Needle导师学术分享Vol.02| Littoral Negotiation
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我们生活的日然界存在着很多种动态的自然过程，例如沙丘的移动，河流的弯曲还有海岸线的侵蚀和沉积。一般来说，海岸线是一个活动性非常强的地带，随着洋流的冲刷，海里的沉积物会在洋流中不断运动，有的堆积成岛，有的则慢慢的沉入海底。同时海岸线一般也是经济社会问题发生较为频繁的地带，因为海岸线连接着多种资源，也可潜在的开发多种业态。
本文以研究海岸线的动态变化的自然现象为切入点，通过理论研究以及数字模拟的多种方式，了解这一动态过程的原理。同时将这一动态过程与城市的更新变化，社会结构的构成相结合。最终获得我们基于移动海岸线背景下的城市设计解决方法论。
整体设计基于的场地是埃及北部过境的海岸线。首先介绍项目的相关背景。在埃及经济萧条的情况下，政府决定扩张苏伊士运河，通过进出口贸易关税，来维持国家财政。因为从太平洋进入地中海或大西洋，往往是通过苏伊士运河或者南非。在高度集装箱化的航运体系里，由于苏伊士运河的吃水深度等限制，导致了苏伊士运河整体竞争力较低。因此苏伊士运河的扩建迫在眉睫。而苏伊士运河的扩建，成为了这个项目的一个引子，因为整个地中海就像一个内部循环的永动机，齿轮一环驱动一环。
如果苏伊士运河完成扩张，那么进入地中海的船只尺寸会随之增大。这么一来，地中海沿岸的重要港口，例如马赛、威尼斯等等，也需要进行扩张，来满足船只吃水深度的要求。在港口扩张的过程中，很重要的一个步骤便是港口疏浚，即将港口内部现有的泥沙抽出，排出的海中。
但这些被排走的沉积物，简单来说也就是泥沙，其实是具有很大价值的。他们填海造岛很重要的资源，可以说是自然土地的构成部分。这里可能会产生一个疑问，沙子如果有很大价值，那么沙漠的沙子为什么不能用？（这里建议大家可以找一找《Sand War》这部纪录片的资源，里面有很详细的描述。）事实上，这些沉积物的作用在很多时候都被忽视了。
项目组找到了这个切入点，试图发展设计出了一套适用于地中海沿岸的设计方法学。基于自然潮汐能源的基础上，利用不同尺度的干扰障碍物来吸引回收疏浚出的沉积物，随着时间的推移，被吸引的沉积物会逐渐被堆积成岛。基于形式的岛，会有多种城市形态的可能性。
首先项目对与海岸线的侵蚀以及沉积相关的物理过程做了一定的理论研究。并在英国地理协会的协助下运用C语言基础，去模拟海岸线的侵蚀沉积过程。同时，基于Python，编写了多种程序接口，来连接模拟程序和多种建模软件，例如rhino等。这里所提及的模拟，是在区域性尺度上去模拟海岸线运动的全过程，即大雨5km以上的范围，模拟年限最高可达100年。
根据模拟的结果，在自然潮汐的情况下，人为的干扰障碍物可以吸引沉积物在其周围沉积。例如，假设我们在海中插一只不会被毁坏的木棍，若干年以后，这里可能会形成一个海岛。因此只要障碍物放置的有规律，沉积物形成的土地是可以构成很多自然地貌的，如盐水湖，带状长岛等等，这些形态为养鱼业和旅游等提供了可能性。
项目组最终在地中海尺度内，选择了埃及北部的海岸线作为实验场地。根据现场的调研，由于在尼罗河的中上游新建了阿斯旺水坝，大量河道里的泥沙被留在的水坝中。因此，目前尼罗河入海口的泥沙供给严重不足，所以尼罗河三角洲面临着极速的侵蚀。一旦侵蚀突破了北部的海岸线，那么其内部的盐水湖中的渔业正受到严重的影响。而此区域的养鱼业，占埃及北部食物供给的约20%。一旦此处的食物供给收到影响，可能会导致埃及北部社会的动荡，在没找到合适的食物替代源的情况下。
基于此种背景，项目组将设计尺度缩小到尼罗河三角洲的范围，开始进行区域性尺度的分析和研究。同时赛义德港口和苏伊士运河的扩张，会从内港中疏浚出大量的泥沙，也就是所谓的沉积物释放到地中海中。项目组试图从这些被疏浚出的泥沙入手，结合前面提到的动态模拟等相关的手段，来解决埃及北部现有的一些社会问题。
