未来的海上建筑

这篇论文写了我设想中的未来的海中的建筑，这种建筑将会取代现在的建筑而成为以后的居所。未来的海上建筑俗话说的好，“三山六水一分田”，在所有的地表面积中，我们可以利用的部分只占了十分之一而已，而更多的部分则是被水所占据。对于我国来讲，在我国陆地面积中，耕地占13．7％，园地占1．1％，林地占23．9％，牧草地占28．0％，居民点工矿用地和交通用地占3．1％，水域占4．4％，未利用土地占25．8％。上述数据不含我国台湾省。我国的土地利用有以下几点特点：土地利用类型多样，但以农用地为主。农用地占全部土地的67％以上。各类用地分布不均衡，土地利用的区域差异大。我国的耕地、林地、水域和建设用地主要集中在东部和中部地带，而牧草地、未利用土地主要集中在西部地带。因人口众多，人均各类用地数量少。我国土地总面积居世界第三位，但人均土地面积不到世界人均值的三分之一，人均耕地不及世界人均值的一半。我国人均林地和牧草地仅为世界的18％和33％。近年来耕地大量减少，土地退化，生态环境逐步恶化。据调查，1986—1995年我国非农业建设占用耕地7500万亩左右。近年来一些地区对耕地投入减少，重用轻养，地力衰退。由于超载放牧，滥砍森林，全国有四分之一的草场退化，水土流失和荒漠的面积不断扩大。三废污染和农药污染面积有所增加。土地开发程度较高，但利用粗放。我国农业土地利用指数、耕地复种指数、林地利用指数、牧草地利用指数都高于世界平均水平。但各类用地的实际利用水平和产出率却不高。在我国建设用地中，特别在近年来建立的各类开发区中，一些土地被闲置撂荒。在农用地中，我国农产品畜产品单产也明显低于先进国家，这意味着我国土地利用潜力很大。但是我国的人口总量以及增长速度却是一个不容忽视的问题，这么大的面积除以13亿分之一后将变成一个可怜的小数值。我国庞大的人口给了有限的土地面积相当大的压力。值得我们三思。既然我们的陆地面积有限，并且利用状况已经到达极限了，那么我们可以换一种想法啊，俗话说的号，不要再一棵树上吊死，钻进了死胡同要学会转身。那么我们地表上面积最大的事什么呢？想一下，显然的，是水，或者说是大海。太平洋，大西洋，印度洋，北冰洋，这四大洋占了地表超过一半的面积，如果我们不加以利用，那可真是暴殄天物了。有人会说，在海上能住人么？现在也许不会，但看看我们现在对大海资源的利用吧！海底隧道，天然的海底世界，潜水娱乐等等。那你现在还会怀疑我们会对大海素手无策吗？答案是显然的，我们人类才是大自然的主宰，只有想不到，没有做不到。大家一定记得水城威尼斯吧。威尼斯是一个美丽的水上城市，它建筑在最不可能建造城市的地方-水上,威尼斯的风情总离不开“水”，蜿蜒的水巷，流动的清波，她就好像一个漂浮在碧波上浪漫的梦，诗情画意久久挥之不去。这个城市，有一度曾握有全欧最强大的人力、物力和权势。威尼斯的历史相传开始于公元453年；当时威尼斯地方的农民和渔民为逃避酷嗜刀兵的游牧民族，转而避往亚德里亚海中的这个小岛。威尼斯外形像海豚，城市面积不到7.8平方公里，却由118个小岛组成，177条运河蛛网一样密布期间，这些小岛和运河由大约350座桥相连。整个城市只靠一条长堤与意大利大陆半岛连接。 这里建筑的方法，是先在水底下的泥上打下大木桩，木桩一个挨一个，这就是地基，打牢了，铺上木板，然后就盖房子，这儿的房子无一不是这么建造的。所以有人说，威尼斯城上面是石头，下面是森林。当年为建造威尼斯，意大利北部的森林全被砍完了。这样的房子，也不用担心水下的木头烂了，它不会烂的，而且会越变越硬，愈久弥坚。此前考古者挖掘马可•波罗的故居，挖出的木头坚硬如铁，出水后见了氧才朽。威尼斯肥沃的冲积土质，就地而取材的石块，加上用邻近内陆的木头做的小船往来其间；在淤泥中，在水上先祖们建起了威尼斯。这个不到8平方公里的城市，却被一百多条蛛网般密布的运河割成一百多座小岛，岛与岛之间只凭各式桥梁错落连接，初来乍到很快便会迷失在这座“水城”中。好在有大运河呈S形贯穿整个城市。