项目作者
Xiao Wang, Manyun Zhang, Zhongxiao Wu
课程组别
B-Pro UD RC16 Post-Natural Cities
（The Urban Morphogenesis Lab）
导师
Claudia Pasquero，Filippo Nassetti
UCL 知名的B-pro课程全称是UCL Bartlett Prospective，主要致力于未来建筑的探索与研究，分AD（Architectural Design）和UD（Urban Design）和AC（Architectural Computation）BID（Bio-Intergrated Design）等多个细分方向，那今天带来的优秀学生作品分享来自UD课程的RC 16单元。小编phia采访，三位组员受访，来看精彩的对谈吧～
自成立以来，RC16的研究与设计一直以与生物协同工作为特点，将微生物等有机生命视作设计介质与生物公民，探索生物智能如何重新定义城市设计，开拓城市未来。随着人类活动扩张，全球生态系统逐渐脱离纯粹的自然状态，被人工所影响和改造。而科技变革如合成生物学与人工智能的出现，则进一步使“自然”与“人造”在当下语境中变得难以区分。尽管城市常常被描述为与自然对立的大型人工系统，在通过卫星观察其生长蔓延时，城市的增长或萎缩依然呈现出与自然机体发展规律的相似性——这一切都预示着后自然城市的来临。今年RC16的主题Post-natural City（后自然城市）意在融合人类与非人类的集体智能，处理都市圈（Urbansphere）与生物圈（Biosphere）的生态交互关系。在设计中瓦解、模糊自然与人工、物质化与数字化、人类与非人类等传统二元对立的边界，从模糊性中探讨后人类时代城市的崭新美学呈现和价值态度（Claudia Pasquero，2019）。
City in Blooms - Research Background在人类对食物，能源，材料的需求不断增长，而自然资源逐步枯竭，生态危机愈发严重的时代背景下，可通过光合作用进行自养的光合城市(Photosynthetic City)概念应运而生。微藻（Microalgae）是一类高效的光合自养生物，可成为建设光合城市的绝佳资源。
设计项目City in Blooms从对微藻的生物调研起步。其中，藻华（Algae Bloom）和藻类农业（Algae Farming）是两大关键内容。研究发现，一方面，由于全球变暖，温室效应和水污染造成水体富营养化等因素，自然水体中的微藻得到最佳生长条件，疯狂繁殖形成藻华，被人类视为有害现象。另一方面，藻类养殖产业兴起，收获后的微藻可被加工为清洁能源、环保材料和食物，有巨大应用潜力。在光生物反应器中养殖微藻，促进其生长从而提高产量，是绿色科技的研究热点。建筑界则开始探索将微藻光合生物反应器融入建筑与城市设计，在都市中建设微藻农场，改善生态环境。
通过对多种反应器的调研与对比，City in Blooms项目选择了科技难度相对较低的塑料膜光合生物反应器为设计原型，提出以微藻养殖的合成景观（Microalgae Synthetic Landscape）作为光合建筑与城市设计方向。相比追求光合速率和养殖效率、意在解决环境问题的绿色科技研究，方案更侧重于引入微藻这一类生物开展设计，以探讨未来建筑材料和城市图景，思考人造和自然、人类与非人类之间的关系。
Q：基于微藻建设的光合城市中，物质与能量是怎样流动的？City in Blooms（藻华城市）有何含义？
A：首先，在调研中我们发现微藻养殖和藻华爆发本质都是在适宜的物质环境下（如水、二氧化碳、磷、氮等元素、光照和温度）微藻大量繁殖，是人的立场定义了“有益”或“有害”。其次，如果我们将城市视为有机生命体，其新陈代谢的废物（如水污染，碳排放，甚至光污染等）正好可以提供微藻养殖/藻华爆发的营养与环境条件。藻类作为城市的分解者，吸收污水中的物质与二氧化碳，在光照条件下进行光合作用生长繁殖，产出氧气和生物质（Biomass），进一步加工后可为城市提供部分能源、材料和食物。这一光合城市基本运作机制就此建立，城市新陈代谢的循环也因此得到完善。
Photosynthetic Source
所以，引入非人类主体后，藻华等污染不再是人类所判断的“有害”，而成为了积极的设计驱动。我们从自然水体中打捞藻华作为微藻来源，将城市代谢废物通过技术手段导入城市和建筑中的微藻光合生物反应器，在都市环境中人为设计和催生出藻华。传统城市因此被转化为藻华城市（City in Blooms）。
Design Motif
Q：这一概念是如何落实到具体设计的？方案架构大致是怎样的？
