普世最幫助人的工程案例

普世最幫助人的工程案例 避免都市產生傳染病的生態工程技術張文亮　教授【本著作除另有註明外，採取創用CC「姓名標示－非商業性－相同方式分享」台灣3.0版授權釋出】

那一夜，我站在泰晤士河堤防邊， 看著幾艘船緩緩通過，幾隻綠頭鴨靜靜的河中游著，我深深的呼吸一口氣，沒有聞到「臭」味，不禁快樂起來。如果，時光可以回溯一百五十年前，這條河是以惡臭著名，因著一些人的愛心，結合著精明與公共衛生的知識，才能改善這條河流的狀況，並讓倫敦的居民，不再受到瘟疫的侵擾。從此，世人才知道，若要有一座生活高品質的城市，城市周邊必須要有一條高品質的河流。～張文亮

近代河川的污染整治，源自十八世紀的初期。當時，英國已進行工業革命數十年，其間人類設計機器，起初以蒸氣為動力的來源，而後用石油燃燒，「機器」的力取代了傳統的人力。近代河川的污染整治，源自十八世紀的初期。當時，英國已進行工業革命數十年，其間人類設計機器，起初以蒸氣為動力的來源，而後用石油燃燒，「機器」的力取代了傳統的人力。 • 工業革命帶來大量與高效率的生產。許多擁有機械的人前往都市賺取大量的利潤，併購更多的土地，成為富有的大地主；失去土地的小農民，只好前往城市，賺取工廠的薪資。 Adolf Friedrich Erdmann - Eisenwalzwerk (Moderne Cyklopen)

都市規劃的不足 • 由於城市的面積小，土地遠比農地昂貴，販售農地的農民在城市裡，只能在擁擠的社區買到很小的房子。 • 在1810年，英國倫敦居民已一百萬人， • →1830年達二百萬人， • →1850年人口增至三百萬人 • 鄉村人口湧入城市，已非起初都市空間所能容納，生活污水大都流到巷道內的低窪處或水溝，有些則排入泰晤士河。 • 1832年，泰晤士河嚴重發臭。倫敦暴發霍亂死了5,300人。如此的瘟疫，並沒有引起政府與議會的注意，他們住在環境優雅之處，較少受到影響；他們也不會受到波及。以致每隔幾年就來一場傳染病。 Whistler, James McNeill－ Nocturne in Blue and Gold: Old Battersea Bridge

環境污染的背後蘊藏社會的不義 • 當時英國出了兩個傑出的政治人才，扭轉許多不幸重覆在發生的歷史悲劇。 • 查勒威克（Edwin Chadwick, 1800-1890）： • 十九世紀非常著名的公共衛生學的大師，他調查1830-1840年死在傳染病的人口與其居住環境的關係。 • 調查1830-1840年死在傳染病的人口與其居住環境的關係。

環境污染的背後蘊藏社會的不義 • 他在1842年出版「勞動族群的衛生狀況」（The Sanitary Condition of the Harboring Population）一書。他在書中問一個關鍵的問題：「為何窮人總是傳染病的受害者？」 →窮人的生活衛生環境比較差。臺灣大學　張文亮攝

環境污染的背後蘊藏社會的不義 • 1848年，他在倫敦市議會推動成立「首都污水下水道委員會」（Metropolitan Commission of Sewers），首先呼應法拉第的看法向議會提出，必須趕快建造污水下水道，能將污水排走，以減少傳染病的發生。 • 查勒威克呼籲：「改善百姓生活品質之費用支出，未來將成為國家預算最有效的節省。」 • 僅管查勒威克用心良苦，議員似乎不為所動。幸好，當時英國議會有古柏爵士（Sir Anthony Ashley Cooper, 1801-1885）大力支持，議案一時未過，仍然年年提出。

窮人的天使 • 古柏爵士（Sir Anthony Ashley Cooper, 1801-1885） • 1847年推動立法「禁止工廠使用童工」， • 1848年推動「勞工低價購屋法案」， • 1850年推動「星期六下午不用工作法案」。並皆獲得通過。 • 1851年，他又推動「貧民教育」，設置社區學校，低利貸款幫助工人家庭的小孩受教育。 http://en.wikipedia.org/wiki/Anthony_Ashley-Cooper,_7th_Earl_of_Shaftesbury

窮人的天使 • 當議案還在議會爭論之際，1853年，泰晤士河的惡臭大發，日夜瀰漫倫敦城，不久瘟疫發生，倫敦又死了一萬四千人。反對的議員也看出污水下水道系統勢必要做，才通過這預算案。

