城市癱瘓,暴露了現代城市建設的弊端——過于依賴工業化基礎設施,如排水管網和泵站。這兩次城市癱瘓提醒我們,即使在最發達的國家,傳統的灰色基礎設施也難以應對極端天氣。
而城市應對氣候變化的關鍵,是要保護和健全基于自然的生態韌性,人類要向自然學習。
南昌魚尾洲濕地公園
過去30年來,我的研究和實踐,主要就集中在“海綿城市”和海綿國土的規劃和工程實踐。它主要是指城市雨洪管理,通過流域治理、濕地與河湖、城市綠地系統和道路、街區等一系列生態改造,我們希望城市像海綿一樣會呼吸、自循環,實現排水防澇、雨水循環利用,同時,城市要和區域國土和自然生態環境和諧共生。
目前我們已經在國內200多個城市、完成了1000多個項目。
三亞東岸濕地公園整體景觀布局,包括多孔的下墊面和自然湖泊
2015年,三亞東岸濕地公園啟動前的基地現狀
三亞是最早的“海綿城市”項目之一,2015年,住建部將它作為試點建設。當時三亞積累了30年的快速開發,河岸邊高筑著灰色的混凝土防洪墻,幾乎所有的水體都被污染,處處漂浮著垃圾,城市水體和濕地沒有得到重視。三亞東岸濕地公園是海綿城市建設的重要案例。
空中觀景廊道
遠看東岸濕地公園,它是一片水上森林,一處城市綠洲。樹冠之上是一個空中觀景廊道網絡,直接連通道社區。
底層的濕地和湖泊,像海綿一樣蓄滯和凈化雨水,最終緩緩流入附近河道,雨水經過過濾凈化后再排往三亞灣。
在公園的邊緣,由一系列基塘系統構成,保留和凈化來自周圍社區的城市地表徑流。東北側地勢陡降,所以設計了梯級濕地,固坡的同時還能承接上游的雨水。
自從建成后,每次暴雨,東岸濕地公園都能成功緩解城市內澇。
一島一榕
除此以外,一島一榕的配置,重建了當地的生態系統,不僅能達到湖面降溫的效果,也給鳥類營造了一個新的家園。
可以說,海綿城市的功能是非常綜合的:既解決了內澇問題,又提供了旱澇調節,也為我們人類活動和城市里的動植物提供了棲息地。
泰國曼谷中央公園Benjakitti Forest Park
“海綿城市”的理念,如今也在海口美舍河等地實現。這些基于自然的設計理念和方法,特別適用于季風氣候區。近幾年,這個設計理念還出海到國外。
我們改造了泰國曼谷市中心的一座廢舊煙草工廠,把它按照海綿城市的理論打造成生態公園,這個項目獲得了多項國際大獎。
在多年的走訪考察中,我認為黃河流域的古代城市,如淮陽古城,是應對極端天氣的智慧設計典范。這些城市與自然和諧共生,通過周邊水面和濕地提供足夠的容量來緩解暴雨影響,展示了古代生態智慧,他們是無數次失敗后、用生命換來的經驗,是城市與水和諧共生智慧的結晶。
現代城市應從這些歷史經驗中汲取靈感。
當地市民拍攝的南崗河沿岸
攝影:廖志遠、鄭育欽
以下是吳琨的自述。
南崗河是位于廣州黃埔區中心的“母親河”,全長20多公里,河流背山、穿城、面海,是典型的嶺南生態河流山水格局。
但隨著城市化的快速發展,水生態環境一度惡化,河道淤塞,流域受上游山洪、中游內澇、下游風暴潮多重威脅。
河道改造前后
2022年我們AECOM開始參與南崗河改造提升,如今它是廣東省目前唯一入選國家幸福河湖建設項目、且完成建設的河流。
與河道相關的項目,首先就是要確保基礎設施達到抗災害的標準,這是安全的底線。城市遇到暴雨時,排水的時間標準一直在提升,相應地,防洪堤岸也就隨之變高。南崗河沿線的人工湖、滾水堰等設施配備,使它能達到20年一遇防洪標準。
“數字孿生南崗河”門戶平臺界面,由珠江水利科學研究院與黃埔區水務局、黃埔區水設所攜手合作
如今,數字化的方式也越來越多被應用于提升河道應對極端天氣帶來的挑戰中。南崗河有一個“AI”分身,名叫“數字孿生南崗河”。它與實際的河流系統一致,可以實現對河流的全方位監測和管理,并且在線模擬突發狀況。
水位高度和水的狀態是可視化的,不再只是一些陌生的數字。
依托于這個數字分身,洪澇預報和河道水位等都能提前預警,以成功應對雨情。據相關數據,截至2023年10月,廣州黃埔區的水旱災害防御中心,共發出洪澇預報預警短報80余期,發送河道水位預警14次等等。
南崗河畔不同斷面的步道、親水平臺
攝影:鄭育欽
防洪堤岸變得高了之后,如何和城市生活融合,市民如何親近水面?
