女娲 Nüwa 可持续的外星城市网络 | 火星城市设计大赛获奖案例
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2020年2月，火星学会宣布要举办一个拥有100万人口的火星城市的最佳设计方案的国际竞赛。第一名奖金10,000美元，第二名奖金5,000美元，第三名奖金2,500美元，第四名奖金1,000美元，第五名奖金500美元。此外，排名前20的论文将发表在一本新书《火星城市国家:新世界的新社会》中。
不少于175个队参加了这次比赛。为了将参赛队伍缩小到半决赛，参赛队伍被抽签分为10组，每组17或18支队伍，每组由5名裁判组成的评审团进行评判。每组裁判从他们组中选出两支成绩最好的队伍。这20支队伍现在是比赛的半决赛，他们的设计案例都已经出版，亚马逊可以购买。
火星学会将陆续发布火星城市设计大赛优秀获奖案例分享，欢迎大家关注火星学会官方微信公众号第一时间获取大赛最新消息。
序言
在经历了八个月的航程后，我们的宇宙飞船刚刚温柔地降落到了火星地表上。我们的乘客目瞪口呆地凝望着彼此，在刚刚经历的超音速降落中，他们已然对飞船的高速推进感到麻木。
这一切，实在是令人难以置信……
如今，我们，地球人类，来到了火星！
这些年来，我们中的很多伙伴都已抵达火星。
人，成千上万的人，不远万里，从舒适的蓝色家园，奔赴未知的红色瑰梦。
这一切，只因我们对彼此都有一个共同的承诺：共建一个全新的世界。
说全新，也不尽然。火星与地球非常相似。因此，更确切地说，我们是要一起创建一个能让我们重新思考我们作为地球居民属性的机会，以免，在火星上走上地球发展的辛苦道路。
隐隐约约地，透过偏振玻璃窗，在火星上的我们看见，太阳渐渐伸出他慈爱的手光，从坦佩·门萨(Tempe Mensa)开始，将你我温和拥抱入怀。
此时的太阳，看起来像一轮金色的指环，周围点缀着两枚晶石：地球与金星。
在距离太空港几公里的地方，帐篷似的大型温室向外伸出与太阳相呼应的温暖光手，像是在与阳光远远相拥。
远处，有一块神奇的土地，在朝南的悬崖处，陡峭之下。
倾斜角接近90°的峭壁之下，是我们的主城——女娲，它将成为我们在火星上的定居点：从女娲出发，我们将会走得更远。
为什么这个城市的名字叫“女娲”呢？
众所周知，在中国，有一个美好的神话传说：万物之母——女娲，祂创造了人类，并时时呵护着人类的成长发育。
正如这段神话赋予我们的奇思妙想，我们希望，我们的“女娲城”也会呵护、照顾着我们。
如今，我们，作为女娲城的居民，将成为火星的一部分，将持续为火星事业奋战——无论是生命的繁衍生息，抑或其他，这些都将是我们火星人的终极使命。
前天，我们崇拜女娲；
昨天，我们憧憬女娲；
今天，我们来到女娲；
明天，我们成为女娲；
后天，我们就是女娲。
“女娲”，不仅仅是一个关于火星城市的建设方案，它尝试着能做到更多的是一个长期计划——一个关于未来人类社会可能走向的计划。
未来社会，将是一个用数据做决策、用科学思维来理解、完善以及怜惜世界的社会。
这将是一个从零开始的社会，但不像我们在地球上的单纯利用，我们将会更好地把控好空气、水源、岩石、光能的利用情况。因为，今非昔比，如今的我们拥有更多的聪明才智，也拥有更多的资源利用经验，我们更加擅长使用我们集体的智慧，去利用好火星资源，去有条不紊地开发火星世界。
因为，我们很清楚，如果我们在火星上的社会建设颇有建树，那么，反观地球社会，也会得到更好的解决方案。
可持续发展，尤其是自我可持续发展，是女娲概念的核心要义。
作为一个在设计之初便已将可持续发展这一基本概念纳入的设计方案，女娲方案考虑的主要是火星能源的消耗与在基础设施的综合运用情况。
为了能自给自足，我们人类需要能在火星上的定居点获取更多自然资源。
能源是在火星上的一切生物、非生物，当然也包括人类，生存、繁衍的基础。
