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變形五角:改變中的軍事科學

老橘子
・2011/10/03 ・2814字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 572 ・九年級

2011 年9月出版的《自然》(Nature 477)刊登一篇Sharon Weinberger*寫作的”Power of the Pentagon: The changing face of military science”,本文雖然不是科學研究論文,但是整理了五角大廈在過去幾十年的科技研究資助的變化。述說軍事與科學研究之間的政治、國際局勢、預算及學科衝突之間的關聯。

Sharon Weinberger認為五角大廈支持的基礎研究,正在面臨一個不確定的未來。

不確定的未來

2005年,在伊拉克,當土製炸彈(roadside bomb)比宣稱的造成更多傷亡,資深五角大廈官員呼籲學術社群加入「曼哈頓計畫」,以對抗這些簡易爆裂裝置(IEDs, improvised explosive devices)。如同第二次世界大戰原子彈的軍備競賽,軍事領導人似乎被迫加碼投資科學,以逆轉戰爭局勢。

學術界集體表示事不關己。五角大廈的宏大修辭並未搭上任何科學資助的潮流,也不清楚什麼樣的科技可以協助對抗一個組織鬆散、技術低落的敵人。此外,當時五角大廈的簡易爆裂裝置整合單位的副科學顧問Julia Erdley表示「我們正在尋求短期的解決方案。」

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六年以後,國防部已經花費超過170億美金在對抗簡易爆裂裝置,但是如同Erdley所說,大部分的經費已經流向已知的解決方案的應用,如同載具以及人員的裝甲強化,而非尖端研究。在伊拉克和阿富汗,土製炸彈仍是美軍及盟軍軍隊的頭號殺手。五角大廈官員現在承認,仍無技術上的靈丹妙藥可以避免、偵測和拆除土製炸彈,並且他們曼哈頓計畫般的說詞已經被更謹慎的「阻止恐怖主義網絡高度散布」說法取代(見Nature 471, 566–568; 2011)。

與冷戰時期的風光形成強烈對比,鼓動科學社群對恐怖主義宣戰並沒有成功。冷戰時期,五角大廈支持的科學蓬勃發展,而且被視為反蘇聯技術勢力的重要資產。今日軍事必須在更模稜複雜的環境運作,在一些可能跟任何技術優勢同樣具決定性的「軟」技術(soft skills)中運作,如建立信任、情報蒐集與文化洞見等等。在此新的軍事現實中,科學與技術研究必須提供的東西,變得更不清楚了。

破產的計畫

不確定性,可能有助於解釋某些現在看起來像是缺乏五角大廈支持的藍天基礎科學(blue-sky basic research,指沒有辦法短期達到目標的研究類型),以及偏好短期獲利的應用研究。JASONs,一個由獨立科學家們組成的國防顧問團體,在最近公布的五角大廈科學與技術的報告(完成於2009,公開於2010五月)中說「我們相信國防部重要的基礎研究計畫已經『破產』,甚至丟更多的經費或僅僅改變程序和定義都不能修復。」

表面上,五角大廈的科學基礎看似健全無虞,並支持一系列的研究。包含基礎研究、應用研究與尖端技術發展–在五角大廈的預算項目6.1, 6.2, 6.3–五角大廈的科技預算從2001年9/11事件的高峰下降到2005年的每年147億。(見漲跌表)但大多是尖端技術領域的衰退,不是基礎研究。但總額仍維持每年120億,幾乎是聯邦國家科學基金會的年度預算68億美元的兩倍,而且比起歐洲的國防科學花費高出許多,歐洲國家傳統上只付出美國花在軍事上的一小部份。2009年,從近年來得知的數字,歐洲防衛局(European Defence Agency)的會員–除丹麥以外歐盟每個國家–全部只花費歐元22.6億(折合美金31億)在「研究與技術」領域,大部分投入尖端航空和其他武器的,而非科學。

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http://www.nature.com/news/2011/110921/images/Rise750.jpg
五角大廈科技花費在冷戰末尾降到低點,接著在恐怖主義戰爭中飆增,但現在的下降可能會較深又延續得更長。

在五角大廈內,研究也曾占盡優勢的,前美國國防部長羅伯特.蓋茲(Robert Gates),在2006年入主國防部前,曾任德州農業機械大學的校長,也曾是美國CIA局長,也是一個歷史學博士。

例如,蓋茲清楚意識到許多學術場域,從越戰時期(1955-75)開始就與軍方的關係交惡並經常敵對,尤其是社會科學。2008年,為了重建這些連結,蓋茲提出密涅瓦(Minerva)計畫:一個特別著重社會科學的基礎科學計畫。蓋茲視密涅瓦為軍事科學改革任務的象徵。他在宣佈這項計畫時說到:「面對世界的挑戰,國家力量需要超越軍事威力,發揮更廣泛的概念和應用。…政府和國防部必須參與額外的知識領域–如歷史、人類學、社會學和進化心理學。」

Magnificent seven?

