克勞迪婭·帕斯奎羅，馬可·波萊托

生物數字城市的起源

On the Origin of the Bio-Digital City

克勞迪婭·帕斯奎羅，馬可·波萊托/Claudia Pasquero, Marco Poletto

劉潔 譯/Translated by LIU Jie

摘要：在本文中，作者主要介紹了一些利用前沿的數字設計技術來進行的材料和生物運算實踐，以及在這背後的新的思考是如何從根本上影響我們對當代城市的構想的。首先，在科學/技術層面上，對這些材料運算方法的研究可以使設計師突破傳統數字設計過程中所常用的以描述為導向的運算方法；其次，從社會/文化的角度來看，這種能夠參與到生命物質進化過程中的機會有助於增加我們與周圍環境之間的互動程度；而其最終的潛力將會是把整個過程中的任何一個觀察者變為這個過程的共同設計者。基於此，本文進而將會對當前生態危機背景下建築所呈現的角色進行討論，並以此呼籲人們對當前這種新的地質時代——科學家們稱之為「人類世」——進行批判性的解讀。

關鍵詞：數字設計技術，生物數字城市

「鄉村和城市的形成是很自然的一件事情。我們可以將它視為一種自然科學。我們可以將它看做是一種類似於園藝的藝術。它的存在離不開我們對其中的植物、土壤和水的了解。城市發展這門藝術需要我們對自然界中的所有生物體以及非生物元素的現狀以及技術的潛能有所了解。」

——弗雷·奧托[1]

城市圈：作為增強版的生物圈

如果我們從衛星的視角來俯視如今蓬勃發展的全球城市，會發現很難去區分什麼是自然的，什麼是人造的；儘管當代城市是一個常被描述為自然的對立面的大型人造系統，但是它所生長出的城市形態結構卻與自然形態不謀而合。之所以會形成這樣的結果是因為城市和自然都是一種複雜且動態的系統，其系統的總體生長趨勢均為非線性的，並且是非常難以預測的。通過衛星監測的視角，我們可以獲得一種與傳統人類視角截然不同的劃分人造（城市）與自然（景觀）界限的新方式。而基於這種宏觀的視角，我們也可以進而討論非人視點下的城市領域的範圍。在此尺度下，城市及其形態的生成則主要是促使其新陳代謝的物質、信息和能量流動的結果。這也使得我們從對城市形態（即對建築與空白場地的感知）的關注轉變到對地形肌理形成過程（當代城市景觀形態）的關注。換句話說，我們可以開始把城市看作成一種具有生命的動態系統。

在過去的10~15年中，全球化已然將世界以一種不可思議的程度相互聯繫交織在一起。同時，當今城市之間物質、能源和信息的流通無比浩大已使得城市再也不可能以均質或混亂的狀態存在。如此這樣的城市網路不僅從空間上跨越了大陸，同時也已然連接至資源驅動型產業中的生物圈部分。城市網路的存在雖然對於我們的城市社會的維繫而言必不可少，但是它卻不利於這個社會中居民的財富和幸福。這是一個整個世界都如此自相矛盾的怪圈，我們將其稱之為「城市圈」。城市圈在以一種令人難以置信的速度生長，並且它已經涉及到了構成自然生物圈的所有系統，以至於我們已經無法再將城市圈和自然生物圈分割開來。而這，便是「人類世」的本質所在。

所以，我們應當捫心自問：我們該如何對「城市圈」進行設計，才能使其更具有彈性及適應性進而將其演變成為一種「增強版的生物圈」?

這個問題的提出使我們覺得有必要去開發一些嵌入了持續適應能力和自我評估能力的變革工具。隨著自然界與嵌入式人工產物之間的融合變得越來越密切，原本那些常規的保護自然的方法正逐漸喪失其價值，它們需要被一些更合適的新型操作機制以及那些能夠直接評估出人類對自然生態系統改造究竟能帶來的多大影響的新方法所代替。建築，作為一門學科，必須提供一種能夠來應對變化和轉型這兩個生態城市典型特徵的新的材料和運作機制。而建築也可以被當作是異質系統——如社會系統、基礎設施體系和環境系統——之間的材料界面。因此，我們可以重新對建築進行思考，將其視為一種能夠通過我們的日常生活進行感知、記錄和操控的事物，一個能夠持續擴張進而可以定義我們的城市面貌及我們的新型城市自然混合棲息地的事物。

這種想法使我們調動出一些全新的角度來進行思考，我們追蹤根本、放眼大局、側目旁觀。我們因此呼籲一項批判質疑「人類世」的新策略，並認為應當將「園藝」作為「人類世」的新中心，並使其成為城市環境轉型變革中的設計實踐常用手法。在這裡，所謂的「園藝」不僅指代種植、培育植物及蔬菜，同時，正如上文弗雷·奧托所提及的一樣，我們其實更多地強調對一種動態的具有生命的材料的廣泛應用以及對這種材料所進行的數字演算法編程，而它們將能夠定義我們的城市和都市景觀。

H.O.R.T.U.S. ZKM by ecoLogicStudio

如園藝般編程

由於前文所提及的基於材料的演算法本身具有特殊性，使得對其編程往往會固定於某一特定的環境背景。對於這種特殊性的解釋，我們可以將其等同於對比生物工程師在實驗室合成人工組織與園丁在乾旱的土地孕育生命；雖然二者都在進行生成新事物的工作，但是其所需的環境是截然不同的。前者需要一個完全受控和精細的測試場以保證他的程序操作具有普適性，而後者則需要考慮到他的花園裡可能會遇到的那些不可預測的生態環境中的不穩定因素。

H.O.R.T.U.S.