现如今，对可回收能源，我们有一个基本的表达式是：
能源回报率（EROI）=可用能源量/已使用能源量
这一表达式在对社会性资源的利用方面同样适用。
反观地球，EROI最小值约为12-14∶1（不发达国家约为5∶1）。
而对于在火星上的EROI，我们希望它的最小值能比地球的高，因为在火星上的我们将更懂得能源（核能与太阳能）的收集，届时我们将集中在所谓的能源谷处对能源进行采集，那里的EROI的细微偏差将带来整个火星世界，乃至整个火星社会能源的巨大变化。
可以说，能源谷就像太平洋彼岸的蝴蝶，她轻轻舒展了一下翅膀，有可能就会演变成为全球性的惊涛骇浪。——蝴蝶效应
以上给我们的启迪是：
1）维持较高的EROI水平
2）能源的生产是在火星的经济生活之基础
正如下文所述，能源的采集与人类对电力的利用之间联系紧密，因此，如今，我们在设计上就必须有逻辑地将问题展开讨论，并进行合理化解释，做出相对应的可能性分析报告。
此外，由于未来的不确定性，我们现在创建的定居点有可能过时，但也有可能太过超前，这使得我们设立的定居点需要有自己的独特能力去应对未来可能发生的情况。
这说明，单一的解决方案将无法解决我们所能想象得到的未来的情况，我们可能需要的是适当的冗余，去提高我们生态系统的稳健性。
可持续性，尽可能多地可持续性，这，便是我们基于对未来考虑而做出的努力。
自我可持续性的原则可延展为以下几个基本点：
长机——收集并处理原有资源；
僚机——通过生产零部件的方式来维持自身与长机的基本需求，并共同助力经济的增长
保姆机（基于航空领域衍生出来的专职保姆事宜的机种，现阶段暂时只出现了保姆车可作为参考，其它领域暂无公开数据）——保障在火人民的安全，并维持、发展好其生活水平
医疗机/补给机（基于航空领域衍生出来的专职治理、维护等事宜的机种，现阶段暂时只出现了补给舰可作为参考，其它领域暂无可公开数据）——为在火人民（无论是个人还是集体）提供所需的改进策略及具体实施方案。
长机，作为我们女娲舰队的队主任，其职能为：在收集火星资源的同时，妥善运用资源的物理与化学性质对资源进行深化分配与加工（此处的加工包括但不限于发电、储存与分配）；
僚机，与在地球时的情况不同的是，作为重要性仅次于长机的我们女娲舰队的队政委，其职能为：
1）采集火星当地资源；
2）设计资源可重复性与可回收性的方案；
3）对火星上的整体基础设施的自我复制
保姆机，其职能为：妥善利用金属、聚合物、陶瓷和玻璃材料，将其进行物理或化学变化，以生产、制造在火人类生活所需的产品，产品包括但不限于：机器、电子产品、建筑材料和纺织品等；
医疗机/补给机，其职能为：制造、维护可用于基础设施和其它系统操作所需的部件。
然而，我们作为在火星上生存、发展的首批人类，我们需要关注的不应仅仅只是工业的生产、建造方向，我们还需要关注人的需求，即：服务产业。
服务产业包括有：人居建筑、人居生活环境的兴建与发展——其中，人居环境包括了大气、水、食物和人类消耗后产物如何循环利用的与维持生命体妥善生存息息相关的各种方面。
服务行业还应该从人文方面去设计与个人与其所在社区相关的公民福利方案：如噪音处理方案、公民个人隐私处理方案等。
通过设计更完善的工业基础设施和制定相关的公民福利方案，我们希望能更好地为在火人民的需求服务，以促进火星社会福利的产生与进一步发展。
在法律方面，我们认为，女娲城城内建筑应竭诚按照已妥善制定的建造标准（火星标准将为较地球更严苛的弹性与冗余性标准）去生产，以保障在火人民的基本生活利益，该利益包括但不限于人们在面对火灾、高压、结构、化学与机械等所理应获得的基本生活保障体系。
此外，作为一个城市，女娲城还应该具备相应的对其水资源、空气资源、能源合理分配的基本城市运营属性。
城市运营将包括：货物配送、人类运输、社会福利与教育体系、地面作业支持、计算机与网络服务、通信与后勤管理等方面。
