أصبحت المدن المغلقة اختصارًا سرديًا للمستوطنات المستقبلية في الخيال العلمي، إنها موائل قائمة بذاتها، تضم جميع البنية التحتية الأساسية، بما في ذلك توليد الطاقة وإنتاج الغذاء وإدارة النفايات والمياه.
تم اقتراح مفهوم العمارة البيئية، وهو مصطلح متنقل يجمع بين الهندسة المعمارية والبيئة، من قبل المهندس المعماري "باولو سوليري" في عام 1969 ، حيث سعى إلى الجمع بين البناء والفلسفات البيئية، وبعد عام بدأ "سوليري" العمل في Arcosanti ، وهي مدينة تجريبية في أمريكا ، والتي أظهرت مفاهيمه.
ألهمت مفاهيم "سوليري" الخيال العلمي برؤية لمدن مستقبلية: موائل متجانسة يعيش فيها السكان ويعملون دون مغادرة المبنى أبدًا، وتشمل الأمثلة السينمائية المباني الشاهقة الضخمة في فيلم Dredd.
مدينة "ذا لاين"
الخيال العلمي، بدوره ، قد يكون مصدر إلهام لبعض المتغيرات في العالم الحقيقي، حيث تم تصميم مشروع The Line الذي اقترحته المملكة العربية السعودية، كمدينة ذكية ضخمة يمكن أن تستوعب تسعة ملايين شخص داخل مبنى واحد بعرض 200 متر (660 قدمًا) ، يمتد 170 كيلومترًا (105 ميلاً) و 500 متر (1650 قدمًا)، حيث سيتم تشغيل الخط باستخدام الطاقة الشمسية وتوربينات الرياح، لكنه لن يكون مكتفيًا ذاتيًا تمامًا، حيث ستظل هناك حاجة إلى المواد الغذائية والإمدادات الأخرى للسكان، وسيتعين توفيرها من مصادر خارجية، ولكنه مشروعًا رائعًا وطموحًا نحو المستقبل.
"ماكموردو" في أنتاركتيكا
توجد بالفعل بعض الهياكل المشابهة لعلم العمارة البيئية، فعلى سبيل المثال، تعد قواعد الأبحاث في أنتاركتيكا -القارة القطبية الجنوبية- مجتمعات مكتفية ذاتيًا نسبيًا، ويرجع ذلك في الغالب إلى بُعدها، وبسبب ظروفها الجغرافية فهي بحاجة إلى الاكتفاء الذاتي، حيث توفر محطة "ماكموردو" وهي مركز بحوث بريطاني في القارة القطبية الجنوبية، السكن لحوالي 3000 باحث وموظف دعم، ومع ذلك، لا تزال المحطة تتطلب إمدادات كبيرة من الغذاء والوقود كل عام.
تشمل الهياكل الأخرى المصممة لتكون قائمة بذاتها ومكتفية ذاتيًا قدر الإمكان حاملات الطائرات والغواصات النووية ومنصات النفط، وتحتوي هذه على جميع مناطق المعيشة والعمل اللازمة للطاقم، وإن كان ذلك للاستخدام على المدى القصير، حيث تحتاج حاملة الطائرات إلى إعادة الإمداد كل بضعة أسابيع، في حين أن الغواصة النووية يمكن أن تبقى تحت الماء لمدة تصل إلى أربعة أشهر، ومع ذلك، لا تعتبر أي من هذه الأماكن ممتعة بشكل خاص للعيش فيها، فالغواصات على وجه الخصوص ضيقة وذات رائحة كريهة، ويمكن مشاركة أماكن النوم ويتناول الطاقم مكملات فيتامين د بسبب قلة ضوء النهار.
التوسع في العمارة البيئية
تقول مهندسة الإنشاء Monika Anszperger من BSP Consulting: "يمكنك بناء أي شيء تقريبًا في حدود المعقول، لكن لا يوجد شيء غير قابل للتحقيق، ولكن بناء الأساس لمثل هذه المدن أو المباني سيكون مكلفًا للغاية.
التحدي الأكبر الذي يسببه ارتفاع المبنى هو تأثير الرياح، فقوة الرياح ليست مصدر قلق كبير لمنزل نموذجي، لكن الأبراج الضخمة، مثل برج خليفة في دبي ، تحتاج إلى مراعاة تدفق الرياح والدوامات، فالدوامة هي التأثير الناجم عن اصطدام الرياح بسطح المبنى، مما يخلق منطقة ذات ضغط منخفض على الجانب الآخر، ثم تدور حولها لملئها، إن حركة الدوامة هذه هي التي تسبب تأرجح المباني الشاهقة أثناء الرياح العاتية.
انهار جسر "تاكوما ناروز"، في واشنطن عام 1940 بسبب الرياح القوية التي أدت إلى تذبذبات عالية التردد (حركات سريعة) على الجسر، لدرجة أن الجسر تحطم من تلقاء نفسه إلى أشلاء.
يمكن التخفيف من آثار الدوامات من خلال استخدام مثبط كتلة مضبوط (جهاز لتقليل الاهتزازات) لتقليل الحركة، وكذلك تصميم الهيكل لتعطيل تدفق الرياح.
