大学课程生态工程导论避免都市产生传染病的生态工程技术课件

1、普世最帮助人的工程案例避免都市产生传染病的生态工程技术张文亮教授【本着作除另有注明外，采取创用CC姓名标示非商业性相同方式分享台湾3.0版授权释出】第1页，共40页。那一夜，我站在泰晤士河堤防边，看着几艘船缓缓通过，几只绿头鸭静静的河中游着，我深深的呼吸一口气，没有闻到臭味，不禁快乐起来。如果，时光可以回溯一百五十年前，这条河是以恶臭著名，因着一些人的爱心，结合着精明与公共卫生的知识，才能改善这条河流的状况，并让伦敦的居民，不再受到瘟疫的侵扰。从此，世人才知道，若要有一座生活高质量的城市，城市周边必须要有一条高质量的河流。张文亮第2页，共40页。近代河川的污染整治，源自十八世纪的初期。当时，英

2、国已进行工业革命数十年，其间人类设计机器，起初以蒸气为动力的来源，而后用石油燃烧，机器的力取代了传统的人力。工业革命带来大量与高效率的生产。许多拥有机械的人前往都市赚取大量的利润，并购更多的土地，成为富有的大地主；失去土地的小农民，只好前往城市，赚取工厂的薪资。Adolf Friedrich Erdmann- Eisenwalzwerk (Moderne Cyklopen)第3页，共40页。都市规划的不足由于城市的面积小，土地远比农地昂贵，贩卖农地的农民在城市里，只能在拥挤的小区买到很小的房子。在1810年，英国伦敦居民已一百万人，1830年达二百万人，1850年人口增至三百万人乡村人口涌入城

3、市，已非起初都市空间所能容纳，生活污水大都流到巷道内的低洼处或水沟，有些则排入泰晤士河。1832年，泰晤士河严重发臭。伦敦暴发霍乱死了5,300人。如此的瘟疫，并没有引起政府与议会的注意，他们住在环境优雅之处，较少受到影响；他们也不会受到波及。以致每隔几年就来一场传染病。Whistler, James McNeill Nocturne in Blue and Gold: Old Battersea Bridge第4页，共40页。环境污染的背后蕴藏社会的不义当时英国出了两个杰出的政治人才，扭转许多不幸重复在发生的历史悲剧。查勒威克（Edwin Chadwick, 1800-1890）：十九世纪非

4、常著名的公共卫生学的大师，他调查1830-1840年死在传染病的人口与其居住环境的关系。调查1830-1840年死在传染病的人口与其居住环境的关系。第5页，共40页。环境污染的背后蕴藏社会的不义他在1842年出版劳动族群的卫生状况（The Sanitary Condition of the Harboring Population）一书。他在书中问一个关键的问题：为何穷人总是传染病的受害者？穷人的生活卫生环境比较差。台湾大学张文亮摄第6页，共40页。1848年，他在伦敦市议会推动成立首都污水下水道委员会（Metropolitan Commission of Sewers），首先呼应法拉第的看法

5、向议会提出，必须赶快建造污水下水道，能将污水排走，以减少传染病的发生。查勒威克呼吁：改善百姓生活质量之费用支出，未来将成为国家预算最有效的节省。仅管查勒威克用心良苦，议员似乎不为所动。幸好，当时英国议会有古柏爵士（Sir Anthony Ashley Cooper, 1801-1885）大力支持，议案一时未过，仍然年年提出。环境污染的背后蕴藏社会的不义第7页，共40页。穷人的天使古柏爵士（Sir Anthony Ashley Cooper, 1801-1885）1847年推动立法禁止工厂使用童工，1848年推动劳工低价购屋法案，1850年推动星期六下午不用工作法案。并皆获得通过。1851年，他

