國王的安全帽－隱形自行車安全帽

本文由 建研所 委託，泛科學企劃執行。 

根據聯合國統計數據，全球每年 38% 的溫室氣體排放，並非來自道路上的交通工具，而是由「現代都市與建築」所造成的。

我們如今站在兩條路徑的十字路口。一條是依賴更多水泥建築與空調系統來抵禦夏季酷暑，然而這樣的選擇只會加劇室外大氣的惡化。另一條則是徹底改革建築、用電、設計與都市規劃，不僅尋求低碳排放的建築方式，還要找出節能降溫的解決方案，實現事半功倍的效果。

然而，我們是否真的能將建築業的碳排放歸零？

建築的溫室氣體哪裡來？

在建築物 60 年的生命週期中，建材的碳足跡其實只佔 9.8%，因為建築一旦完成後，材料不會頻繁更換。相反，日常生活中的用電才是主要的碳排來源，占了 83.4%，其中大部分來自冷氣、照明和各種電器。

當然，讓大家集體關燈停用電器「躺平」來拯救地球，顯然不切實際。既然完全不消耗能源是不可能的，我們應該尋找更現實的解決方案。

現在就來看看全球七棟零碳建築之一——成大的「綠色魔法學校」，臺灣首座淨零建築，如何運用建築技術，成為當代永續建築的典範。這些技巧中，有哪些能應用到你我家中呢？

為了省電要把煙囪塗黑、吸收更多太陽光？

都市裡，我們最大的挑戰之一就是夏天的高溫，水泥建築群在陽光的烘烤下，變成一個個巨大的窯爐。為了解決這個問題，綠色魔法學校在國際會議廳裝了一個煙囪，不過這不是為了讓窯爐更熱，而是用來降溫的。

煙囪為什麼都都要蓋的那麼高？原來煙囪越高，上下的溫差越大。熱空氣因為密度低而向上移動，產生熱對流。溫差越大，這個熱對流就越強烈，這就是所謂的「煙囪效應」。在要幫室內降溫的情況下，我們的目的是產生更強的煙囪效應，抽走熱空氣，讓室溫下降。但這棟建築裡沒有火爐，而溫差不夠大時，這效應會變得微弱，那該怎麼辦？

_{浮力通風效應。圖 / 泛科學自製動畫截圖}

綠色魔法學校提出了一個大膽的解法：在煙囪南面下半部改裝透明玻璃窗，並將煙囪內部塗成黑色，還加裝了黑色烤漆鋁板，這樣可以最大限度地吸收太陽光。每當艷陽高照，這個不插電的的「自然通風系統」就能自動啟動，創造局部的熱對流，帶動整根煙囪的熱氣向上移動，為室內降溫，達到節能效果。以熱制熱，完全反常識。

幫室內降溫的最大原則是：通風。

實際上，不是人人家裡都有煙囪。但如果建築的高處沒有任何窗戶或通風設備，熱空氣就是會從屋頂一路往下蓄積在室內。因此，你也一定在許多工廠或民宅的屋頂看過一個不斷旋轉的小風扇，它們也是有異曲同工的效用。雖然不是高聳的煙囪，但特殊的渦輪構造，風吹過就會開始轉動，並連帶空氣排出室外。是個不用插電的通風球。

綠色魔法學校的煙囪就是個效能更強的換氣機，足以讓 300 人大型會議廳的換氣次數，高達每小時 5 到 8 次，甚至能在室內颳起風速每秒 0.5 公尺的微風，是最舒適的環境。這些利用熱氣密度的差異來改善室內溫度的方法，又稱為「浮力通風」。

為了把通風貫徹到底，綠色魔法學校在建築的兩面裝設大量窗戶以及吊扇，來讓水平也能通風。這些我們習以為常的裝置，其實才是關鍵。靠吊扇的一點點電力讓自然風可以自由進出，耗費的能源，遠比冷氣還要少得多。

