世界人居

01

前言

為了確保新加坡免受氣候變暖導(dǎo)致海平面上升的影響，新加坡總理李顯龍先生宣布在未來(lái)100年內(nèi)提供1000億新元的預(yù)算，以建設(shè)基礎(chǔ)設(shè)施實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。為了響應(yīng)這個(gè)使命召喚，本文旨在提供一項(xiàng)技術(shù)上可行的規(guī)劃和工程設(shè)計(jì)解決方案，以保護(hù)我們的海岸線(xiàn)，同時(shí)創(chuàng)造可持續(xù)的水?食物和能源的來(lái)源。本文的關(guān)注點(diǎn)是新加坡東海岸公園海岸線(xiàn)，因?yàn)樗切录悠伦钣袃r(jià)值但又是最脆弱的海岸線(xiàn)。規(guī)劃策略范圍將從濱海堤壩（Marina Barrage）至丹那美拉（Tanah Merah）渡輪碼頭。項(xiàng)目全長(zhǎng)12公里，平均寬度2.5公里，總面積約為33平方公里。

02

生存關(guān)鍵性問(wèn)題

自獨(dú)立以來(lái)，新加坡作為一個(gè)小島國(guó)，一直在解決能源、糧食和水源短缺等生存問(wèn)題。此外，新加坡是一個(gè)地勢(shì)低洼的國(guó)家，全球變暖將加劇海平面上升和暴雨水災(zāi)的危機(jī)。雖然這些課題能通過(guò)現(xiàn)有技術(shù)局部地處理，但關(guān)鍵在于這些處理方式是否能得到經(jīng)濟(jì)?能源?原材料和人員供應(yīng)的前提下持續(xù)推展。本文的設(shè)計(jì)理念是根據(jù)我們對(duì)有限的水源?能源?材料?人力和物理的可持續(xù)性原則而提議的，而不是盲目地被利益最大化所驅(qū)動(dòng)，因?yàn)槊つ康睦孀畲蠡赡芗铀偃蜃兣倪^(guò)程，進(jìn)而加劇海平面上升的嚴(yán)重性。

03

現(xiàn)有規(guī)劃的困境

攔截海平面上升的傳統(tǒng)規(guī)劃策略是建造海堤，然后進(jìn)行填埋。新建的土地享有優(yōu)越的濱海地理位置，將以高價(jià)出售，這有助于土地開(kāi)墾成本回收。然而，高價(jià)出售的地塊必須以高容積率換取開(kāi)發(fā)商的投標(biāo)，這個(gè)過(guò)程將引發(fā)新一輪的高密度開(kāi)發(fā)項(xiàng)目，從而引發(fā)另一輪的大量建筑材料、能源和人力的消耗。這將導(dǎo)致更多的采礦活動(dòng)而導(dǎo)致更多碳排放，進(jìn)一步加速環(huán)境惡化和全球變暖的速度，最終進(jìn)一步惡化海平面上升問(wèn)題。此外，任何新的濱海高層開(kāi)發(fā)項(xiàng)目都將會(huì)把現(xiàn)有的沿海開(kāi)發(fā)項(xiàng)目淪為內(nèi)陸環(huán)境，這很可能會(huì)降低現(xiàn)有房地產(chǎn)的價(jià)值。除此之外，因畜牧業(yè)產(chǎn)生的異味導(dǎo)致其發(fā)展必須遠(yuǎn)離住宅、商業(yè)和辦公樓開(kāi)發(fā)，對(duì)農(nóng)糧局是一大難題。

04

全面規(guī)劃的潛能

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全面循環(huán)經(jīng)濟(jì)效應(yīng)

