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如果建筑师去火星能干啥?

2021.05.20

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5月15日,“天问一号”探测器成功着陆火星乌托半平原南部,这是中国第一次在火星留下印记。

 

人类探索太空的步伐越来越快,如果有一天建筑师也能上太空,那他们能做什么呢?


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△天问一号在火星着陆

 

这个问题,已经不是个新鲜事了,早些年,NASA就举办过一些太空建筑竞赛,虽然很像只是概念和技术的宣传,却也不是不切实际。而且,我们熟知的一些大师,比如福斯特、BIG等也参与过火星设计的项目。

 

建筑师将如何处理火星这个充满限制但也有足够自由的场所呢?


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△NASA竞赛作品



01  “在火星设计一个100万人的城市”

国际火星学会举办了一个国际竞赛,要求设计团队在火星规划一个超过100万人的城市,并且能够实现在火星上生产食物、制造钢铁、玻璃和塑料,还需要给这100万人提供住所、电力和车辆。


活动的决赛入围作品里,一个叫作“女娲城“的方案备受关注,这个有着中国名字的乌托邦由国际著名的城市设计公司ABIBOO Studio构思,不过团队里并无中国人。


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△“女娲城”©ABIBOO Studio

 

女娲城没有拔地而起的摩天楼群,而是嵌入悬崖的垂直城市。人们将生活在洞穴之中,这与建筑最开始的起源很类似。当然,最大的原因是,为了保护人类免受致命的辐射量。

 

他们在崖壁上放置了许多建筑模块,并设计了一套能够自给自足的生态系统。


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△“女娲城”©ABIBOO Studio


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 △“女娲城”©ABIBOO Studio


模块由直径10米、长度为60米的管状组成,具有三个不同的住宅和办公空间。模块之间通过电梯系统进行连接。

 

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△“女娲城”©ABIBOO Studio


这一系列的设计除了能够带来更好的生活,也是为了给人类增加更多的联系。


在火星上设计城市虽然不能立即实现,但是和我们当下城市相关的,是在思考如何在一个匮乏和荒凉的地区建造城市,同时还能在极限的条件下营造社区情感。


因为在恶劣的环境中,一个人实际上很难像《火星救援》主人公那样生存,大多数人需要依靠社区的力量。


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△“女娲城”©ABIBOO Studio


在大部分的太空竞赛中,建筑师和规划师们很重要的一项任务是思考“公共空间”这个概念如何从地球移植到火星上。反过来,通过火星的思考,对探索当下新城市的未来也有深远的意义。


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△“女娲城”©ABIBOO Studio


马斯克的 SpaceX组织在2018年火星学会的年会上提出在火星上建设人类社区的构想,从方案上看和美国火人节的形式很相似。


火人节是美国一个具有乌托邦色彩的节日,既是充满想象力的建造艺术大赛,也一种乌托邦式社区营造的典范。


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△从他们公布的效果图看,如果不仔细深究,甚至有点像同样是同年发售的热门游戏《火星生存》的宣传图。


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△美国火人节


打造人类社区无疑是所有太空移民策划者和建筑师们需要解释和设计的重要内容。


利用建筑物、公共空间和厂房,营造第一批人的生活模式,然后让他们发展自己的文化,构建“火星人”这样的一个身份认知。其实这多少和现代拔地而起的新城以及移民城市改造有点相似。


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△动漫《水星领航员》讲述人类如何在火星建造城市


所以,经常出现在火人节现场BIG也来参了一脚。


2017年,受到迪拜的邀请,BIG和一些科学家、工程师一起设计了一个火星模拟城市。它叫“火星科技城”,是个基于3D打印的蜂窝状建筑集合,建立在一片荒芜的沙漠之中。


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©Bjarke Ingels Group



02  3D打印技术,火星建造的神器

3D打印不仅是建筑行业的未来,也是人类太空移民的未来。


福斯特建筑事务所探索太空项目已经超过15年了,他们开发了一些特殊的材料,甚至设计了建筑机器人。我们可以从福斯特2015年的NASA竞赛方案中了解到3D打印在火星的工作原理。


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©Foster + Partners


三种不同类型的机器人被运送到火星。体型最大的“挖掘者”挖出陨石坑里的土壤材料,中型的“运输者”把它们送到栖息地的工作台,然后小型的“熔铸者”用微波将土壤融化,打印成形。


