城市“生長”模擬器

從氣候到能源使用、從居住條件到出行方式、再從城市固廢到建材生產(chǎn)與碳排放等，這些因素時時刻刻對城市的“生長”產(chǎn)生影響

如果把城市比作一個有機(jī)生命體，那么城市綠地就如同它的“肺”，能源就是它的“血液”，固廢處理系統(tǒng)相當(dāng)于它的“排泄系統(tǒng)”……從氣候到能源使用、從居住條件到出行方式、再從城市固廢到建材生產(chǎn)與碳排放等，這些因素時時刻刻對城市的“生長”產(chǎn)生影響。

城市所副研究員劉宇鵬的計算機(jī)里，正在構(gòu)建一個更智能、更宏大的城市“平行宇宙”——城市代謝模擬器。“城市化和城市擴(kuò)張引發(fā)建筑在水平和垂直方向上的三維增長與更迭，伴隨大量材料和能源的使用與消耗，形成了城市建筑的‘新陳代謝’。”劉宇鵬介紹，在這個初具雛形的“平行宇宙”中，分析了廈門市從1980年至2018年期間，城市建筑生長的“食量”“重量”“代謝產(chǎn)物”等趨勢。

近40年間，城市年均“食量”200萬噸，前20年多數(shù)“攝入”砂石和磚瓦，此后十幾年則偏好鋼鐵和混凝土。城市的“重量”即“堆砌”在城市中的建材存量，也從城市化初期的快速增長到趨于穩(wěn)定。隨之而來的還有代謝的“副產(chǎn)物”——各種城市垃圾產(chǎn)生量持續(xù)增長。

此外，城市代謝模擬器還根據(jù)全市建筑屋頂大數(shù)據(jù)做了屋頂利用規(guī)劃、建筑光伏用能效率等分析。“未來，實(shí)驗(yàn)室相關(guān)領(lǐng)域的研究成果和大數(shù)據(jù)，都可以集成在這個城市代謝模擬器中。”劉宇鵬說，通過模擬器建立起一系列的時空分析框架、方法和模型，可支撐城市建筑、家電和固廢的高精度時空代謝過程模擬，實(shí)現(xiàn)了關(guān)鍵參數(shù)的自動化獲取、智能反演和精準(zhǔn)化評估。

“城市的生物地球化學(xué)過程被認(rèn)為是導(dǎo)致全球環(huán)境變化的5種主要驅(qū)動因素之一。”崔勝輝介紹，高強(qiáng)度的城市人為活動所產(chǎn)生的各種廢棄物，通過自身或攜帶物的遷移而進(jìn)入大氣、水體和土壤，從而影響從城市尺度到全球尺度的生物地球化學(xué)循環(huán)過程。

最近，城市所副研究員高兵正在研究城市廚余垃圾不同處置方式的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效應(yīng)，為我市廚余垃圾資源回收提供更好的決策參考。“我們以廈門市廚余垃圾集中厭氧發(fā)酵產(chǎn)生沼渣和城市所的食堂廚余作為研究樣本，模擬沼渣制肥與填埋、好氧制肥過程，再到田間應(yīng)用的全生命周期，全面評估廚余垃圾不同處置方式的減污降碳和協(xié)同增效能力。”高兵介紹，從2021年4月8日開始至今，已完成15季葉菜類蔬菜試驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在農(nóng)民常規(guī)種植基礎(chǔ)上等量替代30%化肥氮，廚余垃圾好氧堆肥和厭氧沼渣肥與廈門市傳統(tǒng)有機(jī)肥雞糞相比，作物收獲量差別不大，但每萬元農(nóng)產(chǎn)品的碳排放強(qiáng)度能減少20%-40%。而且生熟廚余混合存放相比熟廚余單獨(dú)存放，氧化亞氮排放量增加了44.4%。“因此，餐飲業(yè)廚余垃圾產(chǎn)生后直至被集中收運(yùn)處理的時間內(nèi)，要盡量避免生熟廚余的混合投放。”高兵建議。

名片

廈門市城市代謝重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

廈門市城市代謝重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室依托中國科學(xué)院城市環(huán)境研究所建設(shè)。實(shí)驗(yàn)室面向國家社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展和搶占科技制高點(diǎn)的需求，圍繞生態(tài)文明建設(shè)和城市化健康發(fā)展目標(biāo)，以城市代謝過程、效率及調(diào)控為研究對象，開展城市代謝過程與機(jī)制、城市代謝系統(tǒng)分析、城市代謝調(diào)控研究。

結(jié)語

市科技局聯(lián)合推出的“探訪科創(chuàng)前沿——走進(jìn)廈門市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”全媒體系列報道今天圓滿落幕。這組系列報道歷時一個多月，其間，多路記者走進(jìn)2023年度評估優(yōu)良的部分市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行體驗(yàn)式采訪，領(lǐng)域涉及信息技術(shù)、新材料、生物醫(yī)藥、環(huán)境科學(xué)等。通過可觸可感的采訪，努力把艱深晦澀的實(shí)驗(yàn)室科研“翻譯”成高質(zhì)量、接地氣、通俗易懂的科普知識。這組系列報道融合傳統(tǒng)媒體與新媒體報道形式，每篇報道均配上創(chuàng)意海報，在報紙、微信、視頻號上全媒體呈現(xiàn)，揭秘實(shí)驗(yàn)室高科技產(chǎn)品背后的故事和原理，讓深奧的科技知識與市民生活不再有距離感。