本文開(kāi)發(fā)項(xiàng)目包括蔬菜農(nóng)場(chǎng)、養(yǎng)魚(yú)場(chǎng)和養(yǎng)雞場(chǎng)。魚(yú)和雞肉將被運(yùn)送到開(kāi)發(fā)項(xiàng)目?jī)?nèi)東側(cè)的肉類(lèi)處理中心。肉類(lèi)處理中心和農(nóng)場(chǎng)的殘余物將轉(zhuǎn)移到黑水虻（BSF, black soldier flies）農(nóng)場(chǎng)。新加坡寶源集團(tuán)股份有限公司總裁黃曉峰先生表示，BSF農(nóng)場(chǎng)能夠處理受損或未售出的蔬菜?宰殺雞只和魚(yú)類(lèi)過(guò)程留下的器官以及養(yǎng)雞場(chǎng)和養(yǎng)魚(yú)場(chǎng)的排泄物。來(lái)自BSF養(yǎng)殖場(chǎng)的幼蟲(chóng)將成為養(yǎng)雞場(chǎng)和養(yǎng)魚(yú)場(chǎng)的飼料，幼蟲(chóng)的糞便將成為蔬菜農(nóng)場(chǎng)的有機(jī)肥料。這個(gè)過(guò)程促進(jìn)了氮循環(huán)以及有機(jī)農(nóng)業(yè)。憑著這個(gè)有機(jī)生態(tài)的運(yùn)作，此項(xiàng)目將受到國(guó)內(nèi)外的關(guān)注，使這項(xiàng)目成全面循環(huán)經(jīng)濟(jì)效應(yīng)為世界上首屈一指的大型可持續(xù)性高產(chǎn)量的農(nóng)業(yè)基地（ARGRIPORT），通過(guò)其獨(dú)特的循環(huán)經(jīng)濟(jì)方法，將新加坡鑒定為應(yīng)對(duì)海平面上升的世界典范。項(xiàng)目將吸引國(guó)內(nèi)外投資，為建設(shè)和運(yùn)營(yíng)成本提供資金。

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大規(guī)模經(jīng)濟(jì)效應(yīng)

憑借其超大規(guī)模和設(shè)計(jì)整合，Agriport 項(xiàng)目可以滿(mǎn)足新加坡國(guó)內(nèi)對(duì)蔬菜、魚(yú)類(lèi)和雞肉的需求，分別達(dá)到125%，48%和41%的程度。該水庫(kù)每天能夠生產(chǎn)5億加侖的飲用水，占當(dāng)前需求的116%，占2060年需求的58%。L- Energy Pte Ltd 的林偉民先生表示，根據(jù)單晶太陽(yáng)能板技術(shù)的農(nóng)業(yè)光伏開(kāi)發(fā)的26平方公里面積，其中太陽(yáng)能板之間開(kāi)口率為42%，年均生產(chǎn)為3449 GWh 。這能源占目前全國(guó)總能耗的6.63%。通過(guò)采用低能耗農(nóng)業(yè)實(shí)踐，這項(xiàng)目只需要農(nóng)業(yè)光伏發(fā)電產(chǎn)生的42%的能源。即使隨著每年0.55%的能源生產(chǎn)退化，太陽(yáng)能發(fā)電場(chǎng)在30年后仍然能夠產(chǎn)生其原有產(chǎn)量的84%。水源和能源的保證對(duì)蔬菜、養(yǎng)雞場(chǎng)和養(yǎng)魚(yú)場(chǎng)的運(yùn)營(yíng)注射了強(qiáng)心針，提高我國(guó)在糧食?水源和能源的彈性。這個(gè)發(fā)展需要國(guó)家的高度重視與支持。

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水庫(kù)上的農(nóng)業(yè)光伏

新加坡蔬菜種植面臨的挑戰(zhàn)是租賃期短，并且經(jīng)常需要與非農(nóng)業(yè)項(xiàng)目爭(zhēng)奪土地和空間，畢竟新加坡是一個(gè)小島國(guó)。由于土地面積不足，很多農(nóng)場(chǎng)都需采納多層高密集型農(nóng)業(yè)技術(shù)來(lái)達(dá)到可觀(guān)的生產(chǎn)量。但此運(yùn)作的可持續(xù)性（包括能源的消耗）必須同時(shí)考慮。為了避免這個(gè)問(wèn)題，本文建議將農(nóng)業(yè)發(fā)展在水庫(kù)上，創(chuàng)造26平方公里的漂浮農(nóng)業(yè)空間，不需要任何填土過(guò)程。農(nóng)業(yè)需要光子，水和養(yǎng)分確保植物的生長(zhǎng)。如果光子來(lái)自上方太陽(yáng)，水來(lái)自下方的水庫(kù)，那么農(nóng)業(yè)主要的挑戰(zhàn)就只是如何管理人力和養(yǎng)分。此26平方公里的大型農(nóng)場(chǎng)提供了有利的商業(yè)運(yùn)作條件。以年均一公頃400噸產(chǎn)量計(jì)算，總產(chǎn)量將能夠滿(mǎn)足新加坡蔬菜中需求的125%。這個(gè)新建造的非土地空間也釋放了新加坡寶島內(nèi)26平方公里的土地，有助于緩解土地短缺和環(huán)境破壞的壓力。

