这帮建筑师跟蘑菇纠缠了大半年
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智能系统下的仿生城市信息模型
Bartlett 第七期
本期介绍的设计来自巴特莱特学院2013-2014届的RC16，该项目又称为“除废城市”，而其中的废其实就是biomass生物质，利用对生物质的利用，来实现整个城市空间系统的能量平衡。该项目通过数据分析结合数字模拟，机械手臂配合智能化物理实验等，尝试结合生态去将能量的收集，能量的传递，能量的高效利用三者作为整体的城市系统进行可持续设计。
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> 灵感 <
项目的灵感来源于20世纪八十年代位于美国亚利桑那州的生物圈二号实验（Bio-sphere2）,该实验希望能营造出一个封闭的生态系统，人与动物在这个封闭的系统里可以持续生存甚至繁衍生息。但是不幸的是，该实验由于后期的内部供氧不足，导致整个能量循环彻底失衡，最终走向了失败。
实验的失败使得目前人类基本已经放弃完全模拟生物圈的能量运行，但是作为bio-sphere2 的遗产，建筑师开始讨论在一个巨形尺度环境下通过能量特定的运输轨迹和运作机制，可以使得整个空间环境的能量收集和使用极其高效的可能性。
项目便以此问题为出发点，尝试去将能量的收集，能量的传递，能量的高效利用三者作为整体的城市系统进行可持续设计，从而提升整个城市空间的能量使用系统。
> 难点 <
项目的难点包括三点：第一就是如何去确定何种能源是真正可持续，并且可以直接服务于城市环境的。第二就是在一个城市环境中，如何确定能源输运的最优方式和路线。第三就是人如何控制能源的传递和使用，可以使其的运作方式无限贴近设计师的想法。
> 过程 <
关于前两个问题，设计师从千叶蚁巢的结构中找到了以上问题的答案。千叶蚁的结构非常复杂，交通网络纵横交错，但是其的能量运输网络相当发达，不仅食物的运输非常高效，而且内部的微气候相当稳定，其温度和湿度均位于恒定范围。设计师利用电子模拟（Digital simulation）首先模拟了蚁巢网络在特点条件下的生成。
并且再将特定条件从二维扩展到三维，研究网络的路径已经具体的空间形态，参数越多，则形态形成过程越复杂。
其次就是如何保持网络内部的微气候恒定，设计师发现在蚁巢网络的特点节点（Chambers），其内部的fungus garden （菌类）的生长可以保持周围微气候的恒定，并且，这种稳定的微气候是换句话说，Fungus 就是整个网络微气候和能量稳定循环的关键。
Fungus的生长会消耗有机生物质biomass，然后调节气候，而biomass大量存在于人类的有机垃圾中（如遗留食物等），于是，通过连接城市中的biomass的聚集点，用最佳的连接网络进行系统优化，便成为这个项目的设计雏形。
设计师以图森市（Tuson）为方法论的实验项目基地。首先提取了城市中的biomass的具体分布和极高值，进行参数化分析和mappingd的数据可视化。
数据显示了在中部人口密度高的地区，其biomass因有机垃圾的排放量大，而使得其的数值较高，聚集点密度较大。
而后，把前期的算法复制，重新运行场地，计算出场地的能量运输轨迹和运输空间密度，其能量网经过biomass值域最高的地段和每一个人居建筑中（住宅，办公室等）。在密度最高的几个区域，形成了密度非常高的biomass聚集推，如果在此布置充足的fungus，该些区域便可作为chamber进行能量的释放和收集。
但是，在解决完前面两个问题后的下一步却让人头疼，怎么样使得biomass的聚集堆里的fungus健康存活，使其的生存被人们及时控制便成为了核心问题，一旦解决，fungus可以在biomass的区域里进行能量的高效利用，并在城市能量网里进行能量的传递，也就是说在能量网中，人们生存微气候可以达到恒定水平（如，温度17到22度）。
设计师将控制论中的机械臂技术引用到项目当中，使其成为一个能量递归系统，任何生长数据都被记录在电脑中，并且回归到机械臂中，机械臂中存放fungus的生长营养，保证在fungus在不适合的气候条件下被放入一定的营养，然后将场地biomass信息提取至机械臂计算程序中，对机械臂的运行和工作进行条件预设。
