lượng tử

TÍN DỤNG HÌNH ẢNH: lượng tử

Cơ sở hạ tầng 3.0, xây dựng lại các siêu đô thị của ngày mai: Tương lai của các thành phố P6

David Tal, Nhà xuất bản, Người theo chủ nghĩa vị lai
@DavidTalWrites
LinkedIn

Thứ Ba, 09/15/2020 - 08:56

200,000 người di cư đến các thành phố hàng ngày trên khắp thế giới. Gần như 70% trên thế giới sẽ sống ở các thành phố vào năm 2050, gần 90% ở Bắc Mỹ và Châu Âu.

Vấn đề?

Các thành phố của chúng tôi không được thiết kế để phù hợp với dòng người nhanh chóng hiện đang định cư trong mã vùng của họ. Cơ sở hạ tầng quan trọng mà phần lớn các thành phố của chúng ta phụ thuộc vào để hỗ trợ dân số ngày càng tăng của họ chủ yếu được xây dựng từ 50 đến 100 năm trước. Hơn nữa, các thành phố của chúng tôi được xây dựng cho một khí hậu hoàn toàn khác và không được điều chỉnh tốt cho các hiện tượng khí hậu khắc nghiệt đang xảy ra ngày nay, và điều đó sẽ tiếp tục xảy ra trong những thập kỷ tới khi biến đổi khí hậu gia tăng.

Nhìn chung, để các thành phố của chúng ta - ngôi nhà của chúng ta - để tồn tại và phát triển trong một phần tư thế kỷ tới, chúng cần được xây dựng lại mạnh mẽ hơn và bền vững hơn. Trong suốt chương kết thúc này của loạt bài Tương lai của các thành phố, chúng ta sẽ khám phá các phương pháp và xu hướng thúc đẩy sự tái sinh của các thành phố của chúng ta.

Cơ sở hạ tầng sụp đổ xung quanh chúng ta

Tại Thành phố New York (số liệu năm 2015), có hơn 200 trường học được xây dựng trước những năm 1920 và hơn 1,000 dặm đường ống dẫn nước và 160 cây cầu đã hơn 100 năm tuổi. Trong số những cây cầu đó, một nghiên cứu năm 2012 cho thấy 47 cây cầu bị thiếu cấu trúc và gãy xương nghiêm trọng. Hệ thống báo hiệu đường chính tàu điện ngầm của NY đang vượt quá tuổi thọ hữu ích 50 năm. Nếu tất cả những thứ thối rữa này tồn tại ở một trong những thành phố giàu có nhất thế giới, bạn có thể giả định gì về tình trạng sửa chữa trong thành phố của mình?

Nói chung, cơ sở hạ tầng được tìm thấy ở hầu hết các thành phố ngày nay được xây dựng cho thế kỷ 20; bây giờ thách thức nằm ở chỗ chúng ta tiến hành tân trang hoặc thay thế cơ sở hạ tầng này cho thế kỷ 21 như thế nào. Đây sẽ không phải là một kỳ công dễ dàng. Danh sách các sửa chữa cần thiết để đạt được mục tiêu này còn dài. Về quan điểm, 75% cơ sở hạ tầng sẽ được sử dụng vào năm 2050 không tồn tại ngày nay.

Và không chỉ trong thế giới phát triển, nơi cơ sở hạ tầng còn thiếu; người ta có thể lập luận rằng nhu cầu này thậm chí còn cấp bách hơn ở thế giới đang phát triển. Đường bộ, đường cao tốc, đường sắt cao tốc, viễn thông, hệ thống ống nước và hệ thống thoát nước thải, một số khu vực ở Châu Phi và Châu Á cần các công trình này.

Theo một báo cáo của Navigant Research, vào năm 2013, tổng diện tích xây dựng trên toàn thế giới là 138.2 tỷ m2, trong đó 73% là các tòa nhà dân dụng. Con số này sẽ tăng lên 171.3 tỷ m2 trong 10 năm tới, mở rộng với tốc độ tăng trưởng kép hàng năm chỉ hơn 2% — phần lớn mức tăng trưởng này sẽ xảy ra ở Trung Quốc, nơi có 2 tỷ mXNUMX dự trữ xây dựng nhà ở và thương mại được bổ sung hàng năm.

Nhìn chung, 65% tăng trưởng xây dựng toàn cầu trong thập kỷ tới sẽ xảy ra ở các thị trường mới nổi, với ít nhất 1 nghìn tỷ đô la đầu tư hàng năm cần thiết để thu hẹp khoảng cách với thế giới phát triển.

