应对气候变化的 19 个方案

破纪录的飓风、西部历史上最严重的火灾季节、中西部前所未有的洪水水位以及东海岸成为家喻户晓的“暴风雨”：毁灭性的天气事件几乎是美国所有地区的新常态。气候变化导致灾难更频繁、更严重。再加上地震、龙卷风和火山的持续威胁，根据美国国家海洋和大气管理局国家环境信息中心的数据，自然灾害在 2017 年给我们造成了超过 3060 亿美元的损失，这并不奇怪。但新一代建筑师、设计师和专家正在创建能够应对极端条件和持续压力的基础设施和建筑。以下是一些最具创新性的方法来应对日益末日的世界。雾收集器挑战：干旱地点：摩洛哥布特梅兹圭达山

一些居住在撒哈拉沙漠附近的摩洛哥居民过去每天要花几个小时用驴子打水，但一种新的雾收集系统正在改变这一现状。Aqualonis Cloudfisher 的坚固织物安装在框架上，可以抵御每小时 74 英里的风速，同时收集山间经常出现的雾气中的水分。这些水滴入 16 英里长的管道，然后直接流入 70 多户家庭的水龙头。尽管人们在南美洲已经建立了类似的系统，但 Aqualonis 声称 Cloudfisher 是第一个能够抵御强风的系统。随着气候变化改变全球降雨模式，创新的饮用水解决方案将变得越来越重要。

活动防波堤

挑战：海平面上升
地点：纽约

2012 年的桑迪飓风是纽约市历史上最致命的飓风之一。43 名遇难者中有一半以上在史坦顿岛，那里高达 14 英尺的潮水淹没了海岸线。随着海水退去，一个联邦工作组举行了一场比赛，以找出如何最好地保护该地区免受未来风暴侵袭的方法。活防波堤是获胜设计之一，由建筑公司 SCAPE 牵头，计划用一条 4,000 英尺长的碎石、石头和混凝土屏障来控制该区南岸的海浪。该结构还将促进保护性生态系统，包括形成天然珊瑚礁的牡蛎养殖床。

防火房屋

挑战：野火
地点：美国西部

在过去的几十年里，美国的火灾季节延长了约 78 天。虽然专家表示，不住在易燃区可能是将风险降至最低的最佳方法，但对于已经住在那里的人来说，一些简单的改变将提高他们的房产在火灾中幸存的可能性。美国森林服务局落基山研究站的经济学家 Patricia Champ 说，最好的方法之一是减少家附近的可燃物数量。使用不易燃的屋顶材料，如沥青瓦、粘土瓦或铝。（其中一些恰好是目前最便宜的选择。）她说，修剪或移除建筑物附近的树木和植被也有很大的作用。

自修复混凝土

挑战：基础设施破败
地点：世界各地

大气中二氧化碳浓度的升高实际上会加速混凝土的劣化。当二氧化碳渗入结构时，它会与已经存在的水分和氢氧化钙发生反应，逐渐侵蚀覆盖钢筋的水泥层，使其容易生锈。幸运的是，荷兰代尔夫特理工大学的环境科学家亨克·琼克斯发明了一种自修复版本。琼克斯将氮、磷、乳酸钙和一种产生石灰石的细菌嵌入混凝土中。这些添加剂处于休眠状态，直到出现裂缝，让空气和水分进入。然后细菌被激活，以乳酸钙为食，将其转化为石灰石，并封住裂缝。

支持当地电网的电动汽车

挑战：电源故障
地点：世界各地

事实证明，阴天、无风的日子不会产生太多可再生能源——这是电网摆脱化石燃料的一大障碍。但电动汽车本质上就是车轮上的电池，可能会加速解决方案的出现。通过奖励他们储存额外的电力，可以鼓励他们的司机使用他们的汽车来稳定电网。当车主在白天工作时，他们的汽车可以利用太阳能发电场的能源充电，然后停在家里，通过将多余的电量卖回给电网，车主可以赚一点钱。或者，由于风通常在晚上刮得更猛烈，电动汽车可以储存这种短暂的电力，第二天再释放。联网的汽车电池因此可以为当地网络提供稳定性，降低停电的可能性，更不用说为车主提供应急电源了。潜在的影响令人惊讶：在最近的一篇论文中，劳伦斯伯克利国家实验室的研究人员提出，加州的激进政策——要求到 2020 年 33% 的能源来自可再生能源——只需使用电动汽车作为储存器即可实现。这样做还将减少纳税人建设固定存储基础设施的需要和成本。

街道排水砖

挑战：洪水
地点：丹麦哥本哈根

城市中密布着不透水的人行道和街道，因此混凝土丛林在暴雨期间无法吸收多余的水。结果就是：破坏性的山洪暴发。为了解决这个问题，丹麦建筑公司 Tredje Natur 开发了 Climate Tiles，这是一种模块化铺路系统，可以收集和分配雨水。这些板类似于普通的铺砌表面，但带有小孔，可将雨水径流汇入水平连接的通道。该系统从屋顶、街道和停车场收集水，并将其输送到附近的可渗透景观（如花园箱或公园空间）中，在那里水可以被吸收。Tredje Natur 今年已经对哥本哈根的一些人行道进行了整修，以测试这些瓷砖。但即使在该实验完成之前，多伦多和其他几个城市也提出了对雨水排水材料的请求。以下是该系统减少洪水的三种方式：

