Jon+Creyts+Robert+McIntosh

零下44攝氏度卻毋須供暖設(shè)施，熱能與水的需求降低99%，電力消耗降低90%，產(chǎn)生這一奇跡僅僅是因?yàn)楦铝私ㄖO(shè)計(jì)理念

1983年，落基山研究所（RMI）聯(lián)合創(chuàng)始人盧安武在海拔2200米的大山中修建了一棟建筑作為自己的住宅和辦公室。雖然當(dāng)?shù)囟熳罾鋾r(shí)有零下44攝氏度，但這棟建筑卻沒(méi)有安裝任何供熱系統(tǒng)。它依靠完美的設(shè)計(jì)滿足了使用者對(duì)舒適度的需求：超高能效窗戶引入自然光的同時(shí)鎖住了室內(nèi)熱量;具有良好蓄熱功能的地面基礎(chǔ)使室內(nèi)溫度保持恒定，保證了舒適度;屋頂太陽(yáng)能發(fā)電板為室內(nèi)的電器供電;位于住宅中心的開(kāi)放式溫室為使用者提供自然光。

這棟住宅憑借設(shè)計(jì)本身就節(jié)約了99%的熱能與水的需求，節(jié)約了其他方面90%的用電需求，且整個(gè)項(xiàng)目在不到10個(gè)月就收回了新增成本。這一創(chuàng)新設(shè)計(jì)為后來(lái)歐洲“被動(dòng)房屋”運(yùn)動(dòng)中3萬(wàn)余座類似建筑以及落基山研究所最新落成的巴索爾特創(chuàng)新中心提供了靈感。今天，我們將這種設(shè)計(jì)概念稱為“一體化設(shè)計(jì)”。

一體化設(shè)計(jì)能夠以一次性的投資成本實(shí)現(xiàn)多重效益，并要求打破傳統(tǒng)思維模式來(lái)確保創(chuàng)新解決方案。這是一種牽涉面遠(yuǎn)超過(guò)建筑設(shè)計(jì)的概念，要實(shí)現(xiàn)這些突破性的解決方案需要重視下列三個(gè)核心理念。

首先，關(guān)注終端用戶的價(jià)值需求。房屋使用者并不一定需要電力、煤炭、天然氣或是空調(diào)與冰箱，他們需要的是溫度適宜的茶水和舒適的房間，并且要以高度便捷的方式滿足這些需求。因此，如何以最低的成本提供這些價(jià)值才是我們的目標(biāo)。通過(guò)一次性投資實(shí)現(xiàn)多重效益，能夠確保資本及其回報(bào)得到優(yōu)化。例如，在居住空間中心設(shè)計(jì)一處天井能夠帶來(lái)新鮮空氣、熱度、濕度以及光照。

其次，在關(guān)注終端用戶價(jià)值的同時(shí)，打破設(shè)計(jì)局限進(jìn)行全系統(tǒng)考慮。在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中，效率常常意味著通過(guò)重復(fù)工作提高生產(chǎn)力：機(jī)械、結(jié)構(gòu)和電氣設(shè)計(jì)等標(biāo)準(zhǔn)各自獨(dú)立進(jìn)行，并根據(jù)過(guò)往經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行復(fù)制或調(diào)整，常常出現(xiàn)設(shè)計(jì)過(guò)度或性能不佳的狀況。通過(guò)整合設(shè)計(jì)，我們就有可能發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中的浪費(fèi)：選擇高性能窗戶能夠大幅提高建筑的隔熱性能，因此能夠降低對(duì)暖通空調(diào)系統(tǒng)容量的需求，使用超高效照明與電器能夠減少它們散發(fā)的熱量，從而降低建筑對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的需求。如果設(shè)計(jì)得當(dāng)，我們可以完全擺脫管道和空調(diào)系統(tǒng)，除了節(jié)約系統(tǒng)成本以外，這樣做還能節(jié)約更多空間供用戶使用、出租或縮小建筑規(guī)模，從而提高項(xiàng)目的整體經(jīng)濟(jì)性。

