导读 ASCE的“未来世界愿景：基础设施重构”项目邀请工程师深入研究影响全球的重要趋势，以及这些趋势在未来10年，25年和50年内如何发挥作用。目的是全面相识这些趋势对行业的影响，并资助土木匠程师为自己和修建情况做好准备，迎接未来的挑战。
——Laurie A.Shuster消息泉源：FengSLab本文翻译自ASCE期刊Civil Engineering的文章"WHAT LIES AHEAD?"作者Laurie A.Shuster是该刊的编辑。部门插图和视频泉源：futureworldvision.org气候变化。替代能源。
高科技制作。无人驾驶汽车。智慧都会。融资厘革。
这些问题中的任何一个都可能在未来10、25甚至50年的生长历程中对土木匠程领域发生重大影响。如果加在一起，它们之间的相互作用以及它们对设计和制作的影响将会是深远的，甚至是革命性的。
因此，ASCE勉励工程师立刻开始研究那些对修建情况有重大潜在影响的趋势，以及这些趋势之间如何交织，互动，影响，进而在未来几十年中，对土木匠程师学习、实践和就职方式发生基础性的转变。这项事情被称为——未来世界愿景：基础设施重构（futureworldvision.org）。该项目始于ASCE及其行业向导者理事会（ILC）召集了一支由工程修建业内和业外的员工及志愿者组成的团队，以确定哪些文化，社会，经济，情况和技术趋势可能在塑造行业未来方面最重要。
这个跨学科的团队发现了100多个这样的趋势，最终将它们缩小到最重要的25个。ASCE的董事会随后聘请了Altman Vilandrie＆Co.——一个总部位于波士顿的战略治理公司，专门研究电信，媒体和技术，以进一步将上述趋势缩小到六个，并举行更深一步的探索。
Altman Vilandrie分析了这6种趋势在10、25和50年中的所有可能效果，并以差别的方式将它们组合起来以构建四种可能的未来场景。趋势和场景在陈诉《未来世界愿景：基础设施重构》中举行了详细说明，它只是ASCE未来世界愿景项目的第一阶段，这是指导工程师深入研究挑战的起点并保证了这个行业前途无量。被认为对该行业最重要的六个趋势是：气候变化替代能源高科技修建自动驾驶智慧都会公共融资这些趋势可以朝着任何偏向生长。
例如，在已往的50年中，气候变化的影响可能会改善或恶化。自动驾驶可能会先影响货运或公共交通系统，然后才影响到驾驶员。通过这种努力建立的四种场景称为“韧性都会”，“先进都市”，“疏散定居点”和“不平等飞地”，它们探讨了许多可能性。（四种场景参见文末）先进都市是为该项目建立的四个场景之一，它预示了无人机和智能都会传感器等技术生长将加速推动都市化的历程。
“这是在国际劳工大会上举行的一系列讨论中得出的。在这次讨论中我们深信，相比已往50年，100年，甚至更长时间，整个土木匠程和基础设施的外部情况在未来10年左右的时间里将有更大的变化。
”担任Northrop Grumman公司战略总监的Gerald Buckwalter（ASCE助理成员）说。他曾在小布什总统和奥巴马总统的领土宁静部国家基础设施咨询委员会任职，之后加入了ASCE的国际劳工大会。Buckwalter向导了一个团队，在ASCE推进这个项目的初始阶段时为其提供建议。
“当这些变化朝着你所处的偏向生长时，是时候做一些认真的未来分析了。”场景计划的最大价值——一种大型承包商和政府自己经常使用的方法，也是Buckwalter在Northrop Grumman公司实施的——来自于“你所履历的思考历程，思考哪些趋势是最重要的，对你的职业有最大的影响，它们可能会有什么样的效果，以及它们在相互联系时如何相互影响。”他说，“我们希望与整个ASCE协会分享这一思维历程，以便每小我私家都能从这一历程中受益。”显然，质料、可视化技术、设计和制作自动化、能源合成、运输方法以及其他技术的进步将导致重大变化，这些变化将在未来影响设计和制作领域，以及支撑社区的基础设施。