Các công cụ mới để xây dựng lại và thay thế cơ sở hạ tầng

Cũng giống như các tòa nhà, cơ sở hạ tầng trong tương lai của chúng tôi sẽ được hưởng lợi rất nhiều từ những đổi mới xây dựng được mô tả đầu tiên trong chương ba của loạt bài này. Những đổi mới này bao gồm việc sử dụng:

Các thành phần xây dựng tiền chế tiên tiến cho phép công nhân xây dựng xây dựng các cấu trúc giống như sử dụng các mảnh Lego.
Công nhân xây dựng robot tăng cường (và trong một số trường hợp thay thế) công việc của công nhân xây dựng con người, cải thiện an toàn tại nơi làm việc, tốc độ xây dựng, độ chính xác và chất lượng tổng thể.
Máy in 3D quy mô xây dựng sẽ áp dụng quy trình sản xuất phụ gia để xây dựng những ngôi nhà và tòa nhà có kích thước thực bằng cách đổ xi măng từng lớp một theo cách được kiểm soát tốt.
Kiến trúc Aleatory—Một kỹ thuật xây dựng trong tương lai xa — cho phép các kiến trúc sư tập trung vào thiết kế và hình dạng của sản phẩm xây dựng cuối cùng và sau đó yêu cầu robot đổ cấu trúc vào hiện hữu bằng cách sử dụng các chất xây dựng được thiết kế tùy chỉnh.

Về mặt vật liệu, những đổi mới sẽ bao gồm những tiến bộ trong bê tông cấp xây dựng và chất dẻo có những đặc tính độc đáo. Những đổi mới như vậy bao gồm một loại bê tông mới cho những con đường thấm một cách đáng kinh ngạc, cho phép nước đi qua nó để tránh lũ lụt nghiêm trọng hoặc tình trạng đường trơn trượt. Một ví dụ khác là cụ thể có thể tự chữa lành từ các vết nứt do môi trường hoặc động đất.

Làm thế nào chúng ta sẽ tài trợ cho tất cả cơ sở hạ tầng mới này?

Rõ ràng là chúng tôi cần phải sửa chữa và thay thế cơ sở hạ tầng của mình. Chúng ta may mắn là hai thập kỷ tới sẽ chứng kiến sự ra đời của nhiều loại công cụ và vật liệu xây dựng mới. Nhưng làm thế nào các chính phủ sẽ trả tiền cho tất cả cơ sở hạ tầng mới này? Và trong bối cảnh chính trị phân cực như hiện nay, các chính phủ sẽ làm cách nào để vượt qua những khoản ngân sách khổng lồ cần thiết để giải quyết vấn đề tồn đọng cơ sở hạ tầng của chúng ta?

Nói chung, việc tìm kiếm tiền không phải là vấn đề. Các chính phủ có thể in tiền theo ý muốn nếu họ cảm thấy nó có lợi cho đủ số lượng cử tri bỏ phiếu. Chính vì lý do này mà các dự án cơ sở hạ tầng chỉ thực hiện một lần đã trở thành những củ cà rốt mà các chính trị gia đứng trước cử tri trước hầu hết các chiến dịch bầu cử. Những người đương nhiệm và những người thách thức thường cạnh tranh xem ai sẽ tài trợ cho những cây cầu, đường cao tốc, trường học và hệ thống tàu điện ngầm mới nhất, đôi khi bỏ qua việc đề cập đến việc sửa chữa đơn giản cho cơ sở hạ tầng hiện có. (Theo quy luật, việc tạo ra cơ sở hạ tầng mới thu hút nhiều phiếu bầu hơn so với việc sửa chữa cơ sở hạ tầng hiện có hoặc cơ sở hạ tầng vô hình, như hệ thống thoát nước và đường ống dẫn nước).

Hiện trạng này là lý do tại sao cách duy nhất để cải thiện toàn diện tình trạng thâm hụt cơ sở hạ tầng quốc gia của chúng ta là nâng cao mức độ nhận thức của công chúng về vấn đề này và động lực của công chúng (tức giận và những người thuyết phục) làm điều gì đó về vấn đề đó. Nhưng cho đến khi điều đó xảy ra, quá trình đổi mới này sẽ vẫn diễn ra từng phần tốt nhất cho đến cuối những năm 2020 — đây là lúc một số xu hướng bên ngoài sẽ xuất hiện, thúc đẩy nhu cầu xây dựng cơ sở hạ tầng tăng lên.

