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冰島追蹤武漢肺炎:重症比例極低,大量無症狀才是疫情全貌?

寒波_96
・2020/05/08 ・4545字 ・閱讀時間約 9 分鐘 ・SR值 585 ・九年級

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冰島人口只有 36 萬多人,在世界性的 COVID-19(俗名:武漢肺炎、新冠肺炎)大流行中也難以倖免,所幸疫情到 4 月底時已經被徹底壓制。靠著發達的科技與執行力,冰島對疫情的掌握在世界上名列前矛,4 月 19 日發表的論文報告冰島疫情前半段的狀況,深具學術與應用價值。1, 2

冰島感染與康復的逐日累積人數,藍色是仍在感染,橘色是已經康復。圖/取自 ref 2

由於人口很少加上科技發達,冰島檢測數占總人口的比例相對很高,又有大量病毒樣本的遺傳定序。一些疫情至今仍曖昧難解的問題,像是社區感染多普遍、無症狀者有多少、不同年齡的感染差異、病毒如何傳播等等問題,都可以在冰島找到參考的線索。

導致疫情的病原體為冠狀病毒 SARS-CoV-2,本文之後稱之為「SARS二世」。

廣泛抽查追蹤社區感染的狀況

冰島在 2 月 28 日首度發現確診病例,接著疫情不斷攀升,發展為社區感染,隨後冰島政府實施一系列防疫措施。到 4 月結束時,冰島一共檢測過 48,413 人,有 1,797 人確診,10 人死亡。這個論文只紀錄到 4 月 4 日,當時檢測到 22,000 人左右,1,321 人確診。

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冰島每天確診的人數,藍色是由官方機構檢驗,橘色是由 deCODE Genetics 生技公司檢驗。圖/取自 ref 2

冰島的檢測對象分為兩大類,一類是高風險人士的針對性檢測,主要是可能有過接觸史,例如歸國入境的人;從 1 月 31 日起到 4 月 4 日總共檢驗 9,199 人,1,221 人確診,感染機率為 13.3%

另一類算是對全體族群的抽樣調查,目的是了解來路不明的社區感染有多嚴重,又分成邀請和自願兩群。邀請是隨機抽出民眾,共有 2,283 人接受邀請,其中 13 人確診,感染率 0.6%;另外還有 10,797 人自願接受檢測,87 人確診,感染率 0.8%。

抽樣調查合計,沒有明確接觸史的一般人,確診率約為 0.8%。在冰島展開防疫以後,每天抽查的確診率大多在 0.8% 上下,連續 20 多天都很穩定,社區感染的規模沒有擴大,表示防疫措施收到效果。

冰島居民只有 36 萬,生物科技也相當發達,族群抽查大部分是交給生物科技公司 deCODE Genetics 進行,最後檢驗的比例相當驚人,4 月 4 日時超過總人口的 6%,4 月底已經累積到 13%(作為對照:台灣的 13% 約 300 萬人;冰島一天檢驗  1000 多人,相當於台灣的 7 萬人)。

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冰島每天檢驗的人數,藍色是由官方機構檢驗,橘色是由 deCODE Genetics 生技公司檢驗。圖/取自 ref 2

冰島靠著大量檢驗與隔離,順利阻擋病毒擴散。值得注意的是,儘管冰島大量檢測後的人數占總人口比例很高,和某些台灣人妄想的「普查」程度還是差非常多。而明擺著的事實是,冰島靠著廣泛抽查,確實達到成功防疫的效果。

無症狀感染者有多少?

大家最關心的問題之一是:SARS二世的無症狀感染者到底有多少?絕大部分地區的檢驗能力都有限,沒有症狀的人接受檢驗的機率較低,有取樣偏差的問題。冰島趨近無差別大量檢驗之下,應該能提供比較可參考的答案。

結果是:在檢驗當下沒有症狀的確診者為 43%;不過當中有些人隨後出現症狀,因此無症狀的實際比例比 43% 更低一些。這部分還要等待後續報告。

至於有呼吸道症狀的檢測對象中,很多人其實是由於其他傳染病所致,而沒有感染 SARS二世病毒。可見冰島存在大量社區感染源之下,仍然有許多有症狀者和 SARS二世無關。

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可以這麼說:有症狀不一定是 SARS二世造成,沒有症狀也不見得就沒有感染,相當多人感染 SARS二世後,外觀一直沒有明顯的症狀。

順帶一提,沒有症狀的感染者傳播能力不容小看,也是危險的傳染源,不可不防。

另一件論文沒提卻很有趣的事情是,冰島感染者中住院的比例非常低,需要加護病房的重症患者人數更是非常少。

冰島這般輕微到無症狀的比例極高,重症比例極低的情形,是否才是 SARS二世感染的全貌,是未來非常值得釐清的問題。

未成年人確診比例較低

早已知道的事實是,不同年齡的人感染 SARS二世病毒後,症狀差異非常大,大致是年紀愈大愈危險。但是不同年齡被感染的機率是否有別,則不太清楚。

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一些研究報告年輕人感染的比例較低,可是年輕人症狀多半比較輕微,取樣時也容易被忽略。也有研究指出不同年紀,被傳染的機率其實差不多。3

