世界人居

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前言

為了確保新加坡免受氣候變暖導致海平面上升的影響，新加坡總理李顯龍先生宣布在未來100年內提供1000億新元的預算，以建設基礎設施實現這一目標。為了響應這個使命召喚，本文旨在提供一項技術上可行的規(guī)劃和工程設計解決方案，以保護我們的海岸線，同時創(chuàng)造可持續(xù)的水?食物和能源的來源。本文的關注點是新加坡東海岸公園海岸線，因為它是新加坡最有價值但又是最脆弱的海岸線。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。項目全長12公里，平均寬度2.5公里，總面積約為33平方公里。

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生存關鍵性問題

自獨立以來，新加坡作為一個小島國，一直在解決能源、糧食和水源短缺等生存問題。此外，新加坡是一個地勢低洼的國家，全球變暖將加劇海平面上升和暴雨水災的危機。雖然這些課題能通過現有技術局部地處理，但關鍵在于這些處理方式是否能得到經濟?能源?原材料和人員供應的前提下持續(xù)推展。本文的設計理念是根據我們對有限的水源?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動，因為盲目的利益最大化可能加速全球變暖的過程，進而加劇海平面上升的嚴重性。

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現有規(guī)劃的困境

攔截海平面上升的傳統規(guī)劃策略是建造海堤，然后進行填埋。新建的土地享有優(yōu)越的濱海地理位置，將以高價出售，這有助于土地開墾成本回收。然而，高價出售的地塊必須以高容積率換取開發(fā)商的投標，這個過程將引發(fā)新一輪的高密度開發(fā)項目，從而引發(fā)另一輪的大量建筑材料、能源和人力的消耗。這將導致更多的采礦活動而導致更多碳排放，進一步加速環(huán)境惡化和全球變暖的速度，最終進一步惡化海平面上升問題。此外，任何新的濱海高層開發(fā)項目都將會把現有的沿海開發(fā)項目淪為內陸環(huán)境，這很可能會降低現有房地產的價值。除此之外，因畜牧業(yè)產生的異味導致其發(fā)展必須遠離住宅、商業(yè)和辦公樓開發(fā)，對農糧局是一大難題。

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全面規(guī)劃的潛能

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全面循環(huán)經濟效應

本文開發(fā)項目包括蔬菜農場、養(yǎng)魚場和養(yǎng)雞場。魚和雞肉將被運送到開發(fā)項目內東側的肉類處理中心。肉類處理中心和農場的殘余物將轉移到黑水虻（BSF, black soldier flies）農場。新加坡寶源集團股份有限公司總裁黃曉峰先生表示，BSF農場能夠處理受損或未售出的蔬菜?宰殺雞只和魚類過程留下的器官以及養(yǎng)雞場和養(yǎng)魚場的排泄物。來自BSF養(yǎng)殖場的幼蟲將成為養(yǎng)雞場和養(yǎng)魚場的飼料，幼蟲的糞便將成為蔬菜農場的有機肥料。這個過程促進了氮循環(huán)以及有機農業(yè)。憑著這個有機生態(tài)的運作，此項目將受到國內外的關注，使這項目成全面循環(huán)經濟效應為世界上首屈一指的大型可持續(xù)性高產量的農業(yè)基地（ARGRIPORT），通過其獨特的循環(huán)經濟方法，將新加坡鑒定為應對海平面上升的世界典范。項目將吸引國內外投資，為建設和運營成本提供資金。

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大規(guī)模經濟效應

憑借其超大規(guī)模和設計整合，Agriport 項目可以滿足新加坡國內對蔬菜、魚類和雞肉的需求，分別達到125%，48%和41%的程度。該水庫每天能夠生產5億加侖的飲用水，占當前需求的116%，占2060年需求的58%。L- Energy Pte Ltd 的林偉民先生表示，根據單晶太陽能板技術的農業(yè)光伏開發(fā)的26平方公里面積，其中太陽能板之間開口率為42%，年均生產為3449 GWh 。這能源占目前全國總能耗的6.63%。通過采用低能耗農業(yè)實踐，這項目只需要農業(yè)光伏發(fā)電產生的42%的能源。即使隨著每年0.55%的能源生產退化，太陽能發(fā)電場在30年后仍然能夠產生其原有產量的84%。水源和能源的保證對蔬菜、養(yǎng)雞場和養(yǎng)魚場的運營注射了強心針，提高我國在糧食?水源和能源的彈性。這個發(fā)展需要國家的高度重視與支持。