南崗河從山上流淌而下,穿越了黃埔核心城區,沿河的寶貴區域,我們希望更多地留給市民來使用。
為此,我們為防洪的斷面做了精細化的設計,還采用了“讓自然做工”的低干預設計手法:在平時,市民可以在河邊露營、摸蝦抓魚,可以踩水嬉戲;暴雨時,河道可以吸收雨水,保護城市免受洪澇;暴雨退去,低維護的沿岸景觀,能夠進行自我修復,減少了額外的人工維護。
香港東涌海岸線的生態磚,為小動物留下棲息地
從業景觀設計二十多年來,在和團隊一起參與了多年的河道改造項目后,我們對設計的思考也會變得越來越深入,包括考慮到海洋、湖泊及河道等水系為城市所帶來的、更長遠的生態、社會及經濟的價值。
比如,在香港東涌生態海岸線項目中,沿岸設置了可抵御海風、海嘯的紅樹林,并在紅樹林前面設有海堤砌塊,以減低海浪對紅樹林的沖擊;同時階梯式設置生態磚,讓堤岸在潮汐漲退期間蓄起海水,生態磚上的鉆孔,還可以庇護潮間帶生物避免高溫和干涸。
暴風雨來臨時,海濱的閘門會開啟
在更長期的未來,比如50年、100年后,城市如何應對極端天氣?
以紐約為例,根據當地經濟發展局的研究預測,到2100年,海平面預計上升超過6英尺(約1.83米),屆時將有 50%建筑受到洪水侵襲,20%街道將每天遭受潮汐淹沒。
基于此,我們的設計團隊提出了將韌性基礎設施與公共空間整合的理念。通過組合臺階和坡道形成多條前往濱海區的路線,同時增加隱蔽的閘門和防洪墻,確保了防洪閘門在非風暴狀態下能夠平放隱藏,不會影響濱海公共區域的日常使用。
這種跳出傳統的單純依靠提升堤岸高度的做法,是一種全新的低成本改造方式,也是面對不確定的未來時,更為靈活的方案。
吳琨參與的深圳大沙河生態長廊項目,越來越多的鳥類來此棲息
偉大的城市都離不開一條河。就像正在舉辦奧運會的巴黎,除了備受矚目的塞納河上的奧運會開幕式,城市文明和地標建筑也都沿著塞納河展開。
對于每一位城市里的居民來說,對母親河、對水都有著深厚的感情,我們也會在設計中持續探索下去。
香港科技大學(廣州)(來源:KPF)
廣州:香港科技大學(廣州)
在為香港科技大學(廣州)設計校區時,主導設計的KPF建筑事務所團隊需要在短短18個月內建造一所占地超過1620畝且可體現最新可持續設計的研究型大學,于2022年9月投入使用。
在剛落成一年左右的時間,就遭遇了廣州百年一遇的暴雨,學校所在地的平均降水量超過300毫米,打破了當地歷史降水記錄。
但這座校園,“抗”住了這百年一遇的暴雨。
2023年暴雨的量級幾乎已經達到KPF預估的200年一遇的量級,但是淹水情況差不多是圖中“HEAVY STORM”所顯示的程度(來源:KPF)
KPF團隊在設計時評估過遭遇“10年一遇”、“50年一遇”、“200年一遇”的大雨時,學校會被淹到什么程度。原本根據設計策略,可能會面臨周邊非關鍵設施被淹,只剩下校園中心區及關鍵設施保全下來的情況。但是實際運行下來,校園的受影響程度沒有那么嚴重。
河流呈“N”字形環繞、穿越校園(來源:KPF、香港科技大學(廣州)官網)
該校區位于海岸邊,地處未來城市化地區下游,校區現有三條河渠,因此必須重點考慮抗洪能力。團隊將重要的實驗室建筑和發電廠提升至地面以上,可避免200年一遇的洪災影響正常運營。宿舍樓和便利設施等其他建筑的底層抗洪設計可抵御偶爾的洪水。