H.O.R.T.U.S.和城市藻類冠層是筆者最著名的項目之一，之所以設計它是因為筆者希望能夠建造一個嵌入式生長的範例。有趣的是，該項目最初僅僅是希望在城市中建造微型藻類花園，然而，在與蘭德大學的進化生物學家凱瑟琳·羅格朗的交談之後，項目的概念也發生了進化。凱瑟琳·羅格朗認為若能夠設計大量的、物種豐富的微型景觀，其或許會作為「泛環境」的一部分以一種未知的可能性繁榮發展起來。事實上，她指出，微型藻類其實是無處不在的，但我們不知道如何培育微藻生態以及如何將其變成富有效果的高產的城市花園。

然後，我們便在英國建築聯盟學院位於倫敦的校區里設計了微型藻類城市建築的第一個原型H.O.R.T.U.S.。該項目借鑒了園丁處理人類意願和植物自然屬性之間劇烈差異化的方式。園丁只是偶爾會去調和他對美的渴求與植物本身物理感知所具有的自然趨向性。吉爾斯·克萊門特，一個法國哲學家和景觀建築師，認為花園的形式化是生物信息改良並正規傳遞的一個過程，用我們的術語講，叫作演算法編程，而演算法是引發控制生物多樣性的園丁機器。

H.O.R.T.U.S.

在H.O.R.T.U.S.這個項目中，我們將不同的高度、日照、水分和CO2含量數據進行記錄，然後利用一些預設演算法對微藻的生長進行干預，以促進不同種類微藻的生長；當然，植物生長本身是一個充滿變數和不定因素的過程，在實驗過程中需要對數據進行不斷地讀取、評估並以此來規划下一步的具體操作，或者說確定下一步針對微藻培育的編程方向。這些微藻花園的自主生長過程及對其所進行的美化干預過程之間相互交迭，循環往複；每個步驟都會產生出更多的差異性以及局部的複雜性，而這些生成的新結果反過來會被再次識別和培育；而對這整個生成過程的操控使得花園有潛力成為一個美麗的、健康的生物集群有機體；引用克萊門特的話：「現實總是且只有伴隨經驗才能誕生，無園藝工作亦無花園。」[2]

未來生物城市原型

H.O.R.T.U.S.和「城市藻類冠層」這一系列設計作品是ecoLogicStudio事務所對於微藻這一種生物材料及其未來集成演變成為生物城市的可能性的研究。它的基本建造單元是一個「生物反應堆」：即一個封閉的以藻類為主的生態圈。在這個生態圈裡，藻類可以從城市環境中獲取光、營養和CO2。初期階段我們可以通過對這種「生物反應堆」的堆疊進而構建一面曲牆，將其作為界定分割空間、自主調節遮陽及釋放產生O2的功能進行使用。我們設計的第一個原型作品便是被用作一個可自我調節的遮陽裝置：原理是其吸收的陽光越多，藻類的生長繁殖迭代得越快，空間的遮陽效果越好。如果各個單元接收的光線變少，藻類的光合作用也會相應變少，於是牆壁的通透性便會增加。這種基於「實地條件」（例如，像牆體的具體布局以及「生物反應堆」中特定的微生態環境這種環境條件）的設計構成了建築與城市生態之間的對話。而這種對話和互動的理念則是基於參觀者呼出的CO2能夠被「生物反應堆」吸收進而使得藻類繁茂的原理：藻類繁茂程度的不同會產生變化多端的光環境，也會影響到空氣中的O2與CO2的比例，因而會形成同一組使用者可以持續影響到空間變化的結果。這個設計方案為我們展現了一種人類和城市中非人類生態系統之間和諧共生的關係。

隨後的一系列設計範例開始在全球範圍下建造展示；例如，在2008年威尼斯雙年展上，作者研究了威尼斯潟湖的自然形成過程，並提出了一些可以增強其形成的方法策略。通過參考相應的人文和歷史要素，作者設計了一整套「潟湖冷凝器」，它們分別作為該區域生態系統的孵化器、儲存器及研究工具。這個設計作為從建築尺度到城市景觀尺度的飛躍，代表著對微藻園藝進行進一步突破性的大膽嘗試，其將有可能成為未來城市設計的驅動力。

