基于可持续性的系统设计研究
内容摘要
内容摘要:工业文明在为人类创造了巨大物质财富的同时，也带来了严重的环境、社会与经济问题。在生态文明建设的大背景下，采取整体的、关联的、动态的系统思维与系统设计的方法，将有助于我们理解与应对日益复杂的系统问题，并有助于实现社会经济的可持续性转型。本文将梳理系统思维与系统设计的基本观点与演进逻辑，并从可持续性的视角，阐释系统设计的特征、原则与方法;而后借助不同类型的系统设计案例研究，解读上述理论与方法的运用;最后提出系统设计研究与实践的局限性和发展方向。
关键词:系统设计、可持续性、系统思维、生态系统
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引言
当今社会正面临着一系列全球性的重大变化，这些变化将从气候、环境、社会、文化、经济等各个层面，对我们的子孙后代产生重大的影响。基于工业文明的发展模式曾为人类创造了巨大的物质财富，但同时也带来了上述问题。而生态文明则是一种全新的发展理念与人类文明形态，它以尊重和维护自然生态为前提，以人与人、人与自然、人与社会和谐共生为宗旨，寻求一种真正意义上的可持续发展。在当今生态文明建设的大背景下，作为一个命运共同体，人类能否实现整体意义上的可持续发展，有赖于每个人的意识觉醒和努力，以及对惯常的生产方式与生活方式的系统性变革与转型。
联合国在2015年提出的17项可持续发展目标(SDG)，为人类未来发展描绘了蓝图，也达成了广泛共识。可持续设计(Design for Sustainability)源于可持续发展理念，是设计界对环境、社会/伦理、经济等要素之间关系的理论反思，以及寻求创新解决方案与建构意义的设计实践。在不断演进的过程中，可持续设计吸纳了数十年来人们关于生态环境、社会发展、商业模式与设计创新等领域的研究成果，逐渐形成了丰富、多元的理论体系与方法策略。但是，尽管这些策略彼此关联甚至有所包容，却都侧重于某个视角。而真实世界里，我们面对问题的复杂性超乎想象，这些“棘手问题”中的各个要素相互纠结、影响，并统合为一个整体，构成一系列系统问题。因此，针对复杂系统问题的可持续性解决方案，一定有赖于系统设计(Systemic Design)。
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用系统的方式思考
系统一词源自希腊语“sýstēma”，指“聚会，复杂”。从工程学角度看，系统通常被认为是“一组为共同目的协同工作的部件”[1]。环境科学家则将系统定义为“一系列相互关联的事物，它们随着时间的推移会产生自己的行为模式”[2]。其中，元素、互连和功能是系统的基本特征。
系统可以划分为“封闭的”或“开放的”(相对而言)。生命系统大多是开放的，因为要保持生命状态就需要新陈代谢，从外界获取能量，通过物质交换获得稳定的存在;人类的社会系统也是开放的，由于其子系统的数量和种类极为繁多，所以被钱学森定义为“开放的复杂巨系统”[3]。如一块机械手表就是一个封闭系统[4]，它由多个元素(外观部件、原动系、主传动轮系、擒纵调速系、指针传动轮系等)组成，它的运行没有物质交换发生，也基本不受外界的影响和干预。可见“一个系统不仅仅是其各个要素的总和”，而且“表现出适应性、动态性、对目标的追求、自我保护以及有时的进化行为”[5]。与线性模式相比，系统模式具有较高的弹性，尤其是开放系统，它们通常具有自组织和可自修复的能力。
系统思维并不是什么新的概念，在早期人类社会，人们看待世界的观点原本就是整体性的。到了17世纪，法国哲学家、数学家勒内·笛卡尔创造了分析思维的方法，即通过将复杂的现象拆解成碎片，再通过各个部分的特性来理解整体的行为。[6]笛卡尔的思想推动了现代科学的产生，人们看待世界的视角也由此发生了巨大的改变。然而，自上个世纪以来，这种模型的有效性开始受到质疑，因为它不能够把握现实中的各种细微差别。基于语境的、整体的与生态的系统思维方式开始逐步扎根，宇宙再次被认为是一个动态且不可分割的整体，并且更强调元素之间的关系。[7]从根本上说，这种系统观是一种态度和观点，而并非一种明确清晰的理论，即强调普遍联系和纵观全局的认识方法，而非孤立和封闭的方式把握对象。
从20世纪20年代开始，系统科学的思想出现萌芽。1937年奥地利生物学家路德维希·冯·贝塔朗菲(Ludwig von Bertalanffy)在美国芝加哥大学的哲学讨论会上提出了一般系统论概念。之后，随着运筹学的提出，系统工程的方法开始广泛应用于通讯技术、军事、航空等领域。到了50—60年代，系统科学的理论研究和教学工作全面展开，并在西方和苏联得到了广泛的传播。1968年，贝塔朗菲又发表了重要著作《一般系统论——基础、发展、应用》，系统科学日渐成熟。20世纪80年代以后，非线性科学和复杂性研究的兴起，对系统科学的发展起了很大的积极推动作用。进入21世纪后，系统科学作为新兴的交叉性学科，已经成为国际上科学研究的前沿和热点。
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系统设计
1.广义的系统设计
一般来讲，系统设计就是运用系统科学的理论和方法，设计出能最大限度满足目标要求的新系统的过程。系统设计的应用场景极为广阔，包括航空航天、军事部署、城市规划、建筑设计、软件开发，以及产品设计与服务系统创新等。尤其在计算机领域，无论是硬件设备还是软件程序，都广泛运用了系统设计方法。
实际上，自然界的生态系统(Ecosystem)是我们学习系统设计的源头和导师。生态系统是由生物群落及其生存环境共同组成的动态平衡系统。巴里·康芒纳(Barry Commoner)早在1974年出版的《封闭的循环》一书中，就将自然、人与技术联系起来，从生态学维度分析环境危机的根源，揭示了技术发展对自然生态系统的粗暴干预，并将自然界的可持续规律总结为著名的“生态四法则”，即:每一种事物都与别的事物相关(互为联系的生态系统);一切事物都必然要有其去向(自然中不存在废物);自然界所懂的是最好的(自然规律是根本);没有免费的午餐(获取与付出密切关联)。[8]经由这些法则，大自然向我们展示出如何利用最少的资源，经过高效且巧妙的设计或组合，实现先进、复杂的系统功能，从而形成相互依赖的关系和具有反馈机制的闭环网络系统。在生态系统的运作模式中，我们有望找到化解当今危机的答案以及通向可持续未来的路径。