这听起来并不像复杂的事情,但是利用火星现有的材料加工成我们所希望的复合材料,并且具备强大的抗辐射的能力和气密性,并没有那么容易。



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©Foster + Partners


火星上的原材料已经被证明可以用来制作不同类型的建筑材料,比如火星的沙子可以生产印刷玻璃、纤维和水泥。


在一个名为“火星家园计划”的计划项目中,工程师需要思考如何制造聚乙烯、聚酯和环氧树脂等塑料。


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©Bjarke Ingels Group


NASA发起的火星建造大赛都是基于3D打印技术,诞生了许多有趣的作品。 比如Zopherus的作品,直接在打印机内部孵化出一套小型的建筑,既轻便,又实用。


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△Zopherus作品 


SEArch+/Apis Cor的方案从外形上看有点像悉尼歌剧院,结构上也具有很好的韧性,可以应对火星上最大的一个难题——太阳辐射。

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△SEArch+/Apis Cor作品


在这里值得一提的是,AI SpaceFactory的作品,因为他们直接在现实当中实践了自己方案。


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△AI SpaceFactory作品


他们创建了一个以自然和人为中心的空间,内饰和色彩已经很像我们日常生活的状态。顶部设计了天窗,让自然光穿透建筑四个楼层。


建筑表皮的双层结构同样能够更好应对太阳辐射。


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△AI SpaceFactory作品


实际上,在火星上实现3D打印建筑的关键是,设备、机器人、原材料,但是要集满这些,并且在火星上施工并不容易。



03  让建筑师头疼的是什么?

火星的引力是地球的38%,几乎没有大气层,这对生产会造成巨大的不变;火星的太阳辐射水平非常高,每天的温度波动可能高达150摄氏度。


在建造火星建筑时必须考虑如何帮助人类面对这些问题。


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△AI SpaceFactory作品


由于运输成本很高,一块砖从地球到火星的运输成本大约就200万美元左右,想要运输大量建筑材料到5600万公里的星球几乎不可能的。


因此,在火星上建造建筑才更考虑当地取材。


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△“女娲城”©ABIBOO Studio


为了抵御辐射,建筑的墙体必须很厚,除非能合成轻薄且防辐射能力也很强的材料。


而且,在思考建筑密闭性的同时,还要充分把内外的压强差控制在一定水平,防止产生爆炸。


这也是开头“女娲城”选择建在地下的原因,火星上的地表土壤,大约5m的厚度就有与地球大气层相等的屏蔽辐射能力,而且这种物质同时也是机器人做3D加工,制造水泥的关键。


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△“女娲城”©ABIBOO Studio


总体来说地下会比地上建筑安全,但也会带来负面作用,地下部分缺乏光线,对于人的心理健康会产生不好的影响。


当然可以使用丰富的太阳能来制造人工光线,然而频繁的沙尘暴随时会带来太阳能生产的停滞。


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马斯克说2050年,人类可以在火星建造巨大城市,听起来好像就在非常近的未来。不过今天我们也还只是在那留下痕迹而已。


而那些建筑师们所预想的火星建筑虽然激动人心,却还遥不可及,因为我们毕竟没有踏在那片土地上。


如果说出地球和火星的最大的不同,那大概是,地球像是我们的家人,我们总可以肆无忌惮地索取它的好处,获得想要的东西,建造想建的建筑,但火星不能,虽然我们抵达了它,但并没有完全抵达。



参考资料:

1 NASA将成为火星第一个地产商,这次是真的,方案都做好了 / Assbook

https://mp.weixin.qq.com/s/hroqJIH-ZUoAYYQ3ALTnTw

2 当火星居住成为可能,建筑师该如何设计?/建道筑格ArchiDogs

https://mp.weixin.qq.com/s/yPR1a-sGqsy-tVs5vyFU8A

3 福斯特火星计划的3D打印方案PDF:

https://www.fosterandpartners.com/media/2634717/autonomous_additive_construction_on_mars_foster_and_partners.pdf

4 ABIBOO Studio’s doomsday shelter doubles as a unique second home

https://www.stirworld.com/see-features-abiboo-studio-s-doomsday-shelter-doubles-as-a-unique-second-home

5 NASA announces winners of competition to design 3D-printed habitat for Mars

https://www.dezeen.com/2018/07/27/nasa-announces-winners-3d-habitat-centennial-challenge-competition-printed-habitat-mars/

6 3D Printing on Mars Could Be Key for Martian Colony

https://www.space.com/23059-3d-printing-mars-colony.html



-End-




编辑 | 与鹿

校对 | 与鹿


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