Jon+Creyts+Robert+McIntosh

零下44攝氏度卻毋須供暖設施，熱能與水的需求降低99%，電力消耗降低90%，產(chǎn)生這一奇跡僅僅是因為更新了建筑設計理念

1983年，落基山研究所（RMI）聯(lián)合創(chuàng)始人盧安武在海拔2200米的大山中修建了一棟建筑作為自己的住宅和辦公室。雖然當?shù)囟熳罾鋾r有零下44攝氏度，但這棟建筑卻沒有安裝任何供熱系統(tǒng)。它依靠完美的設計滿足了使用者對舒適度的需求：超高能效窗戶引入自然光的同時鎖住了室內(nèi)熱量;具有良好蓄熱功能的地面基礎使室內(nèi)溫度保持恒定，保證了舒適度;屋頂太陽能發(fā)電板為室內(nèi)的電器供電;位于住宅中心的開放式溫室為使用者提供自然光。

這棟住宅憑借設計本身就節(jié)約了99%的熱能與水的需求，節(jié)約了其他方面90%的用電需求，且整個項目在不到10個月就收回了新增成本。這一創(chuàng)新設計為后來歐洲“被動房屋”運動中3萬余座類似建筑以及落基山研究所最新落成的巴索爾特創(chuàng)新中心提供了靈感。今天，我們將這種設計概念稱為“一體化設計”。

一體化設計能夠以一次性的投資成本實現(xiàn)多重效益，并要求打破傳統(tǒng)思維模式來確保創(chuàng)新解決方案。這是一種牽涉面遠超過建筑設計的概念，要實現(xiàn)這些突破性的解決方案需要重視下列三個核心理念。

首先，關注終端用戶的價值需求。房屋使用者并不一定需要電力、煤炭、天然氣或是空調(diào)與冰箱，他們需要的是溫度適宜的茶水和舒適的房間，并且要以高度便捷的方式滿足這些需求。因此，如何以最低的成本提供這些價值才是我們的目標。通過一次性投資實現(xiàn)多重效益，能夠確保資本及其回報得到優(yōu)化。例如，在居住空間中心設計一處天井能夠帶來新鮮空氣、熱度、濕度以及光照。

其次，在關注終端用戶價值的同時，打破設計局限進行全系統(tǒng)考慮。在傳統(tǒng)設計中，效率常常意味著通過重復工作提高生產(chǎn)力：機械、結構和電氣設計等標準各自獨立進行，并根據(jù)過往經(jīng)驗進行復制或調(diào)整，常常出現(xiàn)設計過度或性能不佳的狀況。通過整合設計，我們就有可能發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中的浪費：選擇高性能窗戶能夠大幅提高建筑的隔熱性能，因此能夠降低對暖通空調(diào)系統(tǒng)容量的需求，使用超高效照明與電器能夠減少它們散發(fā)的熱量，從而降低建筑對空調(diào)系統(tǒng)的需求。如果設計得當，我們可以完全擺脫管道和空調(diào)系統(tǒng)，除了節(jié)約系統(tǒng)成本以外，這樣做還能節(jié)約更多空間供用戶使用、出租或縮小建筑規(guī)模，從而提高項目的整體經(jīng)濟性。

最后，在對比不同方案時，考慮整個系統(tǒng)壽命周期的成本與收益，而不僅關注前期投資。無論是在商業(yè)投資還是個人投資決策制定過程中，前期成本常常具有決定性作用。智能設計往往會增加前期投資，但收回成本也很快。高能效表現(xiàn)的窗戶與電器、加厚的混凝土地基、太陽能發(fā)電板和其他調(diào)整手段確實增加了盧安武住宅的建設成本。但是，電費和天然氣節(jié)約在不到一年的時間里就收回了這些成本，并且這些節(jié)約將會持續(xù)積累。當然，并不是所有項目都有這么高的經(jīng)濟性，但許多創(chuàng)新融資機制能夠更好地平衡前期成本增量和長期收益之間的關系，從而克服此類項目可能會遇到的投資障礙。

落實了一體化設計的這三個關鍵點，我們就有更多機會在各個領域?qū)崿F(xiàn)更大的經(jīng)濟價值，無論是基礎工業(yè)工程還是城市設計等。

全球大約60%的電力用來驅(qū)動電機，而其中超過一半的電機用來驅(qū)動泵和風扇。根據(jù)不同電機的使用年限和型號，能夠通過許多已知的經(jīng)濟手段提高電機效率，降低其總能源消耗達50%。但如果我們退后一步思考，利用一體化設計改造泵系統(tǒng)，將會獲得更大的能源節(jié)約。