为了更好地理解与学习自然的生态系统，科学家曾雄心勃勃地尝试建造人工生态系统(如著名的“生态圈2号”)，用以证明封闭的生态系统在外层空间维持人类生命的可行性，并为未来可能发生的太空移民做准备。这也是广义上的系统设计。
1984年，美国的石油大王爱德华·巴斯(Edward Bass)资助2亿美元，发起了“生物圈2号”(Biosphere2)计划。[9]科学家希望通过完全人工的方式，再造一个地球的生物圈，并维持这个“生态系统”的平稳运行。经过7年的设计和施工，1991年，“生物圈2号”终于在美国亚利桑那州的图森市北部的Oracle地区荒漠中拔地而起。其总占地面积为1.3万平方米，总体积约为18万立方米，大约有8层楼高，建筑主体为密封钢架结构的玻璃建筑物，是有史以来最大的封闭系统。圈内共包含着五大生态系统:雨林、海洋、荒漠、草原、沼泽。为了模拟地球的生态环境，圈内共从澳大利亚、非洲、南美、北美等地引入了约4000个物种(动物、植物、微生物)。此外，还有面积约达2020平方米的农场土地，种植着各种能提供粮食的农作物。(图1)
图1.生物圈2号(Biosphere2)(图片来源:arizona.edu)
这是一个接近完美的系统设计项目，其主体由三个部分组成:地上气密玻璃封闭区域，地下技术区和一个居住区。能源取自场地周边的太阳能电池板;氧气来自人工生态圈内的植物;而粮食、蔬菜与肉类则来自于试验人员经营的巨大农场。但在第一年的试验期间，由于缺乏经验，8名组员均处于长期饥饿状态，体重大量减轻，直到第二年才有所好转。此外，“生物圈2号”还遭遇到大量意想不到的事情，如浓度不断增高的二氧化碳，使人造海洋中的酸度升高，导致大量鱼类与珊瑚死亡;大量的授粉昆虫灭绝，许多植物因而无法繁衍后代;部分热带雨林区中的大型植物快速成长，导致其枝干薄弱，容易坍塌与倾倒。另外，由于降雨失控，人造沙漠也变成了丛林与草地。最初进入“生物圈2号”的25种脊椎动物，只有6种存活了下来。
由于内部环境与科学家的生命健康难以维系，"生物圈2号”于1993年9月26日结束运行，为期两年零20小时。这座耗资2亿美元的工程也被移交给了哥伦比亚大学，并在之后转型为环境研究的实验室。尽管以失败告终，但项目获得的知识与经验具有重要价值，同时也激发了人们的想象力。人类的过去、现在与未来都生活在一个万物互联的系统中，无论是对自然生态系统的模仿，还是人工技术系统的改造，只有依赖系统设计的理念与方法，才能帮助我们拓展未来的生存空间，并构建一个更可持续的未来场景。但是，尽管技术在快速发展，人类对自然生态系统中那些微妙且重要的平衡关系仍然缺乏深刻的理解和掌握，我们向自然学习的道路依旧很漫长。
2.设计学科中的系统设计
设计学科内的系统设计开启于上世纪中叶。现代设计发生的背景正处在大工业生产时代，最初的工作方式就是从单一产品设计开始的，在这样的语境下，设计并没有将生产与消费的系统问题作为一个整体来看待。此后，设计学科逐步受到了系统思想的影响。上世纪五六十年代，由于Tomàs Maldonado和Abraham Moles等人的推动，负有盛名的德国乌尔姆设计学院在教学中引入了控制论、系统论、信息论、符号学以及人机工程学等新学科，希望发展出一种新型的现代设计方法学，也意味着乌尔姆学院真正接纳了系统文化。[10]乌尔姆设计学院直接或间接地影响了未来的设计文化和研究，多位国际知名的设计师和教育家都曾在乌尔姆学习和执教。之后，系统设计研究在世界范围内不断得到传播与深化。
本世纪初开始，结合了可持续性(Sustainability)理念的系统设计方法开始蓬勃发展。意大利的都灵理工大学(PoliTo)、挪威的奥斯陆建筑与设计学院(AHO)，以及加拿大的安大略艺术设计学院(OCAD)相继开设了系统设计相关课程，并在国际上具有一定影响力。不过，这些学校已经不再局限于传统的围绕“造物”的系统设计(Systems Design)和系统工程(Systems Engineering)的疆域，而是站在更整体的全系统(Systemic)视角，包含了更多的社会性要素，其边界和形式都是由系统参与者共同构建的。[11]
在我国，清华大学、湖南大学、江南大学、同济大学等院校也都开设了相关设计课程，并将可持续性思考融入到教学中。值得一提的是，从本世纪初开始，清华大学美术学院的柳冠中教授提出了设计“事理学”理论，这是基于系统设计思维与中国传统的谋事、造物思想创建的、具有中国特色又兼具国际视野的设计理论体系。所谓“事”就是人与物之间的关系场，“理”是人与物之间矛盾的本质与内在逻辑。“事理学”帮助我们打破原有的线性思维桎梏，提供一种独特的理解与研究问题的方法，透过现象看本质，进而激发具有创新性的系统设计思维。[12]
系统设计在设计学科中的重要地位已经取得广泛共识，其设计理念已经成为一种基础性的设计知识，构成当今设计研究与教学体系的重要组成部分。
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系统设计的原则与方法
系统设计从许多系统学派和设计思维中汲取了原则和方法。在面对复杂系统问题时，运用设计思维可以通过协作式探究、意义建构(Sensemaking)和形式创新，来整合相关学科并从中学习，最终指导以人为中心的设计，参与遍及社会方方面面的复杂的、多系统的、多利益相关者的服务和计划。[13]系统设计的目标不仅是降低工业产品的环境影响，更重要的是创造一个可持续的生产与消费系统，同时促进本地化的社会、经济与文化的可持续发展。对于设计师来说，不仅要设计有吸引力的、环保的、满足市场需求的产品，还要创新更具可持续性的服务、经济与生产体系，以及具有教育意义的体验。为了实现这样的目标，设计师在能力方面显然有更高的要求，他/她们既要掌握实操性的设计技能，也要掌握丰富的设计知识，并且能够理解经济学、哲学、政治、社会学、生物学、建筑、工程等学科之间的互动关系。在系统设计中，设计师必须与跨专业人士合作，理顺界限并建立新的联系。[14]