冰島確診者的年齡分佈,藍色是正在感染,橘色是已經康復,黑色是不幸死亡。圖/取自 ref 2

冰島的感染者一直到論文取樣結束的 4 月 4 日,都是 40 多歲年齡層的感染人數最多,不過後續確診者更為年輕,使得 18 到 29 歲這個年齡層躍升第一。但是未成年者確診的比例一直不高,針對性檢測中,未成年人確診率比成年人低;族群抽查的未成年者更是幾乎無人確診。

冰島比其他地區的取樣更加全面,應該能排除輕微到無症狀者被低估的狀況,因此未成年人感染病毒的比例應該是真的比較低。但是相關不意謂因果,究竟是病毒真的不容易傳染給小朋友,或是未成年人接觸病毒的機會比較少,才使得確診率低,目前資訊仍不足以論斷。

遺傳分析顯示:冰島的病毒來自全世界!

冰島除了檢驗比例很高,抓到不少無症狀感染者以外,也定序 643 個病毒的基因組,追蹤疾病傳播的歷史。SARS二世是 RNA 病毒,基因組長度約 3 萬個核苷酸,假如只要有一處差異就算不同的話,冰島一共有 409 款不同的病毒。

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GISAID 資料庫蒐集了世界各地 SARS二世病毒的遺傳資訊,與其對照,冰島有 291 款沒有在其他地方見過。由於冰島的遺傳取樣密度,勝過絕大部分地區,所以見到許多「獨特」的遺傳變異並不意外。

世界各地 SARS二世病毒的演化關係樹,冰島的病毒看似什麼來歷都有。圖/取自 ref 1

和世界其他地區比對,冰島的 SARS二世病毒進口來源非常多元,入境後又陸續出現新的突變。不同型號的病毒進入冰島後,各自比例不斷消長變動,可謂蓬勃發展的小生態系。

不過目前沒有任何可靠證據支持,不同型號的病毒或是觀察到的新突變,會影響傳染力或致病力。甚至單純是突變率的估計,都要考慮取樣的密度與代表性,不同尺度的取樣切莫不可胡亂比較,否則很容易超展開錯誤推論。

不同型號的病毒有不同來歷,各自比例隨著時間不斷變動。圖/取自 ref 1

追蹤病毒的傳播,接觸史非常重要,但是確診一早一晚的兩位感染者有過接觸,肯定是早的傳染給晚的感染者嗎?藉由比對雙方病毒的遺傳差異,可以回答此一有趣的問題。

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有過接觸史的 A、B 兩人的病毒基因組一樣,也不能 100% 肯定就是由 A 傳染給 B,不過機率顯然比較高。

SARS二世病毒會突變,但是程度有限,倘若兩人的病毒遺傳差異太多,那麼顯然彼此無關。論文設定標準是差異超過 3 個位置,便判斷彼此無關,因為只有一次人傳人而已,超過 3 處未免差太多了

冰島一共紀錄 369 對有過接觸史的感染者,只有 295 對符合標準。由此可以推論,有過接觸記錄的兩位感染者,由一人傳染給另一人的實際比例頂多只有 80%。當然這是冰島的情況,不能直接套用在其他地方。

冰島有過接觸史的每一群感染者,不同顏色代表不同的遺傳特徵。圖/取自 ref 1

同時感染兩款病毒!?追溯病毒的傳播

2 個病毒基因組只要 1 處有異,就能視為遺傳上有差異的病毒。冰島出現世界上第一位已知同時感染 2 款病毒的人,恰好可以作為案例解釋:如何用遺傳差異追蹤病毒的傳播

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如下圖所示,同時偵測到 2 款病毒的感染者代號是 T25,他有義大利的接觸史。感染他的一款病毒在義大利存在,被稱作 A2a1+27046,就是 A2a1 這款病毒基因組上的 27046 號位置再多一個特定變異。另一款病毒則是 A2a1+27046 的衍生型,在其基礎上又於 25958 號位置多一個變異,至今只在冰島見到過。

對一般人來說應該很難閱讀,這邊使用代號解釋,後者是前者的衍生型:

冰島南波萬:A2a1+27046

冰島南波兔:A2a1+27046+25958

冰島南波睡:A2a1+27046+25958+24054

T25 這位同時感染南波萬、南波兔 2 款病毒。他和另一位 T44 有直接接觸,這位只有感染南波兔。

總共 21 位感染者的病毒的關係(還有 3 位的病毒沒有定序)。圖/取自 ref 1

另一位 T48 與這兩位都有接觸,T48 體內的病毒是南波睡,後來再跟他接觸,被傳染的後續感染者全部都是南波睡。所以之前才有新聞報導,T25 下游的感染者和南波萬無關,全部都是南波兔的衍生型。

根據已知資訊,無法分辨 T25 和 T44 誰才是南波兔的源頭,也無從判斷和他們接觸後,從 T48 開始的下游一整串南波睡感染者,到底是被哪一位傳染的。因此,這兒新突變增加傳播能力的說法缺乏根據。