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每日光積分（Daily Light Integral）研究

大多數(shù)植物光合作用的光飽和點(diǎn)是大約1000 PAR（μmol/平米/秒）。由于新加坡赤道的陽(yáng)光超過(guò)1000 PAR，多余的陽(yáng)光可以轉(zhuǎn)換為太陽(yáng)能，這是農(nóng)業(yè)光伏的原理。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，許多本地蔬菜每天需要的每日光積分（Daily Light Integral）每平方米介于15 至20 mol。項(xiàng)目根據(jù)這個(gè)DLI數(shù)據(jù)通過(guò)電腦模擬進(jìn)行了初步的計(jì)算，初步研究結(jié)論是項(xiàng)目太陽(yáng)能電板配置需要有42%的空隙以滿(mǎn)足15至20 mol的要求。然而這個(gè)課題需要農(nóng)糧局與高專(zhuān)學(xué)府進(jìn)行更深入的實(shí)踐研究，因?yàn)檫@是一個(gè)高度復(fù)雜的研究課題，也是一個(gè)值得探索的新科技及經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域。農(nóng)業(yè)光伏項(xiàng)目占地26平方公里的蔬菜農(nóng)場(chǎng)不僅將成為高效及低碳的業(yè)務(wù)，它也將是國(guó)人和國(guó)際訪(fǎng)客的觀(guān)光景點(diǎn)。農(nóng)夫們與社區(qū)人民的互動(dòng)將新加坡甘榜（kampung）精神提升到另一個(gè)境界，大大加強(qiáng)了國(guó)家社區(qū)的凝聚力。

09

養(yǎng)魚(yú)業(yè)和養(yǎng)雞業(yè)

項(xiàng)目海堤結(jié)構(gòu)全長(zhǎng)15公里，能夠容納6公里的養(yǎng)雞場(chǎng)、 6公里的養(yǎng)魚(yú)場(chǎng)和1公里的肉類(lèi)處理中心。項(xiàng)目每一公里的建筑面積為20萬(wàn)平方米。新加坡卓泰山私人有限公司總裁卓靖海先生表示，每一公里的雞場(chǎng)如果采用非堆疊設(shè)施實(shí)踐，每年可以飼養(yǎng)700萬(wàn)只雞，而每只雞僅需要1千瓦時(shí)的能量。卓先生表示，只要租金在合理范圍內(nèi)，他有信心在這項(xiàng)目中建立養(yǎng)雞場(chǎng)，因?yàn)榇隧?xiàng)目經(jīng)營(yíng)規(guī)模龐大?租期長(zhǎng)?水源和能源供應(yīng)穩(wěn)定，更值得考量的是避免外國(guó)活雞進(jìn)口禁令的風(fēng)險(xiǎn)。另外，養(yǎng)魚(yú)場(chǎng)可以通過(guò)重力從海洋和水庫(kù)直接取水，從而減少運(yùn)輸水所需的能源和時(shí)間，提高效率。養(yǎng)魚(yú)場(chǎng)和養(yǎng)雞場(chǎng)都需要足夠的光照和每秒鐘2米的空氣流速，這個(gè)運(yùn)作環(huán)境可以通過(guò)海堤結(jié)構(gòu)的被動(dòng)式設(shè)計(jì)以及在需要時(shí)由太陽(yáng)能供電的備用排氣扇來(lái)滿(mǎn)足。