而首次展出於米蘭2015世博會未來食品區的設計作品「城市藻類冠層」便是充分展現了這種抱負。在這個項目中，城市環境被描述成一系列的數字化操控區域。這些數字地圖亦可謂數據圖形提供了一些城市中關鍵指標參數（如空氣污染和公共交通可達性）的可視化展示，使得人們能夠直觀地看到其在空間和時間上的變化幅度和強度。然後，這些地圖信息進一步地演變並形成作為城市基礎設施新生態系統的園林的設計原型。這些園林原型以不同的形式展現於不同的空間環境中；而這些環境中相關的社區也因為引入了這種理念的建築及城市設計裝置而被催生激活。這些裝置通常會具有特定的性能，例如可以蒸發蒸騰、光合作用、碳封存等；並依據其功能將其設計成特定的材料組織構造或系統形式，如分支狀、摺疊狀、編織狀等。與此同時，設計作品中還植入了遙感控制的可能性，可以持續監測環境中的溫度、pH值、輻射值、鄰近度等。我們的設計促使了類似於這種生物數字化培育的新的城市設計方法的自發推廣和迅速擴張，並以一種超越常理的、不可思議的方式推動著城市生產力的增長（因此稱作為「網路園藝」）。在這種願景下，城市化將會對自然起到增強效果而並非是對立效果。因此我們認為，城市棲息地有能力為非人類生命系統提供比野外環境更加先進的交流、互動及培育環境。

城市藻類冠層 by ecoLogicStudio

因2015年米蘭世博會而建造的城市藻類冠層目前在丹麥奧爾胡斯展出。該項目花費了6年的時間製作，是世界上第一個由軟質ETFE（乙烯-四氟乙烯）作為表皮材料且其中承載了螺旋藻和小球藻這類生命體的生物數字建築。微藻進行光合作用的能力大概是大型樹木的10倍，並且它們能夠比飼養任何種類的動物更高效地提供植物蛋白質。我們開始意識到藻類物種如何能夠變成高效的城市裝置這個問題，然而目前藻類卻被排除在城市景觀配種的種類之外，因此也致使人們在盲目地青睞於性能差的城市森林的同時忽略了藻類的存在。

2015米蘭世博會未來食品區的城市藻類冠層

因此，我們建立了一個數字化增強版的棲息地來培育這些微生物，讓它們作為人們融合自然和棲息地的新一層願景。在這個棲息地中，實際上，微藻的生產能力在人類和非人類系統之間多次的干擾和相互作用過程中增強。城市藻類冠層這個創新構築物源自於對ETFE這種材料的建築表皮的改造升級。基於此，城市藻類冠層其實有可能提供一種不僅僅可以促進藻類生長，同時也可以確保使用者舒適度的理想環境。在日照強烈的夏天，微藻會生長迅速，從而增加建築表皮的遮陽能力，進而提高人體的舒適度，而使用者的存在則會激活能刺激藻類產氧、吸光、生長的數字化調控系統。在任何時刻，城市藻類冠層所具有的透明度、顏色、反射率、聲音以及生產力都是氣候、微藻、人類及數字控制系統共生的結果。溫度、pH值、濕度、與人類的鄰近度及活動度這些的數據流會實時地反饋到調整藻類數量的數字「大腦」中。數字「大腦」能夠自動模擬計算出微藻所具有的CO2的吸收能力、O2的生產能力和營養物質的產出能力，並以此為基礎對相關的部分操作進行調整；而這局部的調整也將會反作用於整個反應鏈，進而影響到整個城市領域。這些抽象的具有調和作用、尺度不限的生物數字化過程是我們對自然本質的全新理解的核心，其超越了人類的知覺以及生物的界限。

2015米蘭世博會未來食品區的城市藻類冠層

總結

我們正在將原型進一步地發展成一個可以提供具有吸收城市有害氣體併產出生物能這一特殊能力的城市和建築尺度的系統。我們相信，任何關心可持續城市發展和試圖設想未來生物城市的人們一定會摒棄對綠色建築的舊觀念，進而欣然接受這種能夠以城市污染物作為飼料的高性能生物技術系統；微藻建築可以將污染物轉化為養料，並可以構建出一種新型建築。這是一種可以一勞永逸地剝除城市如畫般偽田園假象的建築，並突破了原有的名副其實、徒有外表的城市森林的概念。因為它是一個將其材料、信息和高效運作過程都數字化提取到了一定程度的建築，所以它可以產生一種新的機制進而引起城市新陳代謝的變革。我們將這種抽象的全維度的系統稱之為「城市圈」，而我們的生物數字建築則是構成該系統的工具。

參考文獻

[1] Frei, Otto. Occupying and Connecting. Stuttgart: Axel Menges 2009: 111.

[2] Clement, Gilles. Il giardiniere planetario. Milano: 22Publishing, 2008: 66.

作者單位：倫敦大學學院巴特萊特建築學院

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