幫空調省電的最後一招，就是微環境控制。

實際上魔法學校內還是找的到空調設備，並不是完全拔除不用。除了選用最高效率的主機，以及把室內循環做到最好以外，降低周遭環境溫度才能減低冷氣的負擔。要降低水泥叢林的熱島效應，需要植被與水體來做溫度調適。

在太陽照射下，水泥屋頂表面最高可以達到攝氏 70 度，如果屋頂有種植植栽，室內頂層樓板的表面溫度就可以維持在攝氏32 度以下。不用開電就先幫室內降溫。

水也是關鍵的一環。一是水的比熱高，想打破水分子之間的氫鍵，需要大量的熱量，要讓一千克水的溫度升高一攝氏度，需要 4,200 焦耳的熱量，這可以避免溫度因為烈陽就快速上升。二是當溫度真的過高，水也會透過蒸發帶走熱量，讓溫度不至於向上飆。

魔法學校的屋頂花園使用水庫淤泥，研磨後燒製成的再生陶粒，裡頭混合了稻穀，結構極細，不會像有機土一樣分解消失，可以涵養水源，還不用動不動補土壤，不只降低屋頂植被的澆水次數，還能達到降溫效果。地面也採用透水鋪面，讓每一滴水都不浪費。

綠色魔法學校本名是成功大學的「孫運璿綠建築研究大樓」

2013 年被英國知名出版社羅德里其評為「世界最綠的建築」，並獲選為聯合國全球七棟零碳建築之一。

除了表彰之外，在認證上也確實取得了臺灣最高等級的「鑽石級綠建築」認證，以及美國最高級的「白金級綠建築」兩個綠建築認證。

為了讓相同的成效可以陸續在全臺的所有建築上實現，臺灣在既有的綠建築標章體系上，擬定出了「建築能效評估系統 BERS」，針對關鍵的空調、照明、插座電器的用電狀況訂出明確的耗電密度指標得分。簡單來說，就是每平方公尺的面積上，每年平均的用電量。

要打造一棟淨零建築，需要設計與材料硬體的相互配合。在日常用電這最大耗能項目上，能透過前面的淨零設計與智慧能源管理來減低能耗。而我們還沒提到的最後一塊拼圖，則是回到建築的建材本身。這部分減碳的方法有很多種，例如將傳統施作工法改為在工廠就完成模組化建材製造的「預鑄工法」，減少現場搭建鷹架、施工的步驟，達成減碳。又或是將部分建材更換為木、竹等負碳建材，甚至使用零廢棄物、能「循環使用」的建材。例如 2018 年亮相的臺中花博荷蘭館、或是 2021 年台糖在沙崙啟用的循環聚落。

建築物能夠完全不用電嗎？……電從哪裡來？

沒錯，連全球最綠的建築——綠色魔法學校，也無法做到完全不使用電力。正如前面提到的，建築的最大能源消耗來自日常使用，而這所「魔法學校」的成就，是成功將日常能源消耗降低，讓溫室氣體排放減少超過 50%。

這就是關鍵，減少一半後，剩下的部分就靠周邊的造林、太陽能和風能等綠色能源來補足。

2022 年 3 月，國發會公佈了 2050 淨零排放的路徑圖，參考美國、日本、歐盟等國，制定了 2050 年達成淨零建築的目標。

這條路徑包含兩個核心目標：第一，所有建築物要在建築能效評估系統（BERS）中達到 1 級節能，甚至進一步達到「1+ 級」近零碳建築的標準，減少至少 50% 的能源消耗。第二，同步發展再生能源，讓這些近零碳建築朝淨零邁進。

這個目標比你想像的要容易實現。比如，2023 年 12 月，台達電的瑞光大樓 II 就成功取得了「1+ 級」近零碳建築認證，並符合 0 級淨零建築規範。而在 2024 年 7 月，國泰人壽在臺中烏日的商辦大樓經過改造後，也達到 0 級淨零建築標準。這些案例證明了綠色魔法學校的成功經驗可以複製，不論是新建築還是舊建築，都能達成甚至超越淨零目標。

