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創新建築技術 與「水」合作建浮城

2022.01.12
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今期熱話

宮崎駿的動畫充滿不少天馬行空的想像,例如天空之城、移動城堡等等,這些東西全都十分神秘,帶有魔幻色彩,看似只會在故事中出現。真正懸浮在半空的天空之城在現實雖不存在,但浮在水上的城市倒是有可能建造起來。

大家或者會想,要一個人做到「輕功水上飄」已經是不可能的事,更何況是一幢大廈,甚至一座城市?近日韓國釜山就即將開始建造一個浮動城市,今期就讓我們了解如何毋須填海就可設立一座城市,以及當中的先進建築技術吧!







基本認知:現今住屋問題

身在香港的大家,其中一項經常聽到的社區議題就是房屋問題。香港地少人多,房屋供不應求,政府須要不斷發展新市鎮,甚至填海,才能逐步收窄此差距。

拉闊至全球角度,其實亦有類似問題。全球化與交通科技的發展,令愈來愈多人選擇由農村或鄉鎮搬到城市。據聯合國移民署統計,每星期高達三百萬人搬至城市生活,一個月下來就已經是大約一個莫斯科的人口。城市人口持續上升,而由於土地開發通常較慢,這亦導致城市人口密度漸漸上升。填海雖然能增加土地供應,但始終不及人口增長快,而且對海洋生態及海岸綫都會構成一定影響,故此我們或需要其他增加土地供應的方法。

沿海城市發展難

除此之外,城市的地理位置都是建築規劃時另一個須要考慮的元素。現時大約有九成的大城市都是位於海邊,而當全球暖化持續,海平面上升會增加這些城市沿海發展的難度。以荷蘭為例,當中有一大片土地是來自北海填海而成,整個國家很多地方的海拔不過數米,甚至是負數值;雖然當地可大力發展水利,但同時亦要建設精密的堤防來保護陸上居民免受洪水威脅。

至於其他城市或國家,例如東京、新加坡等,亦有至少兩成陸地為人造或填海而來,海拔自然地亦不高,以致每當有天然災害時,沿岸地區都要承受極大壓力。

與「水」做朋友?

一些人認為,我們以往一直填海造地,這種「與大自然競爭」的模式或許須要作出改變。荷蘭建築師,亦是建築公司WaterStudio的創辦人Koen Olthuis指出,人們應該開始視「水」為朋友而不是敵人,因此在應對房屋供應不足及氣候變化等問題上,我們應該要與水「合作」,而其中一個方向正是要在水上興建房屋,建立「浮動城市」,甚或「浮動社區」。



嶄新構思:浮動城市概念

WaterStudio的設計,是以浮動平台作為大廈的基座。平日在陸地上的建築物,經常運用混凝土及鋼筋或工字鐵作為基座物料;而浮動平台雖然亦會使用混凝土,但內裏則填入發泡物料,利用其低密度產生浮力,承托在上面興建的房屋重量。建築公司最初計畫在浮台上興建房屋或辦公室,而打造「飄浮房屋」並不需要新建築技術,亦即這些房屋的內部結構和設計與普通房屋類近,減少影響人們在此居住的感覺。

靈活多變不受限

Koen Olthuis認為,若把浮動房屋的設計擴展到社區甚或城市規模,則可以充分展現其靈活可變的特性。在陸地上的建築,除非拆掉重來,否則不能作任何改變,但是水上建築則有足夠彈性應付季節或人口變化。由於這些建築興建在浮動平台上,而平台則以纜繩繫於岸邊或以支柱固定在水上,人們可隨時更改纜繩或支柱的位置及分布,從而靈活進行城市規劃。例如夏天時把平台距離加闊,在房屋之間形成水道,利用水的吸熱能力令周圍空氣降溫;冬天時則讓平台緊密連結起來,儲存熱力;又例如當疫情緩和後,旅客數量重新增加時,可以即時增加平台擴建社區,以應付突然上升的人口。

利用這種浮動建築設計,Olthuis及其團隊還計畫幫助貧困地方,例如為臨近水邊的貧民窟提供食物、公共衞生設備及能源;WaterStudio亦與聯合國教科文組織合作,建立以太陽能發動的「浮動學校」,為孟加拉七萬名兒童提供教育。