泵系統(tǒng)用來移動液體，通常是利用低價、標準的管道系統(tǒng)直角鋪設。但若將直徑小且彎曲的長管道替換為直徑較大且彎角更平穩(wěn)的短管道，就可以讓泵系統(tǒng)的體積變小，大大降低泵系統(tǒng)所需的能源，且達到同樣目的：移動液體。這樣做不但能節(jié)約能源，同時還能降低三倍的空氣污染和碳排放。

大約20年前，荷蘭地毯制造商Interface Nederland公司在其上海的工廠建設項目中采用了一體化設計理念。通過重新設計進料系統(tǒng)，該公司降低了86%的能源需求，在降低成本的同時也減少了生產(chǎn)設施所占空間。通過以更短距離和直線路徑輸送液體（最終價值），用小泵和大直徑管道替代大泵和小直徑管道（通過全系統(tǒng)設計），雖然增加了前期建設成本，但打造出更高效的系統(tǒng)，很快就收回了投資成本。

類似的做法也可以應用在工廠的整體設計中。2009年，美國得州儀器公司運用一體化設計原理設計了其位于得克薩斯州理查德森的一處芯片制造廠，建筑面積約10萬平方米。采用優(yōu)化了的泵系統(tǒng)、變速電機、重力設計廢物排放系統(tǒng)和深度余熱回收系統(tǒng)，最終將制造廠年度能源消耗降低了20%，二氧化碳排放降低了50%，污水排放降低了35%，同時降低建筑運營成本達30%。這一標志性能效提升案例為日后所有芯片制造廠樹立了一體化設計范例。

除了改變單個工廠外，我們還可以利用一體化設計改善整個產(chǎn)業(yè)部門能效。

如今，出行方式、電氣化和無人駕駛等發(fā)展趨勢在社會上得到廣泛宣傳。從一體化設計角度來看，它們創(chuàng)造的價值是實實在在的，我們面對的問題則來自當前以汽車為中心的交通系統(tǒng)中惰性的資本和效率低下的技術。

從終端用戶需求入手，大部分汽車擁有者并不需要汽車，他們需要的是個性化出行方式。為了滿足這一需求，一直以來大部分美國人的選擇是購買汽車。但事實上，私家車在95%的時間里都閑置在停車場。而當汽車上路時，由于交通擁堵，只在約2%的時間里汽車能夠高效地將乘客運送到目的地。這是一個效率非常低下的系統(tǒng)！更糟糕的是，在美國，多數(shù)汽車里只坐著一名乘客。我們計算了使用重達1500千克的汽車運送重量僅為80千克乘客的能量轉(zhuǎn)化率，結果是汽車消耗的能源中僅有1%直接用于為乘客提供出行服務。顯然，這是一個亟須一體化再設計的低能效系統(tǒng)。

汽車電氣化和輕體化都是對前期投資要求較高的技術，但它們能夠通過行駛過程中的能源節(jié)約來收回成本，而且大幅提升出行系統(tǒng)中的能源轉(zhuǎn)換效率。優(yōu)步和滴滴等提供的車輛分享服務能夠提高個體車輛的利用率，有助于加快此類技術的投資回收速度。而自動駕駛技術能夠進一步提高利用率并將司機成本從系統(tǒng)中剔除，以更低的成本提供更多出行服務，從而更顯著地改善系統(tǒng)效率。因此，蘋果、谷歌、百度等商業(yè)巨頭都如此專注于開發(fā)此類解決方案。

從社會角度來看，以全系統(tǒng)思維模式重新布局城市系統(tǒng)能夠進一步實現(xiàn)優(yōu)化出行的經(jīng)濟效益。在這里，我們可以通過開發(fā)更多多功能社區(qū)和更適于步行的城市區(qū)域來降低市民長距離出行的需求，這樣我們就可以通過一體化設計使市民更加便捷地滿足其各自的工作、生活和娛樂等需求。

通過研發(fā)輕體汽車、電動車以及自動駕駛汽車，能夠在不久的將來重新定義人與汽車的關系。我們的研究分析表明，未來幾年美國汽車持有量將達到峰值，然后開始下降，而且每乘客每公里平均成本將比現(xiàn)有水平降低四分之三。

一體化設計能夠發(fā)現(xiàn)和解決消費者的真正需求，無論是舒適度、傳輸液體、制造產(chǎn)品還是完成出行。一體化設計可以催生重新思考、重新設計或重新制造產(chǎn)品或服務的市場機遇，落基山研究所預計，僅在美國，這些市場機遇的潛在規(guī)模就可超過每年1萬億美元。

當今是一個技術和商業(yè)模式都處在顛覆式變革的時代，一體化設計就是這樣的雙重顛覆。通過幫助我們建設更好的建筑，制造更好的汽車，搭建更好的交通網(wǎng)絡以及基礎設施，一體化設計將成為新時代下的經(jīng)濟核心要素。

（Jon Creyts 為落基山研究所常務董事，Robert McIntosh為該所高級咨詢師，編輯：馬克）