窮人的天使 • 可惜1854年，俄國的黑海艦隊入侵土耳其的領海，想由博斯普魯斯海峽，進入地中海，英國向俄國宣戰，爆發了「克里米亞之戰」，以致沒有經費支持污水下水道的建造。整個議案的執行暫被擱置。 • 1856年4月，克里米亞之戰結束，7月，英軍凱旋歸來。古柏又重提此案的執行，阻力仍在。 http://en.wikipedia.org/wiki/Crimean_War

著名的河水惡臭事件 • 「河川透視度實驗」： • 1857年著名的科學家法拉第（Michael Faraday,1791-1867）在泰晤士河上做了一個公關的試驗，他用一條繩子綁著一張白紙，自水面上將紙沈入水中，不到一公尺深，污濁的水，已使水下的紙張看不見 http://en.wikipedia.org/wiki/Michael_Faraday

著名的河水惡臭事件 • 「泰晤士河大惡臭」 • （Great Stink on The Thames）： • 1858年的夏天非常炎熱，雨下的又少，泰晤士河的水位下降，使的潮水上溯，泰晤士河的水無法宣泄，河水發出濃濃的臭味，瘟疫的恐懼又再臨到，倫敦居民幾乎要戴口罩過日子， • 議會通過三百萬英鎊執行污水下水道的興建。 http://en.wikipedia.org/wiki/Great_Stink

著名的河水惡臭事件 • 當時英國醫學期刊(British Medical Journal)的刊頭語寫道：「原來都市污水排放系統，是城市地面所有活動，最敏感的神經系統。保護河川乾淨，免於發臭，是維護居民健康的必需。」。 • 工程經費完全來自倫敦的稅收。臺灣大學　張文亮攝臺灣大學　張文亮攝

帶著使命感前來的人 • 議會通過三百萬英鎊執行污水下水道的興建後，立刻有工程事務所組成九個工作團隊要來承攬。在截止收件時，只有一家事務所堅持『獨立投標』（independent project），收件者認為不符投標要求，就要退件。 • 這獨立投標案的負責人巴澤爾傑特（Joseph Bazalgette, 1819-1891）對收件者說道：「如果你們願意將我的工程建議書送入監督委員會，我將向委員們說明緣由。」 http://en.wikipedia.org/wiki/Joseph_Bazalgette

帶著使命感前來的人 • 1837年巴澤爾傑特的父親送他到愛爾蘭麥克尼爾（John McNeil. 1739-1880）處當學徒 • 麥克尼爾以準確的土地測量，踏實的施工與擅於教導著名，曾經負責歐洲鋪造鐵路到硬度的工程，後來成為劍橋大學第一位土木工程的教授。 • 不久巴澤爾傑特以認真、負責、追根究柢的查驗問題，升至駐地工程師（resident engineer），負責倫敦德里（Londonderry）的地下排水工程，1842年他將排水工程寫成研究報告在英國「土木工程協會」（Institution of Civil Engineer）發表，被選為會員。 Instituion of Civil Engineers Wiki:JamesF

帶著使命感前來的人 • 1843年，巴澤爾傑特出來開設自己的公司 • 1847年承接倫敦地下鐵路建造時，他自地下挖出120根地下污水管，檢查每一根管內的淤塞與管壁上的龜裂。他說道：「當工程師能夠成為關鍵問題的發現者，就能成為解決方式的發明者。」 • 同年，他壓力過大而發瘋，甚至嘗試自殺。被拯救後，他離開工作兩年，恢復後再回來工作。這是他一生工作的轉折，他後來寫道：「工作有效率、可靠、不貪污的人是最好的助手，即使他們從事工程，沒有賺錢，甚至公司倒閉。」

帶著使命感前來的人 • 從事土木工程沒有辦法知道所有的細節，祇能在有限的資訊下，為了解決問題放手一搏。這是科學與工程最大的不同，科學是瞭解許多的細節，但不一定用來解決實際的問題，工程是不明白太多的細節、所有前因後果就去解決實際的問題。 • 巴澤爾傑特1864年於「倫敦的主要排水」（The Main Drainage of London）的報告上寫道：「我對傳染病與汙水排放之間的關係並不清楚，祇能憑著信心往前，結果將汙水排走之後，傳染病也消除了。」

臺灣大學　張文亮攝 臺灣大學　張文亮攝倫敦早期下水道倫敦早期疫區

帶著使命感前來的人 • 他進入監督委員會說明時，他的作法也與招標單上的要求不同： • 招標單：要求污水下水道要深埋地下，遠離地面，以免讓居民聞到。 • 他認為污水下水道應該接近地面，施工容易檢查，日後方便維修，更重要的，污水容易以重力方式排走就不會發臭。

