#26

智能移动、超级街区,看数字技术怎么与城市相结合

2018-05-04

规划大厦201

摘要: 城促最近的大师论坛和设计讲坛都被来自巴塞罗那的专家们“承包”了。还记得在第26期大师论坛上,Vicente Guallart作为加泰罗尼亚高等建筑研究院(IAAC)的负责人介绍了学校情况。而在本期设计讲坛,IAAC的研究主管和教授Mathilde博士更为细致地介绍了几个关于智慧城市和数字制造项目。 讲座的高潮是Mathilde博士基于“超级街区”项目分享与公共空间有关的一系列设计,让我们真正了解到如何通过技术让公众参与设计的决策,并让这些决策反映到未来的设计。

Dr. Mathilde Marengo

Ph.D Architect
IAAC Head of Studies, innochain Supervisor Board, MAA, MaCT, CIEE Senior Faculty

活动回顾

我给大家介绍的是我在加泰罗尼亚高级建筑学院一个团队的研究成果,我们团队研究的是城市与技术,也就是怎样通过城市与技术的结合让我们的城市更具回应性。在开始前,我先给大家介绍一下加泰罗尼亚高级建筑研究院(IAAC),这是一家研究建筑教育、数字制造的中心,它基于现有的技术,努力为人类打造未来栖息地。

在IAAC的研究中,我们希望通过研究结合技术与城市,让现代城市更好地发展。我们非常重视设计的实用性,也非常注重制造设计的原型,因为纸上谈兵并不能知道设计的结果,而有了原型之后就可以进行测试、打磨并且提升。这就要求我们拥有制造生产设施,大家可以看到我们研究院下属的机器研究室里的机器人手臂,它能够给我们制作原型时提供许多帮助。

机器人手臂 / 图片来源:IAAC Facilities

我们学校有两个校区。首先给大家介绍巴塞罗那的校区,这里不是传统意义上的建筑学院教学楼,它其实是一个工厂。在这个工厂里,我们可以建立和设计一些原型。这里有一个Fab Lab制造实验室,这是欧洲的第一个同时也是最大的Fab Lab,它是全球Fab Lab网络的其中一个。在制造实验室里有激光切割机、3维打印机、机器人手臂、打磨的机器等等不同的设备,还有生物实验室。

这个制造实验室可以给不同人群(包括巴塞罗那当地市民或者建筑学院学生)提供场所、工具和机器,让他们能够在那里发挥他们一些想法还有一些灵感。在这里你可以“为所欲为”,把所有的想法都变成现实。同时,巴塞罗那的这一家制造实验室还负责协调世界各地的制造实验室,在这里可以看到许多成果的协调。

我们还提供了一个专门的场地给学院的硕士研究生使用,这里跟其他的Fab Lab有相似也有不同。比如我们的Master Lab(就是所谓的大师实验室)可以改良设备,学生可以使用包括3D打印、打磨机器、激光切割机、AR、VR、人工智能、机器人手臂等在内的所有设备。

注:Fab Lab即Fabrication Laboratory(微观装配实验室),是美国MIT比特与原子研究中心发起的一项新颖的实验——一个拥有几乎可以制造任何产品和工具的小型的工厂,Fab Lab Barcelona是Fab Lab全球网络体系的重要成员。

可供学生使用的设备 / 图片来源:IAAC Facilities

另外一个校区叫Valldaura,在距离巴塞罗那20分钟车程的一个地方,那里有一个Valldaura Lab。跟其他实验室不同,Valldaura Lab坐落在自然公园,有140公顷的森林面积。更为重要的是,在这个实验室里,我们要求提供以自然为基础的设计方案,比如需要考虑自然植物的生命周期等。

Valldaura校区还有一个非常大的特色,我们把它称为自给自足的校园,我们在那里可以生产出人类生活需要的所有物料,包括食物、能源等。我们希望将原始物料与数字制造技术结合,比如水资源的管理、能源调动、食物创新性生产及管理,用这种环保的方式满足人类所需。

此外,我们还有一些别的实验室。比如能源实验室,通过一些创新的方式制造能源或提供能源不足的解决方案。比如绿色实验室,通过将自然的物料和数字制造的结合,采取创新方法改良食物的生产和制造。