1. 滋养植物植物为城市居民提供许多好处，包括遮荫、美景和野生动物栖息地。但它们也会吸收原本可能淹没繁忙街道的水。

2. 收集径流道路、人行道和露台连接人们，但通常也无法透雨。穿孔表面等小变化可以帮助城市管理径流。

3. 清除废物Tredje Natur 系统可防止暴雨径流与道路盐、肥料和污水等日常污染物混合，确保植物获得最佳生长状态。

抗龙卷风房屋

挑战：龙卷风
地点：密苏里州乔普林

2011 年一个平静的周日，美国历史上最致命的龙卷风之一——一场 EF5 级多重涡旋风暴席卷了密苏里州乔普林，造成 161 人死亡。之后，随着城市的重建，总部位于多伦多的 Q4 Architects 设计了一座概念住宅，向房主展示了如何更好地生存下来，并更快地从灾难中恢复过来。以下是三个基本特点：

1. 内部坚固这栋建筑被称为 CORE House，围绕一个中心空间建造，该空间由牢固的混凝土制成，符合联邦紧急事务管理局的“近乎绝对的保护”标准。日常生活的所有关键需求——休息、做饭和上厕所的地方——都在这里得到保护。周围的房间配备了传统的舒适设施，例如更大的窗户。

2. 恢复功能自然灾害发生后，市政基础设施通常需要一段时间才能恢复正常。因此，Q4 在安全屋内安装了光伏板和集水系统，以提供紧急备用。安全屋周边设有开口，这些开口位置经过精心设计，可以抵御强风，但又足够大，有助于保持房屋凉爽。

3. 碳中和考虑建筑对环境的长期影响是弹性设计的关键要素。因此，Q4 在建造房屋时着眼于对地球的友好。定制的混凝土混合物可以吸收碳排放，所有其他材料都在施工现场 500 英里范围内制造。

经过“龙”测试的材料

挑战：野火
地点：日本筑波

证明材料耐火性能出奇地困难——主要是因为这需要在不烧毁实验室的情况下制造出真实强度的火焰。因此，美国国家标准与技术研究所的研究员 Samuel Manzello 帮助开发了他所说的“龙” (正式名称为 NIST 火把发生器)。研究人员将木屑填入这个直径 12 英寸、高 5.5 英尺的管状装置中，然后用两个丙烷燃烧器点燃。与位于日本筑波的世界仅有的火灾研究风洞之一结合使用，测试人员可以制造出以每秒 32 英尺的速度移动的火把。这使研究人员能够模拟自然条件，例如风吹野火席卷市区。NIST 使用 Dragon 来支持改进屋顶以抵抗点火，并通过测试用于防止余烬进入建筑物通风口的网格尺寸来建议修改加州的消防法规。

抵御地震

挑战：地震
地点：日本东京

日本位于地震活动最频繁的板块交界处之一，每年发生 1,500 多次地震。日本的建筑师率先采用了新的工程标准，以稳定摩天大楼。例如，东京最高的建筑之一森大厦在其 54 层的建筑中安装了 192 个充油减震器。这些钢制减震器内的传感器可以检测到轻微的震动并控制流体的流动；当检测到地震时，减震器会向相反方向喷出浓稠的油来抵消震动。日本人继续突破抗震技术的界限，用从隔离轴承到高强度碳纤维等各种材料制造减震器。

水上房屋

挑战：洪水
地点：世界各地

正如 2017 年的飓风哈维所表明的那样，美国大片地区越来越容易遭受严重风暴的侵袭，这些风暴会切断电力供应，并导致数十万户家庭被淹。建筑师们已经注意到了这一点，在世界各地创建了新型的漂浮和两栖房屋。以下是它们的三个保护功能：

节水灌溉渠道

挑战：干旱
地点：德克萨斯州圣安东尼奥

西班牙裔定居者将一种水管理系统带到了新大陆，随着气候变化，这种系统有了新的用途。这些被称为“水渠”的土制运河网络传统上像河流的动脉一样分支出来，有些甚至允许多余的水渗入地下，在那里储存数月之久。由于全球变暖导致水库蒸发的风险越来越大，美国农业部自然资源保护局于 2015 年开始资助水渠基础设施项目，作为替代方案。德克萨斯州圣安东尼奥市最近在菲尔哈德伯格公园修建了一个现代化的水渠，该系统可以捕获和转移停车场的暴雨径流。该项目的景观设计师之一劳伦斯蒂姆森表示，它使用植物根系和沉积物作为天然过滤器，像该地区农民过去那样收集和储存径流。

红树林水坝

挑战：洪水
地点：世界各地

城市并不是唯一受洪水影响的地方。低洼地区可以成为生产性农场的肥沃土地，但它们也容易遭受洪水侵袭。红树林可以成为抵御洪水的神奇天然防御机制，其动态根系可以给土壤充气，同时将其固定在原地，减少侵蚀并增加排水量。但在许多地方，这些自然生态系统早已遭到破坏。匈牙利设计集体 Szövetség'39 集思广益，设计出一种模块化、花边状的混凝土结构，作为红树林幼苗的根基，这些幼苗通常难以扎根。人造地基旨在支撑树木，直到它们形成天然水坝，然后慢慢地在挡水的树林下退化。

重建微电网

挑战：电源故障
地点：日本东松岛

2011 年的灾难性地震和海啸导致福岛核电站发生熔毁，附近的城镇将灾难的教训运用到恢复工作中。与许多重建系统注定会再次失败的地方不同，拥有近 40,000 人口的东松岛镇计划将城市纳入本地化、可再生的电网。例如，政府将一个受损的公园改造成一个太阳能设施，能够为 600 个家庭提供足够的能源。这座 75% 被毁的城镇还建造了一个带有备用电池的智能微电网，可以为整个地区供电数小时，或将其重新引导到医院和社区建筑数天。该市 25% 的电力已经在本地生产。

本文最初发表于《大众科学》杂志 2018 年冬季《危险》期刊。