不過根據遺傳特徵,倒是可以排除 T48 被其他確診者傳染的機會;因為他至少還接觸過 5 位感染者,但是病毒型號都跟他們不一樣。那 5 位的病毒可能源自奧地利與丹麥,也都是 A2a1 衍生型,姑且稱之為:

冰島南波彎:A2a1+1059

南波萬、南波兔、南波睡這一串感染者總共有 14 位,外加 5 位有接觸史,南波彎的感染者。但是另外還有 2 位南波睡感染者,和上述 14 人沒有已知的接觸記錄,他們怎麼感染的是個謎。

用遺傳變異判斷病毒的家族奮鬥史,就是這麼樸實無華且枯燥。

由這些資訊能推論出,冰島南波睡的傳染力比較強嗎?當然是不行。傳染受到很多因素影響,藉由病毒的遺傳特徵差異,可以追蹤傳染的先後次序,但是沒有更多證據下,無法判斷傳播能力的優劣,以及殺傷力的強弱

有些人認為 SARS二世病毒會朝著殺傷力下降、傳染力上升的方向演化,但是再合理的假說也需要實際證據支持。至今連疫情的整體面貌都還不夠了解,根本不清楚病毒真實的殺傷力與傳播力,更不用說判斷它們是否正在變化。

在義大利上演大屠殺的病毒款式,傳到冰島後卻沒什麼傷殺力,應該足以說明很多問題。不同感染者的症狀不同,主要是因人與環境背景而異,而非病毒有異。

劃重點:

  • 冰島靠著廣泛檢測與隔離、減少社會交流,約 6 週成功壓制疫情。
  • 36 萬居民,到 4 月底一共檢測 48,413 人,1,797 人確診,10 人死亡。
  • 未成年人確診率較低。
  • 無症狀感染者未滿 43%,重症比例非常低。
  • 病毒來自世界各地,其他地方的死神,在冰島幾乎沒有造成災情。
  • 遺傳上不一樣的 SARS二世病毒,或是新的突變,目前沒有證據支持會影響傳染力或致病力。

延伸閱讀

參考資料

  1. Spread of SARS-CoV-2 in the Icelandic Population
  2. COVID-19 in Iceland – Statistics
  3. Epidemiology and transmission of COVID-19 in 391 cases and 1286 of their close contacts in Shenzhen, China: a retrospective cohort study

本文亦刊載於作者部落格《盲眼的尼安德塔石匠》暨其 facebook 同名專頁

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寒波_96
193 篇文章 ・ 1082 位粉絲
生命科學碩士、文學與電影愛好者、戳樂黨員,主要興趣為演化,希望把好東西介紹給大家。部落格《盲眼的尼安德塔石器匠》、同名粉絲團《盲眼的尼安德塔石器匠》。

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人與 AI 的關係是什麼?走進「2024 未來媒體藝術節」,透過藝術創作尋找解答
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/10/24 ・3176字 ・閱讀時間約 6 分鐘

本文與財團法人臺灣生活美學基金會合作。 

AI 有可能造成人們失業嗎?還是 AI 會成為個人專屬的超級助理?

隨著人工智慧技術的快速發展,AI 與人類之間的關係,成為社會大眾目前最熱烈討論的話題之一,究竟,AI 會成為人類的取代者或是協作者?決定關鍵就在於人們對 AI 的了解和運用能力,唯有人們清楚了解如何使用 AI,才能化 AI 為助力,提高自身的工作效率與生活品質。

有鑑於此,目前正於臺灣當代文化實驗場 C-LAB 展出的「2024 未來媒體藝術節」,特別將展覽主題定調為奇異點(Singularity),透過多重視角探討人工智慧與人類的共生關係。

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C-LAB 策展人吳達坤進一步說明,本次展覽規劃了 4 大章節,共集結來自 9 個國家 23 組藝術家團隊的 26 件作品,帶領觀眾從了解 AI 發展歷史開始,到欣賞各種結合科技的藝術創作,再到與藝術一同探索 AI 未來發展,希望觀眾能從中感受科技如何重塑藝術的創造範式,進而更清楚未來該如何與科技共生與共創。

從歷史看未來:AI 技術發展的 3 個高峰

其中,展覽第一章「流動的錨點」邀請了自牧文化 2 名研究者李佳霖和蔡侑霖,從軟體與演算法發展、硬體發展與世界史、文化與藝術三條軸線,平行梳理 AI 技術發展過程。

圖一、1956 年達特茅斯會議提出「人工智慧」一詞

藉由李佳霖和蔡侑霖長達近半年的調查研究,觀眾對 AI 發展有了清楚的輪廓。自 1956 年達特茅斯會議提出「人工智慧(Artificial Intelligence))」一詞,並明確定出 AI 的任務,例如:自然語言處理、神經網路、計算學理論、隨機性與創造性等,就開啟了全球 AI 研究浪潮,至今將近 70 年的過程間,共迎來三波發展高峰。