Valldaura校区 / 图片来源:iaac.net

加泰罗尼亚高级建筑研究院是在20年前成立的,尽管当时还没有“物联网”的概念,但是极具前瞻性的学院创始人认识到建筑需要改变过去的范例。我们现在所强调的建筑设计不仅是建造一些钢筋水泥的大楼,而是思考怎么将建筑跟数字制造技术结合,这就是所谓的“高级建筑”。

“高级建筑”的概念来源于我们的创始人出版的研究成果《The Metapolis Dictionary of Advanced Architecture》(2001)。我们讲到的高级建筑理念其实是一个可以升级、外延、拓展的一门学科。我们非常希望能够把这个可拓展的理念在城市中体现出来,比如能源的提供、电力的设计怎么跟周围的城市图景相结合。因其范围之庞大,涉及到多个学科,因此,高级建筑需要跟包括生物学、工业设计、工程学、物理、化学在内的不同专家学者互相合作、协调。

The Metapolis Dictionary of Advanced Architecture (2001) / 图片来源:iaac.net

在二十年前建筑学已经不断向高级建筑转化,在五年前城市规划也开始吸引人们的眼球,还有智慧城市等新理念的崛起,但是这些技术的发展却没能更好地被运用到人类栖息地的改良中。这是因为我们讲到的数字技术往往是由一些大型技术公司主导,而这些技术公司并没有跟城市设计师联合起来,所以城市设计师没能理解这些设计技术可以为他们所用、为他们所驾驭。

我们能够做什么呢?我们希望在城市设计和数字城市、智慧城市这几个学科之间找到重叠点,找到一群同时横跨这几个学科的人,共同把这些数字技术应用在城市设计当中。

数字制造与新能源

太阳能屋

这里展示的第一个项目是太阳能屋原型。项目希望通过数字建造的技术去优化大楼的环境,并且能以太阳能作为楼宇的主要能源并提高能源的利用率。

太阳能屋原型,马德里,2010年 / 图片来源:fablabbcn.org

在这个项目中,我们用改变房屋形状的方式,使其能够最大限度地吸收并使用太阳能。不仅如此,这栋房屋的改造是完全是使用数字建造技术的,它是IAAC的结晶,因为它完全是在学校的制造实验室里设计和建造的。我们希望这个项目能够体现出数字制造技术与能源使用效率提高的结合,让我们重新思考如何改良楼宇的建造。

太阳能屋的建造 / 图片来源:fablabhouse.com

早在工业革命之前,人们就采取线性生产模式来建造楼宇。这种线性生产模式是从一个地方取材并运输到建筑目的地再进行生产,异地生产不仅造成原材料的浪费,在运输过程中也产生了交通废气。

传统生产制造模式产生污染和浪费 / 图片来源于网络

我们现在倡导螺旋创新的生态系统,也就是在一个地点取材并进行物料的调配或者萃取,然后在另外一个地方进行生产,最后在第三个地方消耗这些生产出来的东西。这种生产模式倡导本地生产,尽可能在生产的源头降低材料的浪费,尽管可能会在建造的地方产生垃圾(这可以采取一些方法去改良),但是避免了线性生产模式中不同地方物资材料的交叉污染。

同时,我们希望能在整个生产线和运输线的交流中去分享知识,也就是说在一个地方进行物资萃取时,除了使用当地的材料,也会聘用当地的人才进行本土化生产。我们希望在保证这些地方之间互联互通,降低交通运输的污染,尽量让物质萃取、生产、运输几个环节间不受阻滞。刚才讲到的太阳能屋就是基于我们所推广的这一个生产模式建造的。

从线性到循环生态系统:全球连线生产,原材料留在可以接受的城市和地区距离,信息指引如何生产和制造 / 图片来源于网络

这里要介绍一下Fab Lab,它通过网络让不同城市的知识实现共享。我们可以在不增加交通污染的情况下,使用这些知识去优化任何一个建筑。刚刚展示的太阳能屋原型是在制造实验室里生产的,它提供了比较全面的功能,包括厨房、浴室和能源控制室(用于监控能源的消耗)。但是它有一个很大的缺点——形状决定了它的大小不能提升,也就是在拓展性上遇到了障碍。