如果我們不想讓「每個夏天都是未來最涼的一年」這樣的預言成真，碳排歸零是必須要實現的目標。現在你知道，這個任務的關鍵就掌握在你我手中。就像選擇能源標章電器一樣，只要選擇符合 BERS 能效標準的建築，我們不僅能降低冷氣的依賴，也能節省電費，讓地球和你的荷包都雙贏。

你騎自行車時會戴安全帽嗎？

今年 4 月起日本新規上路，所有騎士不分年齡，騎自行車都必須戴上安全帽，自行車用品店安全帽的銷量直線上升，熱門產品更賣到缺貨。

台灣目前道路相關法規僅規定機車、電動（輔助）自行車要戴安全帽，一般沒有電力輔助的腳踏自行車，還未特別規定要戴安全帽。

自行車的安全帽到底防護效果如何，得要從設計看起；最近的新科技 MIPS 號稱能降低側撞與旋轉衝擊，什麼是旋轉衝擊？什麼是 MIPS 呢？

都柏林大學腦創傷模型

想要知道這樣摔、那樣摔會有什麼下場？這就需要用假人頭來分析；最著名的實驗模型就是「都柏林大學腦創傷模型」（University College Dublin Brain Trauma Model , UCDBTM）。

UCDBTM 最初發表在 2003 年，是使用男性屍體的腦袋進行「電腦斷層掃描」（computed tomography , CT）和「核磁共振」（magnetic resonance imaging , MRI），開發模擬頭部幾何形狀及頭內部壓力反應的模型，透過一系列屍體衝擊測試，進行參數調整，觀察不同衝擊對於大腦和腦脊液（CSF）體積和剪應力的影響。

在研究的 3D 有限元素模型（three-dimensional finite element model），以大約 2 萬 6 千個六面體元素，來代表頭皮、顱骨、軟腦膜、腦鐮、腦幕、腦脊髓液、灰質與白質、小腦以及腦幹，也就是整個頭部重要的組成都涵蓋進去了。

安全帽衝擊測試

2022 年 5 月在《Scientific Reports》上的一篇研究，團隊利用先前提到的 UCDBTM 假人頭模型試砸，目的是想了解頭部撞擊的旋轉加速度。為什麼要那麼在意旋轉衝擊？

在全球車禍直接撞擊造成腦部損傷的機率較小，相比之下，側撞和旋轉衝擊才是最可怕的傷害方式，這是因為人在車禍中會有自主閃避的反應；物理上來說，我們就是身處在移動中的慣性狀態，所以旋轉衝擊，特別是導致腦部受損和致命傷的主要原因。

而在這篇安全帽衝擊研究，團隊選了 3 種已上市的自行車安全帽 ，每種各買 4 頂來 PK，這三款安全帽分別是：

1. 一般有「貼合棘輪機制」、「EPS 保麗龍」內襯的自行車安全帽。為最常見的安全帽規格，而棘輪的位置在後腦杓，轉動可以調整鬆緊，讓安全帽貼合頭部不會任意鬆脫。
   
2. 採用「多向衝擊保護系統」（Multi-Directional Impact Protection System）簡稱 MIPS，MIPS 是一層安裝在安全帽內部的保護裝置，當頭部受到衝擊時，減震層可以提供 1 到 1.5 公分  多方向的移動空間，利用在安全帽內部滑動，緩衝側面撞擊或是旋轉所造成的作用力。
   
3. 安裝數個裝著低黏度無色「礦物油」的「熱塑性胺甲酸乙酯 TPU」囊袋，利用這些囊袋緩衝頭部衝擊。

戴著安全帽的假人頭依序被送上「單軌掉落支架系統」之後，再分別以每秒 6.5 公尺的衝擊速度（時速每小時 23 km）自由落體撞擊貼上 80 粒度（grit）砂紙、45 度角的鐵砧表面上，模擬自行車摔車時的高摩擦衝擊狀態。

