仿生学与可持续城市
对话Exploration Architecture建筑事务所创始人Michael Pawlyn
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Sarah Ichioka：大家好，我是Sarah Ichioka。这里是顶好设计“打造绿色建筑，创造美好未来”专题系列访谈，集结了一批世界上最具创新精神的绿建设计师。
Exploration Architecture创始人：Michael Pawlyn
今天我们很荣幸邀请到来自伦敦的建筑师Michael Pawlyn，11年前，Michael在伦敦创立了Exploration Architecture建筑事务所。此外，他曾任职格雷姆肖建筑事务所（Grimshaw Architects）副总监。
默里定律演绎低能耗
Michael Pawlyn：下面我想分享的项目是一个山地数据中心。这个项目采用了超低能耗的设计理念，规模十分之大，它位于挪威的一个山洞里，那里现在已经很冷了。整个数据中心由总长为90千米的隧道组成，里面的温度维持在5摄氏度左右。
山地数据中心 The Mountain Data Centre
项目设计的关键就是需找到最有效的方式，让冷气流通过数据体块。我们研究了生物学中的分支系统，均遵循“默里定律”。在分支系统中，直径之间存在恒定比例，此外在一个固定角度产生分支，而且这些节点之间有一定的连接方式。这似乎可以演化出一种低能耗方案。
山地数据中心 The Mountain Data Centre
基于此，我们将这些原理应用于数据体块的布局设计。由于又长又直的排列形式会导致需要使用大量管道系统和弯管，所以我们将它们设置成集群形式，并且参考“默里定律”设计了抽风系统。
山地数据中心 The Mountain Data Centre
此外，我们又将这些理念进一步应用到水处理设施的设计上。事实上，这是在中东地区一个新设施项目的投标方案。现有设施是循着直线运作的，并且各元素之间存在很大的间隔，我们想知道能否借鉴生物学知识，对这方面进行完善。
Exploration Architecture在中东地区的投标方案
基于“默里定律”，我们发明了一个计算工具。它可以计算出水处理设施各元素的最佳相对位置以及最佳分支与输出。一次循环下来，水处理路线的总长度缩短至不及原来的64%。
Exploration Architecture投标方案优化过程
经过多次不同的改良之后，我们进一步深化，对系统中弯曲的效果进行了精密设计。众所周知，特定的弯曲角度会对等效长度产生影响，这也是系统附加摩擦力的结果。
Exploration Architecture投标方案优化过程
正如你现在所看到的，总路线长度减少到了原来的40%以下。这很好地说明，如果借鉴了生物学优化流动的方式，我们可以尽可能地完善城市系统和基本工业系统。
资源流动从线性到闭环
Michael Pawlyn：现在，我要谈到我们未来需要实现的另一个目标：让资源的线性流动方式转化为闭环模式。生态系统存在着以闭环原则运行的特征，我们可以从中借鉴很多。
在生态系统中，一种生物的废弃物会转变成另外一种生物的营养来源。如此一来，便可演变成一种高产、丰富、零浪费的系统，只需要太阳能就可全程运作。
其中最具说服力的一个例子就是由Graham Wiles发起的“从硬纸板到鱼子酱”项目。它的运作模式是这样的，首先人们从商店和餐厅收集硬纸板，并将其碾碎，作为马匹的垫草。
“从硬纸板到鱼子酱”项目
你们可能会好奇，Wiles要这些废弃物，也就是马的垫草和粪便，有什么用呢？接着他构思出一个蠕虫堆肥系统，可以消耗马匹的废弃物用来培育蠕虫，这些蠕虫又可以作为西伯利亚鲟鱼的饲料，而鲟鱼产的鱼子酱又卖回到餐厅。这就是一堆废弃硬纸板被纳入一个闭环系统从而创造出更多价值的整个过程。
“从硬纸板到鱼子酱”项目
随着时间的推移，Wiles在这个闭环系统中增添了更多元素。他从当地的水处理设施收集处理过的污泥肥料，用来恢复农业用地以增加植物生物量，接着还使用生物质锅炉，通过提高水温让鱼类在冬天照常生长。
“从硬纸板到鱼子酱”项目
然后，他召集人们加入一项青年就业计划从事蔬菜种植，这样一来，人们便可用自己种植的鱼饲料来喂养蠕虫。通过这种方式，这群人恢复了更大面积的工业废弃地，开垦了更多果园，可以为餐厅提供更多食材。