设计师将biomass的值域赋在了基于场地地势的3D打印模型上，并对其中的三百多个值进行了空间的划分，控制系统可将营养按不同时间和空调条件准确滴放进去。
↑ 机械臂实验的电路设置
↑ 实验实物图
在经历了数月的系统工作，该地势模型上的fungus生长状况良好，并且因具体biomass值的不同，而导致了生长状况的不同。
计算机提取了模型食物中的数值，进行了电子模拟（digital simulation）
而后将其生长过程在电脑中重新模拟：
而后，设计师将这种数值重新输入到机械臂中，去运行整个场地的算法。
↑ 实地渲染
该系统的建立，不仅可以消耗掉多余的有机垃圾，同时也可以建立高效的恒定微气候系统。而系统在具体城市中的形态可以依据城市自身的条件去细化。
↑ 刨面（fungus生长地）
↑ 城市biomass能量传递系统3D
↑ Fungus生长系统实时反应到能量网络的运行
↑ 总平面（渲染）
除废城市中的废其实就是biomass生物质，利用对生物质的利用，来实现整个城市空间系统的能量平衡。
该城市系统没有具体的物理形态，称之为城市模具（urban protocol）的建立，具体的城市可以依据自身的经济和资源条件来确定具体的结构和细节，如网络，其可以是公路，也可以是管道，而实施机械臂来控制fungus生长的，在经济条件较好的城市，可以是中央智能系统，在贫穷的地方可以依靠单纯的清洁人力。
总之，除废城市，并没有拘泥在具体的形态，设计师希望建立整套的逻辑与设计系统来达到对城市空间质量的提升。
文：唐洪亚
QA&
关于项目
Q1：你们这个项目里面的机械臂，我看到是承担中央智能系统，能不能更具体阐述一下，未来城市中这个系统的定义和功能，包括真菌，千蚁穴结构在未来城市所承载的一些功能？
唐：其实无论是国外还是国内一些建筑院校，机械臂在建筑类的教学中已经被广泛提出，但是尺度基本停留在单体建筑内，主要是因为如果在单体建筑的认知范围内，机械臂是非常容易被定义的，它可以是一个巨型的3D打印机，也可以是一个普通的机械运输吊车，大家往往容易联想（因为世界上已经出现了尝试性的实践）。但是，其的核心价值是其在构建目标的时候已经完全基于数据库和数据程序的处理逻辑，这点是非常值得从建筑尺度推广到城市尺度的，这种建造的方法论才是我们设计项目中所追求的东西。机械臂在我们的实验和设计项目中所承担的角色就是一个收集数据，处理数据和反应数据的平台，而我们在现有实验室内，用机械臂的原型去论证其平台运作的可能性。这个平台被我们定义为中央智能系统。所谓系统不一定是一个具体的实物，它在不同的城市情况下可以转化为不同的角色，如在一个发达的智能城市，由于计算机联网和城市管理的智能化，其实数据的收集和处理已经早已实现，那么只要在反应数据的终端加以改进就可以实现整个平台的运作机制（如农业灌溉系统的自动识别灌溉，室外调温空调的自动运作等）。反之，如果在一个基础设施落后的城市内，一些终端的实现也可以根据数据库的信息提示而用人力去操作。由此可见，中央智能系统是一个模具（Protocol），虽然它被我们提出，但是却一直在发展，会因地制宜，会不排除任何的可能性和对实际环境接纳度的可能性。我们相信，在现在互联网，大数据和智能城市被快速建设和应用的今天，这种中央智能系统是完全有可能在实际城市化进程中实现的。
相比于机械臂，真菌的原型可移植性要强很多，因为其确实是具有调节温控等微气候调节作用。其与蚁巢的工作原理在绿色建筑的研究中已经被长时间的关注。我们依然将其移植到城市的尺度去考虑这个问题，在城市尺度下，如果能保证真菌的数量和其健康程度，其完全有可能成为城市的室外空调或者城市加湿器。其能根据现有城市空间内的气候数据来进行相应调节，使得整个城市处于一个较为舒适的人居条件内。当然，在城市尺度中的话，需要考虑的因素实在太多，未来设计师可以与生物学家去联手去改进真菌的功能，让真菌在不同气候带的城市中去适应和发挥功能，虽然这只是一个雏形，但是却为城市设计师在未来的研究方向提供了参考和依据。