“这是我们尽早开始的时机，并找出对修建情况最理想的未来。”Buckwalter说，“然后你可以从中梳理出什么是土木匠程师和ASCE的合适角色？再从中梳理出当前和未来的土木匠程师需要什么样的工程能力和技术？”人工智能和物联网贯串许多趋势的两个进步是人工智能(AI)的生长和“物联网”(IoT)发生的数据量的增加——特别是“基础设施互联网”(IoI)。越来越多的基础设施或基础设施的某部门被设计成包罗传感器的形式，这些传感器通过电线或Wi-Fi毗连到其他组件，例如监测它们的康健状况或控制它们的操作。这些IoI设备生成的数据必须被监控、整理和分析。
“我认为将导致某种或其他形式的大规模变化的趋势之一是，内置于种种基础设施中的所有传感器的海量数据和数据分析。” Buckwalter 说，“这将缔造一种全新的形式，我们必须弄清楚。”修建物、桥梁、管道、甚至河流和小溪中的传感器已经向基础设施设计者、所有者和操作员通报了海量数据。
在未来，Buckwalter说，“将会有从基础设施到土木匠程师的通信，也会有无生命物体到无生命物体的通信。”他们将分享相互的职位。
然后突然之间，你的基础设施系统(险些)是活的，因为它们相互通信并相互响应。“我们的一些土木匠程丈量技术将会消失，因为这些丈量将是自我支撑的。
”Buckwalter说，“这就是未来。”不久，更庞大的系统将不仅仅能传输数据。“如果任何你界说的人工智能加上，从简朴的事物好比自动汽车到越发庞大的思考机械，它都将对我们需要建设，维护或更换的基础设施发生重大影响。
”Buckwalter指出。自动化制作技术机械学习的进步只会增加庞大性。
“这是一个合乎逻辑的效果，盘算机将能够相互交流，做出一些人类现在做出的决议。大多数人认为在50年内会有这样的事情发生。那么我们希望机械做出什么样的决议呢?”凭据David J. Odeh, P.E., S.E., F.ASCE（注册工程师，结构工程师，美领土木匠程师协会会士）所说，做决议不是AI唯一会取代的事情。
他是北普罗维登斯州罗德岛Odeh Engineers 公司的结构工程师兼卖力人，也是设计自动化和虚拟现实及增强现实等可视化技术方面的专家。Odeh也是这个项目中ASCE咨询团队的一员。“如今设计的某些环节已经实现了部门自动化，人工智能可以资助进一步实现自动化。
” 他预测道，“当你把这种技术与我们今天拥有的盘算机建模工具联合起来，你就会拥有很是强大的工具，这可能会颠覆基础设施的设计。”如果自动化设计功效能够与自动化制作技术无缝联合，效果将会是真正的厘革。Odeh预测：“设计自动化工具与制作和制造技术的直接联系——如盘算机控制的制造设备、机械人制作设备和自动化机械人设备，它们可以制作基础设施的各部门，然后在现场组装起来。”通过无人机将预制件运送到工地，模块化制作可能会更快、更高效。
这将标志着当前工厂制作基础设施构件趋势的下一步。“我们已经看到了修建模块化的进步。”奥德说，“修建可以在受控的情况中在工厂里制作，就像汽船和汽车一样。
这给我们带来了庞大的生产率收益。如果它们生长到越发普及和实用的水平，这种改变可能会颠覆这个行业。”如果这种情况发生，许多人可能会质疑土木匠程师和修建工人是否还会有作用。