目前看来，系统设计关注的主要领域是本地化的生产消费体系。它着眼于当地社会经济活动的参与者、资产与资源，目的是建立生产过程、自然过程和周边地区之间的协同联系。[15]更详细地说，这种方法促使我们设计/规划一个材料、能量和信息的循环系统，通过将每个系统元素的输出(废料)转换为另一个元素的输入(原料)，来减少废物流并创造新的机会。不同利益相关者之间的这种良性互动与合作，可以促成新的本地化价值链。(图2)
图2.系统模型:通常来说，系统的输入包括能源、水以及生产原料等资源;输出则包括成品与废弃物。废弃物还可能成为另一项生产活动的资源，从而形成更大的循环系统。(图片来源:根据注释[16]中插图重绘)
系统设计的底层逻辑是遵循自然界生态系统的法则。Bistagnino[17]和零排放研究计划(ZERI)在这些研究成果的基础上，提出了以下系统设计原则:
(1)输出(废物)成为输入(资源):在自然界中既不存在垃圾也没有垃圾填埋场。因此，我们必须摆脱“垃圾”的概念，并将其视为低成本(或免费)的资源。经过妥善处理的工业或农业废弃物可以作为其他生产环节的原料。通过物质与能量在不同系统之间的连续性流动，可以生成新的生产模式，促进经济发展并提供更多的就业机会。同时，不同系统还可以在更大的系统中进行循环交互。
(2)关系生成系统:没有关系的系统只是元素的集合。在系统设计中，所有系统要素都具有相同的重要性与战略意义。无论个人、行业、公司或机构，这些组成系统的部分之间的关系，为系统提供了能量，从而在系统内部与外部创建出新的动态关系。由于这些独特的关系，每个系统都是与众不同的。
(3)自生成系统:生态系统是动态变化且共同进化的，并相互支持和自我繁殖。与之类似，在人工系统中，更高的目标是追求系统的可持续性，并造福所有人，这需要通过合作而非竞争才能达成。
(4)本地化行动:在一个日益全球化的世界中，能否将本地化的行动进行扩展、复制并增加适应性至关重要。本地化的利益诉求必须得到尊重与支持，本地化的社会、文化和物质资源需要得到妥善、智慧的管理，以促进社会发展。这些措施可以抵消去中心化(Decentralized)生产方式可能存在的问题，并保存与延续有形、无形的地方文化遗产。
(5)以人为中心:系统设计关注人的实际需求，但人是紧密地融合在自然之中，而非超越自然。实际上，人类是存在于环境、社会、文化和伦理语境中的。系统设计师在进行干预的过程中，尤其要注意社区与领地[18]、人工的与自然的、人类与生态系统之间的关系。因而，系统设计需要采取兼顾不同人群，并顾及诸多要素的包容性和跨学科的方法。
基于上述原则，在进行系统设计时，设计师首先要具备环境可持续(Environmental Sustainability)的基本意识和相关知识;同时设计师应该具有责任感，要为整个地区的利益，以及不同人群的利益着想并做出决策;设计师也要具备批判性思考的意识和能力，勇于对成见和偏见提出质疑;此外，系统设计需要建立跨学科的工作团队，这样才能产生更多的创见并能够从不同角度观察、理解问题，从而提高效率、优化结果。具体来说，系统设计的方法并不复杂，可以遵循以下五个步骤来进行尝试[19]，但执行起来绝非易事，需要根据具体情境，对研究计划与方法进行适应性调整:
(1)区域整体研究:通过文献资料与实地考察，对项目背景、现状和独特性进行充分的理解与掌握。首先，在宏观尺度上，对项目区域内经济、社会(如物质文化、当地历史和传统知识)与环境方面(如当地资源)的相关数据进行收集与分析;其次，根据某项目的规模与领域，针对特定产业的流程进行研究，着重分析每个流程中输入与输出的材料流、能源流和资金流的质量和数量。尽管并非所有这些资料都能直接用于设计，但数据和分析要尽可能详细。之后，可以通过系统图、信息图表和图片拼贴等方式将这些数据、复杂流程和要素关系可视化，以便分析、诊断与交流。这是对目标系统的各种限定性要素的深入研究。
(2)最佳实践分析:设计要站在巨人的肩膀上，以便学习与借鉴成熟的理念、方法和技术。此阶段的目标在于收集和分析一系列最佳设计实践，这些实践所应对的挑战应该与本项目类似，但最好能涉及多样化的情景，因为案例研究的重点是找到共性知识，并了解这些实践中的要素在多大程度上可以进行转译和调整。大多系统设计实践是基于本地化情景的，很难照搬模仿，但好的实践案例无疑会为新的设计项目带来启发和灵感。同样，视觉化的系统图或示意图也适用于描述这些实践。
(3)系统问题识别:借助第一阶段绘制的可视化系统图，并结合文献与专家观点，可以帮助设计者们诊断与识别现有系统以及具体生产流程中的问题。这些问题可能涉及环境方面(如废弃物的流向，跨区域物流导致的碳排放，有待开发的本地化能源，水资源的浪费等)，也包括社会方面(如文化遗产的丧失、乡村空心化、老龄化以及留守儿童问题等)。这些问题相互交织，共同构成复杂的系统问题。识别出这些问题至关重要，真正意义的系统设计将从这里开始。
(4)解决方案开发:这个阶段是一系列创意、开发与验证的迭代过程，是对未来新系统的诸多可能性进行探索和研究，可以参照以下几个步骤。
从问题到机遇:聚焦识别的系统问题，并参考收集到的最佳实践，找到将问题转化为机会的途径。重点探索输出流(例如，将一个生产过程的废物流，转换为另一个生产过程的资源)和输入流(例如，将非本地资源转换为本地资源)的循环路径。