在2012會計年度預算中,蓋茲設定了未來幾年基礎科學預算年成長率2%的目標,並且宣示維持穩定的應用及尖端科技。對於國防資金來源很重要的學科而言,這是特別令人振奮的消息。在美國,約有三分之一的海洋地理學研究和計算機科學的研究資金來自五角大廈,例如,機械工程的大部分資金就是。(見Nature 466, 656-657, 2010)麻省理工學院的的科學史學家David Kaiser提到「物理研究不再與軍事資金緊密相連,即使仍然很重要。」國防部現在也是研究創傷性腦傷的最大單一資金來源。

隨著今年六月三十日下台,蓋茲停止一個五角大廈的科學技術計畫。包含一個用於未來五年的預算計畫的優先性明細表,五角大廈內部人士稱為「豪勇七蛟龍」(magnificent seven)。

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然而,蓋茲的努力也顯示出某些五角大廈的科技計畫的緊張關係。特別是密涅瓦,結合輿論反應,如學術界質問五角大廈是否與社會科學研究有生意往來。(見Nature 455, 583-585; 2008)Magnificent seven的明細表包含的主題有,反毀滅性武器(counter weapons of mass destruction)與減震系統(engineering resilient systems),然而這明顯未鼓舞科學社群。一位馬里蘭大學帕克學院的航太工程師,也是前美國空軍的首席科學家,Mark Lewis說,「很難區分這是魯莽或者先見之明。」這基本上是個人的願望清單。一位五角大廈發言人也說,沒有任何資助目標與Magnificent seven相關。

更基本的問題是許多觀察家認為五角大廈的研究缺乏遠見和整合。前幾十年,透過國防研究工程總部(director for defence research and engineering, DDR&E)來整合,這是一個在1958年蘇聯發射史普尼克衛星之後設置的職位。位於五角大廈權力中心,掌管所有部內的科學與技術計畫。

但是在1970年代晚期,這個職權讓渡了許多預算和政策主導權給採買的國防部次長–武器購買首席。DDR&E,近來刪減員額並改名為國防研究工程助理處,並掌管大部分個人單位和泛五角大廈國防尖端研究計畫機構的科學投資。近年來,辦公室已經被邊緣化,隨著刪減科學預算而不再是軍事科學政策的主導單位。

即使當官方繼續進行國防基礎研究,根據2009年JASON的報告,研究一味地朝向立即應用。在258個由2007年空軍資助的科學基礎研究計畫樣本中,以及陸軍研究單位贊助的類似樣本中,JASON發現有81%並非廣義的基礎研究。

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JASON科學家呼籲國防部提高並加強DDR&E部門,並且獨立於武器採購之外。但是國防部官員沒有做出任何改變的跡象。

同時,五角大廈面臨一個更急迫的威脅。「我們開始看到贊助研發資金的下滑趨勢。」位於華盛頓DC的戰略及預算評等中心的研究員,Todd Harrison提到。歐巴馬政府已經要求五角大廈,在未來12年刪除4000億的預算–現在預算大約每年7000億美金–而且不能保證在國會企圖減少聯邦赤字的同時,這些刪減不會擴大,或者從科技預算中刪除。

Lewis認為蓋茲的增加基礎研究費用的承諾是五角大廈的科學政策在過去幾年內的一個最重要的改變。然而,現在的問題是:蓋茲的繼任者,前CIA局長Leon Panetta,會不會支持這項承諾。Lewis指出,在Capitol Hill舉行的新任國防部長聽證會,當他被問到這個問題時,回答說,他重視基礎研究–但「所有國防撥款都必須考慮現在的預算緊縮時刻。」

換句話說,全部都在刪減的議程中,包含科學。Lewis說「那可能是一個根本的改變。」

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*Sharon Weinberger是西北大學Medill新聞學學院的卡內基研究員。個人網站: http://sharonweinberger.com/

出處:Published online 21 September 2011 | Nature 477, 386-387 (2011) | doi:10.1038/477386a

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老橘子
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貓人複合體。成員為黃貓、花貓、虎班貓。東海社會學博士,清華社人所碩士,曾任報社編輯和記者,博士後研究員,流浪博士。

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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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