6、又推动贫民教育，设置小区学校，低利贷款帮助工人家庭的小孩受教育。/wiki/Anthony_Ashley-Cooper,_7th_Earl_of_Shaftesbury第8页，共40页。当议案还在议会争论之际，1853年，泰晤士河的恶臭大发，日夜弥漫伦敦城，不久瘟疫发生，伦敦又死了一万四千人。反对的议员也看出污水下水道系统势必要做，才通过这预算案。穷人的天使第9页，共40页。可惜1854年，俄国的黑海舰队入侵土耳其的领海，想由博斯普鲁斯海峡，进入地中海，英国向俄国宣战，爆发了克里米亚之战，以致没有经费支持污水下水道的建造。整个议案的执行暂被搁置。1856年4月，克里米亚之战结束，7月，英军凯旋

7、归来。古柏又重提此案的执行，阻力仍在。穷人的天使/wiki/Crimean_War第10页，共40页。著名的河水恶臭事件河川透视度实验：1857年著名的科学家法拉第（Michael Faraday,1791-1867）在泰晤士河上做了一个公关的试验，他用一条绳子绑着一张白纸，自水面上将纸沈入水中，不到一公尺深，污浊的水，已使水下的纸张看不见/wiki/Michael_Faraday第11页，共40页。著名的河水恶臭事件泰晤士河大恶臭（Great Stink on The Thames）：1858年的夏天非常炎热，雨下的又少，泰晤士河的水位下降，使的潮水上溯，泰晤士河的水无法宣泄，河水发出浓浓的

8、臭味，瘟疫的恐惧又再临到，伦敦居民几乎要戴口罩过日子，议会通过三百万英镑执行污水下水道的兴建。/wiki/Great_Stink第12页，共40页。当时英国医学期刊(British Medical Journal)的刊头语写道：原来都市污水排放系统，是城市地面所有活动，最敏感的神经系统。保护河川干净，免于发臭，是维护居民健康的必需。工程经费完全来自伦敦的税收。著名的河水恶臭事件台湾大学张文亮摄台湾大学张文亮摄第13页，共40页。带着使命感前来的人议会通过三百万英镑执行污水下水道的兴建后，立刻有工程事务所组成九个工作团队要来承揽。在截止收件时，只有一家事务所坚持独立投标（independent

9、project），收件者认为不符投标要求，就要退件。这独立投标案的负责人巴泽尔杰特（Joseph Bazalgette, 1819-1891）对收件者说道：如果你们愿意将我的工程建议书送入监督委员会，我将向委员们说明缘由。/wiki/Joseph_Bazalgette第14页，共40页。带着使命感前来的人1837年巴泽尔杰特的父亲送他到爱尔兰麦克尼尔（John McNeil. 1739-1880）处当学徒麦克尼尔以准确的土地测量，踏实的施工与擅于教导著名，曾经负责欧洲铺造铁路到硬度的工程，后来成为剑桥大学第一位土木工程的教授。不久巴泽尔杰特以认真、负责、追根究柢的查验问题，升至驻地工程师（re

10、sident engineer），负责伦敦德里（Londonderry）的地下排水工程，1842年他将排水工程写成研究报告在英国土木工程协会（Institution of Civil Engineer）发表，被选为会员。Wiki:JamesFInstituion of Civil Engineers第15页，共40页。1843年，巴泽尔杰特出来开设自己的公司1847年承接伦敦地下铁路建造时，他自地下挖出120根地下污水管，检查每一根管内的淤塞与管壁上的龟裂。他说道：当工程师能够成为关键问题的发现者，就能成为解决方式的发明者。带着使命感前来的人同年，他压力过大而发疯，甚至尝试自杀。被拯救后，他离

11、开工作两年，恢复后再回来工作。这是他一生工作的转折，他后来写道：工作有效率、可靠、不贪污的人是最好的助手，即使他们从事工程，没有赚钱，甚至公司倒闭。第16页，共40页。从事土木工程没有办法知道所有的细节，祇能在有限的信息下，为了解决问题放手一搏。这是科学与工程最大的不同，科学是了解许多的细节，但不一定用来解决实际的问题，工程是不明白太多的细节、所有前因后果就去解决实际的问题。巴泽尔杰特1864年于伦敦的主要排水（The Main Drainage of London）的报告上写道：我对传染病与污水排放之间的关系并不清楚，祇能凭着信心往前，结果将污水排走之后，传染病也消除了。带着使命感前来的人第

