科技为本,赋能未来——2018-2019年度未来之城中国区决赛主题解析

2018-2019年度未来之城新赛季开放注册不久,很多团队已经开始投入到新赛季的工作中。作为一个享誉全球的经典STEAM项目,未来之城要求学生以团队为单位,设计一座未来100年之后的城市,城市设计的重点是为当年挑战主题提供解决方案。关于挑战主题的解读和创新解决方案要充分体现在城市论文、物理模型和展示答辩等各个交付成果中。因此,对主题的深度学习、调研至关重要。

2018年度夏季联赛主题:

海绵城市建设

2017-2018年度大赛主题:

老龄友好城市

2016-2017年度大赛主题:

公共空间

2015-2016年度大赛主题:

城市垃圾困境

2014-2015年度大赛主题:

城市农业发展

历年挑战主题一览

未来之城历届主题包括老龄友好城市、公共空间、城市农业、垃圾困境等等。这些主题切合社会现实问题,关注弱势群体,旨在引导未来工程师们从小关注社会问题,并发挥创意提出解决方案。

未来之城新赛季挑战主题

2018-2019年度未来之城的挑战主题为赋能未来(Powering Our Future),要求学生们设计一个高可靠性的电力系统,能够承受一定强度的自然灾害,并能在经历自然灾害后快速恢复运作。

背景意义

自然灾害(如地震、龙卷风、台风等)会给我们的城市和居民带来巨大的威胁。虽然自然灾害持续的时间不超过一两天,但是它们带来的破坏会长时间影响受灾地区居民生活的各个方面。2011年发生在日本东北部的地震和海啸就是一个鲜明的案例——灾害导致日本失去了核心电力资源,不得不对数百万计的企业和家庭轮流停电,导致生产和生活变得非常困难。惨痛的灾后景象驱使着工程师、建筑师以及城市的管理者们不停思考如何使城市在面对自然灾害的时候具备一定的弹性。

弹性城市可以适应多种变化,它通过高效连接的管理系统和基础设施来将灾害的影响降低到最小,并帮助城市快速恢复正常秩序。智能可靠的电力系统是弹性城市的体现之一,它要求城市有效地预防和承受自然灾害,并在灾后迅速恢复运作。

电力系统

主题关键词一

学生的设计对象是电力系统。电力系统是将电能由生产系统传输到消费系统的互联网络。它是由发电厂、送变电线路、供配电所和用电等环节组成的。电力系统不仅是产电和传输设备,它的功能是将自然界的一次能源通过发电动力装置转化成电能,再经输电、变电和配电将电能供应到各用户。为实现这一功能,电力系统在各个环节和不同层次还具有相应的信息与控制系统,对电能的生产过程进行测量、调节、控制、保护、通信和调度,以保证用户获得安全、优质的电能。

学生可以从发电方式、电力储存、输送和分配、信息控制、用户类型及需求等方面入手,了解电力系统的现状和不足,通过文献检索、网上查询、实地调研等多种途径调研最新的技术手段。

自然灾害

主题关键词二

设计背景和要求是应对自然灾害。选择一种对未来城市有潜在危害的自然灾害(如地震、龙卷风、飓风、雨雪冰冻灾害、酷热天气);在设计富有弹性的城市电力系统时,考虑如何做能让其承受此种自然灾害,并在灾害后迅速恢复。在选择自然灾害之前,去深度调研并回答以下问题:

  • 自然灾害的即时影响和长期影响分别是什么?
  • 自然灾害如何影响城市的电力系统?
  • 通过何种方式可以保护电力系统免受自然灾害的影响?
  • 如何迅速恢复自然灾害对电力系统的破坏?
  • 为了提升电力网络的弹性,现在正在进行哪些创新性尝试?
  • 在使电力系统变得更富有弹性以应对自然灾害这件事情上,工程师起到了那些作用?

弹性城市

主题关键词三

弹性城市(Resilience City)是指城市系统能够准备、响应特定的多重威胁并从中恢复,并将其对公共安全健康和经济的影响降至最低。

  • 重点描述电力系统的弹性体现。
  • 除电力系统外,其他方面关于弹性城市的创新设计,包括交通、医疗服务等。

备赛指导

1.定义问题

清晰的界定问题是完成设计的第一步。在这一步,请详细的描述城市的自然灾害,包括:自然灾害类型;自然灾害对城市和居民的短期和长期危害;传统电力系统如何应对该种自然灾害;自然灾害对电力造成的危害如何影响城市人口,尤其是弱势群体如老年人、小孩儿、残疾人、贫困人口。

2. 描述解决方案

针对界定的问题给出创新的方案。可以从电力系统的各个方面入手给出应对自然灾害的方案,除此之外还要评估出方案的风险、应对风险的方式等。

工程师宝典

风险意识

风险本质上是指不确定性,以及由这种不确定性带来的对主体的伤害性。工程风险是风险在工程活动中的具体体现。工程风险源于工程活动建构与运行过程的各个环节。工程师不仅要具备专业技能,还要具备足够的工程风险意识。在进行方案设计时,要考虑到工程设计、施工和运行等不确定性带来的风险,并给出合理的应对措施。

举例:在城市建造大量的鱼塘为整个城市提供富含蛋白质的食物,为了避免鱼类疾病感染,每个鱼塘建成独立分割的扇形区域。

权衡取舍

权衡取舍是指如何在资源有限的情况下,实现效益最大化。人们面对决策时总要面对权衡取舍问题,工程决策也是同样。在多个方案间做出选择或者在有无方案间作出选择,要充分列举出各个方案的优劣势,筛选的原则和依据,最终给出效益最大化的方案。

举例:在考虑居民区位置时,有多种方案:一是建在工厂附近,这样会方便工人上下班,但是远离市区,配套设施不完善而且相对污染;二是建在市区,这样方便居民生活,但是大大增加了工人通勤时间。这两种方案各有利弊,如何实现最佳方案?哪个影响因素在当下最为重要?哪些不利因素可以克服?这就是需要权衡取舍的问题。

工程思维强调问题导向、迭代意识、权衡取舍、风险意识等,当学生按照这种思维方式进行城市设计时,他们已经接近一个真正的工程师。工程设计方法不仅用于城市设计,也可用于生活、学习的方方面面。期待学生们借助工程思维工具,以科技为本,赋能未来!

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责任编辑:何沛苁
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