沿着这条号称“威尼斯最长的街道”，可以饱览威尼斯的精华而不用担心迷路。沿岸的近200栋宫殿、豪宅和七座教堂，多半建于14至16世纪，有拜占庭风格、哥特风格、巴洛克风格、威尼斯式等等，所有的建筑地基都淹没在水中，看起来就像水中升起的一座艺术长廊。平日里大运河真的像一条熙熙攘攘的大街一样，各式船只往来穿梭其上，最别致的当然还是贡多拉。我的设想就是在海上建造很多的建筑，这些建筑将和原先陆地上的建筑一样可以住人，人类生活其中将会和住在陆地上的建筑一样舒适幸福，甚至会更好。首先我介绍一下我这个建筑大致状况，它的外形将会不同于现在的建筑，现在的建筑基本都是楼层式样的房子，一层一层可以到达数十上百层，一般还会有地下室。然而我的建筑并不是这个样子的，它会分成水面上和水面下两个部分，水面上的部分的顶层会有采光的机器，负责收集人们日常所需的阳光，楼顶还要有各种娱乐设施，毕竟晒太阳是一件很惬意的事情，上层的一些楼层一般是给一些机器用的，因为要在水下嘛，所以一些处理时必须的，除了上层的部分其他的部分都可以住人。而水下的建筑则有些难度了，首先密闭式肯定的了，不能让水进来，下层的部分可以交给渔业部门或者海底勘测部门，这样就能能各取所需并且充分利用了，大致楼层分工就是这样了。在水上建造建筑真的很有难度，看看当代有哪些水上或水下的建筑吧。我肯定不会使用这种耗时耗力的方法的，我的建筑应该是悬浮于海上的，一定会有一种特殊的现在尚未开放的材料符合这种要求的。现在来看看我们已经拥有的一些材料。看完这么多的材料，我们会发现这么多的材料居然没有一个符合我们的要求，可以悬浮在水中，还可隔绝水，并且还足够的坚固。所以在将来会有这么一种建筑复合材料，它完全符合我们的要求，并且制作成本很低，工艺并不复杂，还不会有污染。这种材料将会成为未来建筑的首要选择，也许还会成为世界上强制使用的建筑材料。安全，实用，经济，还环保，谁会不使用这样一种完全优越于其他各种材料的材料呢？在材料问题解决了以后，我们又面临着新的问题，楼顶的阳光采集问题，现代的太阳能采集技术已经相当优越了，看着家家户户楼顶的太阳能热水器就可以了解了。但是利用率的问题亟需解决，每天有大量的阳光被我们浪费掉了。也许我们可以在建筑的顶端设置一层吸收膜，这个吸收膜可以吸收一定的阳光，但是又不会完全吸收光，它会投射过一部分的阳光供给人们来晒太阳。而且这个吸收膜还有抵抗雨雪的功能，但是雨水中含有一定量的腐蚀物质，这个问题又需要我们来解决。在吸收膜的表面我们可以再铺一层防腐蚀层，对于防腐蚀的方法，我这里有几种对于金属或类金属的方法。改变金属的内部结构。例如，把铬、镍加入普通钢中制成不锈钢。在金属表面覆盖保护层。例如，在金属表面涂漆、电镀或用化学方法形成致密耐腐蚀的氧化膜等。电化学保护法。因为金属单质不能得电子，只要把被保护的金属做电化学装置发生还原反应的一极——阴极，就能使引起金属电化腐蚀的原电池反应消除。具体方法有：a.外加电流的阴极保护法。利用电解装置，使被保护的金属与电源负极相连，另外用惰性电极做阳极，只要外加电压足够强，就可使被保护的金属不被腐蚀。b.牺牲阳极的阴极保护法。利用原电池装置，使被保护的金属与另一种更易失电子的金属组成新的原电池。发生原电池反应时，原金属做正极(即阴极)，被保护，被腐蚀的是外加活泼金属——负极。此外，还有加缓蚀剂等方法，减缓或防止金属被腐蚀。所以谁太阳能源的问题也不再是问题了。 现在再来看看这个建筑的外形吧，我的想法是它会被设计成金字塔形状，斜面更有利于阳光的吸收，它与阳光的接触面积是最大的。当然也不完全是金字塔状，它的顶端还会是平的，吸收的太阳能在顶层的转化装置中转化为电能和内能来供我们人类生活。在四面开窗户可以更好的透气，接受阳光。由于是漂浮的，所以它的水下部分要比上面部分更大一点，这样才有利于它的稳定，正好我们的金字塔设计符合这个要求。它的最下面并不是封闭的，在最下层会有一些捕捞活动，可以捕捉各种海鲜，自给自足。另外还有开采设备，海底的资源是无穷无尽的，我们不会忽视这样一个宝库的。