新加坡设计探索：以循环经济策略应对海平面上升危机

前言

为了确保新加坡免受气候变暖导致海平面上升的影响，新加坡总理李显龙先生宣布在未来100年内提供1000亿新元的预算，以建设基础设施实现这一目标。为了响应这个使命召唤，本文旨在提供一项技术上可行的规划和工程设计解决方案，以保护我们的海岸线，同时创造可持续的水､食物和能源的来源。本文的关注点是新加坡东海岸公园海岸线，因为它是新加坡最有价值但又是最脆弱的海岸线。规划策略范围将从滨海堤坝（Marina Barrage）至丹那美拉（Tanah Merah）渡轮码头。项目全长12公里，平均宽度2.5公里，总面积约为33平方公里。

生存关键性问题

自独立以来，新加坡作为一个小岛国，一直在解决能源、粮食和水源短缺等生存问题。此外，新加坡是一个地势低洼的国家，全球变暖将加剧海平面上升和暴雨水灾的危机。虽然这些课题能通过现有技术局部地处理，但关键在于这些处理方式是否能得到经济､能源､原材料和人员供应的前提下持续推展。本文的设计理念是根据我们对有限的水源､能源､材料､人力和物理的可持续性原则而提议的，而不是盲目地被利益最大化所驱动，因为盲目的利益最大化可能加速全球变暖的过程，进而加剧海平面上升的严重性。

东海岸公园的回忆与创新: 东海岸公园沿岸的海滩将在不久的将来被海平面上升所淹没。为了确保东海岸的海洋与天空氛围得到保障，离当前海岸线250米以内的区域将被改造成休闲水库湿地。湿地隐藏了远处5米高的农业光伏项目结构，增加大自然的氛围感。而在农业光伏项目2.5公里的尽头，有一个仅11米高的海堤，海堤屋顶上设有果园和生态公园。这个绿色屋顶公园与现有的东海岸公园连接，形成一个新的30公里步行环线，不但保留了东海岸公园的休闲娱乐元素，也巩固了东海岸内部区域对海平面上升的防护能力。

现有规划的困境

拦截海平面上升的传统规划策略是建造海堤，然后进行填埋。新建的土地享有优越的滨海地理位置，将以高价出售，这有助于土地开垦成本回收。然而，高价出售的地块必须以高容积率换取开发商的投标，这个过程将引发新一轮的高密度开发项目，从而引发另一轮的大量建筑材料、能源和人力的消耗。这将导致更多的采矿活动而导致更多碳排放，进一步加速环境恶化和全球变暖的速度，最终进一步恶化海平面上升问题。此外，任何新的滨海高层开发项目都将会把现有的沿海开发项目沦为内陆环境，这很可能会降低现有房地产的价值。除此之外，因畜牧业产生的异味导致其发展必须远离住宅、商业和办公楼开发，对农粮局是一大难题。

全面规划的潜能

本文建议建造一个可容纳养鸡农场和养鱼场的空间结构拦截海平面上升对内陆的侵略，同时在此结构的另一侧把原有的海域转变成淡水水库，该水库不仅提供饮用水，而且还能充当防洪措施，从而减少我们对地下储藏雨水室和新项目最低等高线的依赖，因为这些措施非常昂贵且带来许多不便。另外，为了降低水库的蒸发速率，水库面层将被浮动农业光伏开发所覆盖。产生的太阳能将提供足够电能给海堤结构内的养鱼和养鸡场。这些畜牧业离住宅和商业区至少3公里，从而解决了异味的问题。离现有海岸线约3公里的12米高的海堤，不但确保现有沿海开发项目对海洋和天空的视野保持畅通无阻，而且增加了东海岸的休闲趣味空间。

全面循环经济效应

本文开发项目包括蔬菜农场、养鱼场和养鸡场。鱼和鸡肉将被运送到开发项目内东侧的肉类处理中心。肉类处理中心和农场的残余物将转移到黑水虻（BSF, black soldier flies）农场。新加坡宝源集团股份有限公司总裁黄晓峰先生表示，BSF农场能够处理受损或未售出的蔬菜､宰杀鸡只和鱼类过程留下的器官以及养鸡场和养鱼场的排泄物。来自BSF养殖场的幼虫将成为养鸡场和养鱼场的饲料，幼虫的粪便将成为蔬菜农场的有机肥料。这个过程促进了氮循环以及有机农业。凭着这个有机生态的运作，此项目将受到国内外的关注，使这项目成全面循环经济效应为世界上首屈一指的大型可持续性高产量的农业基地（ARGRIPORT），通过其独特的循环经济方法，将新加坡鉴定为应对海平面上升的世界典范。项目将吸引国内外投资，为建设和运营成本提供资金。