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零碳零能耗建筑

海堤是以鋼筋混凝土沉箱結(jié)構(gòu)建成。由于結(jié)構(gòu)需要承受高水壓，它需要大量的混凝土，通過(guò)碳捕獲和利用高端技術(shù)（CCU），將二氧化碳捕獲到混凝土中，從 而獲得零碳排放狀態(tài)。另外，高質(zhì)量的結(jié)構(gòu)確保室內(nèi)空間不會(huì)滲水，海水與淡水完全分割，為內(nèi)部水庫(kù)提供長(zhǎng)遠(yuǎn)的穩(wěn)定環(huán)境。同時(shí)，周?chē)乃畬p低內(nèi)部結(jié)構(gòu)和空間的溫度。當(dāng)室內(nèi)的熱空氣往上升時(shí)，內(nèi)部空間中產(chǎn)生的負(fù)氣壓從下方吸入冷空氣，通過(guò)被動(dòng)式通風(fēng)系統(tǒng)處理室內(nèi)溫度，必要時(shí)還可以通過(guò)太陽(yáng)能排氣扇補(bǔ)助空調(diào)需求。而結(jié)構(gòu)上方的天窗則將陽(yáng)光傳遞到內(nèi)部空間，減少對(duì)燈光的需求。這種被動(dòng)式設(shè)計(jì)旨在以最少的能源使用實(shí)現(xiàn)最佳的通風(fēng)、降溫和照明條件。而雞場(chǎng)和漁場(chǎng)運(yùn)作所需要的基本能源將從農(nóng)業(yè)光伏產(chǎn)生的太陽(yáng)能中汲取，從而使這個(gè)項(xiàng)目成為零能耗建筑。

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預(yù)制體積結(jié)構(gòu)

海堤的沉箱結(jié)構(gòu)是通過(guò)預(yù)制體積結(jié)構(gòu)（PPVC-Prefabrication Prefinished Volumetric Construction）制成。建造這種結(jié)構(gòu)的技術(shù)已經(jīng)通過(guò)新加坡巴西班讓港口項(xiàng)目和大士國(guó)際超級(jí)港口項(xiàng)目落實(shí)。Agriport 項(xiàng)目建造工程將在開(kāi)發(fā)地點(diǎn)附近設(shè)置一個(gè)系統(tǒng)化的混泥土澆筑場(chǎng)，以在項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行沉箱結(jié)構(gòu)的預(yù)制，從而最大限度地減少所需的運(yùn)輸距離。沉箱將通過(guò)施工駁船從預(yù)制場(chǎng)運(yùn)輸?shù)街付ǖ暮Ｎ坏攸c(diǎn)。運(yùn)輸過(guò)程方法受益于浮力，從而節(jié)省了人力?時(shí)間?能源消耗并降低了碳排放量。這種施工策略也最大限度地減少了對(duì)東海岸公園的環(huán)境破壞和干擾，也最大限度地增加了對(duì)施工團(tuán)隊(duì)的安全措施, 降低工地意外發(fā)生的潛在安全問(wèn)題。

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模塊化結(jié)構(gòu)

每個(gè)沉箱結(jié)構(gòu)的總尺寸為 43米長(zhǎng)?25米寬?25米高。沉箱結(jié)構(gòu)內(nèi)的每一樓層的高度為4米。鉸鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)使面向中庭空間的柱子之間的混凝土立面能夠打開(kāi)并轉(zhuǎn)變?yōu)?米寬的走廊，全程避免任何的開(kāi)洞敲打。逃生樓梯和運(yùn)輸電梯基于標(biāo)準(zhǔn)模塊設(shè)計(jì)，將系統(tǒng)化安裝在中庭內(nèi)，避免低效率的施工過(guò)程。另外，農(nóng)業(yè)光伏結(jié)構(gòu)板由12米 x 10米浮筒模塊組成，這些模塊可以相互連接，形成一個(gè)由受拉繩索錨定和穩(wěn)定的大型浮筒。這種標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)允許建筑體塊在工廠(chǎng)進(jìn)行批量生產(chǎn)，從而減低了時(shí)間?人力?能源和原料的浪費(fèi)，同時(shí)確保了建筑的最高質(zhì)量和耐用性。