定义新的系统模型:将确定的多个设计机会与路径，组合为一个新的区域宏观系统模型，并保证其中的各项流程相互关联。这时，不仅要考虑输入流和输出流的复杂关系，还要考虑社会经济参与者的介入，及其可能产生的相互作用。宏观系统是一个概念性的描述，它呈现出密集的连接网络，不排除任何活动或个人。它的各个部分要非常均衡、平等，不要求按层次进行排列。宏观系统应该是区域的生产活动、社区和自然和谐相处的理想模型。[20]视觉化的示意图同样用于描述新的宏观系统模型。
定义输出的成果:对新系统模型可能带来的改善是否能为整个区域(项目范围)产生积极影响进行初步评估与模拟研究，以明确项目可能的成效，包括对环境、经济、社会和文化多方面的影响。为了评估的有效性，外部专家的介入非常必要，设计团队可以在外部专家的帮助下分析系统的输入与产出，以及新系统可能对当地社会经济带来的影响与民众反应。
(5)方案实施与迭代:当前面阶段的输出成果得到了初步验证和评估后，项目便可以分步骤实施了。由于系统设计项目大多比较复杂且实施时间漫长，所以阶段性收集到的真实数据可以帮助我们验证设计方案的潜在优势和障碍，并有助于对后续方案进行适当调整。通过上面几个阶段的循环迭代，我们可以从真实数据中看到系统思维给整个地区带来的明显改善和长期利益，并逐渐勾勒出一个全新的、可持续的社会、文化、生产和经济模式。
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系统设计案例研究
以下将介绍4个不同类型的系统设计案例，包括清华大学美术学院生态设计团队主持设计的生菜屋——可持续生活实验室项目、都灵理工大学参与的咖啡渣循环利用系统设计项目、Mon Viso研究所的阿尔卑斯山村的再生项目，以及瑞典斯德哥尔摩的皇家港生态社区项目。这些项目的规模、尺度与设计流程不尽相同，但都是基于可持续性目标以及系统设计的思维方法，以创新产品、空间、规划、服务与组织形式等要素，最终促成新的生产消费关系的形成。
1.生菜屋——可持续生活实验室
“生菜屋”是清华美院生态设计团队在2014年主持的“系统设计”实验项目。与上述系统设计的方法步骤有所不同，该项目并非针对某特定区域或情境，而是基于对人们日常居住方式与生活方式的研究和反思，从而识别问题与设计机会，并结合循环经济理念与相关技术方法，打造一套可持续居所的系统原型。作为一间“活”的实验室，项目合作伙伴一家居住其中，不仅照顾各种设备、蔬菜花草，也在测试设备的运行情况，计算普通家庭的能源消耗与各类垃圾回收处理的可能性，同时为参观者们提供讲解和培训。
该项目由6个20尺集装箱拼装成一个小型的复合体，包括卧室、客厅(工作间)、餐厅、厨房与厕所;还有屋顶菜园、室外平台与休憩区等多个功能分区。其中“屋顶菜园”既可以能生产有机蔬菜，休闲纳凉，还起到建筑物保温的作用。实际上，团队所关注的不仅是集装箱房屋的设计与建造，还包括清洁能源利用、生活垃圾处理、中水设施与沼气系统应用、家庭有机种植技术选择与设备开发等环节。资源再生利用的循环系统构建是项目的核心。(图3)淋浴间、洗手池、洗衣机与洗菜池排放的污水，以及收集到的雨水斗汇入到灰水桶中，经过简单的净化处理，储存在中水桶中备用。这些宝贵的中水可以用来冲洗马桶，以及灌溉屋顶菜园;厨余垃圾经过粉碎后与马桶排出的污物一并汇入沼气桶中，经过沉淀与厌氧发酵，产生的沼气为厨房灶台提供清洁能源，而沼液与沼渣则成为上好的有机肥，用于屋顶菜园与室内外绿化施肥。此外，还应用了太阳能对室内种植系统进行辅助照明。尽管由于废弃物产出量不足，沼气系统难以运行，但该项目总体上还是达到了系统设计的目标。
图3.生菜屋的循环系统图(图片来源:清华大学美术学院生态设计研究所
居室主人的参与意识与亲力亲为的行动，是推动该系统设计的重要因素。项目最终输出的成果不仅限于运用了多种生态技术的住宅系统，而是以人为主体的可持续生活方式的实践和传播。(图4、5)该项目获得了广泛的社会关注和效仿，相关信息转发量超过千万。在随后二期和三期的方案迭代中，有多家专业机构提供了技术和设备支持，也带动了更多人关注、理解并参与到可持续生活的实践中。
图4.生菜屋的场景效果图(图片来源:清华大学美术学院生态设计研究所)
图5.生菜屋的实景照片(图片来源:清华大学美术学院生态设计研究所)
2.咖啡渣的系统设计
咖啡是意大利人的灵魂饮品，消费量巨大。该项目是都灵理工大学与LAVAZZA(意大利最大的烘焙咖啡生产商之一)的合作成果，其目标是探索咖啡渣的资源化再利用过程。该项目运用了系统设计的原则和方法，首先对区域经济、文化特征进行综合研究，而后聚焦于咖啡产业链各流程的物质流与技术分析。通过研究发现，咖啡渣的重复利用可以分为三个步骤。第一步是制药原料:利用传统提炼咖啡因的工艺，能够从废弃的咖啡渣中提取脂质和蜡，以供制药厂使用;第二步是种植蘑菇:脂质提取过程会产生一种致密的糊状物，可用于种植营养丰富和具有药物价值的食用蘑菇(Pleurotus ostreatus)的基质;第三步是做肥料:蘑菇种植完成后，用完的基质可进一步用于培育蠕虫，进行蚯蚓堆肥。[21]该项目的重点是针对咖啡渣用于蘑菇种植的一系列流程与利益相关方的合作关系进行规划和设计。其运作模式是从大量酒吧和咖啡厅中收集咖啡渣(输出物)，之后在当地研究实验室的支持下，以咖啡渣和其他辅料为基质(输入物)，开始蘑菇的实验性生产，并获得收益。(图6、7)在社会企业Il Giardinone的持续推进下，2015年收集的1500公斤LAVAZZA咖啡渣就生产了150公斤品质优良(蛋白质含量高于按照标准方法培育的其他蘑菇)的蘑菇(平菇)，而“耗尽”的蘑菇渣基质又被用作种植沙拉蔬菜的肥料，蔬菜的产量因此提高了两倍。[22]2016年，项目又推出了“Fungo Box”咖啡渣蘑菇培育包产品;2019又推出了咖啡渣制成的Coffeefrom咖啡杯。[23](图8)该项目的成功充分证明，咖啡渣作为一种废弃物可以通过系统设计创造出新的价值，以及新的商业模式。
图6.咖啡废料研究(图片来源:dariotoso.it)
图7.利用咖啡渣、稻草、灰质组成的基材种植蘑菇(图片来源:dariotoso.it)