谜底是肯定的，但这些作用可能与今天的作用截然差别。“这与几十年来我们在技术上的履历一脉相承。
”奥德说，“新技术的泛起，既可以自动化，也可以取代以前人们做的事情。三四十年前，如果你走进一个工程办公室，你会看到数十名员工在绘制表格、起草计划。如果你今天走进同一间办公室，那些绘图桌将会因为CAD（盘算机辅助设计）和BIM（修建信息模型）的泛起而消失。
可是缔造出来的是新一代的专业技术人员，他们成为了使用CAD和BIM的专家，并提高了他们的效率，改善了设计习惯。”他指出土木匠程师的角色将会发生变化。“是的，有些职位可能会消失，但工程师有时机到场新的领域，这些领域将变得越发重要。
我们不知道所有这些意味着什么，但通过做一些类似‘未来世界展望’的事情，我们可以开始描绘未来可能会是什么样子，这样我们就可以开始让我们的年轻工程师为这些可能性做好准备。”此外，机械人制作技术可以使原本危险的修建行业变得更宁静。可以想象无人机将质料运送到在建的摩天大楼顶部，或使用3d打印设备在峡谷上制作一座拱桥。
像U.S.Bionics公司的suitX部门已经在开发人类的“外骨骼”，人们可以穿上它来增强他们的气力、灵活性并提高事情中的宁静性，并把目的定在了修建市场。触觉技术可以让人类使用身体的运动来远程控制机械人的行动，最终可以让事情人员在危险的情况 下制作基础设施，而不会真的危及到他们自己。
这些自动化制作技术很可能会受到修建质料进步的影响。“我们在办公室和现场谈了许多，关于我们使用的配方，其中科学的变化速度比新质料自己要慢得多。” 一位费城的工程咨询公司Pennoni的工程师Jesse Taylor Gormley, P.E., ENV SP, M.ASCE.（注册工程师，可连续生长未来分析师，美领土木匠程协会成员）说，他也是ASCE未来世界展望项目照料团队的成员。他指出如果3D打印技术在修建中的使用增加，修建商使用的质料的性质可能会改变。
“我们用来3D打印的质料可能会对制作发生庞大的影响。”他说。
在已往的十年里，传统修建质料甚至有了显著的进步。“我相识到一种新型的合金，它可以到达塑性变形规模，然后恢复。” Gormley说，“这应该会导致恒久变形，但不知为何却不会。
我的反映是“哇！”。“其他质料也在进步。我们正在用自我修复的混凝土做一些很棒的事情。
” Gormley说。更好、更耐用的质料可以在很大水平上资助建设更可连续、更有韧性的社区，这可能在未来随着情况的变化而需要。
智能交通智能交通是另一个吸引了工程界内外许多向导大量关注的趋势。无论是车辆到基础设施的通信，小我私家或公共交通的无人驾驶汽车，还是超级高铁，在人员和货物运输效率方面的创新都在不停增加。随着这些变化的继续，从需要设计的门路和桥梁，到人们居住的地方，都将受到影响。
“如果你回到几年前，人们还在诉苦超级高铁，但厥后这种讨论就消失了。” Gormley指出。
“接着自动驾驶汽车泛起了，它们似乎把一切都向前推进了一步。突然间我听说有一个计划，要在五到十年内毗连费城到匹兹堡的超级高铁!它将在半小时内到达目的地，这会改变你认知通勤的视角。
”这种运输方式的转变可能会对土建设计发生重要影响。“如果自动驾驶汽车在未来占据主导职位，并与磁悬浮列车和超级高铁等新形式的公共交通相联合，那将从基础上影响都会的建设方式。”奥德说，“它甚至会改变一些基本的工具，好比街道、人行道和桥梁的设计。
”如果自动驾驶汽车在未来变得无处不在，就没有须要整天把它们停在都会停车场。停车场或它们占用的土地可以被重新用作办公室、住宅和绿色空间。