在2011年,我们打造了一个智慧楼庭,这里解决了太阳能屋的拓展性。大家看这个木墙,它是可以升级、可以变得更大的。这个可扩展的木墙很好地体现了我们刚才讲到的对Fab Lab的运用:一个太阳能屋的原型在经过质疑和调整后进行优化,满足楼宇或者是房屋使用者的需求。新增的可升级的木墙技术可以直接应用于新楼房的建造,也可以应用于旧楼房的翻新。而它最大的优势就是可以加强太阳光的吸取——它能够捕捉太阳日出和日落,并且能够调整窗口的位置、调整通风,更好地调动能源的使用。

太阳能屋升级版 / 图片来源:Vicente Guallart

生物光伏

在提到新能源生产时我们都会提到太阳,但是天气不好的时候怎么办?所以我们另外一个研究项目是希望拓展我们在自然界里能获取的资源。在2014年,植物的光合作用给了我们新的灵感,因此我们的新能源研究有了新的目标:生物光伏,将自然的光合作用应用于太阳能发电。

植物在进行光合作用时会吸收二氧化碳,排出氧气,同时植物还会释放出有机化合物。如果这些有机化合物进入含有共生菌的土壤,细菌就会为了生存而分解有机化合物,这一过程产生了含有电子的副产品——只需提供一个电极,这些电子就能被收集并且发电。

发电原理 / 图片来源:iaac.net

我们邀请了来自巴萨罗那和剑桥大学不同学科的专家共同合作。我们设计并制造了一个比较小的原型——将砖头和含有碳纤维和聚合物的塑料薄膜结合在一起的打磨以及锻造。这个原型可以让我们去测试设计中存在什么问题。

可以升级、拓展的原型 / 图片来源:iaac.net

根据第一个原型,我们共同研究打造了可以升级、拓展的砖块。这些砖块除了扮演容器以外,还为苔藓形成保护层,使其免受阳光的直接照射,形成利于其生长的湿润微气候。

可拓展的砖块能够满足并联和串联两种电路 / 图片来源:iaac.net

智能移动性

接下来我想讲一下未来的移动性,也就是智能移动性。在2013年,巴塞罗那市议会邀请我们撰写一份技术指南——巴塞罗那的公共系统(包括交通系统)里的信息通信指引,其中一个很大的难题就是智能停车。巴塞罗那的停车位不够,我们希望通过提案能够优化车辆四处搜寻停车位的窘境,并且能够更好利用城市的空间。

智能停车系统的想法是作为试验性项目启动的,在巴塞罗那建立原型。我们在地下装设了一些传感器,这些传感器能够捕捉到地面上有没有空位可以停车。同时,这些传感器跟路面的灯柱进行一体化连接,当地下传感器收到有空位可以停车的信息时就能上传到云端,与巴塞罗那智能交通系统进行连接。这个项目通过连接原有的基础设施,对地面空间的使用进行了优化。

过去提到移动性时,我们都会知道道路、交通网络决定了城市的基本面貌,设计师去设计车辆,而车辆又能决定道路有没有被充分利用。那么,设计师能不能跨过道路和车辆这两个中间环节去直接改变城市呢?我们怎么把实时信息以及数据的萃取融入到城市栖息地和公共空间的使用中呢?在2017年,我们跟两个业界伙伴合作,希望更好地利用原有的基础设施。其中一个机构叫火车移动性,这个机构擅于利用原有基础设施的提升和拓展去改良交通网络的效率。另一个机构是城市标准,这个机构位于慕尼黑。另外,我们邀请了一些硕士研究生参与,共同助力巴塞罗那城市移动性的提高,我们所聚焦的领域就是怎么利用原来一些交通资源。