图8.FungoBox咖啡渣蘑菇培育包(图片来源:fungobox.it)与咖啡渣制成的Coffeefrom咖啡杯(图片来源:coffeefrom.it)
3.阿尔卑斯山村的再生
世界上的偏远山区以及内陆农村地区都普遍受到人口流失和老龄化的困扰。为了振兴这些处在危机中的社区，迫切需要采取有针对性的设计干预措施。位于意大利库内奥省的Mon Viso研究所是一个致力于本地区可持续发展，并以跨学科方式介入真实世界与社会、环境议题的创新机构。该机构由设计师与来自世界各地不同专业的研究人员组成，其目标在于增进大众对系统设计和社会转型的理解。[24]Mon Viso研究所有着独到的系统设计原则与方法。在阿尔卑斯山村的再生项目中，他们首先会研究现状与历史，对曾经的兴衰历程，尤其是危机之后的区域复兴过程进行深刻反思，从而发现重新获得活力、韧性的经济模式的内在原因。比如对本地物产和材料的开发与应用，以及将传统和技术与社会创新的方法相结合。(图9)具体来说，该项目使用传统技术对旧农舍进行全部或部分重建;通过对水、能源和运输系统的设计，将社区连接成一个自给自足的系统;同时推动工业大麻[25]的生产以及生态产品的创新设计，如使用当地材料制作滑雪板等。[26]图9显示了项目的整体系统图，图10是应用了绿色技术与循环材料进行翻新的当地建筑。
图9.阿尔卑斯山村再生项目的系统图(图片来源:monviso-institute.org)
图10.焕然一新的生态房屋(图片来源:monviso-institute.org)
由于乡村再生项目的内在复杂性，团队充分认识到社会支持网络的重要价值，并采用“行动主义”原则，在与村民共同设计、共同建造的过程中不断寻求优化系统的方法。幸运的是，该项目得到了当地政府和居民的积极支持和参与。除了定期的研讨会，设计者还邀请学生参与短期培训，并引导当地民众真正介入到了家乡的复兴计划中。(图11)尽管该项目仍在进行中，但可以预见，通过系统研究和设计，完全有可能使行将没落的村庄恢复活力和生机。
图11.在地化的短期教学与培训，以及参与式建造(图片来源:monviso-institute.org)
4.瑞典皇家港
瑞典斯德哥尔摩的皇家海港曾经由港口区、工业配套设施和狩猎场组成，从19世纪这里就是储存石油和天然气的地方，目前部分工业用地已经被改建为博物馆和文化馆。皇家港项目的雄心是打造一个世界级的可持续发展城市典范，该项目从2008年启动，预计在2030年全面完成。届时，皇家港将成为瑞典最大的都市社区，包括居住、办公、休闲和文化空间等功能。(图12、13)如今，项目北部的住宅区已经完成，第一批居民已于2012年入住。作为城市系统设计的典型案例，皇家港项目在实施前与实施中做了大量基础性工作，除了生态循环系统的技术准备与实验外，还组织未来社区的利益相关人，包括居民、职员、政府工作人员、研究人员、市政部门和社会组织多方参与工作坊与城市发展对话。同时成立了多个专题小组，将目标愿景具体化，并建立了一套通过项目监管、评估与反馈以管理、指导和确保各项要求高质量完成的工作方法。该项目通过四项重要的设计策略，以实现城市的可持续发展，即:多样混合的城市功能(Mixed-use Urban Programmes)、便捷绿色的城市交通(Sustainable and Convenient Urban Traffic)、循环高效的资源利用(Recycle and Efficient Resource Use)，以及环境友好的蓝绿系统(Environment Friendly Blue-green System)。[27]其中，一系列服务于商业、工业和日常生活的“能源、材料、水”的生态循环系统设计特别值得关注，其中包括生态理念的建筑物、废弃物循环再生系统、基础设施的重复利用、雨水收集系统、智能电网、智能物流枢纽，以及自给自足的能源系统，等等。[28](图14)
图12.瑞典皇家港规划设计效果图(图片来源:mandaworks.com)
图13.瑞典皇家港全景(图片来源:stockholmroyalseaport.com)
图14.皇家港城区生态循环系统模型(图片来源:diva-portal.org)
实际上，早在上世纪90年代开始规划建造的哈马碧(Hammar by Sjöstad)生态城，就已经将能源、水和物质的流动纳入到了整体系统中，并将它们相互联系起来，同时将该地区作为一个开放性系统与城市相连。[29]这种基于自然的生态循环模型不仅是皇家港项目的灵感来源，也成为了该项目实施的重要技术支撑。[30]2010年，时任国家副主席的习近平特别到访了哈马碧生态城[31]，充分体现了其设计理念的先进性和引领性，以及对中国的未来城市发展可能具有的借鉴意义。
结语
运用系统设计方法可以帮助设计者在面对错综复杂的环境、社会/伦理、经济系统问题时，促成内部与外部的有效沟通，并做出相对正确的路径选择与设计决策，从而实现系统的可持续性。在系统设计中，专业设计师的优势之一是其卓越的视觉化表达能力。无论是在描述现有系统的复杂关系，还是在输出系统解决方案时，这种具象化的描述对于理解抽象的概念和关系都是至关重要的。此外，在系统设计中，设计师作为一个协调人的角色将会发挥得淋漓尽致。因为系统设计项目的实施需要较长的时间，并且有众多利益相关者参与其中，因此经常会遇到来自文化、社会与经济等方方面面的阻力。而一名合格的系统设计师，由于他/她拥有对系统目标与整体规划的把握，对人性与需求的理解，对设计策略与方法的掌握，因此在协调各要素关系与推动项目进展方面具有重要作用。
到目前为止，系统设计的实践案例也大多局限在某些区域范围内，由于较大的差异性，使得实践与理论成果不能被高效复制或推广。此外，当下的系统设计研究比较强调技术性的循环系统与区域化的经济系统构建，并不很关注对人们消费观念和行为习惯的干预，可能会导致系统优化后取得的环境效益被不断提高的消费总量所消解。实际上，只有通过观念和文化的改变，才能从源头上降低人类发展对生态环境的负面影响。这就要求在系统设计项目中，不仅要采用优势互补的策略组合，还应着力培育可持续社会的“土壤”。设计者应具有更积极的心态与全新的工作方式，与政策制定者、管理者、工程师、教育工作者以及大众进行深入合作与协同创新，以树立新的标准和风尚，并促进一种可持续文化的成长。