气候变化当谈到可能具有最大整体影响的趋势时，也许没有什么比气候变化更具有挑战性。温度变化、海平面上升、干旱和洪水、日益恶化的风暴、融化的永久冻土层、不停上升的地下水水位以及其他一系列事件可能会影响一切，从食品和水供应到废水和雨水系统、交通、能源等等。“看看几年前南非的情况，其时整个都会的饮用水都快用完了。
” Gormley说，“这是一个很是真实的场景。”他说就现在而言，美国已经为水资源短缺做了更好的准备。
“但如果我们让基础设施继续恶化，情况就不会这样了。”没有人确切地知道气候变化的影响在恒久内将如何显现，但许多城镇现在已经感受到了这种影响，并在为更多的影响计划。“我认为人们对气候变化的看法已经改变了，” Gormley说， “已往主要是在缓解方面:我们能做些什么来防止这些变化的发生？随着我们逐渐接受这些变化已经在发生，而且速度很快，我们的战略也越来越适应变化。”这种情况下需要融资。
无论这些资金是来自政府、私人个体，还是两者的某种组合，这是在四个场景中以多种方式处置惩罚的一个主题。“其中一些项目讲明，我们将找到一种方法，使基础设施的公共融资可靠而有效，并通过增强羁系来资助我们。
” Odeh说，“在某些情况下，政府融资肯定会继续受到挑战，就像今天这样。私人融资的作用会变得越发重要，实际上会取代大部门公共融资。
这是一个差别类型的世界。”工程师们需要像现在一样，继续引导富足的公共资金分配。Odeh说:“ASCE坚信，公共资金对于维护和升级我们未来的基础设施至关重要。”新型土木匠程师也许最基本的变化，这些趋势及其相互作用，可能会缔造一种新型的土木匠程师——擅长数据分析，善于互助和协调多种领域的专业人员，而且能够看到系统如何与其他系统交互，缔造一些更大、更庞大的系统——这种方法也被称作系统工程。
“土木匠程师必须成为系统工程和系统集成的大师。”Buckwalter说，“这是一个即将到来的很是趋同的世界。系统之间相互毗连并协同事情。
一位土木匠程师可能不仅仅是在和一位结构工程师或机械工程师攀谈，而是在和一位化学家和一位生物学家攀谈。我们已经看到了它的早期阶段。
”对土木匠程师来说，将基础设施系统整合在一起，并思量它们将如何相互影响是一个重要的角色。“这比他们以前做的要庞大得多，总得有人去做。” Buckwalter指出，“如果土木匠程师不这样做，就会有其他人站出来填补空缺。但从逻辑上讲，土木匠程师才是正确的人选。
”Odeh完全同意。“为了在未来的世界中发挥作用，我们的工程和修建专业人员需要成为系统集成和相互作用的大师。” 他解释说，“我们不能把自己的学习和实践局限在一个特定的领域。
他指出，将系统集成在一起的能力是无法自动化的。这就是为什么工程师如此重要的原因——他们有能力把所有的工具组合在一起。”Odeh将系统集成的想法视为“土木匠程师成为向导者的时机，不仅是为了营生，也是为了资助计划未来的世界。
”如果我们想成为向导，我们必须与传统领域之外的人举行对话:政府战略家、计划者、大公司、未来学家、技术专家——甚至是艺术家和其他对世界未来有远见的创意人士，” Odeh说。“我们想在那张桌子上有一个座位，因为它对我们的职业及未来至关重要。”四种场景《未来世界愿景：基础设施重构》陈诉是ASCE的未来世界愿景项目的第一阶段,它形貌并分析四种可能的未来场景,可以作为一个起点指导工程师猛烈探讨凌驾10年，20年和50年后，气候变化、替代能源、高新技术建设、无人驾驶车辆、智能都会和公共融资可能生长的趋势——以及这些趋势如何相互作用并转变土木匠程师的角色。这些场景的完整形貌可以在陈诉中找到(futureworldvision.org)。