يقول أدريان سميث، المهندس المتخصص الذي شارك في تشييد العديد من المباني الكبيرة، بما في ذلك برج خليفة: "تتمثل إحدى طرق تخفيف الدوامات في تغيير شكل المبنى أثناء ارتفاعه، وإذا لم تقم بتغيير شكل المبنى، فإن هذه الدوامة لديها فرصة للبناء على نفسها وإنشاء موجات من الحركة، إنها تتزامن مع هيكل المبنى وتتسبب في انهيار تدريجي."
لذلك، بدلاً من بناء علم العمارة البيئية كهيكل محاط بجدران القص، كما هو موضح في Dredd ، فمن الأرجح أن يتم بناؤه لتعطيل تدفق الرياح، مثل استخدام بناء متدرج، مثل الهياكل القديمة في أمريكا الوسطى.
تحدي الطاقة
التحدي الرئيسي الآخر هو توليد الطاقة، يمكن تركيب تقنيات الطاقة المتجددة ، مثل الألواح الشمسية وتوربينات الرياح، بسهولة على الجزء الخارجي من أبنية العمارة البيئية، ولكن من غير المرجح أن توفر حلاً كاملاً للطاقة بمفردها، نظرًا لأنها لن تكون فعالة إلا في أوقات معينة، حيث ستكون هناك حاجة إلى أنظمة توليد الطاقة الاحتياطية وتخزين الطاقة عند وجود نقص.
المفاعلات النووية هي حل بديل ممكن لتوليد الطاقة، فالمفاعلات المعيارية الصغيرة (SMRs) ، إصدارات مصغرة مبنية في المصنع من المفاعلات النووية المتقدمة ، هي مصادر طاقة مدمجة وفعالة. تدعي SMRs بعض الفوائد على المفاعلات الكبيرة، من حيث تعزيز السلامة ومنع انتشار المواد النووية. ومع ذلك، كما هو الحال مع جميع مفاعلات الانشطار، فإن معالجة النفايات النووية وتخزينها يمثل تحديًا كبيرًا.
إنتاج الغذاء يحتاج أيضا إلى النظر فيه أيضًا، حيث ستكون الزراعة التقليدية غير عملية داخل المبنى، وبالتالي يمكن استخدام المزارع المائية العمودية، والتي من شأنها أيضًا توفير شكل طبيعي لإعادة تدوير الهواء، ومع ذلك، فإن الإضاءة الضرورية ستزيد من الطلب على الطاقة، كما أن قيود المساحة قد تجعل من الصعب إنتاج ما يكفي من الغذاء.
مستقبل المدن الشاهقة
استخدم علم العمارة البيئية، الذي تم تصويره في رواية Water Knife للمخرج Paolo Bacigalup سلسلة من برك الترشيح لإعادة تدوير المياه، وهو أمر معقول ومع ذلك، لا مفر من الخسائر في أي نظام إعادة التدوير.
تقوم محطة الفضاء الدولية (ISS) بإعادة تدوير ما يقرب من 3.6 جالون (17.3 لترًا) من الماء يوميًا ، بما في ذلك البول والتعرق، ولكنها لا تزال تتطلب إمدادات منتظمة من المياه العذبة كل بضعة أشهر.
لا يرى الجميع مستقبلًا للمباني الشاهقة، ففي عام 2021 ، حظرت الصين المباني الجديدة التي يزيد ارتفاعها عن 500 متر (1650 قدمًا)، وفرضت قيودًا صارمة على المباني التي يزيد ارتفاعها عن 250 مترًا (825 قدمًا).
ومع ذلك، فإن تزايد عدد سكان الأرض يحتاج إلى استيعاب، التوسع المستمر في المدن أفقياً، من خلال البناء على أراضٍ جديدة، وهذا يعزز الحجة من أجل النمو صعودًا، وإنشاء مدن عمودية، حيث يقول "أنتوني وود"، مدير المباني الشاهقة والعمران العمودي في معهد إلينوي للتكنولوجيا، ورئيس مجلس المباني الشاهقة والموئل الحضري: "تتوسع المدن بشكل كبير، من مليون إلى 10 ملايين، لا يمكنهم التحرك أفقيًا، لأنه أمر غير مستدام، وبدلاً من الأبراج المستقلة ، يمكن أن تصبح المباني مترابطة مع الجسور الأرضية ، مما يخلق مساحات خضراء بينها.
وتابع سميث: "أرى المدن تتوسع عموديًا بالقرب من مناطق النقل، وأرى بالتأكيد أنها تتوسع أفقيًا أيضًا".
الجدوى الاقتصادية من العمارة البيئية
من الصعب رؤية كيف يمكن جعل علم العمارة البيئية، مجديًا اقتصاديًا في المستقبل القريب نظرًا لأن آثار تغير المناخ أصبحت أكثر وضوحًا من أي وقت مضى، فقد تتغير المواد التي تُبنى منها المدن، خاصة أن انبعاثات الكربون من صناعة الأسمنت عالية جدًا.
وعلى الرغم من أن العمارة البيئية أمر ممكن من الناحية النظرية، على الأقل من منظور هيكلي ، إلا أنه يتطلب هندسة مبتكرة لضمان استدامة توليد الطاقة اللازمة ، وإنتاج الغذاء وأنظمة استصلاح النفايات.
السعودية تستقبل حدثًا هامًا.. العام المقبل