同时在区域的研究体系当中，项目组将当地的社会构成以及产业业态作为一个十分重要的因素进行研究和考量。一般来说任何落地的项目，都需要有大量的资金支持，政府投资又或者是开发商投资再或者是众筹。然而投资人都是希望能在项目中区域一定的收益，最好是短期内。那如此一个巨大的填海项目，到底应该是一种什么样的投资模式？项目本身能带来哪些收益？这些收益应该如何划分？这一系列的问题在整体的项目过程中，设计师都需要弄清楚。而在这个项目里，项目组对场地整体的社会构成，产业业态以及利益冲突等做了充分的调研以及论证。
对于埃及而言，由于盐水湖和海水的含盐度不同，其养殖的物种也有很大的区别。埃及北部区域，以盐水湖养殖业作为其第一产业。因此政府必须保证海岸的不受侵蚀，以维持内陆盐水湖的养渔业，一旦食物供应链产生问题，导致产业结构巨变的话，社会也可能因此不稳定。
潜在的常规解决方案有如下：
1.政府出资，在北部海岸线的外围，再建立一条带状岛，防止侵蚀。（造价过高，不切实际）
2.政府出资，硬化所有的北部海岸线。（造价相对偏低，丧失旅游业的可能性，不是最优解）
显然这些都不是项目最终的解决方案，项目组利用模拟的手段，进行了大量测试。试图寻找低造价情况下，可以自然重生的海岸线。
根据模拟的结果，我们找到了一套基于自然潮汐力基础上填海的方法--人为布置障碍物进行干扰，海岸的运动趋势，是会被障碍物所吸引的。但是海岸侵蚀和沉积是一个漫长的过程，同时，填海形成的岛屿对于沉积物的需求量是非常巨大的。针对这些问题，项目小组也提出了一套完整的解决方案，发展长时间优先的设计，设计随着时间的变化展现出不同的形式。
首先，关于沉积物来源的问题。项目组梳理了埃及北部海岸线可能存在的所有的沉积物来源。第一，是尼罗河入海口排入的沉积物。第二是苏伊士运河疏浚排出的沉积物。第三则是同处一个海区域里，海浪上游带来的沉积物。这些沉积物，如果被合理分配，根据自然的海浪流向，它们便会自然的被障碍物所吸引，逐渐沉积形成不同形态的岛。
随后，在障碍物的排布问题上，项目组将渔民的捕鱼设施做有规律的组合，此规律基于L-system，类似的树杈装的结构，有遗传算法得来。这些捕鱼的设施，在维持其原有功能的情况下，可被改造成为吸引泥沙的障碍物。同时项目小组也用手工模型阐述了这一点。
随着沉积物的增多，逐渐形成小岛，与此同时社会构成也愈发的复杂，群组之间交换增多，形成小的交换市场。人口的增多也推动了教育和卫生产业的发展。小岛演变成为低密度的城市，一个城市化的过程围绕着这些捕鱼设施展开。在长时间的侵蚀和沉积的过程中，沉积物的累积量是呈一个二次函数线形的，因为我们无法一直保证有充足的泥沙供给。而根据模拟的结果这些长岛在沉积物供应量达到顶峰时，会与海岸线链接，形成一个新的盐水湖系统。基于这个盐水湖系统，逐渐产生多种业态，如养殖，鱼苗贩卖，鱼食贩卖等等。初期市场形成后，慢慢的也会形成城市的雏型，各种功能性的基础设计会被搭建。
回应前文说到的地中海是个内部循环的永动机。其实，地中海内部是个相对闭合洋流系统，沉积物的供给基本靠流入地中海的河流带来的泥沙。而现在在河流上，基本都有水坝的建设，河流带入的泥沙年逐年减少。因此，地中海内部的沉积物，可被看作近似守恒。那如果我们在埃及建立这样一套吸引沉积物的系统，他可能会打破现有系统的平衡。所以设计小组针对这一问题也提出了一个理论，也就是轮流使用，埃及只是短期的是沉积物沉积，并不会利用挡土墙将沉积物固定在此处，所以50年甚至100年以后这里见再度被侵蚀成为一座漂浮的城市，而这些沉积物资源会随着海浪流动到下一个国家。
总体来说，这个项目主要是基于自然过程研究以及城市发展的理论的设计方法学。目前，这套方法学可能仅在地中海地区有尝试。这套方法同时也存在一定的缺陷，例如模拟准确性的问题，C语言的提升改进，应对不同社会问题时，应该如果布置障碍物等等。这些可能都是项目中还欠考虑的地方。也欢迎大家有好的想法和建议，关注公众号与我们交流。