都市が気候変動に備えるためにインフラをどのようにアップグレードしているかイノベーション| スミソニアン - 記事、イノベーション、テクノロジー、科学、私たちの惑星

気候変動に関する最新の国際報告書は、温室効果ガスの排出が大幅かつ急速に削減されない限り、社会の混乱を描いています。

過去のデザイン

インフラストラクチャシステムは、洪水、熱、山火事、ハリケーン、その他の災害に対する最前線の防御です。都市計画者と市民は、今日建設されたものがこれらの危険に直面しても機能し続けることをしばしば想定し、サービスを継続し、過去のように私たちを保護できるようにします。しかし、これらのシステムは、極端なイベントの履歴に基づいて設計されています。

たとえば、ポンプは、過去の降水イベントに基づいてサイズが決められます。送電線は、気温に対して安全な動作状態を維持しながら、移動できる電力の限度内で設計されています。橋は、交差する河川の特定の流量に耐えられるように設計されています。インフラストラクチャと環境は密接に関連しています。

しかし、現在、この国はこれらの歴史的条件をより頻繁に超えており、より頻繁で激しい極端な気象現象が発生することが予想されています。別の言い方をすれば、気候変動のために、自然システムはインフラストラクチャよりも速く変化しています。

インフラストラクチャシステムはどのように適応できますか？まず、インフラストラクチャシステムが極端に失敗する理由を考えてみましょう。

危険は設計許容範囲を超えています。これは、2014年秋にフェニックスで州間高速道路10号の洪水が発生し、降雨の強度が設計条件を超えた場合です。
この間、システム全体の余剰能力は少なくなります。何か問題が発生した場合、フローの再ルーティング、水、電気、交通など、ストレッサーを管理するためのオプションが少なくなります。
極端なイベントでは、インフラストラクチャに多くのことを要求し、余剰容量がほとんどないときにシステムをプッシュします。

漸進的な変化も深刻な問題を引き起こします。これは、一部には、行動を促すきっかけとなる明確なイベントがないためです。この種の状況は、現在多くのインフラストラクチャシステムを悩ませているメンテナンスのバックログと予算不足の状況では特に面倒な場合があります。都市や町は、長寿命のインフラストラクチャが本来のように動作していないことに気付くだけで、満足に落ち着くでしょうか？

現在、デフォルトでは、私たちが前世紀に持っていたものをさらに構築するための資金を確保しているようです。しかし、インフラストラクチャマネージャは一歩下がって、インフラストラクチャシステムが将来のために私たちのために何をする必要があるかを尋ねるべきです。

アジャイルで柔軟な設計

気候の変化だけでなく、破壊的なテクノロジーの課題にも対応するために、根本的に新しいアプローチが必要です。

これらには、情報および通信技術の統合の増加が含まれ、サイバー攻撃のリスクが高まります。他の新しい技術には、自動運転車と無人機のほか、従来の電力システムに代わる断続的な再生可能エネルギーとバッテリーの貯蔵が含まれます。また、デジタル接続されたテクノロジーは、周囲の世界に対する個人の認識を根本的に変えます：自分の旅行行動と地域全体の交通量に基づいて、モバイルデバイスがどのように私たちが完全に理解できない方法で私たちを再ルーティングできるかを考えてください。

しかし、現在のインフラストラクチャの設計パラダイムは、数十年続くことを意図した大規模な集中システムを強調しており、事前に選択したレベルのリスクに対する環境ハザードに耐えることができます。問題は、気候が変化しているために、時にはあまり理解されていない方法でリスクのレベルが不確実になることです。そのため、極端なイベントの予測は、少しまたははるかに悪い場合があります。

この不確実性を考えると、俊敏性と柔軟性がインフラ設計の中心となるはずです。私たちの調査では、これらの目標を達成するために、多くの都市がどのように原則を採用しているか、そしてそれらが提供する利点を見てきました。

クアラルンプールの「スマート」トンネルは、都市の雨水排水システムを補うために設計されています。（デビッド・ボーイ、CC BY）

クアラルンプールでは、多機能性の一例である激しい降水イベントの間に、交通トンネルが雨水管理に移行することができます。

米国全体で、市民ベースのスマートフォンテクノロジーがリアルタイムの洞察を提供し始めています。たとえば、CrowdHydrologyプロジェクトでは、制限された従来のセンサーでは収集できない市民が提出した洪水データを使用しています。

ニューヨーク、ポートランド、マイアミ、フロリダ南東部、シカゴなど、米国の多くの場所にあるインフラストラクチャの設計者と管理者は、この不確実な将来を計画する必要があります。これはロードマッピングと呼ばれるプロセスです。たとえば、マイアミでは、リスクの高い海辺の財産を保護するための新しい揚水能力の導入や道路の整備など、インフラストラクチャをアップグレードするための5億米ドルの計画を策定しました。

これらの能力は、弾力性に基づいた考え方に沿っており、単により大きく、より強く、より冗長に構築するというデフォルトのアプローチから国を遠ざけます。

不確実性の計画

ハザードに関して不確実性が高まっているため、将来のインフラストラクチャの設計と運用では、リスクではなく回復力が中心となるはずです。回復力とは、システムが極端な気象現象に耐え、迅速に運用を再開できることを意味します。

マイクログリッド技術は、広範囲の停電が発生した場合に個々の建物が動作することを可能にし、電力システムの回復力を高める1つの方法です。（エイミー・ヴォーン/米国エネルギー省、CC BY-ND）

これは、インフラストラクチャプランナーが設計パラメーターを単純に変更できないことを意味します。たとえば、100年のイベントではなく1, 000年のイベントに耐えるように構築することです。これらの新しいリスクレベルが次の世紀にどうあるべきかを正確に予測できたとしても、これらのより堅牢なシステムを構築することは技術的、財政的または政治的に実行可能ですか？

これが、適応能力を強調する弾力性ベースのアプローチが必要な理由です。従来のアプローチでは、ある程度の海面上昇に耐えることができる堤防を建設するなど、堅牢性を重視しています。これらのアプローチは必要ですが、リスクの不確実性を考えると、武器庫には他の戦略が必要です。

たとえば、ハリケーンの前にマイクログリッドを展開するなど、主要なインフラストラクチャに障害が発生した場合、代替手段を通じてインフラストラクチャサービスを提供します。または、計画者は、障害が発生した場合に、人命と経済への影響が最小限になるようにインフラストラクチャシステムを設計できます。

これはオランダで最近実施された慣行であり、ライン川デルタ川は洪水を許されますが、人々はflood濫原に住むことは許されず、農民は作物が失われたときに補償されます。

不確実性は新しい標準であり、信頼性は、この不確実性で動作し適応するための位置決めインフラストラクチャにかかっています。国が前世紀のインフラストラクチャーの構築にコミットし続けると、これらの重要なシステムの障害とそれに伴う損失を期待し続けることができます。

この記事はもともとThe Conversationで公開されました。

ミハイル・チェスター、アリゾナ州立大学、市民、環境、および持続可能な工学の准教授。 アリゾナ州立大学、Ira A. Fulton工学部、サステイナブルエンジニアリングおよび建築環境学部、工学および倫理学の教授およびリンカーン教授、ブレーデンアレンビー。 アリゾナ州立大学アーバンレジリエンスフォーエクストリームズサステナビリティリサーチネットワークポスドク研究員、サミュエルマルコフ