最后，在對(duì)比不同方案時(shí)，考慮整個(gè)系統(tǒng)壽命周期的成本與收益，而不僅關(guān)注前期投資。無(wú)論是在商業(yè)投資還是個(gè)人投資決策制定過(guò)程中，前期成本常常具有決定性作用。智能設(shè)計(jì)往往會(huì)增加前期投資，但收回成本也很快。高能效表現(xiàn)的窗戶與電器、加厚的混凝土地基、太陽(yáng)能發(fā)電板和其他調(diào)整手段確實(shí)增加了盧安武住宅的建設(shè)成本。但是，電費(fèi)和天然氣節(jié)約在不到一年的時(shí)間里就收回了這些成本，并且這些節(jié)約將會(huì)持續(xù)積累。當(dāng)然，并不是所有項(xiàng)目都有這么高的經(jīng)濟(jì)性，但許多創(chuàng)新融資機(jī)制能夠更好地平衡前期成本增量和長(zhǎng)期收益之間的關(guān)系，從而克服此類項(xiàng)目可能會(huì)遇到的投資障礙。

落實(shí)了一體化設(shè)計(jì)的這三個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，我們就有更多機(jī)會(huì)在各個(gè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)更大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，無(wú)論是基礎(chǔ)工業(yè)工程還是城市設(shè)計(jì)等。

全球大約60%的電力用來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，而其中超過(guò)一半的電機(jī)用來(lái)驅(qū)動(dòng)泵和風(fēng)扇。根據(jù)不同電機(jī)的使用年限和型號(hào)，能夠通過(guò)許多已知的經(jīng)濟(jì)手段提高電機(jī)效率，降低其總能源消耗達(dá)50%。但如果我們退后一步思考，利用一體化設(shè)計(jì)改造泵系統(tǒng)，將會(huì)獲得更大的能源節(jié)約。

泵系統(tǒng)用來(lái)移動(dòng)液體，通常是利用低價(jià)、標(biāo)準(zhǔn)的管道系統(tǒng)直角鋪設(shè)。但若將直徑小且彎曲的長(zhǎng)管道替換為直徑較大且彎角更平穩(wěn)的短管道，就可以讓泵系統(tǒng)的體積變小，大大降低泵系統(tǒng)所需的能源，且達(dá)到同樣目的：移動(dòng)液體。這樣做不但能節(jié)約能源，同時(shí)還能降低三倍的空氣污染和碳排放。

大約20年前，荷蘭地毯制造商Interface Nederland公司在其上海的工廠建設(shè)項(xiàng)目中采用了一體化設(shè)計(jì)理念。通過(guò)重新設(shè)計(jì)進(jìn)料系統(tǒng)，該公司降低了86%的能源需求，在降低成本的同時(shí)也減少了生產(chǎn)設(shè)施所占空間。通過(guò)以更短距離和直線路徑輸送液體（最終價(jià)值），用小泵和大直徑管道替代大泵和小直徑管道（通過(guò)全系統(tǒng)設(shè)計(jì)），雖然增加了前期建設(shè)成本，但打造出更高效的系統(tǒng)，很快就收回了投資成本。

類似的做法也可以應(yīng)用在工廠的整體設(shè)計(jì)中。2009年，美國(guó)得州儀器公司運(yùn)用一體化設(shè)計(jì)原理設(shè)計(jì)了其位于得克薩斯州理查德森的一處芯片制造廠，建筑面積約10萬(wàn)平方米。采用優(yōu)化了的泵系統(tǒng)、變速電機(jī)、重力設(shè)計(jì)廢物排放系統(tǒng)和深度余熱回收系統(tǒng)，最終將制造廠年度能源消耗降低了20%，二氧化碳排放降低了50%，污水排放降低了35%，同時(shí)降低建筑運(yùn)營(yíng)成本達(dá)30%。這一標(biāo)志性能效提升案例為日后所有芯片制造廠樹(shù)立了一體化設(shè)計(jì)范例。

除了改變單個(gè)工廠外，我們還可以利用一體化設(shè)計(jì)改善整個(gè)產(chǎn)業(yè)部門能效。

如今，出行方式、電氣化和無(wú)人駕駛等發(fā)展趨勢(shì)在社會(huì)上得到廣泛宣傳。從一體化設(shè)計(jì)角度來(lái)看，它們創(chuàng)造的價(jià)值是實(shí)實(shí)在在的，我們面對(duì)的問(wèn)題則來(lái)自當(dāng)前以汽車為中心的交通系統(tǒng)中惰性的資本和效率低下的技術(shù)。