致谢:感谢钟芳博士提供的资料和建议，感谢清华美院博士生夏南对部分英文资料的翻译，以及清华美院博士生王渤森对部分插图的翻译与绘制。
[1]Forrester, J. W. Principles of Systems[M]. Cambridge, MA: Wright-Ellen Press, 1968:1.[2]Meadows, D. H. Thinking in Systems[M]. White River Junction, VT: Chelsea Green Publishing. 2008:2.[3]1990年，钱学森提出了系统新的分类，将系统分为简单系统、简单巨系统、复杂巨系统和特殊复杂巨系统，生物体系统、人体系统、人脑系统、地理系统、社会系统、星系系统等都是复杂巨系统的代表，其中社会系统作为最复杂的系统又被称作特殊复杂巨系统。这些系统都是开放的，与外部环境有物质、能量和信息的交换，所以又称作开放的复杂巨系统。钱学森、于景元、戴汝为:《一个科学新领域:开放的复杂巨系统及其方法论》[J]，《自然杂志》，1990年第1期。[4]与环境间只有能量交换而无物质交换的系统，被称作封闭系统(Closed system)。朱传征、褚莹、许海涵:《物理化学(第二版)》[M]，北京:科学出版社，2008，第11页。[5]同[2]，p.12。[6]Capra, F. The Web of Life: A New Scientific Understanding of Living Systems[M]. New York, NY: Doubleday. 1996:19.[7]Capra, F., &Luisi, P. L. The Systems View of Life: A Unifying Vision[M]. USA: Cambridge University Press, 2014.[8]巴里·康芒纳:《封闭的循环:自然、人与技术》[M]，侯文惠译，长春:吉林人民出版社，1997。[9]参考哥伦比亚大学的生物圈2号官方网站https://biosphere2.org。“生物圈2号”的名字源于它的原始模型生物圈1号——地球。[10]引自Systemic Design Method Guide for Policy making: A Circular Europe on the Way论文集中Peruccio, P. P.撰写的Systemic Design: A Historical Perspective一文，2017年。[11]Peter Jones. The Systemic Turn: Leverage for World Changing[J]. SHE JI The Journal of Design, Economics, and Innovation Volume3, Number3, Autumn 2017.57-63.[12]柳冠中:《事理学方法论》[M]，上海:上海人民美术出版社，2019。[13]同[11]。[14]Peruccio, P. P., Vrenna, M., Menzardi, P., & Savina, A. (2018). From‘The Limits to Growth’to Systemic Design: Envisioning a Sustainable Future[C]. In Z. Linghao, L. Yanyan, X. Dongjuan, M. Gong, & S. Di(Eds.), Cumulus Conference Proceedings Wuxi 2018-Diffused Transition and Design Opportunities(pp.751–759). Wuxi, China: Huguang Elegant Print Co.[15]Barbero S, Fassio F. Energy and Food Production with a Systemic Approach[J]. Environ Qual Manage, 2011, 21(2):57–74. [16]Bistagnino, L. Systemic Design. Designing the Productive and Environmental Sustainability(2nd ed.)[M]. Bra, Italy: Slow Food Editore. 2011.[17]同[16]。[18]此处的“领地”主要源于Raffestin从地理政治学背景下提出的概念，即领地是社群将劳动(生物社会学范畴的劳动被认为是能量和信息的组合)投射到给定空间的结果。它将与人有关的因素叠加到了物理空间上，构成了一个复杂的关系系统，详见Raffestin的Space, Territory, and Territoriality一文。[19]本部分参考Battistoni, C等人2017年撰写的Systemic design, from the Content to the Structure of Education: New Educational Model一文、Bistagnino,L.2017年撰写的Systemic Design: Methodology and Principles一文，以及Ceschin, F.等人撰写的Design for Sustainability一书。