MIT创新火山应对策略:建筑如何保护社区免受熔岩侵袭?

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在火山爆发的威胁下,生命和财产面临着严峻的挑战。近日,麻省理工学院(MIT)建筑学院的三位教授——J. Jih、Cristina Parreño Alonso和Skylar Tibbits——正致力于一项前沿研究,旨在开发能够有效保护社区免受火山爆发破坏的基础设施。这项研究不仅是对传统避难方式的颠覆,更是对如何在自然灾害面前实现人与自然和谐共生的深度思考。

Triangular metal framework object with two sides covered in mesh next to a steaming caldera

这项研究的背景是冰岛频繁的火山活动。在过去一年中,冰岛南部半岛经历了七次火山爆发,给当地居民的生活和经济带来了巨大的冲击。面对这一严峻形势,MIT的研究团队并没有选择退缩,而是深入火山腹地,实地考察并进行实验。

今年早些时候,研究团队在靠近火山的地区建造并部署了一系列轻量化、易于部署的钢结构。这些结构的设计旨在与熔岩相互作用,从而改变熔岩的流动路径,使其远离居民区和关键基础设施。目前,还有更多的结构正在运往可能发生火山喷发的新地点。研究人员利用摄像机记录熔岩与这些结构相互作用的过程,以便更好地理解熔岩的流动特性。

该项目获得了Amar G. Bose教授研究基金的资助,专注于探索新型材料和结构在应对火山爆发时的应用潜力。Jih教授表示,物理原型是验证这些概念的唯一途径,对于设计师来说,这是一个绝佳的机会。

Grayscale photo of three people walking on a barren lava field

目前,冰岛民防应急管理部门和EFLA工程集团主要采用大型土石坝来转移熔岩流。这些土石坝的长度约为44至54码,高度约为9码,但在实际应用中效果参差不齐。2024年11月,一次火山爆发迫使 Grindavik 镇居民和蓝湖地热温泉的游客和员工撤离,蓝湖的停车场也被熔岩吞噬。

蓝湖的首席品牌、设计和创新官 Sigurdur Thorsteinsson 亲身经历了多次火山爆发。他表示,虽然蓝湖的员工已经非常擅长疏散游客,但每次火山爆发都会迫使旅游目的地关闭,居民撤离,严重扰乱了生活和生计。

Thorsteinsson 强调,熔岩的力量过于强大,难以真正阻止。他与 MIT 的研究团队合作,共同探索更有效的应对方案。Tibbits 教授也认为,应该寻找更具策略性的干预措施,与熔岩协同工作,而不是与之对抗。

Isometric view of eight triangular tubular metal objects in a rocky landscape.

为了研究哪些材料能够承受熔岩的侵蚀,Tibbits 教授邀请了 Parreño Alonso 教授加入团队。Parreño Alonso 教授长期致力于火山岩的研究,并开设了一系列以火山岩为建筑材料的设计工作室。她还提出了直接与熔岩流相互作用的结构设计方案,并与麻省理工学院材料科学与工程系高级讲师兼金属实验室主任 Michael Tarkanian 合作,研究熔融状态下的火山岩,并在麻省理工学院的铸造厂熔化玄武岩。Parreño Alonso 教授正在探索熔融岩石作为混凝土替代品的潜力,混凝土因其可塑性而被广泛使用。

Parreño Alonso 教授表示,这种与火山协同工作的理念在同一部门内从不同角度发展,最终促成了美丽的合作。

她还看到了与自然力量合作的其他机会。Parreño Alonso 教授设想,通过与熔岩的相互作用,可以创造出新的景观,甚至是一个公园。这种理念将灾难转化为机遇,为社区带来新的价值。

Aerial photo of three triangular metal framework objects in a lava field.

研究团队首先在 MIT 的金属实验室与 Tarkanian 合作测试了钢结构,然后在冰岛现场建造。设计目标是使结构轻便,以便快速部署,同时又足够坚固,不易被摧毁。研究团队创建了各种设计,其中一种设计采用了 V 形结构,可以引导熔岩绕过它们流动,也可以重新配置为坡道或隧道。

Tibbits 教授指出,一条道路多次受到近期火山爆发的影响,需要不断重建。他们创造了两个坡道,将来可以用作隧道,让熔岩流过道路,形成一种熔岩洞穴,汽车可以在冷却的熔岩下行驶。这种设计不仅保护了道路,还创造了独特的景观。

Tibbits 教授表示,目前在现场的结构只是初步的干预措施。在记录和研究它们与熔岩的相互作用后,建筑师们将开发新的迭代产品,他们相信这些产品最终将成为世界各地活火山地区的关键基础设施。

Thorsteinsson 强调,如果能够证明哪些形状、结构和材料可以转移熔岩流,这将是非常有价值的研究。他指出,意大利的埃特纳火山和维苏威火山附近人口稠密,面临着比冰岛更大的危险。夏威夷和日本的火山也位于人口稠密地区。

Thorsteinsson 认为,任何关于转移熔岩流方向以及所需结构的信息都将是无价的。这项研究不仅对冰岛具有重要意义,也为全球火山地区的防灾减灾工作提供了新的思路和方法。

MIT火山研究团队的创新策略

MIT的火山研究团队并没有将火山爆发视为纯粹的破坏性事件,而是将其视为一个与自然力量互动的机会。他们提出的创新策略包括:

  1. 轻量化、易部署的钢结构: 这些结构可以快速部署到火山喷发地点,用于引导熔岩流,保护居民区和关键基础设施。
  2. V形结构设计: 这种结构可以引导熔岩绕过它们流动,也可以重新配置为坡道或隧道,为交通提供通道,并创造独特的景观。
  3. 熔融岩石的利用: 研究团队正在探索熔融岩石作为混凝土替代品的潜力,这不仅可以减少对传统建筑材料的依赖,还可以创造出与当地环境相协调的建筑。

面临的挑战与未来展望

尽管MIT火山研究团队的研究成果令人鼓舞,但仍然面临着一些挑战:

  1. 材料的耐用性: 熔岩具有极高的温度和腐蚀性,需要开发出能够长期承受熔岩侵蚀的材料。
  2. 结构的稳定性: 火山爆发可能引发地震和其他地质灾害,需要确保结构的稳定性,使其能够在恶劣的环境下发挥作用。
  3. 成本效益: 新型基础设施的建设和维护成本需要控制在合理范围内,以便广泛推广应用。

未来,MIT火山研究团队将继续深化研究,探索更有效的火山防灾减灾策略。他们希望通过与自然力量的合作,为火山地区的居民创造更安全、更美好的生活。

结论

MIT建筑学院的火山研究项目为应对火山爆发提供了一种全新的视角。通过创新的结构设计和材料选择,研究团队正在努力将火山爆发的威胁转化为机遇,为火山地区的社区带来安全和可持续发展的希望。这项研究不仅具有重要的科学价值,也具有深远的社会意义,有望为全球火山地区的防灾减灾工作做出重要贡献。