12、17页，共40页。伦敦早期疫区伦敦早期下水道台湾大学张文亮摄台湾大学张文亮摄第18页，共40页。他进入监督委员会说明时，他的作法也与招标单上的要求不同：招标单：要求污水下水道要深埋地下，远离地面，以免让居民闻到。他认为污水下水道应该接近地面，施工容易检查，日后方便维修，更重要的，污水容易以重力方式排走就不会发臭。带着使命感前来的人第19页，共40页。此外，招标单上写着污水管路为黏土锻烧的陶管，他现场以材料受力分析，建议必需采用混凝土铸成的污水管才能抵抗马路上的压力而不易破裂。水泥是1820年才制造出来，又称为波特兰水泥，起初乏人问津，巴泽尔杰特认为水泥是地下施工的好材料。带着使命感前来的人台湾

13、大学张文亮摄第20页，共40页。标单上写着施工是用新的污水管去接旧的污水管。他坚决反对这一点，新的管不能接旧管，旧的污水管是伦敦地底的迷宫，没有人知道早期所埋管子准确的位置在哪里。他建议作成全新的污水管路系统，提出优好的建造，互相联络成一系统，并在伦敦地图上呈现清楚的位置。带着使命感前来的人台湾大学张文亮摄第21页，共40页。他将伦敦分为36个区域，认为要分别在各区域建造再联络。标单上的污水管口径，他认为不够，需要增加一倍，他后来写道：地下施工不易，应该为着未来世代的需要一次完成。带着使命感前来的人台湾大学张文亮摄第22页，共40页。将工程建造艺术化更大的不同是标单上只要做污水下水道，他不只规

14、划污水下水道，连下雨时的排水下水道、施工后的道路整治、污水最终排放位置，甚至连泰晤士河的整治，与在河边建造一道弯延的河堤，都规划在内。台湾大学张文亮摄台湾大学张文亮摄第23页，共40页。查勒威克在评审委员会上不断的、仔细的询问巴泽尔杰特，而后公开承认巴泽尔杰特的做法正确，不只让他获得这重大工程的执行权，并且聘他为伦敦大都会首席工程师(chief engineer)，后来他担任此职三十三年之久。将工程建造艺术化台湾大学张文亮摄第24页，共40页。评审结果公布，引来许多争论，其中主要攻击是巴泽尔杰特年轻时因工作压力太大与太有责任感，所引发的精神病。幸好古柏在议院力挺监督委员会所作的决定，并且愿意承

15、负一切的行政风险，工程才能执行任何重大的公共工程都需要有政策的支持，否则无法进行。将工程建造艺术化台湾大学张文亮摄第25页，共40页。与传染病竞赛巴泽尔杰特的工程团队庞大，他对属下的人员写道：品格与专业是最好的领导。所有的旧水管都被吊起，堵塞、破裂、扭曲的旧水管都臭气熏天，原来传染病传播的媒不是藉空气，排水不良的确是问题的根源。工程队填上新土，铺上砂石，再埋新的混凝土管，他采用波特兰水泥(portland cement)施工前，后都用标准程序检查，他称为工业标准(industry standard)，以确保品管。第26页，共40页。与传染病竞赛1860年年底，他已经为伦敦铺设1660公里长的污

16、水干管，干管各家的排水口集中污水130公里长的污水输水管海湾他在排水口的海滩上卖下大片的土地，并挖两个大型的蓄水池，将污水输送至此，在排入蓄水池内，于退潮时，倾倒污水进入海中。台湾大学张文亮摄第27页，共40页。他不祇建造伦敦的污水排放管，也同时建造雨水排放系统，低洼地区设立抽水站，控制排放的水闸门。工程进行后，排水获得通畅，臭味就逐渐消除，河川的水质也大获改善。1866年工程完成后，他请政府追踪泰晤士河的水质变化，与民间医学人士持续监督传染病的发生率。与传染病竞赛台湾大学张文亮摄第28页，共40页。普世都市排水工程的典范他又在130公里长的污水输水管上建造堤防，堤防上面又覆土建造花园与人行道