[20]Bistagnino, L. Micro Macro. The Whole of Micro Systemic Relations Generates the New Economic-productive Model[M]. Milano, Italy: Edizioni Ambiente.. 2016.[21]Barbero, S., & Toso, D. (2010). Systemic Design of a Productive Chain: Reusing Coffee Waste as an Input to Agricultural Production[J]. Environmental Quality Management, 2010, 19(3), 67–77.[22]Lavazza. 2015 Sustainability Report[R/OL]. Lavazza, 2015: 29. [2021-08-20]. https://www.lavazzagroup.com/en/how-we-work/the-sustainability-report.html.[23]详见企业网站:http://ilgiardinone.it/.[24]引自2017年Proceedings of Relating Systems Thinking and Design(RSD6)论文集中Luthe, T.撰写的Co-designing a Real-world Laboratory for Systemic Design in the Italian Alps: How Complexity Shapes the Process一文。[25]根据欧盟(农业)委员会制定的统一标准，工业大麻是指四氢大麻酚量低于0.3%(干物质重量百分比)的大麻，属原植物及其提取产品，在中国它被称为“汉麻”。[26]详见2019年Relating Systems Thinking and Design(RSD8)2019Symposium会议中Fitzpatrick, H.,与Luthe, T的学术海报Reaching New Heights，引自https://www.systemsorienteddesign.net/index.php/397-eco-tourism.[27]与传统资源管理基础设施相比，蓝绿系统(Blue-green in frastructure)可以生产资源(原料、食物、清洁的空气和水)并吸收城市活动产生的废弃物。绿色基础设施与植被有关，如绿色屋顶、绿色墙壁、迷你公园、城市农场和森林等;蓝色基础设施与水有关，如透水表面、芦苇床、蓄水池等，详见The Circular Regeneration of Seaport一文。[28]Williams, J. The Circular Regeneration of a Seaport[J]. Sustainability, 2019, 11(12),1–27.[29]Ranhagen, U., & Frostell, B. Eco-cycle Model 2.0 for Stockholm Royal Seaport City District–Feasibility Study[R/OL]. KTH School of Architecture and the Built Environment, 2014. [2021-08-20]. www.diva-portal.org/smash/get/diva2:736415/FULLTEXT01.pdf.[30]哈马碧模式被称为“生态循环模式1.0”Eco-Cycle Model1.0，而皇家港的目标是在哈马碧模式的基础上，打造“生态循环模式2.0”Eco-Cycle Model2.0.[31]源自国家政府网http://www.gov.cn/govweb/jrzg/2010-03/30/content_1569457.htm.参考文献:[1]Forrester, J. W. Principles of Systems[M]. Cambridge, MA: Wright-Ellen Press, 1968.[2]Meadows, D. H. Thinking in Systems[M]. White River Junction, VT: Chelsea Green Publishing.2008.[3]钱学森、于景元、戴汝为:《一个科学新领域——开放的复杂巨系统及其方法论》[J]，《自然杂志》，1990年第1期，第3—10页。[4]朱传征、褚莹、许海涵:《物理化学》[M]，北京:科学出版社，2008，第11页。[5]Meadows, D. H., Meadows, D. L., Randers, J. & Behrens, W.W.III. The Limits to Growth: A Report for the Club of Rome’s Project on the Predicament of Mankind[M]. New York, NY: Universe Books. 1972.[6]Capra, F. The Web of Life: A New Scientific Understanding of Living Systems[M]. New York, NY: Doubleday. 1996.[7]Capra, F., & Luisi, P. L. The Systems View of Life: A Unifying Vision[M]. USA: Cambridge University Press, 2014.[8]Von Bertalanffy, L. General System Theory[M]. New York, NY: George Braziller. 1968.[9]巴里·康芒纳:《封闭的循环:自然、人与技术》[M]，侯文惠译，长春:吉林人民出版社，1997。