從終端用戶需求入手，大部分汽車擁有者并不需要汽車，他們需要的是個(gè)性化出行方式。為了滿足這一需求，一直以來(lái)大部分美國(guó)人的選擇是購(gòu)買汽車。但事實(shí)上，私家車在95%的時(shí)間里都閑置在停車場(chǎng)。而當(dāng)汽車上路時(shí)，由于交通擁堵，只在約2%的時(shí)間里汽車能夠高效地將乘客運(yùn)送到目的地。這是一個(gè)效率非常低下的系統(tǒng)！更糟糕的是，在美國(guó)，多數(shù)汽車?yán)镏蛔幻丝?。我們?jì)算了使用重達(dá)1500千克的汽車運(yùn)送重量?jī)H為80千克乘客的能量轉(zhuǎn)化率，結(jié)果是汽車消耗的能源中僅有1%直接用于為乘客提供出行服務(wù)。顯然，這是一個(gè)亟須一體化再設(shè)計(jì)的低能效系統(tǒng)。

汽車電氣化和輕體化都是對(duì)前期投資要求較高的技術(shù)，但它們能夠通過(guò)行駛過(guò)程中的能源節(jié)約來(lái)收回成本，而且大幅提升出行系統(tǒng)中的能源轉(zhuǎn)換效率。優(yōu)步和滴滴等提供的車輛分享服務(wù)能夠提高個(gè)體車輛的利用率，有助于加快此類技術(shù)的投資回收速度。而自動(dòng)駕駛技術(shù)能夠進(jìn)一步提高利用率并將司機(jī)成本從系統(tǒng)中剔除，以更低的成本提供更多出行服務(wù)，從而更顯著地改善系統(tǒng)效率。因此，蘋果、谷歌、百度等商業(yè)巨頭都如此專注于開(kāi)發(fā)此類解決方案。

從社會(huì)角度來(lái)看，以全系統(tǒng)思維模式重新布局城市系統(tǒng)能夠進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)優(yōu)化出行的經(jīng)濟(jì)效益。在這里，我們可以通過(guò)開(kāi)發(fā)更多多功能社區(qū)和更適于步行的城市區(qū)域來(lái)降低市民長(zhǎng)距離出行的需求，這樣我們就可以通過(guò)一體化設(shè)計(jì)使市民更加便捷地滿足其各自的工作、生活和娛樂(lè)等需求。

通過(guò)研發(fā)輕體汽車、電動(dòng)車以及自動(dòng)駕駛汽車，能夠在不久的將來(lái)重新定義人與汽車的關(guān)系。我們的研究分析表明，未來(lái)幾年美國(guó)汽車持有量將達(dá)到峰值，然后開(kāi)始下降，而且每乘客每公里平均成本將比現(xiàn)有水平降低四分之三。

一體化設(shè)計(jì)能夠發(fā)現(xiàn)和解決消費(fèi)者的真正需求，無(wú)論是舒適度、傳輸液體、制造產(chǎn)品還是完成出行。一體化設(shè)計(jì)可以催生重新思考、重新設(shè)計(jì)或重新制造產(chǎn)品或服務(wù)的市場(chǎng)機(jī)遇，落基山研究所預(yù)計(jì)，僅在美國(guó)，這些市場(chǎng)機(jī)遇的潛在規(guī)模就可超過(guò)每年1萬(wàn)億美元。

當(dāng)今是一個(gè)技術(shù)和商業(yè)模式都處在顛覆式變革的時(shí)代，一體化設(shè)計(jì)就是這樣的雙重顛覆。通過(guò)幫助我們建設(shè)更好的建筑，制造更好的汽車，搭建更好的交通網(wǎng)絡(luò)以及基礎(chǔ)設(shè)施，一體化設(shè)計(jì)將成為新時(shí)代下的經(jīng)濟(jì)核心要素。

（Jon Creyts 為落基山研究所常務(wù)董事，Robert McIntosh為該所高級(jí)咨詢師，編輯：馬克）