17、，将造型单调的混凝土堤防，建成促进都市景观的建筑。这道堤防后来称为维多利亚护岸（Victoria embankment），是近代防洪与景观兼俱的经典之作。工程进行期间，所有技术、材料、进度，各区域的工人数目与分配、获的的信息、遇到的困难与解决困难的方法都是公开的。第29页，共40页。普世都市排水工程的典范The Victoria Embankment under construction in 1865/wiki/Victoria_Embankment台湾大学张文亮摄第30页，共40页。工程在1874年完成，来年，他被皇室封为爵士。1888年，他担任英国土木工程师学会的主席，巴泽尔杰特后来被称

18、为保护人类免受瘟疫的第一个工程师。普世都市排水工程的典范台湾大学张文亮摄第31页，共40页。伦敦成为普世第一座建造污水下水道系统的城市，并且为世界各城市所仿效，以保障居民的生命安全。例如在1870年的法国巴黎、1884年的日本东京等，也进行污水下水道系统的建造。普世都市排水工程的典范台湾大学张文亮摄第32页，共40页。伦敦的污水道系统，后世称为超级污水道（super-sewer），因其工程庞大，施工完成后污水主干道有720公里长，支干线21,00公里长，所用的水泥约670,000吨工程完工后伦敦不再发生瘟疫，推动普世都市污水下水道系统（urban sewerage system）的兴建。普世都

19、市排水工程的典范台湾大学张文亮摄第33页，共40页。1870年伦敦居民已达四百万人，新设小区在伦敦周遭不断产生，建造之前，都要接上污水管，与都市污水道相联。普世都市排水工程的典范污水管的连接需检定接妥；不同混凝管管口的连接需防止隙缝，以免污水外漏；污水道需定期有人下去清淤，以防污水颗粒沉降造成淤积；污水细菌滋生也会造成管壁腐蚀，严重将造成穿孔。台湾大学张文亮摄第34页，共40页。他在晚年时给首都污水下水道委员会写道：我走了几天的时间走在污水的主干在线，支干线的口径已经不是我所能钻进去的，我看到一些缺陷，要我的助理记下。我知道整个都市（超过3000条街道）已经没有传染病的角落，居民可以享受到自海

20、边吹来凉快、清新的微海风。逝世前，有人称他：大英帝国拯救最多人生命的人，他摇头反对说：是南丁格尔（Florence Nightingale, 1820-1910）。他祇要求葬在圣玛丽墓园的一角。普世都市排水工程的典范第35页，共40页。英国诗人麦克唐纳（George MacDonald, 1824-1905）目睹这一切，写下一首诗歌：我说：让我走在野外。上帝却说：不，与我到城市同行。我说：那里没有花朵。上帝却说：却有冠冕。我说：那里的空气污浊，只有噪音与幽暗。上帝往城市走，并说：因为那里满了罪。我说：污染的恶臭，已经充满了都市。上帝却说：更深幽暗的笼罩，是在他们的心灵。我说：若再前往，我的朋友将认为我也落入黑暗。上帝却说：今夜是你的抉择，在乎朋友的看法或是我。我祈求：再多给一点时刻。上帝说：真的这么难作决定？在我是没有难成的事。末了，我与上帝走向幽暗的都市。普世都市排水工程的典范台湾大学张文亮摄第36页，共40页。二十世纪后，都市污水管中腐蚀管壁的菌种：嗜酸硫化杆菌（Acidithriobacillus thiooxidans）、流杆菌（Thiobacillue plumbophilus）、塩硫杆菌（Halothiobacillus neapolitanus）等大都被发现，这些细菌在水中将硫酸塩还原硫化氢，硫化氢到空气中又溶在污水管上方的水珠或水膜中，所以污水