我们从不同使用者(行人或开车的人)的角度出发,考虑交通堵塞或交通网络利用率低下带来的影响。我们发现如果城市交通资源是同时设计给开车的人和行人共同使用的,那么他们两者都不能很好去享受这个公共交通资源;如果城市交通资源只是设计给开车的人,那么行人可能就会遭遇比较大的麻烦。我们的解决方案是把行人放在核心,因为他们是使用交通资源的主要力量,而车辆不是主角,只是在行人的周围巡航。这里我们也使用了无人驾驶的理念,希望能够在开车的人、行人和无人驾驶车辆之间实现一种共生的关系。

我们采取了数字导向的分析方法。基于经验,对路况、交通的分析以及对未来的展望,我们进行了数字模拟。另外还有政府提供的公开数据,比如巴塞罗那的人流量以及高峰频率,他们所使用的共享单车平台等。基于这些数据的分析和收集,我们就能理解空间和时间对于行人或者公共交通资源使用者所带来的影响,也能在不同公共交通参与者中找到其潜在的移动性联系,这样我们就能知道城市变革或者交通公共资源的调配需要往哪个方面去发展。

巴塞罗那市议会引进的自行车共用系统 / 图片来源于网络

在完成来对巴塞罗那行人出行特点的收集后,我们将不同参数进行视觉化再现和理解。我们还考虑到城市公共环境应用的舒适度,还有里面所应用的一些质量或者基于一些行人出行量的流量,更好地去重新塑造城市。

另外,反馈闭环也很重要,所有的变革目的都是要以人为本。我们有一个公共教育平台,希望能够在那里收集到市民的意见,包括他们想怎么利用城市资源,他们想有什么样的出行方式等。我们设计了一个叫ownership(就是拥有城市的意思)的应用,让市民自己决定,如果由他们重新去想象这个城市空间的话,这个城市应该怎么样设计。我们希望通过这个大家都可以平等参与的平台得出一些解决方案。

积极的公共空间

超级街区

公共空间是城市的灵魂,从公共空间的设计里可以感受到互联互通,人们的交流,以及城市的精神面貌。现在公共空间的改良趋向于以行人为主,如果一个公共空间是在工业革命之前建立的,那很可能它不会太以人为本。我们希望通过一体化技术将技术和信息整合到公共空间中,重新思考公共空间的架构和功能,更好地服务社会和服务市民。

我演讲最后一个部分就关于积极活跃的公共空间以及非常具有参与度的市民,这里会提到我们参与的巴塞罗那的两个公共空间改造项目。巴塞罗那是由Ildefons Cerdà设计的,城市原本是以加泰罗尼亚广场为中心,向四周辐射以形成不同区域,而后城市采用与海岸线平行的正交网格状结构,车辆可以自由穿梭进出。城市发展到如今,交通堵塞给巴塞罗那带来很多的污染。

巴塞罗那的城市设计 / 图片来源于网络

基于巴塞罗那的城市设计,我们推行“超级街区”项目,让原本由城市广场辐射出来的道路也能拥有公共空间。“超级街区”以3×3的九宫格为一个区域,在某些区域禁止车辆运行,街区中设一条只让当地车辆使用的慢行车道。这样就能降低原来这些车辆能够穿梭自由的一些出行方式,从而缓解交通堵塞和空气污染。我们的方案降低了21%的车辆出行率,节约了60%的空间,腾出来的这些空间就可以让市民自由享用。

“超级街区” / 图片来源于网络

巴塞罗那政府对“超级街区”有以下六个不同的目标:更加便捷的可持续性交通,活化公共空间,拓展生物多样性、建立绿色环保项目,促进社会凝结,资源自给自足,综合管控治理。所以被释放出来的公共空间会被不同的活动使用。

在2016年9月第一个“超级街区”落成时,公众的接受程度很糟糕,人们对它的想法也非常负面。这是因为他们不太了解“超级街区”,他们觉得“超级街区”影响了他们原有的出行方式,他们必须把车停到更远的地方。市民对于超级街区的理解跟建筑师、规划师的理解是完全不一样的。其实我非常理解他们,但其实从规划层面来看,他们所享用的公共空间没有减少。

