垂直城市——未来的城市
三维交通问题
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 图片来源:Hitachi


垂直城市的交通与传统城市相比有很大的差别。城市三维化之后,变得非常紧凑,主要目的之一,就是为了解决传统城市的交通问题。

传统城市的交通是现代城市最大的困扰之一,主要特征有:

1、   需要旅行的距离长。由于传统城市散布在很大的面积上,无论是通勤(上下班,上学),还是购物,休闲,都需要出行比较大的距离。平均来说,现代化传统城市中每人每年旅行的距离超过一万公里。这样就导致了:

2、   旅行必须依赖机动交通工具。包括私家车,公共汽车,轨道交通等。轨道交通运输效率高,但是投入大,换乘多,最后一公里不方便。在人口密集总量大的城市,轨道交通拥挤严重。大量的小汽车和公共汽车竞争拥挤的道路,造成交通堵塞,引起:

3、   交通效率低下。更多的汽车意味着更多的道路和停车场,也就需要占用更多的城市空间。城市交通系统的更新改造代价巨大,改造过程中还会影响交通性能的发挥,带来更多的交通问题。更多的城市空间被交通系统占用后,城市其它功能区域的可用空间数量就会下降,这样就需要更大规模的城市来弥补交通系统占用的空间,因而城市变得更大,出行距离更长,交通问题更突出,形成恶性循环。

4、   流动本质是三维的,二维流动本来就不自然。复杂的城市结构,交通冲突点非常多。每一个交叉路口都是冲突点。接近饱和的复杂管状流,非常容易因为一两个点的故障,造成大面积的死锁。为了减少冲突点,必须建立立体交通。但在二维平面上,立体交通系统复杂,占用大量空间,建设成本很高,只能在部分主干道上应用。

5、   传统城市的交通系统很难适应城市的快速发展。农业社会的城市化主要是通过现有城市规模扩大实现。以十年为尺度,快速城市化导致城市的变化非常大。而城市基础设施,包括交通体系,很难及时更新。渐进的城市化过程,导致交通体系改造成本高昂,更新困难。

6、   为了解决传统城市的交通问题,现在通行的做法是修建高密度的地铁,但是地铁的财务成本和时间成本都很高。主要原因是,地铁几乎总是在建成区施工。地下管网、建筑基础错综复杂,规划和施工都非常困难。传统城市覆盖区域广阔,高密度的地铁,意味着非常多的站点和大量的转乘,同样也会增加出行时间、降低交通效率。地铁对于老人、病人、小孩也不够友好,需要行走较长的距离,上下楼梯,缺少座位。普通人携带行李乘坐地铁也不方便。


垂直城市应该能够彻底解决传统城市面临的交通问题,原因包括:

1、   垂直城市结构紧凑得多。在距离自己1公里范围内,传统城市只能提供约100万平方米的城市生活和工作空间。这只有大城市生存空间总量的千分之一左右,因此几乎所有的日常活动都会超过这一距离。垂直城市在同样的范围内,可以提供100倍以上的空间,也就是同样移动1公里,可以到达100倍的目的地。这样,大部分日常活动都可以在这一距离内解决,从而不再需要机动车。

2、   在垂直城市群中,人的旅行是大容量大楼间公共交通加上楼内交通。旅行方式有点像现在的地铁模式,但现在大城市的地铁站点太多,耗费时间长,线外交通困难。垂直城市的绝大多数日常活动在楼内解决,不需要到另外一座楼。即使到另外一座楼,也比现在的地铁方便快捷,因为站点非常少。

3、   垂直城市的交通本来就是三维的,主要的人和物流动没有冲突点。以人而不是机动车为基础的交通,发生冲突的机会少得多。

4、   每座垂直城市包括交通在内的基础设施一次建成,不需要大规模更新。

5、   城市的扩容,可以通过在附近增加另一座垂直城市解决,而不是大规模改造现有的城市。城市之间通过地面轨道快速交通互联,并不需要修建昂贵的地铁。


虽然说垂直城市能够解决目前现代传统城市面临的大量交通问题,但是由于从来还没有出现过一座能够容纳几十万人生活的垂直城市,没有人设计过这种城市的交通系统。虽然可以参照现有摩天大楼的运作模式,但还是会有难以想见的问题出现。我们可以猜想一下,可能出现哪些问题,并提出可能的解决方案。