學生中心的屋頂有大大的斜坡(來源:KPF)
部分建筑的剖面圖,展示了雨水是如何被收集再利用的(來源:KPF)
雨水花園和生物水池等景觀美化技術占總種植面積的50%以上,可保留校區內所有雨水,并過濾上游發展期間產生的徑流。
廣州的氣候條件極具挑戰性,因此,該項目旨在打造一系列充滿活力的室外空間,即使在如今及未來數年甚至數十年內氣溫升高,依舊可保持全年舒適。大量種植的遮蔭樹將在未來長出郁郁蔥蔥的樹冠。
校園內的綠化(來源:KPF)
植物園般的樹木和各色建筑將為校區一半的室外空間提供遮蔭。遮蔭加上將涼風最大化的建筑布局,可將室外熱舒適時間延長30%。
荷蘭設計師Koen Olthuis設計的漂浮房屋(來源:WaterStudio)
目前荷蘭有著越來越多的漂浮建筑,漂浮社區Schoonschip還設計了能從河水中提取熱量的水泵,為房屋供應熱能,可以實現水、能源、廢物的循環再生(來源:Space&Matter)
荷蘭:漂浮社區
由于氣候變暖,海平面上升成為世界上眾多海濱大城市的隱憂。荷蘭有超過一半的人群住在低于海平面的地區,所以不斷上升的水位是迫在眉睫的問題。
荷蘭建筑界率先發展出了“漂浮城市”的概念。荷蘭建筑師Koen Olthuis把“漂浮平臺”作為建筑的底座,平臺是中空的混凝土,里面填入泡沫材料,在上面建造依靠浮力承載的“漂浮屋”,房屋可以通過搖桿控制,隨著水位升降。他花費十年時間,已經在全球各地完成了200多個水上建筑項目。
他說:“我們必須開始與水如朋友般共存。”
朱拉隆功百年紀念公園(來源:Landprocess)
泰國:抗洪公園
2011年,泰國遭遇了史上最嚴重的洪災。泰國景觀設計師Kotchakorn Voraakhom就希望能夠在曼谷建設能夠適應氣候變化的綠色公共空間,決定通過景觀建設為家鄉抵御一年一度的風暴,改善洪水災害。
她帶領Landprocess團隊建設了曼谷最大的抗洪雨水公園——朱拉隆功百年紀念公園。這是曼谷三十年來的第一個公共公園,有著面積約11英畝的“儲水”空間,傾斜式花園、濕地和蓄水池的組合,能夠幫助吸收近100萬加侖的水。
布基納法索的甘多小學(來源:Kéré Architecture)
甘多小學圖書館(來源:Kéré Architecture)
布基納法索:能調節氣候的校園
除了洪水以外,酷暑也是氣候變化過程中越來越嚴峻的問題。2022年普利茲克建筑獎獲得者迪埃貝多·弗朗西斯·凱雷(Diébédo Francis Kéré)在自己的家鄉布基納法索建設了可以良好地調節氣候的甘多小學。
布基納法索位于西非內陸,撒哈拉沙漠南緣,是世界上受教育程度最低、最貧窮的國家之一。甘多小學的設計以有限的資源實現了應對高溫天氣和惡劣照明條件的可能。
甘多小學的教室上方屋頂是懸空的,這樣的設計加上側開的大窗戶,讓空氣可以自由流通,使室內更加涼爽。
圖書館的屋頂是將傳統陶罐插入天花板然后內澆筑而成的,陶罐移走后留下的缺口可以允許熱空氣向上流出,并且帶來更多的自然光線。
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