謝尚賢 國立臺灣大學土木工程學系 教授兼系主任 因應全球氣候變遷 為永續人居環境超前部署近來全球氣候變遷的現象越來越明顯,森林大火與極端降雨導致 大淹水事件頻傳,不少地區的最高溫或最低溫也屢破紀錄,而致力於 幫人類創造及維護優質與永續人居環境(Built Environment)的土木 工程師,又該如何面對這樣的環境挑戰,採取什麼行動呢?土木工程 從規劃設計到營造完工,需要至少數年的時間,後續的使用維護時間 更是長達數十年,甚至百年,不易隨著環境變遷而能快速修改調整, 因此更是需要能夠超前部署,針對不同的未來情境,提早做好準備, 包括技術與管理能力,以及人才培育等。 隨著資訊科技的快速發展,人類在數位空間中的擬真能力也越來 越強,可以將現實世界的物件以數位孿生(Digital Twin)的方式再生 於數位空間中,並根據真實世界的行為準則來進行情境模擬,大幅地 提升了工程師超前部署的能力。最近十多年來的 BIM(Building Information Modeling)技術發展與應用,重點就是要提升工程師團隊 於營造施工前,就能掌握可能發生的問題與風險,及早準備因應的能 力,並完善設計整合與施工協作,也同時為營運維護階段的需求做好 準備。 美國土木工程師學會 啟動未來基礎建設展望計畫先不談這些年來 BIM 等數位模擬相關技術導入營建產業所面臨 的挑戰與具體成效,但前述的數位模擬技術應用,的確能協助土木工 程師進行事前的擬真模擬,針對不同的情境進行因應方案之演練,以 利接下來各項工程作業都能如期、如質、如預算、且安全地順利完成。 只不過,這樣的超前部署只是針對現時的工程專案,但要能因應全球 氣候變遷,或科技應用與社會經濟發展趨勢,對未來人居環境所造成 的長遠影響,應仍是遠遠不足。 因此,美國土木工程師學會(American Society of Civil Engineers, 簡稱 ASCE)近年來啟動了一個名為「未來世界展望─基礎建設再想 像(Future World Vision─Infrastructure Reimagined)」的大膽且全面性 的計畫[1],利用類似未來思考(Futures Thinking)的方法,以六個重 要的社經政治、環境、與科技發展趨勢為帶動改變的關鍵驅動力,展 望及想像(但不是預測)未來世界中多種人居環境的可能,並應用數 位模擬技術來創造互動沉浸式的探索經驗,讓我們能具象地以數據驅 動且具深度的情境分析,來檢視未來 50 年土木工程可能得面對的巨 大挑戰,並從此時此刻開始進行長期不斷的超前部署,不僅需要研發 所必備的未來科技,也需要開始吸引及培養有志接受這些未來挑戰的 年輕土木工程師。按此處以編輯. 數位模擬未來城市運作及營建技術挑戰以下很簡要地介紹一下該計畫展望未來 50 年所想像並於數位世 界模擬出來的四個人居情境,讓大家更能體會如何善用未來情境模 擬,來超前部署未來所需的土木工程及從現在開始逐步改造土木工程 專業,而更詳細之資料(包含相關報導、報告及短片),請參考該計畫 網站,其網址為 https://www.futureworldvision.org/。 情境一:韌性城市(Resilient Cities) 在此未來想像情境中,氣候變遷造成乾旱、極端暴雨、海平面上 升等對人類居住不利的狀況,尤其是大都市及沿海的居住環境受到的 衝擊最大,也同時影響了農業及糧食生產,還有水的供應。因此,如 何打造一個能因應氣候變遷的韌性城市,便成為土木工程師的重要任 務。圖一[1]為未來韌性城市的可能型態之一,水面上與水面下的人居 生活空間之規劃設計、建造、與管理維護,都帶給土木工程不少的新 挑戰。 按此處以編輯. 情境二:漸進式超大城市(Progressive Megacities)這個未來想像情境,是設想大量人口持續往都市集中,造成了比 現在的大城市還要大上倍數的超大城市。為了因應大量集中的人口, 城市已邁向智慧化並透過先進科技提供市民個人化的服務,汽車也已 全部都被自動駕駛公共運輸工具所取代,而許多營建領域的創新也自 動化了營建過程,並使用具韌性之營建材料。政府也必須與民間組織 合作來發展有效的治理政策與財務機制,才能維持超大城市的運作。 當然,乾淨且充足無虞的能源供給也是不可或缺的要項。 情境三:分散聚居地(Dispersed Settlements)在此未來想像情境中,氣候變遷的衝擊不如大家預期的大,導致 對新材料的研究不夠積極,營建產業的創新與對新科技的導入應用也 有限。因為無效的城市治理政策,加上不足的財源,城市的關鍵基礎 設施開始敗壞,生活品質下降,導致居民開始從傳統的城市移居到新 的,但相對孤立的居住地。為了支持這樣的生活形態,先進的通訊基 礎建設取代了實際的交通網路來提供虛擬通勤,因此整體的旅行量降 低了,車輛的需求也降低,但共乘的需求則增加。替代能源的取得與 儲存技術持續創新,以支持充足且獨立的能源支持系統需求。由於高 度依賴資訊網路,因此網路與資訊安全變得特別重要。 情境四:不均等飛地(Unequal Enclaves)此未來想像情境與前述的分散聚居地情境類似,也是因傳統城市 的居住環境惡化而導致居民遷離。但是在此情境中,只有富人才有能 力遷離城市到新的富裕居住地。富人的移居造成城市稅收的減少,也 造成財政的惡化,只好透過資產與服務私有化的手段來籌措財源。然 而因城市的關鍵基礎設施缺乏韌性,氣候變遷常造成城市設施之災 損,將會需要營建自動化來支持快速且容易的修復或重建。在城市的 智慧化服務上,則會偏重在服務富有的通勤族。圖二為此情境主要驅 動力之互動關連圖[2]。 此計畫也討論了上述的四個未來想像情境會對土木工程帶來何 種影響,很值得大家參考並進一步共同思考:土木工程專業領域如何 因應未來已知與未知的各種挑戰,為持續提供人類宜居永續的生活環 境進行超前部署,除了新科技的研發與導入應用,也應留意未來人才 的吸引及培養。 參考文獻1. Laurie A. Shuster (2019). “What Else Ahead?” ASCE Civil Engineering Magazine, June Issue, 2019, American Society of Civil Engineers, Page 60. 2. American Society of Civil Engineers (2019). Future World Vision – Infrastructure Reimagined, American Society of Civil Engineers (ASCE), May 2019, From https://cdn.asce.org/fwv/files/pdfs/ascefuture-world-vision-final-report-updated-may-2019.pdf 轉載自營建知訊第462期,頁72-77。
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三月 2023
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