第一波技術爆發期確立了自然語言與機器語言的轉換機制,科學家將任務文字化、建立推理規則,再換成機器語言讓機器執行,然而受到演算法及硬體資源限制,使得 AI 只能解決小問題,也因此進入了第一次發展寒冬。

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圖二、1957-1970 年迎來 AI 第一次爆發

之後隨著專家系統的興起,讓 AI 突破技術瓶頸,進入第二次發展高峰期。專家系統是由邏輯推理系統、資料庫、操作介面三者共載而成,由於部份應用領域的邏輯推理方式是相似的,因此只要搭載不同資料庫,就能解決各種問題,克服過去規則設定無窮盡的挑戰。此外,機器學習、類神經網路等技術也在同一時期誕生,雖然是 AI 技術上的一大創新突破,但最終同樣受到硬體限制、技術成熟度等因素影響,導致 AI 再次進入發展寒冬。

走出第二次寒冬的關鍵在於,IBM 超級電腦深藍(Deep Blue)戰勝了西洋棋世界冠軍 Garry Kasparov,加上美國學者 Geoffrey Hinton 推出了新的類神經網路算法,並使用 GPU 進行模型訓練,不只奠定了 NVIDIA 在 AI 中的地位, 自此之後的 AI 研究也大多聚焦在類神經網路上,不斷的追求創新和突破。

圖三、1980 年專家系統的興起,進入第二次高峰

從現在看未來:AI 不僅是工具,也是創作者

隨著時間軸繼續向前推進,如今的 AI 技術不僅深植於類神經網路應用中,更在藝術、創意和日常生活中發揮重要作用,而「2024 未來媒體藝術節」第二章「創造力的轉變」及第三章「創作者的洞見」,便邀請各國藝術家展出運用 AI 與科技的作品。

圖四、2010 年發展至今,高性能電腦與大數據助力讓 AI 技術應用更強

例如,超現代映畫展出的作品《無限共作 3.0》,乃是由來自創意科技、建築師、動畫與互動媒體等不同領域的藝術家,運用 AI 和新科技共同創作的作品。「人們來到此展區,就像走進一間新科技的實驗室,」吳達坤形容,觀眾在此不僅是被動的觀察者,更是主動的參與者,可以親身感受創作方式的轉移,以及 AI 如何幫助藝術家創作。

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圖五、「2024 未來媒體藝術節——奇異點」展出現場,圖為超現代映畫的作品《無限共作3.0》。圖/C-LAB 提供

而第四章「未完的篇章」則邀請觀眾一起思考未來與 AI 共生的方式。臺灣新媒體創作團隊貳進 2ENTER 展出的作品《虛擬尋根-臺灣》,將 AI 人物化,採用與 AI 對話記錄的方法,探討網路發展的歷史和哲學,並專注於臺灣和全球兩個場景。又如國際非營利創作組織戰略技術展出的作品《無時無刻,無所不在》,則是一套協助青少年數位排毒、數位識毒的方法論,使其更清楚在面對網路資訊時,該如何識別何者為真何者為假,更自信地穿梭在數位世界裡。

透過歷史解析引起共鳴

在「2024 未來媒體藝術節」規劃的 4 大章節裡,第一章回顧 AI 發展史的內容設計,可說是臺灣近年來科技或 AI 相關展覽的一大創舉。

過去,這些展覽多半以藝術家的創作為展出重點,很少看到結合 AI 發展歷程、大眾文明演變及流行文化三大領域的展出內容,但李佳霖和蔡侑霖從大量資料中篩選出重點內容並儘可能完整呈現,讓「2024 未來媒體藝術節」觀眾可以清楚 AI 技術於不同階段的演進變化,及各發展階段背後的全球政治經濟與文化狀態,才能在接下來欣賞展區其他藝術創作時有更多共鳴。

圖六、「2024 未來媒體藝術節——奇異點」分成四個章節探究 AI 人工智慧時代的演變與社會議題,圖為第一章「流動的錨點」由自牧文化整理 AI 發展歷程的年表。圖/C-LAB 提供

「畢竟展區空間有限,而科技發展史的資訊量又很龐大,在評估哪些事件適合放入展區時,我們常常在心中上演拉鋸戰,」李佳霖笑著分享進行史料研究時的心路歷程。除了從技術的重要性及代表性去評估應該呈現哪些事件,還要兼顧詞條不能太長、資料量不能太多、確保內容正確性及讓觀眾有感等原則,「不過,歷史事件與展覽主題的關聯性,還是最主要的決定因素,」蔡侑霖補充指出。

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舉例來說,Google 旗下人工智慧實驗室(DeepMind)開發出的 AI 軟體「AlphaFold」,可以準確預測蛋白質的 3D 立體結構,解決科學家長達 50 年都無法突破的難題,雖然是製藥或疾病學領域相當大的技術突破,但因為與本次展覽主題的關聯性較低,故最終沒有列入此次展出內容中。

除了內容篩選外,在呈現方式上,2位研究者也儘量使用淺顯易懂的方式來呈現某些較為深奧難懂的技術內容,蔡侑霖舉例說明,像某些比較艱深的 AI 概念,便改以視覺化的方式來呈現,為此上網搜尋很多與 AI 相關的影片或圖解內容,從中找尋靈感,最後製作成簡單易懂的動畫,希望幫助觀眾輕鬆快速的理解新科技。