熟悉信息通讯系统和计算机数据通讯的人士,可以从信息交换的角度理解垂直城市与传统城市交通方式的差别。最早计算机内及计算机间数据通讯方式,由于数据不多,以及设计简单,都是采用共享式通讯。如基于同轴电缆的早期以太网,晚一些的集线器,电脑主板上的数据(指令)总线系统,等。随着数据通讯量的增加,及通讯节点数的增加,共享式数据通道技术很快就不行了。很快演变成基于交换的通讯系统,如多层交换机,计算机主板上的网络交换式数据通道等。传统城市就是将交通共享在地面上,随着交通量、流通类型、节点数的增加,地面交通也不堪重负,因此需要改变成多联通的交换网络式三维交通。而传统城市的地铁、高速公路系统等,大致相当于总线式到网络式之间的局域总线数据体系。

距离问题

前面我们说到,垂直城市中人的旅行距离大大下降,完全不需要机动车。但在实际情况下,可能会有一些问题。如果按照我们最早提到的城市规模,即大约一公里长宽和四百米高度,完全随机的两点之间的距离平均为0.67公里(不考虑垂直距离,因为垂直方向的运动由电梯解决,不需要走动),街道或者通道按照整齐的棋盘方式安排,最大是2公里。在同样规模的垂直城市群中,不考虑垂直距离及城市间交通,任意两点间的行走距离是一样的,如果简单假定电梯组和交通中心在城市中心下部。

单次旅行行走0.67公里对于健全的普通人是完全可以接受的。但对少数老人,失能人,还是不方便。作为每天通勤的行走距离,单次最好不要超过500米,即大约5分钟。1公里或者说10分钟的行走距离可以作为设计的极限,这样在垂直城市群中,城市间任意两点的交通可以控制在20分钟以下。

对于少数行走距离超过1公里的人来说,可以有一些办法解决出行问题。一个办法当然是搬家。由于垂直城市中,距离主要通勤点行走距离少于500米的住房选择很多。传统城市中,决定住房价值的位置、朝向等因素,在垂直城市中不存在,或者不显著,因而很容易找到距离近的房子。

城市也可以提供横向辅助交通比如传送带,轻型轨道交通等。这会略微会增加垂直城市的复杂度,提高建设成本,并占用城市空间。不是一种好的选择。人力交通工具如自行车、小孩喜欢的滑板车,或者小型电瓶车等,不适合在小的空间内使用。如果街道足够宽,并且限制这些工具的速度,也可以作为一种辅助解决方案,主要供老人和失能人使用。

自行车不是一个好的方案。因为自行车本身体积较大,行驶时也需要比较大的间隔。由于日常旅行距离不超过2公里,城市是一座大楼,地面非常平整,如果需要缩短旅行的时间,滑板车、滑轮、或者小型平衡车就很方便。

老人、儿童、失能人、病人的交通

这些人是必须使用辅助交通工具的。儿童由于需要成人照顾,并不需要考虑他们的单独要求。考虑到垂直城市中旅行的绝对距离短,行动不便的老人和残疾人可以使用小型代步工具如电动轮椅。

病人比较特殊,特别是需要紧急抢救的情况下。像救护车这样的交通工具仍然是必要的,但是可以小型化。因为不需要移动很长距离,不需要快速运动,也不需要有防风遮雨的封闭结构。垂直城市的救护车可以小到只有一张救护床的大小,医护人员可以简单步行跟随照料。

其实,现在的很多大医院中,病房到手术室或者检查室的距离就有几百米。垂直城市由于所有任意两点的距离都很短,医护人员完全可以直接将病床推到病人家,再推回医院急救,或者就地紧急处理。垂直城市中完全不需要救护车。