行動實踐: 把願景變為現實

當WaterStudio的馬爾代夫項目仍在計畫時,南韓釜山市政府已與聯合國人居署(UN-Habitat)合作建立全球首個可持續發展浮動城市。釜山作為南韓第二大城市,鄰近深水海域,擁有該國最大的貨櫃港口;近年,這個位處朝鮮半島東南端的城市大力推動藍色科技(即與海洋有關科技),因此亦促成這次與OCEANIX的合作,以創新方法應對海平面上升的威脅。

平台設計呈六角形

同樣地不用挖沙填海,釜山的浮動城市設計運用了浮動平台作為建築物的基座。每一塊平台為兩公頃大小,呈六角形,能夠做到密鋪效果。平台上的建築物有高度限制,不得高於七層,這樣才能保持平台的低重心。

根據流體靜力學,若一件物體的重心位於浮力中心的下方,那該物件就會處於穩定的狀態,即輕微的傾側不會使整個平台倒下。換句話說,潮汐漲退,甚至一些較大的風浪,也不會令浮動平台變得不穩定,尤其是把很多塊平台合併在一起的時候。

初步預計,每一幢建築物能容納三百名居民,而連接這些平台板塊後可容納一千六百多人,甚至再擴展,變成一個上萬人居住的城市。



城市設計:減少碳足迹

在去年11月舉行的第26屆聯合國氣候變遷大會(COP26)中,各成員國簽訂《格拉斯哥氣候公約》,除了確定之前《巴黎協定》的目標,還強調減少使用煤,進一步減低溫室氣體的排放。

天然物料減廢物

釜山的浮動城市,有不少設計亦顯出減少碳足迹的決心。首先,地台的物料運用當地材料,減省運輸所消耗的能源,而這些物料是可以在社區裏種植並快速生長的竹子,不僅擁有非常優異的機械性質(抗拉強度是鋼的六倍),而且碳足迹為負數。

再者,城市設計採用「零廢物閉環系統」,這是現時環境保育者十分推崇的社區規劃模式之一。自工業革命及工廠普及化以來,人們採用擴張式經濟發展,生活模式亦習慣於綫性生產,即是生產鏈的兩端分別是大自然的原材料及廢物。然而,我們知道大自然的資源並非取之不盡,用之不竭的,因此我們應該避免在生產鏈的尾端出現廢物,甚至把這「尾端」駁回生產鏈的中間,形成一個循環,才能減少對原材料的需求,以及減少廢物對環境造成的禍害。在這個浮動城市裏,將會設立公共農場、魚菜共生食品種植和堆肥花園等設施,還有雨水收集和儲存系統。

最後,社區將會使用大量可再生能源,例如在一些沒有人居住的浮動平台上放置風力渦輪機以及太陽能電池板,而來往此浮動城市與陸地的小輪,亦會以太陽能發動。



補充資料

更多水上建築的狂想上文提過大部分大城市都位處海邊,要增加土地供應就須要向海發展,而浮動城市或社區看來比單純填海造地來得更能保護環境,在社區設計上亦更具彈性。



會否破壞海洋生態?

然而,這是否代表我們可以無限量地增加浮台來擴展這些浮動社區呢?當規模變得更大時,會否對海洋造成其他影響(例如遮蔽陽光射進海裏,從而破壞海洋生態)呢?在一些位於地震帶的城市,或會受海嘯而非普通海浪威脅,那麼這些地方究竟是否適宜建立「飄浮城市」呢?我們須要繼續研究海洋,才能解答這些技術上的問題。

「浮動國家」誰擁有?

再推而廣之,我們能否完全脫離陸地,在海中央「開發土地」呢?如果可以,那麼這些土地又歸誰擁有?有團體認為,假若真的成立「浮動國家」,其管治模式將會自然地防止獨裁等霸權出現,因為「國家」裏的成員可以隨時「飄浮」離開,但首先,這些「國家」又能否得到國際承認?

看來,在解答上述虛無縹緲的問題之前,我們應該腳踏「實地」,在不同層面繼續努力發展綠色技術,把氣候變化帶來的威脅減至最小。

載自2022年1月12日《S-file STEM/理科》

文:劉心 圖:星島圖片庫、網上圖片
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