帶著使命感前來的人 • 此外，招標單上寫著污水管路為黏土鍛燒的陶管，他現場以材料受力分析，建議必需採用「混凝土鑄成的污水管」才能抵抗馬路上的壓力而不易破裂。 • 『水泥』是1820年才製造出來，又稱為「波特蘭水泥」，起初乏人問津，巴澤爾傑特認為水泥是地下施工的好材料。臺灣大學　張文亮攝

帶著使命感前來的人 • 標單上寫著施工是用新的污水管去接舊的污水管。他堅決反對這一點，新的管不能接舊管，舊的污水管是倫敦地底的迷宮，沒有人知道早期所埋管子準確的位置在哪裡。 • 他建議作成全新的污水管路系統，提出「優好的建造，互相聯絡成一系統，並在倫敦地圖上呈現清楚的位置。」臺灣大學　張文亮攝

帶著使命感前來的人 • 他將倫敦分為36個區域，認為要分別在各區域建造再聯絡。標單上的汙水管口徑，他認為不夠，需要增加一倍，他後來寫道：「地下施工不易，應該為著未來世代的需要一次完成。」臺灣大學　張文亮攝

將工程建造藝術化 • 更大的不同是標單上只要做污水下水道，他不只規劃污水下水道，連下雨時的排水下水道、施工後的道路整治、污水最終排放位置，甚至連泰晤士河的整治，與在河邊建造一道彎延的河堤，都規劃在內。臺灣大學　張文亮攝臺灣大學　張文亮攝

將工程建造藝術化 • 查勒威克在評審委員會上不斷的、仔細的詢問巴澤爾傑特，而後公開承認巴澤爾傑特的做法正確，不只讓他獲得這重大工程的執行權，並且聘他為倫敦大都會「首席工程師」(chief engineer)，後來他擔任此職三十三年之久。臺灣大學　張文亮攝

將工程建造藝術化 • 評審結果公布，引來許多爭論，其中主要攻擊是巴澤爾傑特年輕時因工作壓力太大與太有責任感，所引發的精神病。幸好古柏在議院力挺監督委員會所作的決定，並且願意承負一切的行政風險，工程才能執行 • 任何重大的公共工程都需要有政策的支持，否則無法進行。臺灣大學　張文亮攝

與傳染病競賽 • 巴澤爾傑特的工程團隊龐大，他對屬下的人員寫道：「品格與專業是最好的領導。」 • 所有的舊水管都被吊起，堵塞、破裂、扭曲的舊水管都臭氣熏天，原來傳染病傳播的媒不是藉空氣，排水不良的確是問題的根源。 • 工程隊填上新土，鋪上砂石，再埋新的混凝土管，他採用「波特蘭水泥」(portland cement)施工前，後都用標準程序檢查，他稱為「工業標準」(industry standard)，以確保品管。

與傳染病競賽 • 1860年年底，他已經為倫敦鋪設1660公里長的污水幹管，幹管→各家的排水口→集中污水　　　→130公里長的污水輸水管→海灣 • 他在排水口的海灘上賣下大片的土地，並挖兩個大型的蓄水池，將污水輸送至此，在排入蓄水池內，於退潮時，傾倒污水進入海中。臺灣大學　張文亮攝

與傳染病競賽 • 他不祇建造倫敦的污水排放管，也同時建造雨水排放系統，低窪地區設立抽水站，控制排放的水閘門。工程進行後，排水獲得通暢，臭味就逐漸消除，河川的水質也大獲改善。 • 1866年工程完成後，他請政府追蹤泰晤士河的水質變化，與民間醫學人士持續監督傳染病的發生率。臺灣大學　張文亮攝

普世都市排水工程的典範 • 他又在130公里長的污水輸水管上建造堤防，堤防上面又覆土建造花園與人行道，將造型單調的混凝土堤防，建成促進都市景觀的建築。這道堤防後來稱為「維多利亞護岸」（Victoria embankment），是近代防洪與景觀兼俱的經典之作。 • 工程進行期間，所有技術、材料、進度，各區域的工人數目與分配、獲的的資訊、遇到的困難與解決困難的方法都是公開的。

普世都市排水工程的典範 http://en.wikipedia.org/wiki/Victoria_Embankment The Victoria Embankment under construction in 1865 臺灣大學　張文亮攝

普世都市排水工程的典範 • 工程在1874年完成，隔年，他被皇室封為爵士。 • 1888年，他擔任英國土木工程師學會的主席，巴澤爾傑特後來被稱為「保護人類免受瘟疫的第一個工程師」。臺灣大學　張文亮攝

普世都市排水工程的典範 • 倫敦成為普世第一座建造污水下水道系統的城市，並且為世界各城市所仿效，以保障居民的生命安全。例如在1870年的法國巴黎、1884年的日本東京等，也進行汙水下水道系統的建造。臺灣大學　張文亮攝