至于对城市的管理方面，我们希望，我们的女娲城作为人的城市，能为火星提供比地球更完备的行政、立法和司法机制，让人类得到一个实质上用数据作为执政之基、既有法理也有情理的法律、外交自由的真正为火星人民服务的政府。
正文
女娲概念
1、发展理念与时间线
在依靠资本投资和地球供应的短暂初始阶段之后，一个可容纳100万人的大规模城市发展将仅靠当地资源就能持续增长。
我们的基本经济模型建立在城市单位(或CU)的概念上，它对应于一个人和与之相关的所有物质预算。
也就是说，对于一个城市来说，要发展一个居民，它的基础设施必须能够吸收和整合一个CU的所有资源。
假设CU生产率r与N(现有CU的数量)成正比，并且从地球进口的CU流量不变；CU的变化率可以表示为，是特征增长时间标度，它是边界条件的函数，是从地球进口的速率。
将初始人口设置为103，即50年后必须是106人，与N相比，这个数字很快就会变小，我们得到的最低增长率为0.12CU/年，如图1所示。假设每个CU需要每20年更新一次，我们在达到发展阈值RT=0.126 CU/年的所需速率的基础上增加0.120 CU/年·1/20=0.006 CU/年。
这意味着每八个公民每年应该能够贡献大约一个CU。
合格的移民是保持增长率所必需的，因此提供良好的生活标准至关重要。
火星新生的经济活动的重点可能是维护(生命维持、能源、消耗品和运营，约20%)、开发(资源收集、改造、制造和建设，50%)、创新和研究(开发解决方案，以提高r，10%)和服务业(20%，远远低于现代西方国家)。
盈余之所以重要，是因为它们可以加快经济增长速度，提高居民的生活质量(激励创业和个人进步)；还可以缓解突发事件(沙尘暴、地球动荡和灾难)。
该市还应从事专门面向地球实体(私人和机构)服务的小型经济活动，这些活动将用于支持地球上的活动，开发地球——火星运输系统的地球部分，以及进口高密度价值的商品，如电子产品和稀有催化剂。
为了使模型起作用，所有的材料周期和成本都必须按照经济循环和能源投资的能源回报(EROI)考虑的标准来设计。
也就是说，物料一旦集成到系统中，就不能离开系统。
2、价值发展的阶段性、制度性和系统性
图1还显示了与我们的模型相关的三个自然开发阶段。
这些阶段决定了城市治理和火星经济如何随着时间的推移而演变。
第一阶段——公司(0至~10年)。
高附加值机器和部件的进口支撑了增长。这个阶段可以承受低于平均水平的生产，当超过0.126 CU/年的增长率阈值(POP~10K，大约10年后)时，它就结束了。所有的殖民者都必须是有经验和上进心的人(年龄在30岁左右)。个人自由和隐私得到保障，但公民是火星企业的正式工人，仍然是他们国家的公民。火星企业的管理就像一个大型的公私联合体，通过联合国外层空间事务办公室(UN OSA)，地球政府(40%)、私人利益集团(30%)和联合国(30%)的力量大致平衡。联合国的参与正式承认太空资源属于人类，并有效地落实了给予科学基础设施东道国的类似安排。行动受到火星殖民地法案(MCA)的监管。MCA遵循国际空间站发展协议的精神，以及COSPAR(空间研究委员会)发布的(最新的)行星保护政策或类似政策。该法案必须包括基本权利和义务、有争议的争议制度、刑事监管、自然资源许可的第一种方法、货物、贸易和进出口监管，以及监管私人财产的框架。在所有实际方面，日常治理都类似于南极基地。火星企业挑选殖民者，支付地球到火星的交通费用，提供住房和所有基本需求，但并不是所有的福利服务都已经完全发展起来。作为奖励，这些定居者每人获得一份火星城股份(MCS)，稍后将用于分配盈余。目前还只能是单程票。
图1.女娲发展概念
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