千叶蚂蚁穴的结构非常稳定，第一是其受力均匀导致气候的畅通，第二是最短路径导致能源运输的高效。其实这种蚂蚁穴在建筑层面早就已经被模仿和实践，甚至在一些原始部落里，就有人利用其结构建立出了冬暖夏凉的房子，这就证明其实其技术的实现已经存在强大的可能性，另外，蚂蚁最短路径的算法研究已经逐渐成熟，在交通输运领域已经有了大量的论文诞生，用以证明其的合理性。但是我们不得不承认，技术在城市设计中无法占有绝对的主导，需要政策，法律，人文哲学的配合和支持，就像北京城一样，其的路网规划是由其自身的城市文化所影响，无法单纯以最短路径去衡量和设计。不过，在未来卫星城的建设和设计中，我们完全相信其有被应用的可能性。
关于实践
Q2：你认为这个“生物城市”构想的实际意义到底在哪里？你觉得他能够实现吗？
贾：我认为这个构想当然具有实际意义。我想先大体回顾一下历史，关于理想城市的构想，早在柏拉图的《理想国》一书中就有论述，他在书中勾画出了雅典城邦的图景；中古时代以后，空想社会主义的创始人托马斯·莫尔提出了乌托邦，近代以来，霍华德有提出了田园城市构想。这些理想城市的构想都是从社会正义，等级，以及分配制度等人类社会关系的永恒主题入手，通过律令，法力，规划，流传于世。他们都是出于顶端的国家决策思考者，是哲学家，社会学家，大规划师。
到了后来早在二十世纪六十年代,就有一批先锋的，具有颠覆精神的建筑师敏锐的观察到了顶端思考的无力，它们希望通过自己对器具的熟练把握，既提出建筑图纸的整套方案，来使人类的城市能够与自然相适应，跳出了人类范畴，走向自然。最有代表的就是保罗索拉里的Arcology（仿生城市，也是本项目的重要理论指导）。
也许事实证明每一个理想城市的构想都失败了，这是真的。但我想说的是，他们又都在很大程度上，在潜意识里进化着，虽然失败，但源源不断地像一条暗流涌动。酋长的智慧远逊柏拉图，而现在无人提起雅典城邦的优越，却能够再造一个万豪的迪拜，这就是进化的力量。现代控制论，数字化技术，大数据，节能仿生技术等，3D打印等新兴技术都会随时让理想城市重见天日。请质疑者放松。
这样说来，一时兴起，今天我谈到的“生物城市”，将来必是广袤“银河星城”的雏思。失败不可怕。
Q3：那在仿生城市研究里面，哪些方面实际应用价值比较高？
唐：我们把城市设计从一门设计科学变成了一门实验科学，这就需要从我们项目中转化为现实成果需要一步步的实现。首先，因为微气候的数据现在人类已经可以收集，所以只要能正确从数据中筛选出有利的数据，并将其反应到处理终端就可以实现我们的想法，我们可以将城市管理的办公自动化技术通过与终端的电子机械自动化连接，便可以实现整个平台的运作（媒介可以为无线网信号等），其次，蚁巢真菌的生态能源价值被重视，其的消耗能源为人类排放的有机垃圾，其消耗垃圾调节气候的过程是生态环保的。在资源紧张的今天，其能否与风能，太阳能等一起成为清洁能源，具有较强的利用潜力。
关于感受
Q4：最后能不能谈谈你们对这个研究项目的看法？
任：我个人对我们项目的意见就是： 项目本身得出的结果与表现形式其实并不重要（我本人比较抵触这种直接性的象形的有机化的表现形态.......），在这一年中，个人认为更重要的是这种集成信息来形成信息模型的过程——才是真正让我们受益的地方。产生的信息模型在理论研究中可以定义为“城市原型机”，也可以定义为“智慧模具”。其本身具有跨域三维，走向4维动态的模型效应，利用此点我们可以反向去推导和假想小到空间，形体，建筑结构大到街区，城市以及景观的合理性，从信息集成的角度来反应问题和解决问题。从这点出发，项目过程还是值得回味。
Q5：最后能不能谈谈跟蘑菇纠缠了大半年，咋想的？
这个一开始（我是拒绝的），真是觉得不适应，觉得学建筑如果需要一些生物方面的知识去看看相关论文就好了，感觉自己这一年给蘑菇干上了有点奇怪... 后来种蘑菇时间常了，大约半年，忽然发现很多问题如果没有直观的刺激是不会产生美感的，建筑终究是个形体的艺术，单纯查阅资料，面对数理统计无法完成建筑设计在艺术层面上的超越...和蘑菇相处久了，美就来了。
然后我们就变成酱子了......
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