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水庫上的農業(yè)光伏

新加坡蔬菜種植面臨的挑戰(zhàn)是租賃期短，并且經常需要與非農業(yè)項目爭奪土地和空間，畢竟新加坡是一個小島國。由于土地面積不足，很多農場都需采納多層高密集型農業(yè)技術來達到可觀的生產量。但此運作的可持續(xù)性（包括能源的消耗）必須同時考慮。為了避免這個問題，本文建議將農業(yè)發(fā)展在水庫上，創(chuàng)造26平方公里的漂浮農業(yè)空間，不需要任何填土過程。農業(yè)需要光子，水和養(yǎng)分確保植物的生長。如果光子來自上方太陽，水來自下方的水庫，那么農業(yè)主要的挑戰(zhàn)就只是如何管理人力和養(yǎng)分。此26平方公里的大型農場提供了有利的商業(yè)運作條件。以年均一公頃400噸產量計算，總產量將能夠滿足新加坡蔬菜中需求的125%。這個新建造的非土地空間也釋放了新加坡寶島內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

大多數植物光合作用的光飽和點是大約1000 PAR（μmol/平米/秒）。由于新加坡赤道的陽光超過1000 PAR，多余的陽光可以轉換為太陽能，這是農業(yè)光伏的原理。根據統計，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。項目根據這個DLI數據通過電腦模擬進行了初步的計算，初步研究結論是項目太陽能電板配置需要有42%的空隙以滿足15至20 mol的要求。然而這個課題需要農糧局與高專學府進行更深入的實踐研究，因為這是一個高度復雜的研究課題，也是一個值得探索的新科技及經濟領域。農業(yè)光伏項目占地26平方公里的蔬菜農場不僅將成為高效及低碳的業(yè)務，它也將是國人和國際訪客的觀光景點。農夫們與社區(qū)人民的互動將新加坡甘榜（kampung）精神提升到另一個境界，大大加強了國家社區(qū)的凝聚力。

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養(yǎng)魚業(yè)和養(yǎng)雞業(yè)

項目海堤結構全長15公里，能夠容納6公里的養(yǎng)雞場、 6公里的養(yǎng)魚場和1公里的肉類處理中心。項目每一公里的建筑面積為20萬平方米。新加坡卓泰山私人有限公司總裁卓靖海先生表示，每一公里的雞場如果采用非堆疊設施實踐，每年可以飼養(yǎng)700萬只雞，而每只雞僅需要1千瓦時的能量。卓先生表示，只要租金在合理范圍內，他有信心在這項目中建立養(yǎng)雞場，因為此項目經營規(guī)模龐大?租期長?水源和能源供應穩(wěn)定，更值得考量的是避免外國活雞進口禁令的風險。另外，養(yǎng)魚場可以通過重力從海洋和水庫直接取水，從而減少運輸水所需的能源和時間，提高效率。養(yǎng)魚場和養(yǎng)雞場都需要足夠的光照和每秒鐘2米的空氣流速，這個運作環(huán)境可以通過海堤結構的被動式設計以及在需要時由太陽能供電的備用排氣扇來滿足。

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零碳零能耗建筑

海堤是以鋼筋混凝土沉箱結構建成。由于結構需要承受高水壓，它需要大量的混凝土，通過碳捕獲和利用高端技術（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，高質量的結構確保室內空間不會滲水，海水與淡水完全分割，為內部水庫提供長遠的穩(wěn)定環(huán)境。同時，周圍的水將減低內部結構和空間的溫度。當室內的熱空氣往上升時，內部空間中產生的負氣壓從下方吸入冷空氣，通過被動式通風系統處理室內溫度，必要時還可以通過太陽能排氣扇補助空調需求。而結構上方的天窗則將陽光傳遞到內部空間，減少對燈光的需求。這種被動式設計旨在以最少的能源使用實現最佳的通風、降溫和照明條件。而雞場和漁場運作所需要的基本能源將從農業(yè)光伏產生的太陽能中汲取，從而使這個項目成為零能耗建筑。

