创纪录的飓风、西部历史上最严重的火灾季、中西部空前的洪水水位，以及“炸弹气旋”成为东海岸家喻户晓的词语：毁灭性的天气事件已成为美国几乎所有地区的“新常态”。气候变化导致灾难的频率和严重程度都在增加。再加上地震、龙卷风和火山持续不断的威胁，难怪根据美国国家海洋和大气管理局（NOAA）国家环境信息中心的数据，2017 年自然灾害造成的损失超过 3060 亿美元。但新一代的建筑师、设计师和专家正在创造能够应对极端条件和持续压力的基础设施和建筑。以下是一些在日益末世化的世界中生活的创新方法。集雾器 挑战：干旱 地点：摩洛哥布特梅兹吉达山
摩洛哥撒哈拉沙漠附近的一些居民过去每天都要花费数小时骑驴取水，但一种新的集雾系统正在改变这一切。Aqualonis Cloudfisher 的坚固织物安装在框架上，可以承受每小时 74 英里的风速，同时收集山地雾气中的水分。收集到的水滴入 16 英里的管道，然后直接流入 70 多个家庭的水龙头。尽管人们已经在南美洲建立了类似的系统，但 Aqualonis 声称 Cloudfisher 是第一个能够承受更大阵风的系统。随着气候变化改变全球降雨模式，创新的饮用水解决方案将变得越来越重要。
生态护岸
挑战：海平面上升
地点：纽约
2012 年的桑迪飓风是纽约市历史上最致命的一次飓风之一。43 名遇难者中有一半以上是在斯塔滕岛，那里的潮水高达 14 英尺，淹没了海岸线。当洪水退去后，一个联邦特别工作组举行了一场竞赛，以找出如何最好地保护该地区免受未来风暴的侵害。Living Breakwaters 是获胜设计之一，由建筑公司 SCAPE 牵头，计划通过一条由碎石、石块和混凝土组成的 4,000 英尺长的“项链”来减弱该行政区南岸的海浪。该结构还将促进牡蛎床等保护性生态系统的形成，牡蛎床会形成天然的珊瑚礁。
防火房屋
挑战：野火
地点：美国西部
在过去的几十年里，美国的火灾季增加了约 78 天。专家们认为，不住在易燃区域是降低风险的最佳方法，但对于已经居住在那里的人来说，一些简单的改变可以提高他们财产安然度过火灾的可能性。美国林务局落基山研究站的经济学家 Patricia Champ 表示，最好的方法之一是减少房屋附近的易燃物。使用不易燃的屋顶材料，如沥青瓦、陶瓦或铝。 (其中一些恰好是最便宜的选择之一。) 她说，修剪或移除房屋附近的树木和植被也能产生很大影响。
自愈混凝土
挑战：基础设施老化
地点：全球
大气中二氧化碳浓度的升高实际上会加速混凝土的劣化。当二氧化碳渗透到结构中时，它会与已有的水分和氢氧化钙发生反应，逐渐侵蚀掉覆盖钢筋的水泥层，使其容易生锈。幸运的是，荷兰代尔夫特理工大学的环境科学家 Henk Jonkers 发明了一种自愈型混凝土。Jonkers 在混凝土中嵌入了氮、磷、乳酸钙和一种产生石灰石的细菌。这些添加剂处于休眠状态，直到出现裂缝，空气和水分进入。然后细菌被激活，以乳酸钙为食，将其转化为石灰石，从而封堵裂缝。
为当地电网提供支持的电动汽车
挑战：停电
地点：全球
事实证明，阴天无风的日子产生的可再生能源并不多——这是从化石燃料转向电力供应的障碍。但电动汽车，本质上是“带轮子的电池”，可能会加速解决方案的出现。可以通过奖励它们储存多余电力来鼓励司机使用他们的汽车来稳定电网。白天车主工作时，他们的汽车可以利用太阳能发电厂的能源充电，之后停在家中，可以通过向电网出售多余的电力来为车主赚取一些钱。或者，由于风通常在夜间更大，电动汽车可以储存这种短暂的电力并在第二天释放。因此，联网的汽车电池可以为当地电网提供稳定性，降低停电的可能性，更不用说为车主提供应急电力了。潜在影响令人惊讶：在最近的一篇论文中，劳伦斯伯克利国家实验室的研究人员提出，加利福尼亚州到 2020 年实现 33% 的能源来自可再生能源的积极政策，仅通过使用电动汽车作为储能就可以实现。这样做还可以减少建造固定储能基础设施的需求和纳税人的成本。
排水路面砖
挑战：洪水
地点：丹麦哥本哈根
城市密集，人行道和街道不透水，所以混凝土丛林在暴雨期间并不能很好地吸收多余的水。结果是：毁灭性的山洪。为了提供帮助，丹麦建筑公司 Tredje Natur 开发了 Climate Tiles，一种模块化铺装系统，可以收集和分配雨水。这些砖块看起来像普通的路面，但上面有小孔，可以将雨水排入水平连接的通道。该系统收集屋顶、街道和停车场的水，并将其输送到附近的渗透性景观，如花园箱或公园空间，在那里可以被吸收。Tredje Natur 今年已经对哥本哈根的一些人行道进行了改造，以测试这些砖块。但即使实验还没有结束，多伦多和其他几个城市也已经要求购买这种排水材料。该系统可通过以下三种方式减少洪水：
1. 滋养植物 植物为城市居民提供许多好处，包括阴凉、美观和野生动物栖息地。但它们也吸收了本可以淹没繁忙街道的水。
2. 收集径流 道路、人行道和露台连接着人们，但它们通常也无法渗透雨水。穿孔表面等小改动可以帮助城市管理径流。