吳達坤最後指出,「2024 未來媒體藝術節」除了展出藝術創作,也跟上國際展會發展趨勢,於展覽期間規劃共 10 幾場不同形式的活動,包括藝術家座談、講座、工作坊及專家導覽,例如:由策展人與專家進行現場導覽、邀請臺灣 AI 實驗室創辦人杜奕瑾以「人工智慧與未來藝術」為題舉辦講座,希望透過帶狀活動創造更多話題,也讓展覽效益不斷發酵,讓更多觀眾都能前來體驗由 AI 驅動的未來創新世界,展望 AI 在藝術與生活中的無限潛力。

展覽資訊:「未來媒體藝術節——奇異點」2024 Future Media FEST-Singularity 
展期 ▎2024.10.04 ( Fri. ) – 12.15 ( Sun. ) 週二至週日12:00-19:00,週一休館
地點 ▎臺灣當代文化實驗場圖書館展演空間、北草坪、聯合餐廳展演空間、通信分隊展演空間
指導單位 ▎文化部
主辦單位 ▎臺灣當代文化實驗場

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從認證到實踐:以智慧綠建築三大標章邁向淨零
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/11/15 ・4487字 ・閱讀時間約 9 分鐘

本文由 建研所 委託,泛科學企劃執行。 


當你走進一棟建築,是否能感受到它對環境的友善?或許不是每個人都意識到,但現今建築不只提供我們居住和工作的空間,更是肩負著重要的永續節能責任。

綠建築標準的誕生,正是為了應對全球氣候變遷與資源匱乏問題,確保建築設計能夠減少資源浪費、降低污染,同時提升我們的生活品質。然而,要成為綠建築並非易事,每一棟建築都需要通過層層關卡,才能獲得標章認證。

為推動環保永續的建築環境,政府自 1999 年起便陸續著手推動「綠建築標章」、「智慧建築標章」以及「綠建材標章」的相關政策。這些標章的設立,旨在透過標準化的建築評估系統,鼓勵建築設計融入生態友善、能源高效及健康安全的原則。並且政府在政策推動時,為鼓勵業界在規劃設計階段即導入綠建築手法,自 2003 年特別辦理優良綠建築作品評選活動。截至 2024 年為止,已有 130 件優良綠建築、31 件優良智慧建築得獎作品,涵蓋學校、醫療機構、公共住宅等各類型建築,不僅提升建築物的整體性能,也彰顯了政府對綠色、智慧建築的重視。

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說這麼多,你可能還不明白建築要變「綠」、變「聰明」的過程,要經歷哪些標準與挑戰?

綠建築標章智慧建築標章綠建材標章
來源:內政部建築研究所

第一招:依循 EEWH 標準,打造綠建築典範

環境友善和高效率運用資源,是綠建築(green building)的核心理念,但這樣的概念不僅限於外觀或用材這麼簡單,而是涵蓋建築物的整個生命週期,也就是包括規劃、設計、施工、營運和維護階段在內,都要貼合綠建築的價值。

關於綠建築的標準,讓我們先回到 1990 年,當時英國建築研究機構(BRE)首次發布有關「建築研究發展環境評估工具(Building Research Establishment Environmental Assessment Method,BREEAM®)」,是世界上第一個建築永續評估方法。美國則在綠建築委員會成立後,於 1998 年推出「能源與環境設計領導認證」(Leadership in Energy and Environmental Design, LEED)這套評估系統,加速推動了全球綠建築行動。

臺灣在綠建築的制訂上不落人後。由於臺灣地處亞熱帶,氣溫高,濕度也高,得要有一套我們自己的評分規則——臺灣綠建築評估系統「EEWH」應運而生,四個英文字母分別為 Ecology(生態)、Energy saving(節能)、Waste reduction(減廢)以及 Health(健康),分成「合格、銅、銀、黃金和鑽石」共五個等級,設有九大評估指標。

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我們就以「台江國家公園」為例,看它如何躍過一道道指標,成為「鑽石級」綠建築的國家公園!

位於臺南市四草大橋旁的「台江國家公園」是臺灣第8座國家公園,也是臺灣唯一的濕地型的國家公園。同時,還是南部行政機關第一座鑽石級的綠建築,其外觀採白色系列,從高空俯瞰,就像在一座小島上座落了許多白色建築群的聚落;從地面看則有臺南鹽山的意象。

因其地形與地理位置的特殊,生物多樣性的保護則成了台江國家公園的首要考量。園區利用既有的魚塭結構,設計自然護岸,保留基地既有的雜木林和灌木草原,並種植原生與誘鳥誘蟲等多樣性植物,採用複層雜生混種綠化。以石籠作為擋土護坡與卵石回填增加了多孔隙,不僅強化了環境的保護力,也提供多樣的生物棲息環境,使這裡成為動植物共生的美好棲地。