Gràcia社区一条步行友好的街道 / 图片来源于网络

游戏互动

在“超级街区”正式投入使用的那一天,建筑学院的一些学生上街进行宣传推广。为了让市民更好地了解“超级街区”,我们设计了市民可以一起互动的城市规划游戏——“未来的超级街区”。通过这个游戏让市民们实现设计灵感,让市民可以参与公共空间的设计,成为未来城市规划师的参考。游戏里包含居民生活区所需要的各种功能,并且用不同的颜色进行标识,比如植被区、生产区或者休闲区。我们使用无人机进行拍摄、收集数据,来考虑如何把新近产生的变化体现在未来的设计里面。

我们希望能够建立一个更加具有回应性的、更加游刃有余的公共空间,使人们主动跟公共空间产生互动,并且充分利用里面的各种元素。我们希望能够给市民更多信息来源,因此在游戏里我们增加了一个增强现实的平台,市民通过扫描二维码就能获得不同主题的信息,比如扫描体育主题,就可以知道在这里有哪些设备、体育器械;扫描种植板块,就能够告诉你这里可以种哪些植物,它们会在什么时候开花结果。

巴塞罗那波里诺区的一个交叉口,那里被改造为一个带有足球场和沙池的操场 / 图片来源于网络

为了有更好的灵活性和移动性,2017年建筑学院设计了名为SUPER BARRIO(BARRIO是西班牙语街区的意思)的移动端游戏互动界面,界面的主体是一些3D模型。游戏界面的右边有不同的主题内容,市民可以挑选不同主题的模型添置在原来的街区上,这些主题包括行人的准入性,还有绿化植被、体育设施、社会能源、文化元素等,玩家添加一个不同功能的主题就会得分。

不同功能的动态组合反映出玩家的个人意愿和得分,比如一位使用者非常喜欢种树,那么他生态组别的得分就会很高,但是经济组别的得分很低。如果游戏发现玩家在某一主题过于注重而导致各组别的得分不平衡就会发出警告信息。这意味着使用者会了解到不同的组别在带来好处的同时又会有其他资源的牺牲,所有的东西都会有代价。使用者通过这一游戏可以知道在设计公共空间时需要考虑什么。

Super BARRIO 界面 / 图片来源:iaac.net

第一次参与游戏的有75个人,他们一共增加了1345个功能模组。我们希望能够让更多的人去参与,所以把这个项目在意大利和巴塞罗那进行推广。这对市民们来说是很好的学习机会,因为这些市民也会是公共资源的最终使用者。他们在游戏中理解了不同组别能够发挥什么功能,在实际添加时会有什么投入,他们参与越多,对公共空间理解也更多。我们希望让市民知道:你的选择、你的意见反馈、你所有的投入和参与会产生什么结果,而这一个结果会怎么样影响到你自己实际居住的环境。

设计师也能利用这些数据,在进行规划的时得到更多的指引,不再闭门造车。数据驱动决策是很重要的,这样形成的决策或解决方案不再是设计师的主观猜测,而是基于信息和数据的整合让决策更具科学性和实践性。

Super BARRIO / 图片来源:iaac.net

这些工具怎么改变设计师在设计中的决策呢?其实第一步就是前面提到的数据收集,我们能够根据结果对生态功能、社会功能、文化功能、能源产生功能、行人使用功能和移动功能进行打分,对比不同的模型哪些是最受人们关注、哪些容易被人们忽视。

同时,我们不仅收集参与游戏的市民他们放了什么模型,还了解他们的背景、性别、参加游戏的原因,他们是长期居住在那里的市民还是只是过来游玩或工作。长期居住的人非常关注产生能源的新方式,而路过的人注重生态美观性,临时居住的人很重视社交和文化功能,工作的人会很重视生态环境和文化。通过收集来的信息和数据,我们创立了一个数据目录,展示了市民希望怎么样善用这些空间。


主持人:非常感谢Mathilde博士今天下午给我们带来一场非常精彩的讲座。其实单从技术层面来说,她们并不是在创造新的技术,而是通过新的方式把当前的各种技术组合起来应用到城市设计中,她们设计出一套有意思的系统提供了不同的解决方案,我觉得还是非常有启发的。


声明:以上陈述文字和内容均为现场录音整理并且略有删减,未经发言嘉宾校对。主办方、承办方对本文真实性、完整性、及时性不作任何保证或承诺,请读者仅作参考。