以實驗的結果來說，作為對照組的【一號】安全帽表現整體來說比較差，雖然一號傳統安全帽在線型加速度控制能力，不輸【二號】，但【二號】與【三號】所加持的旋轉控制科技，表現明顯出色；【二號】的減震層和【三號】的礦物油囊袋，不僅降低了線性和旋轉加速度的峰值（最大值），還減少腦部灰質與白質所受的衝擊。顯然 MIPS 以及類似這類防側撞和旋轉衝擊的新科技，確實有明顯的保護效果。

科學證實戴帽更安全！

2018 年刊登在《事故分析與預防》期刊（Accident Analysis & Prevention）的薈萃分析研究，從 1989 年至 2017 年的 55 項研究，共 179 個效果估計；結果顯示，使用安全帽可將頭部損傷減少 48％，嚴重頭部損傷減少 60％，創傷性腦損傷減少 53％，面部損傷減少 23％，造成死亡或重傷的總數減少 34％。

總之，科學實證強烈建議騎自行車必須佩戴安全帽。

只是在台灣這種亞熱帶氣候，夏天悶熱考驗也是避不掉的，另外也有不少反對強制立法配戴安全帽的人表示，不想要在騎 Ubike 時被強制戴「共用」安全帽，覺得很不衛生。而且覺得強制規定戴安全帽，反而會降低大眾使用自行車替代汽機車的都市減碳目標。

回到開頭，日本新規已上路，所有騎士不分年齡，騎自行車都必須戴上安全帽，而台灣目前還只有機車、電動自行車要戴安全帽；台灣該跟上，還是維持現況呢？

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在臺灣被國寶級的藍鵲巴頭，是無上的榮耀；^[1] 但在澳洲遭喜鵲攻擊，卻是送醫的前奏。^[2] 每年 7 月到 11 月，^[2] 澳洲喜鵲的季節性暴力行為，以及當地居民的壯烈犧牲，總是貢獻不少素材給國際新聞版面。^{[3, 4]} 為確保筆者生命安全與本專欄的續存，以下整理了預防澳洲喜鵲襲擊的專業建議，順便跟將來有興趣赴澳旅遊、留學或打工度假的讀者分享。

澳洲喜鵲的攻擊行為

澳洲喜鵲（學名：Cracticus tibicen）是澳大利亞極為常見的鳥類，^[5] 平時待人親和，但一到繁殖季節，地域性就變得特別強烈。^[6] 鳥巢附近方圓 100 到 150 公尺內的自行車騎士，是最頻繁的攻擊目標；^[6] 其次為行人；再來則是跑者。 ^[7] 具侵略性的多為公鳥，且僅佔澳洲喜鵲總數的 9% ；^[2] 然 而每年仍有數以千計的人受害，其中近 15% 受傷，^[7] 包含少數被狠啄耳朵或眼睛。^[2] 2021 年澳洲全國有超過 5,300 例的相關通報案件。^[7] 媒體報導有一名 5 個月大的女嬰，從倉皇躲避的母親手裡墜落，最後死於頭部重傷。^{[4, 8]}

研究顯示喜鵲認得超過 100 張人臉，一般傾向把陌生人當作威脅。值得注意的是， COVID-19 疫情期間，澳洲鳥盟（BirdLife Australia）的專家 Sean Dooley ，擔心有些封城地區的防疫政策，會造成更多人類受害。因為澳洲喜鵲若是認不得戴口罩的熟面孔，或許會展開一視同仁的無差別攻擊。^[9]

「喜鵲警報」民營通報系統

2013 年的時候，一名騎自行車被澳洲喜鵲攻擊的網站工程師，察覺沒有全國性的通報系統，可以舉發喜鵲的惡行，便自行架設一個供大眾使用。^[7] 如今，他的「喜鵲警報」（Magpie Alert）網站，每年發佈統計數據，並成為博物館與媒體不時引用的資料來源。^{[4, 6, 7]} 若比較該網站近年的圖表，某幾州的攻擊次數，在 COVID-19 疫情期間的確有成長的趨勢。^[7] 然而，這到底是因為民眾戴口罩，或是網站愈來愈熱門，還是大家突然比較有時間上網通報，就不得而知了。