大规模经济效应

凭借其超大规模和设计整合，Agriport 项目可以满足新加坡国内对蔬菜、鱼类和鸡肉的需求，分别达到125%，48%和41%的程度。该水库每天能够生产5亿加仑的饮用水，占当前需求的116%，占2060年需求的58%。L- Energy Pte Ltd 的林伟民先生表示，根据单晶太阳能板技术的农业光伏开发的26平方公里面积，其中太阳能板之间开口率为42%，年均生产为3449 GWh 。这能源占目前全国总能耗的6.63%。通过采用低能耗农业实践，这项目只需要农业光伏发电产生的42%的能源。即使随着每年0.55%的能源生产退化，太阳能发电场在30年后仍然能够产生其原有产量的84%。水源和能源的保证对蔬菜、养鸡场和养鱼场的运营注射了强心针，提高我国在粮食､水源和能源的弹性。这个发展需要国家的高度重视与支持。

水库上的农业光伏

新加坡蔬菜种植面临的挑战是租赁期短，并且经常需要与非农业项目争夺土地和空间，毕竟新加坡是一个小岛国。由于土地面积不足，很多农场都需采纳多层高密集型农业技术来达到可观的生产量。但此运作的可持续性（包括能源的消耗）必须同时考虑。为了避免这个问题，本文建议将农业发展在水库上，创造26平方公里的漂浮农业空间，不需要任何填土过程。农业需要光子，水和养分确保植物的生长。如果光子来自上方太阳，水来自下方的水库，那么农业主要的挑战就只是如何管理人力和养分。此26平方公里的大型农场提供了有利的商业运作条件。以年均一公顷400吨产量计算，总产量将能够满足新加坡蔬菜中需求的125%。这个新建造的非土地空间也释放了新加坡宝岛内26平方公里的土地，有助于缓解土地短缺和环境破坏的压力。

每日光积分（Daily Light Integral）研究

大多数植物光合作用的光饱和点是大约1000 PAR（μmol/平米/秒）。由于新加坡赤道的阳光超过1000 PAR，多余的阳光可以转换为太阳能，这是农业光伏的原理。根据统计，许多本地蔬菜每天需要的每日光积分（Daily Light Integral）每平方米介于15 至20 mol。项目根据这个DLI数据通过电脑模拟进行了初步的计算，初步研究结论是项目太阳能电板配置需要有42%的空隙以满足15至20 mol的要求。然而这个课题需要农粮局与高专学府进行更深入的实践研究，因为这是一个高度复杂的研究课题，也是一个值得探索的新科技及经济领域。农业光伏项目占地26平方公里的蔬菜农场不仅将成为高效及低碳的业务，它也将是国人和国际访客的观光景点。农夫们与社区人民的互动将新加坡甘榜（kampung）精神提升到另一个境界，大大加强了国家社区的凝聚力。

养鱼业和养鸡业

项目海堤结构全长15公里，能够容纳6公里的养鸡场、 6公里的养鱼场和1公里的肉类处理中心。项目每一公里的建筑面积为20万平方米。新加坡卓泰山私人有限公司总裁卓靖海先生表示，每一公里的鸡场如果采用非堆叠设施实践，每年可以饲养700万只鸡，而每只鸡仅需要1千瓦时的能量。卓先生表示，只要租金在合理范围内，他有信心在这项目中建立养鸡场，因为此项目经营规模庞大､租期长､水源和能源供应稳定，更值得考量的是避免外国活鸡进口禁令的风险。另外，养鱼场可以通过重力从海洋和水库直接取水，从而减少运输水所需的能源和时间，提高效率。养鱼场和养鸡场都需要足够的光照和每秒钟2米的空气流速，这个运作环境可以通过海堤结构的被动式设计以及在需要时由太阳能供电的备用排气扇来满足。

零碳零能耗建筑

海堤是以钢筋混凝土沉箱结构建成。由于结构需要承受高水压，它需要大量的混凝土，通过碳捕获和利用高端技术（CCU），将二氧化碳捕获到混凝土中，从 而获得零碳排放状态。另外，高质量的结构确保室内空间不会渗水，海水与淡水完全分割，为内部水库提供长远的稳定环境。同时，周围的水将减低内部结构和空间的温度。当室内的热空气往上升时，内部空间中产生的负气压从下方吸入冷空气，通过被动式通风系统处理室内温度，必要时还可以通过太阳能排气扇补助空调需求。而结构上方的天窗则将阳光传递到内部空间，减少对灯光的需求。这种被动式设计旨在以最少的能源使用实现最佳的通风、降温和照明条件。而鸡场和渔场运作所需要的基本能源将从农业光伏产生的太阳能中汲取，从而使这个项目成为零能耗建筑。

预制体积结构

海堤的沉箱结构是通过预制体积结构（PPVC-Prefabrication Prefinished Volumetric Construction）制成。建造这种结构的技术已经通过新加坡巴西班让港口项目和大士国际超级港口项目落实。Agriport 项目建造工程将在开发地点附近设置一个系统化的混泥土浇筑场，以在项目现场进行沉箱结构的预制，从而最大限度地减少所需的运输距离。沉箱将通过施工驳船从预制场运输到指定的海位地点。运输过程方法受益于浮力，从而节省了人力､时间､能源消耗并降低了碳排放量。这种施工策略也最大限度地减少了对东海岸公园的环境破坏和干扰，也最大限度地增加了对施工团队的安全措施, 降低工地意外发生的潜在安全问题。