“从硬纸板到鱼子酱”项目
此外，他们给鱼塘重新设计了水处理系统，利用生食菜类吸收掉过剩营养物。同时，他们发现附近的面包店会有大量扔掉的面包，即使发霉的面包没有任何肉制品的味道，也可以从中得到蛆虫，这样又多了一种鱼饲料。
“从硬纸板到鱼子酱”项目优化过程
这个循环系统的神奇之处在于它会不断扩大自身带来的益处。Wiles一直在关注系统中或当地未得到充分利用的事物，然后利用它们来增加价值。这也淋漓尽致地表明了人造系统和生物系统之间的重大区别。人造系统偏简单，各环节互不相连，而生物系统虽复杂但相互连通。前者通常是线性模式，而后者是遵从零浪费原则的闭环模式。
人造系统与生物系统对比
生物学同样能适应不断的变化，它不利用长期毒素，完全依靠太阳能进行运作。更为重要的是，它可以不断优化整个系统。此外，生物系统相比人造系统还具有可再生性。在我看来，这张表很好地总结了我们需要在哪些方面对城市和工业继续进行改善。
最近我们在印度的一个项目就体现了这些理念，这是一个零废料纺织厂。我想大家都知道，纺织工业属于资源密集型产业，能源消耗大、用水量大，而且会造成严重的污染，对工厂里的人来说，工作环境十分糟糕。
幸运的是，我们有一个客户想要打造一种全新的模式，既能做到零浪费，完全依赖太阳能供应能源，又能给员工提供一个更舒适的环境。于是我们构想出一座类似生态系统的工厂。我们考量了工厂的各个组成部分，思考怎样才能实现各部分之间的协同关系。
零废料纺织品厂 The Zero Waste Textiles Factory
工厂内部有不同的环节，每个环节都有自己的输入与输出。我们制定了一个全面的能源方案。此前，该工厂的运作全部依靠燃煤提供能源，但转变成生物能源后，实现了一些有趣的协同效应。
例如，我们可以更好地利用工厂的废热，不仅能提供热量，还能发电。我们还能利用食物残渣和实际纺织流程中产生的废弃物。此外，通过与环保化学家以及生物学家合作，我们重新考虑了一些染色环节，并且采用了生物天然染色剂，这意味着以后可转变采用生物处理模式。
传统的用水方式存在一些问题，水流量巨大，而真正的使用量却只占其一部分，其余大部分都当成废水排放掉了。我们试图重新审视这个问题，希望能对绝大部分废水进行再利用，并且实质性地减少水的消耗量和排放量。事实上，在后期阶段，我们想要实现全面零液体排放目标。
然后是固体废料方面。将原棉加工成成品面料，这是传统的制作方式。在将棉花进行精加工制作成纺织品的过程中，各个环节都会产生大量废弃物。
在工厂设计过程中，我们向客户展示了大多数棉花废弃物都可以制作成其他可售卖产品，或用作其他有用的材料。
总体而言，在水资源的利用方面，我们可以实现零碳排放的闭环模式，同时也可以为工人们创造一个很棒的工作环境，让他们可以享受到阳光和自然景色。这种设计的成本回收期只需要5到6年。除此之外，工厂运作的成本会更低。
在我看来，通过研究各种生物模型特别是生态系统的特征，促使我们对工业和城市的设计重新进行思考，采用闭环系统来解决废弃物问题，从而可以避免污染，以等量的资源创造更大的价值。
总而言之，我想表达的是，生物学是个不可思议的资源库，可以为事物更好运行提供解决方案，并且能够应用到广泛的领域。从可再生能源体系到消防系统，建筑结构到城市体系都适用。
我们真的可以把生物学当作一本神奇的灵感簿，从中获得启发。尤其是要解决我在一开始提到的一系列重大挑战，包括实现资源效率大幅度增长、资源使用由线性方式转变为闭环模式、从依靠化石燃料的经济模式转变为全面利用太阳能的可持续经济发展模式等，我们更应该充分利用生物学。若做到这一点，这样我们便可以放心大胆地说人类将从工业时代真正进入生态时代。
仿生，让城市永生
Sarah Ichioka：感谢您的分享，太鼓舞人心了。您说过要将仿生学应用到城市设计，能不能请您详细介绍一下在这个领域上如何应用仿生学？刚才您所分享的项目都是关于产品设计或建筑设计。能否再谈谈如何利用仿生学来改进现有的建筑存量呢？因为很显然还有很多蕴藏能量不能白白浪费。对于重建当前城市，您有什么项目或想法与我们分享的吗？
Michael Pawlyn：首先我觉得很重要的一点在于，从最开始就要确保自己设定了正确的目标。像LEED和BREEAM之类的绿色建筑评估体系可以帮助设计师们以更可持续的方式设计建筑和城市，设计师们也通过自己的方式获得了成功。然而，我觉得他们仍然局限在以缓和为主的可持续性旧范式中，是时候向前更进一步了。