3. 净化废物 Tredje Natur 系统可防止雨水与路盐、化肥和污水等日常污染物混合，确保植物只获得最好的。
抗龙卷风房屋
挑战：龙卷风
地点：密苏里州乔普林
2011 年一个平静的星期天，一场 EF5 级的多涡旋风暴——美国历史上最致命的龙卷风之一——席卷了密苏里州乔普林，造成 161 人死亡。之后，在城市重建过程中，总部位于多伦多的 Q4 Architects 设计了一个概念房屋，展示了房主如何更好地在这些灾难中生存并更快地恢复。以下是三个基本特征：
1. 内部坚固 这座名为 CORE House 的建筑围绕一个中心空间建造，该空间由牢固固定的混凝土构成，符合美国联邦紧急事务管理局（FEMA）的“近乎绝对保护”标准。日常生活的所有关键需求——休息、烹饪和使用浴室的地方——都受到保护。周围的房间则设有更大的窗户等传统舒适设施。
2. 恢复功能 自然灾害后，市政基础设施通常需要一段时间才能恢复运行。因此，Q4 在安全屋内安装了光伏电池板和集水系统，以提供应急备用。外围设有战略性定位以抵抗大风但足够大的开口，有助于保持房屋凉爽。
3. 碳中和 考虑建筑物的长期环境影响是弹性设计的一个关键组成部分。因此，Q4 在建造房屋时就考虑到了对地球的友好性。定制的混凝土混合物可以隔离碳排放，而所有其他材料的生产都在距场地 500 英里以内完成。
“龙”测试材料
挑战：野火
地点：日本筑波
证明材料的防火性能出奇地困难——主要是因为它需要制造出真实强度的火焰，而又不会烧毁实验室。因此，美国国家标准与技术研究院（NIST）的研究员 Samuel Manzello 帮助开发了他称之为“龙”的装置。（正式名称是 NIST 火种发电机）。研究人员将这个直径 12 英寸、高 5.5 英尺的圆筒形装置装满木屑，然后用两个丙烷燃烧器点燃。结合位于日本筑波的世界唯一的消防研究风洞，测试人员可以产生以每秒 32 英尺速度移动的火种。这使得研究人员能够模拟如风驱动的野火冲入城市区域等自然条件。NIST 使用“龙”来支持改进屋顶的防火性能，并通过测试用于阻止余烬进入建筑物通风口的网格尺寸，来建议对加州防火规范进行更改。
抵御地震
挑战：地震
地点：日本东京
日本位于地震最活跃的构造板块交界处之一，每年会发生 1,500 多次地震。那里的建筑师率先制定了新的工程标准来稳定摩天大楼。例如，作为东京最高的建筑之一的森大厦，在其 54 层楼结构中装有 192 个充油减震器。这些钢制阻尼器内部的传感器可以检测到微小的震动并控制流体的流动；当检测到地震时，阻尼器会向相反方向晃动浓稠的油，以抵消震动。日本人继续推动抗震技术的边界，将减震器设计成从隔震支座到高强度碳纤维的各种材料。
浮动房屋
挑战：洪水
地点：全球
正如 2017 年哈维飓风所展示的那样，美国大部分地区越来越容易遭受严重风暴的袭击，这些风暴会导致停电并淹没数十万户家庭。建筑师们已经注意到了这一点，在全球范围内创造了新型的浮动和两栖房屋。以下是它们的三种保护功能：
节水灌溉渠
挑战：干旱
地点：德克萨斯州圣安东尼奥
西班牙裔定居者将一种水管理系统带到了新大陆，随着气候变化，这种系统正在焕发新的生机。这种被称为“acequias”的土渠网络传统上像动脉一样从河流分支出去，有些甚至允许多余的水渗透到地下，在那里可以储存数月。随着水库因全球变暖而面临越来越多的蒸发风险，美国农业部自然资源保护局自 2015 年以来一直资助 acequia 基础设施项目作为替代方案。德克萨斯州圣安东尼奥市最近在 Phil Hardberger 公园建造了一个现代化的改编项目，该项目捕获并转移了停车场产生的雨水径流。该项目的景观设计师之一 Lauren Stimson 说，它利用植物根系和沉积物作为天然过滤器，像该地区的农民历来那样收集和储存径流。
红树林大坝
挑战：洪水
地点：全球
城市并非唯一受洪水影响的地区。低洼地区可以是肥沃的农田，但它们容易发生洪水。红树林可能是抵御不断上涨的水位的绝佳天然防御机制，其动态的根系可以为土壤充气，同时将其固定在原地，减少侵蚀并增加排水。但在许多地方，这些自然生态系统早已被摧毁。匈牙利设计团体 Szövetség’39 构思了一种模块化的、蕾丝般的混凝土结构，作为红树苗的基座，红树苗通常难以扎根。人造基础旨在支撑树木，直到它们形成天然水坝，然后它会在阻挡水的树丛下缓慢退化。
重建微电网
挑战：停电
地点：日本东松岛
在 2011 年一场灾难性的地震和海啸导致福岛核电站发生熔毁后，附近的城镇将这次灾难的教训应用到他们的恢复工作中。与许多重建必然会再次失败的系统的地方不同，人口近 40,000 的东松岛镇计划将该市置于本地化的可再生能源网格上。例如，政府将一个受损的公园改造成了一个太阳能设施，能够为 600 个家庭提供足够的能源。该镇 75% 的地区被摧毁，还建造了一个带有电池备份的智能微电网，可以为整个地区供电数小时，或将电力重新定向到医院和社区建筑数天。该市 25% 的电力已经是在本地生产的。
本文最初发表在《大众科学》2018 年冬季“危险”特刊上。