台江國家公園是南部行政機關第一座鑽石級的綠建築。圖/內政部建築研究所

第二招:想成綠建築,必用綠建材

要成為一幢優秀好棒棒的綠建築,使用在原料取得、產品製造、應用過程和使用後的再生利用循環中,對地球環境負荷最小、對人類身體健康無害的「綠建材」非常重要。

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這種建材最早是在 1988 年國際材料科學研究會上被提出,一路到今日,國際間對此一概念的共識主要包括再使用(reuse)、再循環(recycle)、廢棄物減量(reduce)和低污染(low emission materials)等特性,從而減少化學合成材料產生的生態負荷和能源消耗。同時,使用自然材料與低 VOC(Volatile Organic Compounds,揮發性有機化合物)建材,亦可避免對人體產生危害。

在綠建築標章後,內政部建築研究所也於 2004 年 7 月正式推行綠建材標章制度,以建材生命週期為主軸,提出「健康、生態、高性能、再生」四大方向。舉例來說,為確保室內環境品質,建材必須符合低逸散、低污染、低臭氣等條件;為了防溫室效應的影響,須使用本土材料以節省資源和能源;使用高性能與再生建材,不僅要經久耐用、具高度隔熱和防音等特性,也強調材料本身的再利用性。


在台江國家公園內,綠建材的應用是其獲得 EEWH 認證的重要部分。其不僅在設計結構上體現了生態理念,更在材料選擇上延續了對環境的關懷。園區步道以當地的蚵殼磚鋪設,並利用蚵殼作為建築格柵的填充材料,為鳥類和小生物營造棲息空間,讓「蚵殼磚」不再只是建材,而是與自然共生的橋樑。園區的內部裝修選用礦纖維天花板、矽酸鈣板、企口鋁板等符合綠建材標準的系統天花。牆面則粉刷乳膠漆,整體綠建材使用率為 52.8%。

被建築實體圍塑出的中庭廣場,牆面設計有蚵殼格柵。圖/內政部建築研究所

在日常節能方面,台江國家公園也做了相當細緻的設計。例如,引入樓板下的水面蒸散低溫外氣,屋頂下設置通風空氣層,高處設置排風窗讓熱空氣迅速排出,廊道還配備自動控制的微噴霧系統來降溫。屋頂採用蚵殼與漂流木創造生態棲地,創造空氣層及通風窗引入水面低溫外企,如此一來就能改善事內外氣溫及熱空氣的通風對流,不僅提升了隔熱效果,減少空調需求,讓建築如同「與海共舞」,在減廢與健康方面皆表現優異,展示出綠建築在地化的無限可能。

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島式建築群分割後所形成的巷道與水道。圖/內政部建築研究所

在綠建材的部分,另外補充獲選為 2023 年優良綠建築的臺南市立九份子國民中小學新建工程,其採用生產過程中二氧化碳排放量較低的建材,比方提高高爐水泥(具高強度、耐久、緻密等特性,重點是發熱量低)的量,並使用能提高混凝土晚期抗壓性、降低混凝土成本與建物碳足跡的「爐石粉」,還用再生透水磚做人行道鋪面。

2023 年優良綠建築的臺南市立九份子國民中小學。圖/內政部建築研究所
2023 年優良綠建築的臺南市立九份子國民中小學。圖/內政部建築研究所

同樣入選 2023 年綠建築的還有雲林豐泰文教基金會的綠園區,首先,他們捨棄金屬建材,讓高爐水泥使用率達 100%。別具心意的是,他們也將施工開挖的土方做回填,將有高地差的荒地恢復成平坦綠地,本來還有點「工業風」的房舍告別荒蕪,無痛轉綠。

雲林豐泰文教基金會的綠園區。圖/內政部建築研究所

等等,這樣看來建築夠不夠綠的命運,似乎在建材選擇跟設計環節就決定了,是這樣嗎?當然不是,建築是活的,需要持續管理–有智慧的管理。

第三招:智慧管理與科技應用

我們對生態的友善性與資源運用的效率,除了從建築設計與建材的使用等角度介入,也須適度融入「智慧建築」(intelligent buildings)的概念,即運用資通訊科技來提升建築物效能、舒適度與安全性,使空間更人性化。像是透過建築物佈建感測器,用於蒐集環境資料和使用行為,並作為空調、照明等設備、設施運轉操作之重要參考。

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為了推動建築與資通訊產業的整合,內政部建築研究所於 2004 年建立了「智慧建築標章」制度,為消費者提供判斷建築物是否善用資通訊感知技術的標準。評估指標經多次修訂,目前是以「基礎設施、維運管理、安全防災、節能管理、健康舒適、智慧創新」等六大項指標作為評估基準。
以節能管理指標為例,為了掌握建築物生命週期中的能耗,需透過系統設備和技術的主動控制來達成低耗與節能的目標,評估重點包含設備效率、節能技術和能源管理三大面向。在健康舒適方面,則在空間整體環境、光環境、溫熱環境、空氣品質、水資源等物理環境,以及健康管理系統和便利服務上進行評估。