模块化结构

每个沉箱结构的总尺寸为 43米长､25米宽､25米高。沉箱结构内的每一楼层的高度为4米。铰链式结构使面向中庭空间的柱子之间的混凝土立面能够打开并转变为3米宽的走廊，全程避免任何的开洞敲打。逃生楼梯和运输电梯基于标准模块设计，将系统化安装在中庭内，避免低效率的施工过程。另外，农业光伏结构板由12米 x 10米浮筒模块组成，这些模块可以相互连接，形成一个由受拉绳索锚定和稳定的大型浮筒。这种标准化设计允许建筑体块在工厂进行批量生产，从而减低了时间､人力､能源和原料的浪费，同时确保了建筑的最高质量和耐用性。

零桩结构

高端技术的PPVC结构具有漂浮性，并通过驳船利用浮力运输到现场。一旦就位，结构的最低楼层将逐步注入液化稳定土（LSS - Liquefied Stabilized Soil）并逐渐降低，直到它到达海床已经准备好的破碎岩丘地基上。随着海底疏浚和岩石填充，并且沉箱结构的基底面积大，充满岩石的海床将有足够的地面阻力来支撑沉箱的垂直载荷。这个过程将重复直到形成储层。而在水库内，12米长，10米宽，5米高的浮桥将相互连接，形成一个可通过浮桥进入的大型浮子。所有浮桥都将通过受拉绳索锚定和稳定到位。避免打桩可显著地减少场地和海域环境的干扰和破坏。

海域与水库的压差

项目设计需要考虑海平面水位高于项目水库水位的压差课题，未来海平面延续上升将加剧这个课题，包括海水渗入水库，海水逐渐将沉箱结构向内推的长远性重题。为了缓解这个问题，在双沉箱结构中央将放置连续的板材打桩，堆垛将到达底部的岩石填充海床，以确保没有水平渗水。钢筋混凝土板将浇铸在海堤的最低层，并将其连接到板桩上，形成一个完整的结构，将沉箱结构锚定在海底，并确保没有从下面垂直渗水。虽然这种结构系统需要一定的投资，但其设计将减少了对泵站的依赖，因此从长远来看不仅可以节省能源，也避免未来能源短缺所带来的潜在安全课题。

投资回报

此开发项目的估计建设成本为303亿新元。根据预计每年1.61亿新元的租金，投资回报率约为188年。然而，考虑到主岛上释放的30平方公里区域的土地价值，按照每平方米1000新元的平均价格，仅基于此规划概念的投资回报几乎是立竿见影的。更重要的是，从这项目获取的水源、粮食和能源保障价值是无价的。

与水共舞

为了解决我们的生存关键问题，我们需要大胆面对已知事物，并灵活地应对未知事物。东海岸公园的规划和工程解决方案可以适用于新加坡其他区域甚至国际舞台，进一步提高我们的水源､能源和食物的复原力。这个解决方案的关键是在无需填埋和加剧环境恶化的情况下，与水共舞，共创未来。

注：全部图片版权归属于梁达民建筑师

项目设计团队
规划师 & 建筑设计师：梁达民 建筑师
土木工程师：黄秋杰 工程师
太阳能工程技术：庄天冠 首席业务发展总裁，林伟民 首席营运总裁，L-Energy 有限公司
养鸡农业技术：卓靖海总裁，新加坡卓泰山私人有限公司
黑水虻农业技术：黄晓峰总裁 新加坡宝源集团股份有限公司

作者介绍

梁达民

梁达民建筑师是The Circle For Human Sustainability（TCHS）的创始成员，也是一家规划､建筑､景观设计公司的总监。他认为，设计解决方案时常局限于设计任务书的框架。尽管梁建筑师在他的职业生涯中成功地领导了许多国际规划､建筑和景观设计项目，但他仍然认为当前的消费经济模式无法带领我们迈入更美好的未来，因为我们眼前的全球变暖和污染问题就是事实。为了解决这个关键性生存问题，他认为大家必须无私地共同努力，以增加我们人类在地球上的生存几率。

黄秋杰

黄秋杰工程师是一家工程咨询公司的联合创始人和IES名誉秘书，也是新加坡工程师协会（IES）土木与结构技术委员会的主席。黄工程师接受新加坡建设局（BCA）的邀请，在岩土工程设计技术委员会任职，同时也担任IES学院的兼职讲师，负责深基挖掘和隧道设计。黄工程师在新加坡和马来西亚的主要基础设施和运输项目中拥有超过20年的经验。他坚信通过创新的工程解决方案建立的可持续基础设施可以造福人类。