因此，来自Biomimicry 3.8公司的两位美国咨询专家Janine Benyus和Dayna Baumeister提出了一个模型。他们认为，在设计新城市或考虑对城市进行重建时，最先应考虑一个成熟稳定的生态系统如何在该城市地区发挥作用？能产生多少氧气？过滤的水量达到多少？碳截存量有多少？产出的粮食有多少？等等诸如此类的问题。
人们总是将二氧化碳视为我们时代的毒药，如何减少和消除碳排放一直是我们在探索的道路，Biomimicry 3.8创始人Janine Benyus表示她们正在研究一种方案，将CO2应用于供应链，把碳污染转为燃料、产品、材料等等，通过这样的办法回收我们过去在大自然中流失的“碳”。
如果把这些问题设定成城市设计的目标，是有望一一实现的。这样一来，我们就可以底气十足地说，城市已经被融入到一个更长远且可持续的系统中了。虽然当下我们还没有走到这么深远的一步，但我认为这对我们接下来需要做什么有很好的指示作用。
如果思考下一步，思考未来的建筑将会是什么样的，我觉得我们将会看到更多建筑不仅仅只是“建筑”，还能起到更大作用。实际上，这些建筑可以带来一些附加的好处，如提供微气候冷却和通过种植植被提供栖息场所，同时也有促进心理健康、提升人们幸福感的功能。
未来，可能我们将在绿色基础设施方面看到最大的改变。以后将会有更多类似韩国首尔清溪川河道治理工程的项目。我们有绝佳的机会，可以打造出空气洁净、食物更健康、交通系统更完善的城市，以及建造出能够鼓舞人心的可再生建筑，让人们愉悦地生活和工作。
Sarah Ichioka：如果在这里您指的是在法规和监管方面做出改变，显然需要在国家层面，至少是市级层面对城市设计进行干预。您曾到过全球很多地方，有哪些变化让你眼前一亮呢？您觉得哪些城市或国家正在朝正确的方向前进？
Michael Pawlyn：各地区各有千秋。例如，您所居住的城市新加坡正在推进一些很棒的事情，包括接近自然，在建筑内部和周围覆盖植物；以及提高人们在医院的病后恢复率，从而提升人们心理健康和幸福感等。
新加坡艺术学院 School of the Arts, Singapore
此外，我认为有些国家在循环经济模式方面取得有了很大进展，荷兰就是其中之一。以阿姆斯特丹的Park 20|20永续园区为例，它充分考虑把建筑设计成材料的“图书馆”，让这些产品摆脱了沦为垃圾的宿命。建筑所用到的几乎99%的材料都采用了一种信息化策略，即使生命周期将结束也能够被重复利用或是循环使用。这种新方法实在是引人注目，让人跃跃欲试。
Park 20 | 20
此外，它也融合了新的商业模式。某些情况下，产品供应商或是材料供应商保留了材料的所有权。实际上他们所做的就是提供服务。产品使用期临近结束前，公司会将其收回进行重复利用，这样一来他们可以通过将产品重复利用率最大化获得长期利益，同时以更低的成本为终端用户提供更优的服务。
Sarah Ichioka：还有最后一个问题，读者可以在哪里更多地了解关于仿生学以及你们项目的信息呢？
Michael Pawlyn：我能想到的资源有很多，当然最好的莫过于我写的书，开个小玩笑，哈哈。我写了一本书叫做《建筑仿生学》（Biomimicry in Architecture），里面有3页内容专门为学生和想要运用仿生学的人们提供了建议和指导。书中有许多关于工作方法和资源的说明，我认为还是很实用的。
《建筑仿生学》第二版（Biomimicry in Architecture）
此外还有一个由美国仿生学协会创办的网站——AskNature，上面提供的在线资源也很有用。你可以在网站系统输入你正试图想要解决的问题或难题，接着数据库会给出一系列结果以供了解。通常都是些生物有机体以某种方式解决了相关问题的例子，其中有些搜索结果会包含科学论文的链接。所以这个网站提供了很好的渠道，我们不需要变成资深科学家，就能了解更多关于仿生学的知识。
Sarah Ichioka：今天我们邀请到的是来自伦敦Exploration Architecture建筑事务所的创始人兼总监——Michael Pawlyn。我是Sarah Ichioka，以上是本期“打造绿色建筑，创造美好未来”建筑设计系列访谈的全部内容。
撰稿人 / Writer
文/Sarah Ichioka
策划/周三霞
翻译/王娟 编辑/自清、Juan 视效/严诚