普世都市排水工程的典範 • 倫敦的污水道系統，後世稱為「超級污水道」（super-sewer），因其工程龐大，施工完成後污水主幹道有720公里長，支幹線21,00公里長，所用的水泥約670,000噸 • 工程完工後倫敦不再發生瘟疫，推動普世都市污水下水道系統（urban sewerage system）的興建。臺灣大學　張文亮攝

普世都市排水工程的典範 • 1870年倫敦居民已達四百萬人，新設社區在倫敦周遭不斷產生，建造之前，都要接上污水管，與都市污水道相聯。。 • 污水管的連接需檢定接妥； • 不同混凝管管口的連接需防止隙縫，以免污水外漏； • 污水道需定期有人下去清淤，以防污水顆粒沉降造成淤積； • 污水細菌滋生也會造成管壁腐蝕，嚴重將造成穿孔。臺灣大學　張文亮攝

普世都市排水工程的典範 • 他在晚年時給「首都污水下水道委員會」寫道：「我走了幾天的時間走在污水的主幹線上，支幹線的口徑已經不是我所能鑽進去的，我看到一些缺陷，要我的助理記下。我知道整個都市（超過3000條街道）已經沒有傳染病的角落，居民可以享受到自海邊吹來涼快、清新的微海風。」 • 逝世前，有人稱他：「大英帝國拯救最多人生命的人」，他搖頭反對說：「是南丁格爾（Florence Nightingale, 1820-1910）。」他祇要求葬在聖．瑪麗墓園的一角。

普世都市排水工程的典範 英國詩人麥克唐納（George MacDonald, 1824-1905）目睹這一切，寫下一首詩歌：我說：「讓我走在野外。」上帝卻說：「不，與我到城市同行。」我說：「那裡沒有花朵。」上帝卻說：「卻有冠冕。」我說：「那裡的空氣污濁，只有噪音與幽暗。」上帝往城市走，並說：「因為那裡滿了罪。」我說：「污染的惡臭，已經充滿了都市。」上帝卻說：「更深幽暗的籠罩，是在他們的心靈。」我說：「若再前往，我的朋友將認為我也落入黑暗。」上帝卻說：「今夜是你的抉擇，在乎朋友的看法或是我。」我祈求：「再多給一點時刻。」上帝說：「真的這麼難作決定？在我是沒有難成的事。」末了，我與上帝走向幽暗的都市。臺灣大學　張文亮攝

二十世紀後，都市汙水管中腐蝕管壁的菌種： • 嗜酸硫化桿菌（Acidithriobacillus thiooxidans）、 • 流桿菌（Thiobacillue plumbophilus）、 • 塩硫桿菌（Halothiobacillus neapolitanus） • 等大都被發現，這些細菌在水中將硫酸塩還原硫化氫，硫化氫到空氣中又溶在污水管上方的水珠或水膜中，所以污水管要在一定距離內設置氣孔，以免濕度太高，與增加硫化氫散溢。臺灣大學　張文亮攝

後來也在混凝土中添加金屬，有機聚合物增加污水管抗腐蝕的能力。後來也在混凝土中添加金屬，有機聚合物增加污水管抗腐蝕的能力。 • 此外，1950年代，荷蘭發展出「真空汙水道系統」（vacuum sewage system），用在建築、火車、飛機與小型社區，以真空抽氣機自下方將廢汚吸入，可以減少用水淋洗，或用水攜帶污物流入污水管的體積，是智慧型的減污措施。 • 同學可參考下列網址: • http://www.airvac.com/vacuum_how.htm 臺灣大學　張文亮攝

由於污水管長距離埋設昂貴，1960年代，德國發展太陽能與污水現地處理（on-situ treatment），各個社區處理自己生產的污水，不需集中排放。 • 1980年代，瑞典與挪威發展太陽能與污水道結合，將污水在溫室內蒸發，冷凝成可以再利用的「灰水」（grey water），可供灌溉、工業冷卻用水等，剩餘的殘渣可作有機堆肥，這稱為： • 「重歸自然技術」（renature technique）或 • 「封閉式營養循環」（closing loop of nutrient cycle） • 是新興有機聚落（organic community）的做法。

2000年代後，以色列發展用汙水生物發酵產生高品質的生物燃料（biofuel），污水甚至稱為「黑金」（black gold），這稱為「乾淨技術」（cleantech）。不過目前仍在處理少量污水，大量汙水仍需藉由污水道排放。 • 我們仍需要污水道，有如十七世紀英國詩人彌爾頓（John Milton, 1608-1674）所寫：「我不能移除罪，但能犯罪污的事物。」 http://en.wikipedia.org/wiki/John_Milton

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