长期来看,垂直城市因为生活和医疗条件的改善,人们也会更健康,更少生病。这部分人的特别交通需求总量,应该比现代传统城市小很多。


货物运输

城市活动中有很大的物流要求。虽然从总量上看,垂直城市因为已经基本没有建设需求,不会有重工业、建筑工地等存在,需要的运输量少得多。但是像城市居民的日常消费品运输,家具和设备运输,房屋装修,公共空间的维护和改造等,都会有比较大的物流要求,这就需要相应的解决方案。

我们可以将物流需求大的社会单位设置在最低几层,这几层可以使用卡车,铲车等大型交通工具,主要的商业中心和城市间交通中心也放在这几层。上面的工作和生活空间只允许轻型的交通和运输工具,如轻型电瓶车等。由于这些空间的运输量很小,轻型运输工具足够了。

如果采用专门的轻型垂直城市城市设计,可以不必专门考虑大型重型物流需求。

短时间大规模人流

垂直城市有充裕的空间。人均实际可使用的净空间大小,大于现代传统城市。但充裕的空间,意味着人群过度聚集的可能性。有些活动如体育比赛,演唱会,节日活动都会带来额外的人流聚集。过度聚集会带来交通的问题,但对于垂直城市,更重要的是会引起局部空间承重过大,给城市带来安全威胁。这是传统城市没有的问题,或者虽然有,但是影响不会那么大。

解决这一问题,应该避免人群在不应该集中的地方集中,引导人群到专门设计的区域如公园,体育馆等可以承受大容量人流的地方活动。

这个问题也许并没有传统城市严重,因为垂直城市的疏散途径更多。

根据一般建筑的设计承重,如每平方米300公斤到500公斤,城市是可以容许大规模的人员聚集的。特殊的场合如体育馆,可以增大设计冗余。

有很多观众席位的大型体育馆,没有必要建设在垂直城市之内。实在需要的话,可以建在空旷的垂直城市附近。在视频转播非常发达的条件下,未必需要在比赛场地安排太多的座位。

可以想象,如果把大型体育馆建设在城市内部,如果同时有10万观众出席,这些多出来的重量(约一万吨),可以让体育馆所在位置略微下沉。

灾难场景下的疏散

垂直城市应该比传统城市生存能力更强,能够承受更严重的灾难。大规模的灾害也更难发生。我们希望,垂直城市能够解决现代城市的所有问题。现代城市中常见的灾难比如自然灾害,火灾,大规模停电等,在垂直城市中不应该出现。但是我们还是必须考虑,在最坏情况下,城市的应对能力。

最坏的情况就是必须抛弃城市,疏散到别的城市或者外面。现代传统城市中,各种建筑都有紧急情况下的疏散方案。但是上百万人的高楼疏散是个很严重的问题,特别是如果电梯不能使用的情况下。

首先我们还是要强调,垂直城市与现代摩天大楼有很大差别。垂直城市在建筑和材料使用中,不允许产生明火燃烧。城市的冗余设计保证,城市内大规模火灾不可能发生。因此即使是最坏的场景下,城市中也不会发生大规模火灾。电力供应有可能消失,但是电梯作为关键交通设施不会停止工作,一方面可以用紧急电力供应保证,另一方面,设计合理的电梯系统消耗能源很少。特别是在疏散的场景下,下楼的人远多于上楼的人,这时候电梯系统是可以净输出电力的,不需要外部电力驱动。城市中有多套电梯组,一次全部破坏的可能性不大。城市应急广播通讯系统、应急照明都应该是可以工作的,可以有效引导疏散。如果情况比这更糟,市民们应该按事先准备的应急方案疏散。在有一定的应急照明,没有火灾的条件下,疏散可以有序进行。

