工程领域挑战之六城市基础设施的修复与改善.PDF

工程领域挑战之六：城市基础设施的修复与改善 完美的设计与先进的材料能够改进交通、能源、水、废弃物等系统， 同样能创造出一个可持续发展的城市环境。 一、基础设施面临的问题与挑战 基础设施是社区、地区乃至整个国家基本设施系统的组合，包括水、 下水道、道路、铁路、电力、天然气网络系统等等，未来还可能包括氢能 源。 当前，许多国家的基础设施存在老化、受损现象，即使是美国也不例 外。2005 年美国土木工程协会公布了一份报告，对美国基础设施情况进行 了评级，平均等级仅为D。 21 世纪的工程人员面临的问题是如何使那些基础设施更为现代化，以 便与社会文明程度相适应。这个问题在城市中尤为突出，人口增长增加了 社会支撑体系的压力以及自然灾害、紧急事故、恐怖袭击发生的概率，它 们会威胁到基础设施的稳定与安全。世界很多地区都面临着基础设施的问 题，不仅仅在美国，亚洲的上百万人口的大城市都遭遇到城市基础设施的 困境。工程人员面对的挑战就是要经济地提供更广泛的服务设施。此外， 有关可持续问题、环境和能源的解决，以及一切有利于提高人们生活品质 的方案，都必须被提到议事日程上来。 二、基础设施维护面临的难题 维护基础设施并不是一个新话题。几千年来，工程人员一直在从事净 水与排污系统的设计。近几个世纪来，运输信息与能源供应系统不断扩大， 形成了复杂的基础设施网络。从最初的电报电话线路开始，现在已覆盖到 所有类型的电信系统、有线电视网络、移动网络和互联网，风力与太阳能 资源的开发设施也越来越多。 现有的基础设施有许多已遭到了破坏，这对于维护和更新工作是个考 验。当地下管道与线路有所损坏或不能再被使用的时候，最大的难题就是 如何标识出那些隐蔽设施，如何予以改进和避免设施遭受破坏。英国目前 正在进行该类工程，借助新方法在地面上对地下隐蔽管线进行电磁信号定 位，这个方法就是要找到一类独特的金属构件，它可以透过土壤反射电磁 波，就如同夜间自行车反射牌发光一样。 三、建立一体化交通系统的挑战 道路、高速公路在基础设施中占据重要地位，对于它们的保养维护一 直是个棘手问题。而更困难的是如何建立一体化交通系统，使载人车辆、 大型货车、自行车以及徒步的通行变得更为简便而有效。另外，为老人和 残障人士提供便捷交通也越来越重要。世界各地不少城市已着手发展一体 化交通，建立集铁路、汽车、出租车、步行与自行车道、停车场等各类交 通要素于一体的便利的运输中心。比如在香港，不同的交通服务被连接在 一个系统内，通过一张智能卡就能享受到所有服务，服务项目中甚至包括 了加油和停车。 有些城市已经开始考虑把能源、水、废弃物结合成为“相邻”系统， 这种方法可以增强城市基础设施的支撑力，缓解由人们日益增加的需求所 带来的压力，尤其适用于中国、印度境内的新兴城市。 道路、高速公路服务在能够帮助消减城市人口增长带来的压力的同时， 还必须要与人们对供应与舒适的要求相适应。工程人员应该积极参与到建 设环境友好型、节能型建筑过程中，包括住宅和商用建筑。 四、以更好的方法应对挑战 新型建筑材料的出现有益于应对挑战。现有的建筑方法绝大部分已有 数百年历史，而面对不断变化的环境，只有提出更好的建筑方法才有可能 取得进步。计算机科学与机器人科学的优势在建筑领域自动化方面显露无 疑，比如，加快建筑速度、降低成本开支。还有，连接大型中心电站与分 布式电子资源的电力网络可以从全面的嵌入式计算中获益。 所有努力必须付之实践，其意义不单单是为人们提供舒适的生活空间。 比如，主干大桥艺术性的重要程度从来不亚于其作为交通工具的功能。桥 梁、建筑物、高速公路都展示着城市风貌，更多地关注它们的设计有利于 城市环境的优化。过去的几十年里，很多城市基础设施中的部分工程建设 并没有对城市的外观与文化形象产生多少影响，而现在，这种情况有所缓 解，人们意识到了基础设施设计和满足城市绿色空间开发需求的重要性。 城市雨水排放工程有望与外观形象工程结合为一体。利用景观设计可 以操控排放水的流向，有助于导向“绿色基建”，还能满足城市减少污染 的要求。就大城市而言，也许重新考虑道路设计，可以避免道路表面温度 过高，使雨水流入地表下。恰到好处的工程方法能够达成多种目标，比如 雨水排放、争取清洁水质，同时也能美化城市环境，改善动物生存环境， 为人们提供优质生活空间。 重建与加强基建工作还面临着不少难题，单靠工程方法还不能完全解 决，必须得消除不同政策与行政行为之间的壁垒。根