下面是每个场景的简要摘要。场景1：韧性都会在这种场景下，气候变化开始对都会发生重大的有害影响，尤其是沿海都会。
起初对这些变化的反映是缓慢的，但最终随着影响的增加，对掩护措施的恒久投资需求增加。政府被迫作出反映，生产出更智能、更有韧性的基础设施，但等候的成本很高。一座韧性都会可能是一座漂浮的都会:丹麦修建公司Bjarke Ingels Group (BIG)的首创人Bjarke Ingels最近公布了一个用大量木料和竹材制作的漂浮都会效果草图，它可以抵御洪水、地震和海啸。在这种情况下，10年后严重的干旱和极端风暴会更频繁地发生，从而降低农业生产率。
政府和公司开始在质料科学研究上投入更多的资源，希望更多有韧性的质料可以有效地缓解气候变化的影响。使用公私互助来升级都会基础设施以抵御气候变化影响的兴趣日益浓重。从现在起的25年里，干旱和农业歉收越发普遍，对粮食和水供应造成了严重的压力。
海平面上升威胁着沿海社区的生存。与此同时，农村人口开始越来越多地向都会迁移，增加了都会服务的压力，加剧了对节能、碳平衡解决方案的支持。
50年已往后，公共和私营部门终于团结起来制定适应措施，以应对严峻的情况变化。新质料资助修建和基础设施抵御极端天气事件，智能都会技术加上无人公共交通，资助满足不停增长的都会人口的需求。
该陈诉指出在韧性都会方案中，工程师将被要求解决问题，并设计与侵蚀海水、极端风暴和不停增长的都会人口相关的基础设施。他们将需要与专家互助，为饮用水网络设计宁静的数字控制技术，以及能够应对不停变化的需求的水利设施。他们需要抬高易受海平面上升影响的门路、桥梁、口岸和其他基础设施，制作或改善海堤、防洪堤和其他屏障。
新的修建质料和技术的需求泛起，这将导致较高的前期用度。工程师需要接受生命周期成天职析，并善于向利益相关者解释其价值。工程师们需要引领可连续生长的潮水，并到场碳封存、负排放技术和替代能源进步的互助研究。
场景2：先进都市在这种情况下，全球都会化历程加速，都市形成和生长。各国政府使用技术和有效的都会计划，迅速和有效地适应。都会服务通过使用先进技术实现个性化。
都会里的司机放弃了他们的汽车，转而选择无处不在的、自动运行的公共交通工具。以前专门用于驾驶和停车的基础设施被重新用于住房和绿地。
自动化的制作工艺和结实的质料推动了都会的建设，而都会的建设完全由核聚变发生的零排放能源提供燃料。在10年的时间里，公共和私营部门形成有效的同伴关系，为都市开发住房、食品和其他服务。
智能都会技术正被用于治理稀缺资源和最大化都会服务。洪涝灾害通过使用高科技的施工方法和先进的质料制作基础设施来最小化。
无人驾驶技术也在进步。25年已往后，PPP模式正在资助无人公共交通和核聚变设施。
气候的变化，如更高的温度和多变的降雨，影响了农业和水的供应，只管洪水已被降至最低。智能都会技术仍然被用来最大化都会资源。到50年后，每个都市的人口都将到达或凌驾5000万。
由于核聚变既自制又清洁，能源问题可以忽略不计。修建技术的进步使得修建成本低、速度快、效率高，这有助于都会适应人口增长。这一设想的重点是继续现在人口向都会迁移的趋势，从而发生都市。政府投入更多资金研究新的发电方式、智能交通、先进的修建质料和制作方法，以及智能都会技术。
该陈诉预计机械人和增强现实工具的使用将成为常态，这将提高工人的宁静水平。陈诉指出，思量到自动化水平的提高，工程公司将需要重新思考人力资源的最佳使用方式。一个选择是，针对汽车专用基础设施拆除后形成的空间，为无人驾驶汽车和行人设计。