樹林藝文綜合大樓在設計與施工過程中,充分展現智慧建築應用綜合佈線、資訊通信、系統整合、設施管理、安全防災、節能管理、健康舒適及智慧創新 8 大指標先進技術,來達成兼顧環保和永續發展的理念,也是利用建築資訊模型(BIM)技術打造的指標性建築,受到國際矚目。

樹林藝文綜合大樓。圖/內政部建築研究所「111年優良智慧建築專輯」(新北市政府提供)

在興建階段,為了保留基地內 4 棵原有老樹,團隊透過測量儀器對老樹外觀進行精細掃描,並將大小等比例匯入 BIM 模型中,讓建築師能清晰掌握樹木與建築物之間的距離,確保施工過程不影響樹木健康。此外,在大樓啟用後,BIM 技術被運用於「電子維護管理系統」,透過 3D 建築資訊模型,提供大樓內設備位置及履歷資料的即時讀取。系統可進行設備的監測和維護,包括保養計畫、異常修繕及耗材管理,讓整棟大樓的全生命週期狀況都能得到妥善管理。

智慧建築導入 BIM 技術的應用,從建造設計擴展至施工和日常管理,使建築生命周期的管理更加智慧化。以 FM 系統 ( Facility Management,簡稱 FM ) 為例,該系統可在雲端進行遠端控制,根據會議室的使用時段靈活調節空調風門,會議期間開啟通往會議室的風門以加強換氣,而非使用時段則可根據二氧化碳濃度調整外氣空調箱的運轉頻率,保持低頻運作,實現節能效果。透過智慧管理提升了節能效益、建築物的維護效率和公共安全管理。

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總結

綠建築、綠建材與智慧建築這三大標章共同構建了邁向淨零碳排、居住健康和環境永續的基礎。綠建築標章強調設計與施工的生態友善與節能表現,從源頭減少碳足跡;綠建材標章則確保建材從生產到廢棄的全生命週期中對環境影響最小,並保障居民的健康;智慧建築標章運用科技應用,實現能源的高效管理和室內環境的精準調控,增強了居住的舒適性與安全性。這些標章的綜合應用,讓建築不僅是滿足基本居住需求,更成為實現淨零、促進健康和支持永續的具體實踐。

建築物於魚塭之上,採高腳屋的構造形式,尊重自然地貌。圖/內政部建築研究所

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誠實面對人類參與的「自然」——太田欽也專訪
顯微觀點_96
・2024/07/11 ・3228字 ・閱讀時間約 6 分鐘

本文轉載自顯微觀點

斑馬魚是最知名的模式生物之一,其基因、型態與發育深受了解,並用於探討深度同源等重要演化生物學問題。但也有科學家提出,演化生物學該持續隨環境演進,並嘗試以新的實驗物種——金魚——探討人類世(Anthropocene)環境下的生物演化。

育種歷史與基因巧合 奠定金魚的演化生物學價值

例如有千年馴化歷史、型態千變萬化的金魚,就相當適合探討人類因素與生物型態演化的關聯。

中研院細生所派駐臨海研究站的演化與發育生物學家太田欽也指出,斑馬魚與金魚兩者的胚胎都可以透過顯微鏡仔細觀察,相對於受精一年後才成熟的金魚,斑馬魚有成熟較快,基因組較為單純等優點,也具備許多現成基因研究工具。

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但斑馬品系間仍以其生理機能與基因為主要差別,對型態差異的演化並未那麼明顯。因為,科學家為了操作基因與細胞特徵而培育斑馬魚,使不同品系的差異大多來自目標明確的基因工程。

金魚型態演化圖。Courtesy of Kinya Ota and Gembu Abe

而金魚的型態變異,則完全來自飼養者對型態的偏好和育種,蘊藏更多元的型態變化與發育差異。其悠長的馴養歷史以及更古老的基因重複(Gene Duplication)機遇,使其值得成為演化發育生物學的新模式生物。研究器材和方法上的調整,則是生物學家展現才智的機會。

太田欽也舉例,「一般的解剖顯微鏡工作距離適合觀察和操作斑馬魚,但是經過我們自己的創意,也改裝出可以對金魚進行顯微手術的器具和適合拍攝的大型解剖顯微鏡。設備上的差異並不難克服。」

金魚胚胎的發育生物學優勢

太田欽也說,現代生物學家以果蠅和微生物育種進行遺傳與演化實驗,擴大時間維度來看,千年來金魚愛好者挑選、強化金魚外觀特徵的過程,可以比擬長時間的人擇實驗。

金魚不僅適合用來觀察人擇壓力如何影響成年生物的型態。太田欽也更想進一步探索,從胚胎階段的差異進行選擇,是否可能改變生物的型態。

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太田欽也提到,人工育種對發育與型態的影響力也展現在其他物種上,例如家犬與鴿子也被培育出許多特殊表型。但是哺乳動物和鳥類的胚胎觀察不易,需要相當高的技術與成本。

相對於動物子宮與鳥類蛋殼內的胚胎,在透明卵囊中發育的半透明金魚胚胎,就是非常容易觀察的研究對象。只要有恰當的複式顯微鏡、解剖顯微鏡和顯微手術能力,金魚的胚胎從受精到孵化都可以全程順利紀錄,而且每次繁殖可以蒐集到上百筆資料。