各種失敗的預防方法

澳洲有個非常厲害的單位，叫做「聯邦科學與工業研究組織」（Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation，簡稱CSIRO），曾研發出 WiFi 、塑膠鈔票，還有連英國女王都用過的 Aerogard 防蚊液。^{[10, 11]} 2010 年的時候，某隻兇猛的澳洲喜鵲，搬到國立澳洲大學和 CSIRO 黑山園區之間的通道上。該喜鵲不顧先來後到，便鳩佔鵲巢，還唯恐別人侵門踏戶。牠居高臨下鳥瞰新居周圍的疆域，敏捷地驅逐任何過境者。讓 CSIRO 的科學家們逮到機會，進行了一個非正式的動物實驗。^[12]

興高采烈的幾位 CSIRO 科學家們自告奮勇，以千奇百怪的造型騎著自行車，接近這隻澳洲喜鵲；一邊再由同事錄下整個過程，作為是否遭受攻擊的證據。他們測試的重點以戴或不戴自行車安全帽，還有應該增添何種安全帽配件為主，例如：在上面黏假眼睛、綁毛根（絨毛鐵絲）或束線帶、綑上兩台攝影機、裝上假喜鵲、蓋上誇張的假髮，甚至完整露出灰髮稀疏的禿頭，期望喜鵲寬待長輩等。^[12]

雖然上述裝扮大多不具實質效果，純粹把騎士搞得像隻花俏的驚弓之鳥，其中倒是有幾個嘗試略顯成功：一是整頭真髮，不戴安全帽；二是在騎乘途中脫帽，暴露禿頭；三則是在安全帽外包上非洲捲假髮，以致完全看不到帽子。^[12] 總之，好像外表看起來沒有安全帽，反而能倖免於難；但要是假髮滑動影響騎士視線，或是倒楣發生車禍，頭部卻缺乏保護，那豈不是更加危險？

假如真的不幸碰上澳洲喜鵲攻擊，自行車騎士該做的就是下車，步行離開牠的勢力範圍，並用帽子、眼鏡和雨傘保護自己的頭部與眼睛。^[2] 不過千萬也別跑得太快或是反擊，否則會導致情勢惡化。^[6]

化敵為友

既然連國家級的智囊團介入都無效，難道人類就只能任憑澳洲喜鵲追著跑嗎？澳洲新英格蘭大學的動物行為學榮譽教授 Gisela Kaplan ，可不這麼覺得。根據 Kaplan 教授的說法， 80% 順利繁衍後代的澳洲喜鵲，住在人類社區，^[13] 牠們的平均壽命約在 25 到 30 歲之間。^{[6, 13]} 基於喜鵲擅長認人又有良好的記憶力，人類不妨近水樓台，化敵為友，跟牠們培養長期的親善關係。^[13]

友誼是雙向的。對人類來說，能保障人身安全，還有無須照顧的喜鵲陪玩，簡直比養寵物還划算。然而，牠們何必跟我們攀關係？針對這個問題， Kaplan 教授解釋，澳洲喜鵲有置產壓力，偏偏適合的育幼環境有限，造成嚴重的市場競爭。多數的喜鵲 5 歲以前，無法鞏固屬於自己的勢力範圍，而最終能成功繁衍後代的成鳥也僅佔 14% 。所以，與澳洲喜鵲交友的方法很簡單，完全沒有必要用食物利誘，光是當個人畜無害的鄰居，就別具吸引力。^[13]

一旦澳洲喜鵲認證您是位和平的人類，牠們可能會正式把自家的孩子介紹給您認識，允許牠們在周遭玩耍。此外，還會就近觀察您的一舉一動，並積極模仿。比方說， Kaplan 教授的喜鵲朋友，就曾趁她不注意，偷敲鍵盤，再看看螢幕上出現什麼結果；或是當她在院子裡除草時，於一旁跟著堆土。^[13] 人類與動物本來就不一定得相互敵對，如果哪天真遇上了澳洲喜鵲，不妨花點時間彼此瞭解，試著交個朋友吧！