通过“物联网”(IoT)毗连基础设施、修建物和交通将使黑客攻击的危险越发现实，这要求土木匠程师接纳系统集成方法，并与其他领域的专业人士互助，以确保世界的基础设施保持宁静。场景3：疏散定居点在这种场景下，都会生活退化到许多住民脱离都会，进入相对伶仃但几多能自给自足的定居点。使用太阳能技术，这些定居点自己发生能量，住民们险些可以通勤上班，但很少有其他技术进步发生。
都会是停滞和不宁静的。从现在起的10年里，关键的基础设施仍然没有获得修复和维护，宁静是一个普遍的问题。政府反映缓慢，都会肩负过重，效率低下，导致许多人脱离。替代能源的研究仍在继续，能源储存也开始商业化。
在25年的时间里，当地团体建设了偏远的定居点，每个定居点都有自己的政府。太阳能和储存这些能源的技术使这些定居点的住民能够“脱离电网”生活。私营电信公司在旧的基础上建设新的基础设施，解决这些网络的宁静问题，使定居点住民能够在都会里事情，从而实现大规模的远程通讯。
气候变化的影响比最初预测的要有限。在50年内，新定居点的漫衍越发匀称，治理越发有效。太阳能电池板嵌入到种种基础设施中，使能源既自制又清洁。
一些智能都会技术正在定居点内使用。在这种情况下，陈诉设想了与都市相反的情况;土木匠程师将设计更小、更独立的小型车。
由于远程办公的普遍存在和对漫衍式能源网络的依赖，网络宁静将成为一个关键问题。工程师们需要用可连续的、可肩负的、宁静的基础设施来计划更小的社区。
场景4：不平等飞地在陈诉最后的场景中，政府完全失败了。那些有能力脱离都会前往新定居点的人正在大规模迁移，只留下那些不那么幸运的人。网络宁静是一个重大问题，破坏了远程办公的实验，相反，那些有能力这样做的人会乘坐自动驾驶汽车远程通勤到都会里事情。
都会中心受到气候变化和缺少投资的影响。随着私有化历程的推进，一些设计、制作和智能都会的创新正在兴起，但受益的主要是富人。
在10年内，都会遭遇的洪水、其他自然灾害以及网络攻击都在增加，政府无力应对。自动驾驶汽车确实存在，但价钱昂贵，导致富人开始脱离都会。
由于需要纳税的住民越来越少，市政府无法跟上基础设施老化和气候变化的影响。不到25年，富人就安坐在他们用高科技制作方法搭建的定居点里，住民们继续通勤前往衰落的都会。替代能源的研究开始了。
资金短缺的市政府依赖私人公司提供政府曾经提供的服务，效果优劣参半。在50年内，这些定居点将以现代基础设施、太阳能和智能都会技术为特色。这些都会为富足的通勤者提供服务，其中一些服务也惠及了较贫穷的住民。
由于气候变化的影响仍在继续，韧性的努力只针对那些最具经济意义的领域。这种情况可以说是最具挑战性的，其重点在于经济和社会不平等趋势的加剧。陈诉预计，政府资金有限，自然灾害和数字灾害将会增加，这将迫使都会做出很是艰难的决议。
在关键基础设施渡过使用寿命后，都会必须优先思量在恢复和韧性方面的支出。在这种情况下，土木匠程师的角色是提倡资源的公正分配。
例如，指出无人驾驶基础设施相对于传统交通方式的优势，以及智能都会技术在恒久内节约的资金。土木匠程师还可以开发从飞地到都会的交通基础设施，以及使无人驾驶汽车和传统汽车共存的系统。土木匠程师还需要与网络宁静专家、气候风险专家、机械人设计师和都会计划者互助，以确保所有这些系统尽可能有效地协同事情。他们还需要在自动化建设和维修技术、能源和水效率、非传统发电方法以及支持它们的基础设施方面生长专业技术。
制作人：谢崇峰 博士生 滕明睿 博士生研究海洋混凝土结构 ‖ 研究修建结构抗震防灾指导教师：冯鹏 教授清华大学土木系复合质料结构与新型混凝土结构研究组。
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