Thứ nhất, các chính phủ trên khắp các nước phát triển sẽ bắt đầu trải qua tỷ lệ thất nghiệp kỷ lục, phần lớn là do sự phát triển của tự động hóa. Như đã giải thích trong Tương lai của công việc hàng loạt, trí tuệ nhân tạo tiên tiến và người máy sẽ ngày càng thay thế sức lao động của con người trong một loạt các lĩnh vực và ngành công nghiệp.

Thứ hai, các hiện tượng và mô hình khí hậu ngày càng khắc nghiệt sẽ xảy ra do biến đổi khí hậu, như đã nêu trong Tương lai của biến đổi khí hậu loạt. Và như chúng ta sẽ thảo luận thêm bên dưới, thời tiết khắc nghiệt sẽ khiến cơ sở hạ tầng hiện tại của chúng ta hỏng hóc với tốc độ nhanh hơn nhiều so với hầu hết các thành phố tự trị được chuẩn bị.

Để giải quyết những thách thức kép này, các chính phủ đang tuyệt vọng cuối cùng sẽ chuyển sang chiến lược làm việc đã được thử nghiệm - phát triển cơ sở hạ tầng - với những túi tiền mặt khổng lồ. Tùy thuộc vào quốc gia, số tiền này có thể đến đơn giản thông qua việc đánh thuế mới, trái phiếu chính phủ mới, các thỏa thuận tài chính mới (mô tả sau) và ngày càng tăng từ các quan hệ đối tác công tư. Bất kể chi phí là bao nhiêu, các chính phủ sẽ phải trả nó - cả để giảm bớt tình trạng bất ổn công cộng do thất nghiệp lan rộng và để xây dựng cơ sở hạ tầng thích ứng với khí hậu cho thế hệ tiếp theo.

Trên thực tế, vào những năm 2030, khi thời đại tự động hóa công việc tăng tốc, các dự án cơ sở hạ tầng lớn có thể đại diện cho một trong những sáng kiến tuyệt vời cuối cùng do chính phủ tài trợ có thể tạo ra hàng trăm nghìn việc làm không thể xuất khẩu trong một khoảng thời gian ngắn.

Chống khí hậu cho các thành phố của chúng ta

Vào những năm 2040, các mô hình và sự kiện khí hậu khắc nghiệt sẽ gây căng thẳng cho cơ sở hạ tầng thành phố của chúng ta đến giới hạn của nó. Các khu vực chịu nhiệt độ khắc nghiệt có thể thấy đường của họ bị hằn lún nghiêm trọng, tắc nghẽn giao thông gia tăng do hỏng lốp trên diện rộng, đường ray bị cong vênh nguy hiểm và hệ thống điện bị quá tải do máy điều hòa không khí bị nổ.

Các khu vực có lượng mưa vừa phải có thể gia tăng hoạt động của bão và lốc xoáy. Mưa lớn sẽ khiến đường ống thoát nước quá tải dẫn đến thiệt hại hàng tỷ đồng. Vào mùa đông, những khu vực này có thể thấy những trận tuyết rơi đột ngột và khá lớn, tính bằng feet đến mét.

Và đối với những trung tâm đông dân cư nằm dọc theo bờ biển hoặc các khu vực trũng thấp, như khu vực Vịnh Chesapeake ở Hoa Kỳ hoặc hầu hết các thành phố phía nam Bangladesh hoặc các thành phố như Thượng Hải và Bangkok, những nơi này có thể hứng chịu những đợt bão lớn. Và nếu mực nước biển tăng nhanh hơn dự kiến, nó cũng có thể gây ra những cuộc di cư ồ ạt của những người tị nạn khí hậu từ những khu vực bị ảnh hưởng vào đất liền.

Tất cả những kịch bản về ngày tận thế này sang một bên, thật công bằng khi lưu ý rằng các thành phố và cơ sở hạ tầng của chúng ta có một phần nguyên nhân cho tất cả những điều này.

Tương lai là cơ sở hạ tầng xanh

47% lượng phát thải khí nhà kính toàn cầu đến từ các tòa nhà và cơ sở hạ tầng của chúng ta; chúng cũng tiêu thụ 49% năng lượng của thế giới. Phần lớn lượng khí thải và tiêu thụ năng lượng này hoàn toàn là chất thải có thể tránh được tồn tại do thiếu kinh phí để xây dựng quy mô lớn và bảo trì cơ sở hạ tầng. Chúng cũng tồn tại do sự kém hiệu quả của cấu trúc từ các tiêu chuẩn xây dựng lỗi thời phổ biến trong những năm 1920-50, khi hầu hết các tòa nhà và cơ sở hạ tầng hiện có của chúng ta được xây dựng.