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預制體積結構

海堤的沉箱結構是通過預制體積結構（PPVC-Prefabrication Prefinished Volumetric Construction）制成。建造這種結構的技術已經通過新加坡巴西班讓港口項目和大士國際超級港口項目落實。Agriport 項目建造工程將在開發(fā)地點附近設置一個系統化的混泥土澆筑場，以在項目現場進行沉箱結構的預制，從而最大限度地減少所需的運輸距離。沉箱將通過施工駁船從預制場運輸到指定的海位地點。運輸過程方法受益于浮力，從而節(jié)省了人力?時間?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東海岸公園的環(huán)境破壞和干擾，也最大限度地增加了對施工團隊的安全措施, 降低工地意外發(fā)生的潛在安全問題。

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模塊化結構

每個沉箱結構的總尺寸為 43米長?25米寬?25米高。沉箱結構內的每一樓層的高度為4米。鉸鏈式結構使面向中庭空間的柱子之間的混凝土立面能夠打開并轉變?yōu)?米寬的走廊，全程避免任何的開洞敲打。逃生樓梯和運輸電梯基于標準模塊設計，將系統化安裝在中庭內，避免低效率的施工過程。另外，農業(yè)光伏結構板由12米 x 10米浮筒模塊組成，這些模塊可以相互連接，形成一個由受拉繩索錨定和穩(wěn)定的大型浮筒。這種標準化設計允許建筑體塊在工廠進行批量生產，從而減低了時間?人力?能源和原料的浪費，同時確保了建筑的最高質量和耐用性。

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零樁結構

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海域與水庫的壓差

項目設計需要考慮海平面水位高于項目水庫水位的壓差課題，未來海平面延續(xù)上升將加劇這個課題，包括海水滲入水庫，海水逐漸將沉箱結構向內推的長遠性重題。為了緩解這個問題，在雙沉箱結構中央將放置連續(xù)的板材打樁，堆垛將到達底部的巖石填充海床，以確保沒有水平滲水。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，形成一個完整的結構，將沉箱結構錨定在海底，并確保沒有從下面垂直滲水。雖然這種結構系統需要一定的投資，但其設計將減少了對泵站的依賴，因此從長遠來看不僅可以節(jié)省能源，也避免未來能源短缺所帶來的潛在安全課題。

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投資回報

此開發(fā)項目的估計建設成本為303億新元。根據預計每年1.61億新元的租金，投資回報率約為188年。然而，考慮到主島上釋放的30平方公里區(qū)域的土地價值，按照每平方米1000新元的平均價格，僅基于此規(guī)劃概念的投資回報幾乎是立竿見影的。更重要的是，從這項目獲取的水源、糧食和能源保障價值是無價的。

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與水共舞

為了解決我們的生存關鍵問題，我們需要大膽面對已知事物，并靈活地應對未知事物。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)域甚至國際舞臺，進一步提高我們的水源?能源和食物的復原力。這個解決方案的關鍵是在無需填埋和加劇環(huán)境惡化的情況下，與水共舞，共創(chuàng)未來。

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項目設計團隊

規(guī)劃師 & 建筑設計師：梁達民 建筑師
土木工程師：黃秋杰 工程師
太陽能工程技術：莊天冠 首席業(yè)務發(fā)展總裁，林偉民 首席營運總裁，L-Energy 有限公司
養(yǎng)雞農業(yè)技術：卓靖?？偛?，新加坡卓泰山私人有限公司
黑水虻農業(yè)技術：黃曉峰總裁 新加坡寶源集團股份有限公司

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作者介紹

黃秋杰工程師是一家工程咨詢公司的聯合創(chuàng)始人和IES名譽秘書，也是新加坡工程師協會（IES）土木與結構技術委員會的主席。黃工程師接受新加坡建設局（BCA）的邀請，在巖土工程設計技術委員會任職，同時也擔任IES學院的兼職講師，負責深基挖掘和隧道設計。黃工程師在新加坡和馬來西亞的主要基礎設施和運輸項目中擁有超過20年的經驗。他堅信通過創(chuàng)新的工程解決方案建立的可持續(xù)基礎設施可以造福人類。