但是最下层与稍微上一层需要密闭，不然水漏上来就不好了。中间的部分由于是水和空气的交界处，特别容易受到电化学腐蚀。所谓的电化学腐蚀就是不纯的金属跟电解质溶液接触时，会发生原电池反应，比较活泼的金属失去电子而被氧化，这种腐蚀叫做电化学腐蚀。钢铁在潮湿的空气中所发生的腐蚀是电化学腐蚀最突出的例子。我们知道，钢铁湿的空气很快就会腐蚀。在潮湿的空气里，钢铁的表面吸附了一层薄薄的水膜，这层水膜里含有少量的氢离子与氢氧根离子，还溶解了氧气等气体，结果在钢铁表面形成了一层电解质溶液，它跟钢铁里的铁和少量的碳恰好形成无数微小的原电池。在这些原电池里，铁是负极，碳是正极。铁失去电子而被氧化.电化学腐蚀是造成钢铁腐蚀的主要原因。金属材料与电解质溶液接触，通过电极反应产生的腐蚀。电化学腐蚀反应是一种氧化还原反应。在反应中，金属失去电子而被氧化，其反应过程称为阳极反应过程，反应产物是进入介质中的金属离子或覆盖在金属表面上的金属氧化物（或金属难溶盐）；介质中的物质从金属表面获得电子而被还原，其反应过程称为阴极反应过程。在阴极反应过程中，获得电子而被还原的物质习惯上称为去极化剂。在均匀腐蚀时，金属表面上各处进行阳极反应和阴极反应的概率没有显著差别，进行两种反应的表面位置不断地随机变动。如果金属表面有某些区域主要进行阳极反应，其余表面区域主要进行阴极反应，则称前者为阳极区，后者为阴极区，阳极区和阴极区组成了腐蚀电池。直接造成金属材料破坏的是阳极反应，故常采用外接电源或用导线将被保护金属与另一块电极电位较低的金属相联接，以使腐蚀发生在电位较低的金属上。关于如何防止电化学腐蚀，我在上面已经有了简单的介绍了。这个建筑的基本状况已经介绍了，下面就是生活问题了。这个建筑是要住人的，所以我们必须要考虑很多状况，我们人住在里面会存在哪些问题，毕竟这个是为了自己的生活，必须慎之又慎。能源问题我们做的外层吸收膜吸收的阳光可以解决，这个太阳能是完全环保的，取暖问题也就顺带着解决了。民以食为天，我们必须考虑到吃饭问题，其实这个是最不需要注意的问题，海洋是一个巨大的宝库，我的金字塔的最底层是一个天然的捕捞装置，每天会有无数的海鲜被打捞上来。另外我们还可以在金字塔的外围进行养殖，可以养殖各种鱼类，贝类，海菜。除此之外呢？还有什么事我们人类必须的呢？答案的氧气，没有氧气，我们连一刻都活不成的。我们的建筑大部分都是在水下，所以居住在水下的居民一定会面临氧气不足的局面。在海底哪里可以可以得到氧气呢？想一想那些海藻吧，它们也需要呼吸，它们是怎么做到的呢？答案是光合作用。植物利用阳光的能量，将二氧化碳转换成淀粉，以供植物及动物作为食物的来源。叶绿体由于是植物进行光合作用的地方，因此叶绿体可以说是阳光传递生命的媒介。植物与动物不同，它们没有消化系统，因此它们必须依靠其他的方式来进行对营养的摄取。就是所谓的自养生物。对于绿色植物 来说，在阳光充足的白天，它们将利用阳光的能量来进行光合作用，以获得生长发育必需的养分。这个过程的关键参与者是内部的叶绿体。叶绿体在阳光的作用下，把经有气孔进入叶子内部的二氧化碳和由根部吸收的水转变成为淀粉，同时释放氧气有关化学方程式H₂O→2H+1/2O₂（水的光解）NADP++2e-+H+→NADPH（递氢）ADP+Pi→ATP（递能）CO₂+C5化合物→2C3化合物（二氧化碳的固定）2C3化合物→（CH₂O）+C5化合物（有机物的生成或称为C3的还原）ATP→ADP+PI（耗能）能量转化过程：光能→不稳定的化学能（能量储存在ATP的高能磷酸键）→稳定的化学能（糖类即淀粉的合成）怎么样在海中实现光合作用呢从而产生氧气呢？想想看我刚才举得例子吧，对，就是海藻。海藻我们可以把海藻种植在我们的金字塔的周围，由于上面有阳光射入到金字塔上，这些我们种植的海藻就会进行光和作用，光合作用需要二氧化碳，正好我们人类呼吸产生的废物就是二氧化碳，海藻进行光合作用吸收我们呼出的二氧化碳，产生我们需要的氧气，我们又呼吸产生二氧化碳，又会被海藻吸收，如此往复下去，我们呼吸需要氧气的问题就自然的解决了。