現代顯微攝影技術搭配容易觀察的金魚胚胎,讓太田欽也可以拍攝清晰影片,在網路上生動地分享發育生物學知識。攝影:楊雅棠

自製影片 盼演化生物學跨過學院圍牆

除了將金魚研究成果發表在 Nature 等科學期刊,太田欽也同時努力當起「Youtuber」。他希望能將演化發育生物學、金魚飼育經驗、臨海研究站的學術特色,甚至是宜蘭的風光,透過網路傳達給大眾。

武漢肺炎導致的漫長隔離,是他學習影音製作的契機。最初他在百無聊賴之下看了大量影片,後來逐漸萌發「我也要拍自己的題材!」的企圖心。開始搜尋拍攝、後製、配樂等網路教學,在隔離的單人房中逐漸進步。

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太田欽也說,拍攝影片最重要的動機是「分享」。他解釋,「科學的頻道不管累積再多追蹤者,例如數十萬人追蹤的 Nature, Science, 觀眾也以科學領域工作者為主。現代知識逐漸朝向『專家』與『外人』的兩極化狀態發展,我不喜歡這樣的社會。」

如同他推進學術研究的方法,他也透過自學、自己組裝基礎設備如空拍機、手機等,在節省開支的情況下拍出了中研院同僚為之驚艷的影片。

太田欽也為臨海研究站拍攝的簡介影片,基本款空拍機呈現了頭城的舒暢美景。

在早已開始的人類世 何謂自然?

太田欽也熱衷以空拍影片介紹宜蘭的郊野與人文,但他對主流輿論的「自然環境」內涵存疑,他認為「自然」早已被人類行為大幅改變。自從農業擴張、工業革命發生,人類對環境與生物的改變程度早已無法恢復「自然原貌」。

他以金魚的馴化過程為例,從宋朝開始的愛好者,透過育種極力凸顯特殊形態,從沒有背鰭的「蛋種」,到眼周水泡足以遮蔽視線的「水泡眼」。都不是基於適應「自然」而進行的育種。

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太田欽也強調,「如果是宋朝或明朝人有今天的生物學工具,以他們的追求珍奇的育種態度,一定會用 CRISPR 編輯金魚基因,製造出更奇特的變異型態。」

他說,這樣的行為會在現代科學圈與社會輿論上遭到反對,「認為動物被修改基因、型態變異很可憐」,但人類採用動物進行藥物實驗或經濟用途時,也並未優先考慮「自然原則」。

太田欽也反問,「若是透過基因編輯技術將金魚修改回類似野生鯽魚的型態,更適應野外環境,這樣算是自然或不自然呢?」

建立科技倫理 而非堅守「自然」想像

他指出,金魚的馴化與育種反映著東亞社會的自然觀念,不同於西方基督教倫理的「人統御、保護自然」意識形態。可以促進人們反思,人類也身在其中的「自然」的標準是什麼?而非執著於保護想像中的自然「原狀」。

太田欽也強調,「本質化『自然』、建構一個保守不變的形象,不會幫助人們了解生物學。」

他認為,宋朝人、明朝人的自然觀念與今日不同;甚至現代人常引用的「道法自然」倡議者老子,他所提倡的自然,與現代許多人想像、意圖恢復的也是不同的自然。

背鰭退化、尾鰭倍增的蛋種雙尾金魚,是古代貴族最青眼有加的奇特型態之一。作者:清 馬文麟 來源:國立故宮博物院

太田欽也建言,科學地面對人類因素影響世界各地生態的現實、建立基因科技的社會倫理與規範,都是比恢復建構出的「自然」意象更重要的生物學議題。

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來自日本和歌山縣鄉間的太田欽也說,長期駐守宜蘭頭城的臨海研究站不僅是因為設施與職位,也是因為此處環境與故鄉有幾分神似。

「但我不會說這兩個地方都很『自然』,在人們對我說『這裡很自然!』的時候。」太田欽也無奈地笑說,「想到周遭可以釣起吳郭魚的溪流、被整治疏濬成田園的原洪氾濕地,反而會讓我很疑惑彼此對『自然』的共識。」

1995 年諾貝爾化學獎得主克魯岑(Paul Crutzen)指出,現代已是由人類行為影響地質特性的人類世。此概念引起地質科學界激烈討論,從新石器時代、工業革命到核彈試爆頻繁的 1960 年代都有學者認為是人類世的開端。

最後由國際地層委員會的人類世工作小組投票決定,視第二次世界大戰後、人口與人類活動高速成長的20世紀中葉為人類世起點。

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參考資料

  1. Li IJ, Lee SH, Abe G, Ota KG. Embryonic and postembryonic development of the ornamental twin-tail goldfish. Dev Dyn. 2019 Apr;248(4):251-283.
  2. Abe G, Lee SH, Chang M, Liu SC, Tsai HY, Ota KG. The origin of the bifurcated axial skeletal system in the twin-tail goldfish. Nat Commun. 2014 Feb 25;5:3360.
  3. 太田欽也實驗室
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