[10]哥伦比亚大学的生物圈2号官方网站:https://biosphere2.org[11]Peter Jones. The Systemic Turn: Leverage for World Changing[J]. SHE JI The Journal of Design, Economics, and Innovation Volume3, Number 3, Autumn 2017. 57-63.[12]柳冠中:《事理学方法论》[M]，上海:上海人民美术出版社，2019。[13]Peruccio, P. P. (2017). Systemic Design: A Historical Perspective[C]. In S. Barbero(Ed.), Systemic Design Method Guide for Policymaking: A Circular Europe on the Way(pp.68–74). Turin, Italy: Umberto Allemandi.[14]Peruccio, P. P., Vrenna, M., Menzardi, P., & Savina, A.(2018). From ‘The Limits to growth’ to Systemic Design: Envisioning a Sustainable Future[C]. In Z. Linghao, L. Yanyan, X. Dongjuan, M. Gong, & S. Di (Eds.), Cumulus Conference Proceedings Wuxi 2018-Diffused Transition and Design Opportunities(pp.751–759). Wuxi, China: Huguang Elegant Print Co.[15]Barbero S, Fassio F. Energy and Food Production with a Systemic Approach[J]. Environ Qual Manage, 2011, 21(2):57–74.[16]Bistagnino, L. Systemic design. Designing the Productive and Environmental Sustainability (2nded.)[M]. Italy: Slow Food Editore. 2011.[17] Claude Raffestin. Space, Territory, and Territoriality[J]. Environment and Planning D: Society and Space,2012(30):121-141.[18]Battistoni, C., & Barbero, S. Systemic Design, from the Content to the Structure of Education: New Educational Model[J]. The Design Journal, 2017,20(sup1), S1336–S1354.[19]Fabrizio Ceschin and İdil Gaziulusoy. Design for Sustainability: A Multi-level Framework from Products to Socio-technical Systems[M]. London, Routledge, 2020. [2021-08-22].[20]Barbero, S., & Toso, D. (2010). Systemic Design of a Productive Chain: Reusing Coffee Waste as an Input to Agricultural Production[J]. Environmental Quality Management, 2010, 9(3), 67–77.[21]Lavazza. 2015 Sustainability Report[R/OL]. Lavazza, 2015: 29. [2021-08-20].[22]Birger Sevaldson. Proceedings of Relating Systems Thinking and Design (Rsd6) 2017 Symposium[C]. Norway: Systemic Design Research Network (SDA). 2017.[23]Fitzpatrick, H., & Luthe, T. Resilience, Systemic Innovation and Circular Design in Mountain Communities[EB/OL]. 2019-12-03[2021-08-22].[24]Williams, J. The Circular Regeneration of a Seaport[J]. Sustainability, 2019,11(12),1–27.[25]City of Stockholm. Stockholm Royal Seaport—Sustainability Report 2017[R/OL]. 2017[2021-08-22].[26]Ranhagen, U., & Frostell, B. Eco-cycle Model 2.0 for Stockholm Royal Seaport City District–Feasibility Study[R/OL]. KTH School of Architecture and the Built Environment, 2014.[2021-08-20].
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