还有绿色植物可以欣赏，真是一举多得啊。还有交通问题，因为我们以后就居住在这样的金字塔中了，所以我们设计的交通方式就是在这些金字塔之间，并不需要到地面去。这个可以参考海底隧道。我们在各个金字塔之间建造一条条海底隧道,在隧道中设置有公共汽车，这样我们就可以方便的到达和返回各个金字塔了。上班，买菜，旅游的交通问题也就迎刃而解了。随之而来的还有通信问题，在水下手机信号会很差，我们就不太可能使用手机来通信了。光缆其实早就有了，不过还不普及。利用光缆的覆盖，我们将整个海洋笼罩在通信范围之下。这样一来，我们的通信就会像使用手机一样方便了。这样的话，我们就可以幸福舒适的住在金字塔里面了，不用去担心食物问题，空气问题，交通问题，通信问题，娱乐问题了。也许还有很多考虑不周的地方，但只要随着我们的入住，一点一点的发现这些问题，然后想到解决的方法。再一个一个将这些问题排除掉。我们的海上建筑将会变得更加完美，舒适。另外我们的业余生活也很重要，我们老年人需要一些安静的环境好的地方休息。所以我们会在金字塔里建造一些绿色的公园。我们的小孩需要一些玩耍的地方。我们会建造一些游乐园来供他们玩耍。我们大人也需要一些消遣的地方。随之而来的就会有一些健身房，酒吧，游戏厅之类的娱乐场所。在金字塔里将会是其乐无穷，乐不思蜀。 随着我们可利用的土地越来越少。我们住房问题日趋严重。房价居高不下。我们就只有坐以待毙吗？不会的，海洋，这个大自然的宝库给了我们无限的资源。海上建筑并不是遥不可及的。看看这个设想吧，完全符合我们人类的生存要求。住在里面舒适而又方便。可以说海上建筑的时代就要来临了。中国境内不仅有常见的构造地貌、河流地貌、海岸地貌，而且有现代冰川和古代冰川作用遗迹、冻土和冰缘作用现象、沙漠和戈壁等,还有在一定气候条件下,反映特殊岩性的石灰岩地貌和黄土地貌。中国地貌种类的多样、典型,是世界其他国家难以相比的。地势总特点中国大陆西高东低，自西向东形成三大阶梯下降。第一级阶梯是青藏高原，高原面海拔多在4000～5000米,其上耸峙多座海拔超出7000米,甚至8000米的山峰，享有“世界屋脊”之称。第二阶梯是青藏高原的北缘与东缘到大兴安岭、太行山、巫山、雪峰山之间，包括了若干高原和盆地，盆地底部高低不一，高原面海拔多在1000～2000米。第三级阶梯是更东的低山丘陵和大平原，山丘海拔多在千米以下，平原一般不超过200米。这一级阶梯也包括沿海大陆架，其水深通常在200米以内。垂直分布特点以贺兰山、六盘山、龙门山、哀牢山为界，可将中国分为东西两部，中国西部，从新疆吐鲁番盆地底部的艾丁湖湖面(海拔－154米)到中尼边界的珠穆朗玛峰（海拔8848.13米）,高差可达9000米；东部从海滨平原到秦岭的太白山（海拔3767米）或台湾省的雪山（海拔3884米），高差不到4000米。两者地势高差和倾斜方向均不相同，特点各异。昆仑山脉以南的西部南方，阶坡明显的只有其北缘的昆仑山北坡和东缘的龙门山东坡，其余边缘多和缓的倾斜，很难划出阶梯的边坡。昆仑山以北的西部北方，主要为高大山系所围隔的大型盆地，如昆仑山与天山之间的塔里木盆地、天山与阿尔泰山之间的准噶尔盆地、昆仑山与祁连山之间的柴达木盆地、祁连山与走廊北山之间的河西走廊等。上述盆地底部均甚平坦，但其高程却甚悬殊，最高者和最低者可相差近3000米。各盆地周围的山地，许多山峰又高出盆地本身3000～4000米，甚至5000～6000米，地面相对起伏巨大。中国东部真正存在阶梯地形的，只有在上述第二阶梯的前缘和第三阶梯的后缘之间。前者是内蒙古高原、山西高原、鄂西高原和云贵高原（见云南高原、贵州高原），后者是东北平原、华北平原、江汉平原和江南丘陵，双方高差达1000～2000米，其间又多具有连续而陡峭的斜坡，坡折相当明显。然而,在高原地带的西侧,出现地势低下的河套——银川平原（见河套平原）、渭河关中平原和四川盆地，而在平原丘陵地带的东侧，更有地势高起的辽东山地、山东山地及浙、闽、粤沿海山地，因而在一定程度上它们打破了地势由西向东递降的局面。