A：我们的方案由宏观空间形态与微观材料结构两部分双线并进，交互推动。在宏观上通过数字化技术如算法和参数化设计等手段，建立其微藻光合聚集体的初步形态，作为藻华在城市中的空间载体。在微观上则进行生物实验、材料试验和数字化模拟，设计出微藻光合生物反应器和相应结构。最后双线合并，将材料结构应用到空间形态上，将抽象的聚集体具象化为微藻合成景观。设计理念由此落实。
Design Contents
A：我们挑选了伦敦全城中的开放空间、待开发或弃置用地等无建筑区域作为潜在场地。首先分析了伦敦的自然水体藻华爆发地点、二氧化碳排放量、水污染、光污染等数据，并对各个潜在场地的综合污染指数/营养程度进行计算。根据排序，我们选取出污染指数最高的一批场地作为城市中的藻华爆发点（Blooming Hotspots）。
Algae Blooming Hotspots
由于藻华形态很难提取为图案借鉴。因此，我们转换思路从“写意”的方向抽象。我们用路径形态算法模拟资源分配影响下微生物空间扩张逻辑，输入藻华爆发点相应数据，得出了爆发趋势图。其中，区域营养程度越高路径越密。这些路径便是微藻合成景观的空间骨架。藻华被转化为了这种爆发形态（Blooming Morphology）。
随后，我们引入了数据景观（Data-scape）和人工智能（CycleGan）两种技术手段来推动形态生成。基于Blooming Morphology，我们建立了全伦敦的Data-scape，并挑选出一处进行深化。
通过CycleGAN将Data-scape与城市环境元素进行匹配，可得出根据Blooming Morphology组织的全新城市形态。于是我们借助算法将CycleGAN获得的树、小构筑物、建筑物转化成了不同尺度的微藻光合生物像素（Microalgae Photosynthetic Bio-pixel），叠加后形成了模块化聚集体（Modular Aggregation），这便是微藻合成景观的空间形态。值得一提的是，微藻繁殖是受营养程度影响的动态过程，因此比起固定形态（Morphology），我们的设计更倾向动态的形态发生（Morphogenesis）。在营养条件的制约下，微藻合成景观不会无限扩张，而会在与城市的物质信息交换中受到调节，保持不确定的动态。A：我们通过生物和材料实验选择出了最适合的微藻种类、培养基质、膜材和加工方式。并根据加工方式（热焊机）的特点，选择以直线构成图案设计制作材料原型（Material Prototype），即塑料膜生物反应器。起初，微藻被混合在保水生物凝胶中，只接种在焊接线上，这形成了我们的第一代Material Prototype。但因其过于平面化缺乏变化性，我们改进了填充思路，将膜反应器全部填满微藻，此为第二代。通过引入数字化膨胀模拟后，我们使焊接线的排布遵循特定规则，从而令反应器突出部分形成了连续的立体图案。Material Prototype是方案从数字化进入物质化的关键步骤。反应器中的藻在光照、二氧化碳浓度等条件影响下，呈现出不同色彩与透明度，可折射出其中藻类繁殖、二氧化碳吸收、氧气产生程度。人与藻之间的交互活动再次在微观材料层面也创造了生机与动态。我们采取了高度灵活多变的脚手架结构来支撑Material Prototype形成立体光合像素。其中，膜生物反应器可构成固定的膜结构建筑外墙，亦或是可移动的内部软质分隔。立体光合像素也可通过微藻含量测定成为可量化的材料实体，与城市数据进行信息交互。A：我们将微藻合成景观拆分开得到多个光合像素集合体。其构成排布是人为设定基本规则后，由算法作用下的随机组合，具有极强的不确定性与趣味性。我们从规模尺度、空间丰富度、空间连续性三个层次将集合体进行归类。有的可界定室外环境成为小型景观设施，有则可容纳室内功能成为建筑空间。在其中，我们挑选了一例集合体进行建筑尺度的设计推进。通过对立面太阳辐射的模拟与分析，我们将光生物反应器的图案进行了设计调控：在辐射越强的地方，图案越密，微藻分布越多，因此反应器可更好利用自然资源。同时由于微藻会根据周围环境质量的变化而改变，生物材料也可作为城市的传感器，实时反馈该地区不可见的信息流动。通过这三个层次的工作，City in Blooms从生物与自然的角度出发思考设计，在城市中建立起可进行信息交互和动态生长的微藻合成景观。在这一城市图景里，数字化与物质化不断进行相互转化，建筑与景观，人造与自然均难以被区分。人类与非人类主体的对立也被模糊，计算机、生物、人类，三者均成为后自然城市中的“生物公民”，发挥集体智能，设计城市环境。以人类为中心的设计由此向以非人类为导向的城市主义迁移，在城市与自然系统的交换中人类逐渐开始适应变动的生态，也被动态环境反驯化。
Q：感谢你们接受我们的采访！祝你们一切顺利～
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今天的优秀作品是否精彩呢
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文/phia 编/柒杯