Tuy nhiên, trạng thái hiện tại này là một cơ hội. Một báo cáo bởi Phòng thí nghiệm Năng lượng Tái tạo Quốc gia của chính phủ Hoa Kỳ đã tính toán rằng nếu kho tòa nhà của quốc gia được trang bị thêm bằng cách sử dụng các công nghệ hiệu quả năng lượng mới nhất và quy chuẩn xây dựng, nó có thể giảm 60% việc sử dụng năng lượng của tòa nhà. Hơn nữa, nếu các tấm pin mặt trời và cửa sổ năng lượng mặt trời đã được thêm vào các tòa nhà này để chúng có thể sản xuất nhiều hoặc toàn bộ năng lượng của riêng mình, mức giảm năng lượng có thể tăng lên 88 phần trăm. Trong khi đó, một nghiên cứu của Chương trình Môi trường Liên hợp quốc cho thấy các sáng kiến tương tự, nếu được thực hiện trên toàn thế giới, có thể cắt giảm tỷ lệ phát thải và tiết kiệm năng lượng hơn 30%.

Tất nhiên, không có cái nào rẻ cả. Việc thực hiện các cải tiến cơ sở hạ tầng cần thiết để đạt được các mục tiêu giảm thiểu năng lượng này sẽ tiêu tốn khoảng 4 nghìn tỷ USD trong vòng 40 năm chỉ tính riêng ở Mỹ (100 tỷ USD mỗi năm). Nhưng mặt khác, năng lượng tiết kiệm dài hạn từ các khoản đầu tư này sẽ tương đương 6.5 nghìn tỷ đô la (165 tỷ đô la mỗi năm). Giả sử các khoản đầu tư được tài trợ thông qua việc tiết kiệm năng lượng trong tương lai, việc đổi mới cơ sở hạ tầng này thể hiện lợi tức đầu tư ấn tượng.

Trên thực tế, loại tài trợ này, được gọi là Thỏa thuận tiết kiệm được chia sẻ, nơi thiết bị được lắp đặt và sau đó được người dùng cuối trả tiền thông qua việc tiết kiệm năng lượng do thiết bị nói trên tạo ra, là nguyên nhân thúc đẩy sự bùng nổ năng lượng mặt trời dân dụng ở phần lớn Bắc Mỹ và Châu Âu. Các công ty như Ameresco, SunPower Corp. và SolarCity trực thuộc Elon Musk đã sử dụng các thỏa thuận tài trợ này để giúp hàng nghìn chủ nhà tư nhân thoát khỏi lưới điện và giảm hóa đơn tiền điện của họ. Tương tự như vậy, Thế chấp xanh là một công cụ tài chính tương tự cho phép các ngân hàng và các công ty cho vay khác cung cấp lãi suất thấp hơn cho các doanh nghiệp và chủ nhà lắp đặt các tấm pin mặt trời.

Hàng nghìn tỷ để kiếm thêm hàng nghìn tỷ

Trên toàn thế giới, sự thiếu hụt cơ sở hạ tầng toàn cầu của chúng ta dự kiến sẽ đạt 15-20 nghìn tỷ đô la vào năm 2030. Nhưng như đã đề cập trước đó, sự thiếu hụt này thể hiện một cơ hội lớn như thu hẹp khoảng cách này có thể tạo ra lên đến 100 triệu việc làm mới và tạo ra 6 nghìn tỷ đô la mỗi năm trong hoạt động kinh tế mới.

Đây là lý do tại sao các chính phủ chủ động trang bị thêm các tòa nhà hiện có và thay thế cơ sở hạ tầng cũ kỹ sẽ không chỉ giúp thị trường lao động và các thành phố của họ phát triển mạnh trong thế kỷ 21 mà còn sử dụng ít năng lượng hơn và đóng góp ít khí thải carbon hơn vào môi trường của chúng ta. Nhìn chung, đầu tư vào cơ sở hạ tầng là một chiến thắng trên tất cả các điểm, nhưng nó sẽ cần sự tham gia đáng kể của công chúng và ý chí chính trị để biến điều đó thành hiện thực.