垂直城市的规模很大,许多看起来很大的破坏性事件,比如炸弹爆炸,飞机撞击,对于垂直城市破坏都是局部的,不需要全楼疏散。

飞机撞击能够引起火灾,因为飞机上有很多燃油。火灾影响的范围可以达到几个街区。

交通层次化

从上面提到的各种问题出发,我们知道,垂直城市应该建立多层次的交通体系。物流中心和大件货物运输可以建在低层,直接利用卡车或火车,主要的货物处理也在这里。

低层还有人员长途交通中心,横向辅助交通系统,如传送带或者轻型轨道车,用来减少城市间交通的横向行走距离。中间层及高层可以每隔几层设置平面辅助交通系统。

配置一定数量的货物运输电瓶车,老年人和残疾人代步车。平衡车、滑板车之内的个人辅助代步工具,应该控制数量,不应成为主要的交通手段。

优化居住区、工作区、休闲区的位置,减少每天通勤距离。保证大部分人不需要辅助交通工具,就可以很舒适地抵达日常生活的目的地。

街道或通道需要有一定的宽度。主要通道应该达到目前城市双向机动车道的宽度,并保留足够的冗余量。这样即使有比较多的小型辅助交通工具,也能很好容纳。现代传统城市的高层楼房,通道及公共空间占的面积比例并不小,大约在30%左右,但是使用效率很低。垂直城市的通道可以作为街道使用,使用效率高,面积也可以扩大,这样通道和电梯的面积都可以很大。这种条件下,即使有一部分辅助交通工具,也不会对交通形成压力。

像救护车、救火车、警车这种紧急交通工具,与传统城市不同,垂直城市有不一样的解决方案。救护车上面已经提到过,由于城市的规模已经达到数十万到上百万人,每座城市都可以配置足够的医院和医疗设施。任何急救都不必出城,这样移动距离短,不仅为病人大大节约了宝贵的时间,还大大降低了对救护车的性能要求,急救车可以仅仅是一张急救床。

救火车也有类似的解决方案。垂直城市内部已经有很严的消防规范,火灾很难发生。救火设施也是根据规范配置的,随时随地可以方便地拿到。还是由于距离的缩短,消防员到火灾发生地并不需要机动车,跑过去最多几分钟。当然也可以使用那种单人站立的电动车,迅速带灭火工具到达火警地点。同样的情况也适用于警车。

现在的人工智能摄像头已经能够提前预判火情,警情。消防人员,警察可以在危害尚未发生之前注意到风险,并及时做出响应。

更多的交通考虑

垂直城市是基于无机动车交通考虑的,但城市规模过大也会带来旅行距离过长的问题。如果使用机动交通系统(包括轨道交通),那么现代城市交通问题都会出现,虽然程度上会大大降低。考虑现代社会的交通需要,完全不依赖机械(不包括电梯)的交通体系很难,因此垂直城市的交通架构必然是多层次的。辅助交通的使用率必须维持在低水平,从而保持整个城市的高效运转。

垂直城市是三维结构,如果要建立区域到区域的公共交通体系,那么也必须是三维的。三维交通体系比二维交通体系复杂。如果必须建,也只能设置比较少的交通节点。考虑到垂直城市的高密度,节点数少的三维交通体系足够覆盖全城。

如果总城市规模不大,比如100万人左右,单个垂直城市规模10万人左右,也可以建设以二维地面轨道交通为基础的垂直城市群,城市之间可以通过串列型、矩阵型等的轨道交通互联。楼内步行距离控制在300米以下,从而大大减少楼内辅助交通。

即使规模很大的单体城市,人们的日常通勤距离并不是完全随机的,不能按照平均的随机距离来估计步行距离。第一,可以优化办公、商业、学校之间的距离。第二,垂直城市中,由于住房条件或者价格与坐标位置关系不大,环境也大同小异,搬家解决距离问题比较方便。第三,由于城市的三维属性,距离主要通勤地点500米内的住房选择非常多,高于传统城市几十倍,所以很容易找到距离主要通勤点近的房子。

以主要通勤点为中心画一个园,传统城市只能在一个平面内选择住房,而且传统城市由于道路、公园等公共设施占用大量土地,在一个平面内的密度也大大低于垂直城市。垂直城市可以从上到下选择几十层。即使考虑传统城市的另半维因素(多层住房),地面的行走需要上下楼,过马路,或者天桥地道,根据天气不同带雨具、穿外套等,远没有垂直城市方便。


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