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零樁結(jié)構(gòu)

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海域與水庫(kù)的壓差

項(xiàng)目設(shè)計(jì)需要考慮海平面水位高于項(xiàng)目水庫(kù)水位的壓差課題，未來(lái)海平面延續(xù)上升將加劇這個(gè)課題，包括海水滲入水庫(kù)，海水逐漸將沉箱結(jié)構(gòu)向內(nèi)推的長(zhǎng)遠(yuǎn)性重題。為了緩解這個(gè)問(wèn)題，在雙沉箱結(jié)構(gòu)中央將放置連續(xù)的板材打樁，堆垛將到達(dá)底部的巖石填充海床，以確保沒(méi)有水平滲水。鋼筋混凝土板將澆鑄在海堤的最低層，并將其連接到板樁上，形成一個(gè)完整的結(jié)構(gòu)，將沉箱結(jié)構(gòu)錨定在海底，并確保沒(méi)有從下面垂直滲水。雖然這種結(jié)構(gòu)系統(tǒng)需要一定的投資，但其設(shè)計(jì)將減少了對(duì)泵站的依賴(lài)，因此從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看不僅可以節(jié)省能源，也避免未來(lái)能源短缺所帶來(lái)的潛在安全課題。

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投資回報(bào)

此開(kāi)發(fā)項(xiàng)目的估計(jì)建設(shè)成本為303億新元。根據(jù)預(yù)計(jì)每年1.61億新元的租金，投資回報(bào)率約為188年。然而，考慮到主島上釋放的30平方公里區(qū)域的土地價(jià)值，按照每平方米1000新元的平均價(jià)格，僅基于此規(guī)劃概念的投資回報(bào)幾乎是立竿見(jiàn)影的。更重要的是，從這項(xiàng)目獲取的水源、糧食和能源保障價(jià)值是無(wú)價(jià)的。

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與水共舞

為了解決我們的生存關(guān)鍵問(wèn)題，我們需要大膽面對(duì)已知事物，并靈活地應(yīng)對(duì)未知事物。東海岸公園的規(guī)劃和工程解決方案可以適用于新加坡其他區(qū)域甚至國(guó)際舞臺(tái)，進(jìn)一步提高我們的水源?能源和食物的復(fù)原力。這個(gè)解決方案的關(guān)鍵是在無(wú)需填埋和加劇環(huán)境惡化的情況下，與水共舞，共創(chuàng)未來(lái)。

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項(xiàng)目設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)

規(guī)劃師 & 建筑設(shè)計(jì)師：梁達(dá)民 建筑師
土木工程師：黃秋杰 工程師
太陽(yáng)能工程技術(shù)：莊天冠 首席業(yè)務(wù)發(fā)展總裁，林偉民 首席營(yíng)運(yùn)總裁，L-Energy 有限公司
養(yǎng)雞農(nóng)業(yè)技術(shù)：卓靖海總裁，新加坡卓泰山私人有限公司
黑水虻農(nóng)業(yè)技術(shù)：黃曉峰總裁 新加坡寶源集團(tuán)股份有限公司

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作者介紹

黃秋杰工程師是一家工程咨詢(xún)公司的聯(lián)合創(chuàng)始人和IES名譽(yù)秘書(shū)，也是新加坡工程師協(xié)會(huì)（IES）土木與結(jié)構(gòu)技術(shù)委員會(huì)的主席。黃工程師接受新加坡建設(shè)局（BCA）的邀請(qǐng)，在巖土工程設(shè)計(jì)技術(shù)委員會(huì)任職，同時(shí)也擔(dān)任IES學(xué)院的兼職講師，負(fù)責(zé)深基挖掘和隧道設(shè)計(jì)。黃工程師在新加坡和馬來(lái)西亞的主要基礎(chǔ)設(shè)施和運(yùn)輸項(xiàng)目中擁有超過(guò)20年的經(jīng)驗(yàn)。他堅(jiān)信通過(guò)創(chuàng)新的工程解決方案建立的可持續(xù)基礎(chǔ)設(shè)施可以造福人類(lèi)。