參考資料

1. 台灣藍鵲護巢巴學生頭 文大教授拍下精彩一刻（中央通訊社，2021）
2. Stay safe from swooping magpies (Queensland Government – Department of Environment and Science, 2021)
3. 澳洲「恐怖之鳥」今年傷人特別多 疑與口罩有關[影]（中央通訊社，2021）
4. Baby dies in Australia after magpie swooping attack (CNN, 2021)
5. Australian Magpie (BirdLife Australia, accessed in 2022)
6. Why do Magpies swoop? (Australian Museum, 2021)
7. Magpie Alert (Jon Clark, 2022)
8. Parents of baby girl who died after magpie attack thank community for ‘overwhelming kindness’ (ABC News, 2021)
9. Magpie-swooping season could be worse in Victoria this year as face masks confuse birds (The Guardian, 2020)
10. We Are CSIRO (CSIRO, 2022)
11. Aerogard (CSIROpedia, 2011)
12. You make me wanna swoop: dispelling magpie myths (CSIROscope, 2015)
13. Magpies can form friendships with people – here’s how (The Conversation, 2019)

注意看，只有聰明的人才看得到這個女生戴了隱形安全帽。
看不到嗎？沒關係，看完本文大家都會變成聰明人。

騎腳踏車最煩的事情，除了要一直踩踏板以外，大概就是戴安全帽了吧！什麼？你說臺灣現在根本沒人平常在街上騎腳踏車在戴安全帽的？很明顯就是因為超不方便又超不舒服，所以大家都懶得戴。但是安全帽又的確能夠保護我們的頭部，免於遭受撞擊，於是瑞典的兩個女生花了七年時間，在去年推出：隱形的安全帽！

畢竟傳統的安全帽不僅體積很大沒地方放，外觀又很醜，還會壓壞髮型，用悶熱的泡沫塑膠做成，很不舒服。於是革命性的產品就誕生了！同樣能保護頭部卻沒有上述那些缺點。這個發明在2011年奪下哥本哈根Index設計大獎。來看一下實體展示：

看完大家應該明白，是一個安全氣囊的概念。像一條圍巾的Hövding 內建電池、加速計和陀螺儀，當然還有半導體晶片。當檢測到使用者頭部發生大幅度動作時（如遭遇碰撞、跌倒），會立即向安全氣囊模組發送警示訊號，安全氣囊可在十分之一秒內充滿氦氣展開，包裹住頭部。

會不會擔心你如果坐在辦公室裡，結果不小心就打開了呢？因為這個圍巾是要充電的，很貼心的也有設計電源開關，不需要的時候關閉電源就行了。但是如果你擔心像一些犯罪影集演的一樣，隨便就被人從樓梯推下去了話，整天開著也是沒問題，只是就要每天晚上充電了。

其實就算不關電源，正常狀況下也是不會打開的。那系統要怎麼判別你真的遇到危險的意外呢？他們過去幾年蒐集了正常騎腳踏車的震動圖譜，還有用假人進行了一連串的意外實驗，因此你蹲下來幫腳踏車打氣、或是緊急煞車都不會開啟安全氣囊。

以下為一些意外狀況的震動圖譜：

最後要注意的事情就是，如果有人從陽台上拿一個花盆砸你，這個隱形的安全帽就幫不上忙，因為你沒有瞬間改變速度。（可能要被砸到倒地以後，安全氣囊才會彈開）所以颱風天還是傳統安全帽比較保險。

網路上的評價說400歐元(約台幣一萬六)的售價太高，就看你願不願意花這麼多錢保護自己的生命囉！（去年的價格是600歐元）因為這種安全氣囊是一次性的產品，雖然部分保險公司有提供使用過後再換新的服務。

但我最大的感想是，不愧是瑞典人的發明，在臺灣夏天的話不就熱死了？

最後一張圖，這大概就是九把刀說的：「即使跌倒了，姿勢也要很豪邁。」

參考資料：

• 商品官方網站
• 商品DM
• 半導體科技報導