تصميم الهياكل الأساسية لدعم نمو السكان الحضريين

وفي منتصف القرن، سيعيش أكثر من ثلثي سكان العالم في المدن، وهو تحول يضع ضغوطا غير مسبوقة على نظم الهياكل الأساسية القائمة، فالطرق وشبكات المياه وشبكات الطاقة ومرافق إدارة النفايات التي تبنى لصالح السكان الأصغر سنا يجب أن تستوعب الآن ملايين السكان الإضافيين، وأن تحقق أهدافا بيئية أشد صرامة، كما أن تصميم الهياكل الأساسية لدعم السكان الحضريين المتزايدين بشكل مستدام ليس مجرد مشكلة هندسية، بل يتطلب تخطيطا متكاملا يوازن بين نماذج التلوث وكفاءة الموارد والقدرة على التكيف.

ويُعد نطاق التحدي مذهلاً، إذ إن المدن، وفقاً لـ برنامج الأمم المتحدة للمستوطنات البشرية ]، تستهلك نحو 78 في المائة من الطاقة في العالم وتنتج أكثر من 60 في المائة من انبعاثات غازات الدفيئة، وفي الوقت نفسه، كثيراً ما يتجاوز التوسع الحضري السريع قدرة الحكومات البلدية على تخطيط وتمويل البنية التحتية الجديدة، ونتيجة لذلك اتساع الفجوة بين الهياكل الأساسية القائمة التي يمكن أن تحققها وما تتطلبه من نمو في التصميم.

لماذا مسائل البنية التحتية الحضرية المستدامة الآن

فالهياكل الأساسية المستدامة ليست رفاهية مخصصة للدول الغنية أو الدول التي تتطلع إلى المستقبل، بل هي ضرورة تشغيلية لأي منطقة حضرية تشهد نمواً في السكان، وترتكز نماذج الهياكل الأساسية التقليدية على التمدد المعتمد على السيارات، ونباتات الطاقة المركزية، ونظم النفايات السامة على نحو يثبت أنه يكتنفها وزن الكثافة وتقلب المناخ، وتعطي النُهج المستدامة، على النقيض، الأولوية لكفاءة الموارد، وتكرارها، وتكيفها بشكل مباشر.

ويُقدِّر تقرير من البنك الدولي ] أن استثمارات البنية التحتية الحضرية المستدامة يمكن أن تُدر فوائد اقتصادية تفوق ثلاث إلى أربع مرات تكاليفها الأولية على دورة حياة الأصول، وتشمل هذه الفوائد انخفاض فواتير الطاقة، وانخفاض نفقات الرعاية الصحية من الهواء الأنظف، وارتفاع قيمة الممتلكات، وزيادة إنتاجية الأعمال التجارية.

كما أن الاستدامة تعالج البعد الاجتماعي للهياكل الأساسية، حيث أن النظم غير المخططة بشكل غير متناسب كثيرا ما تتحمل المجتمعات المحلية المنخفضة الدخل أعباء التلوث، والفيضانات، وعدم كفاية وسائل النقل، وتصاميم الهياكل الأساسية التي تتسم بالإنصاف في الاعتبار، وذلك بضمان توزيع الأماكن الخضراء، والعبور الموثوق به، والمياه النظيفة بشكل معقول، مما يحول دون تعميق الفجوة الاجتماعية - الاقتصادية، وبهذا المعنى، فإن الهياكل الأساسية الحضرية المستدامة أداة للإدارة البيئية والعدالة الاجتماعية.

العناصر الأساسية لنظم البنية التحتية المستدامة

ولا يمكن لأي تكنولوجيا أو سياسة واحدة أن تجعل المدينة مستدامة، بل إن الاستدامة تنشأ عن التفاعل بين نظم الهياكل الأساسية المتعددة المصممة للعمل بشكل تآزري، وتشكل المكونات التالية العمود الفقري لبيئة حضرية مرنة منخفضة الكربون.

شبكات النقل العام والتنقل

فالنقل يمثل حصة كبيرة من الانبعاثات الحضرية، والتخطيط لتركيب السيارات يظل واحداً من أكبر الحواجز التي تحول دون الاستدامة، إذ إن تطوير نظم للنقل العام تتسم بالكفاءة والميسرة والتكامل هي أكثر المدن تأثيراً، ويجب أن تكون شبكات النقل العابر ذات القدرة العالية، والمرور العابر السريع بالحافلات، والممرات المخصصة للتدوير، مصممة بحيث تُربط بين المناطق السكنية والمنافع الخاصة، والزمن الأدنى للزراعة، والمراكز الريفية، وشبكات النقل العابر، والمراكز الصحية،

كما أن نظم التنقل الحديثة تدمج المركبات الكهربائية، ومنصات تقاسم المركبات، وخدمات المكوك المستقلة، ويمكن لهذه التكنولوجيات أن تكمل النقل العابر الثابت عن طريق توفير وصلات ذات ميل أو أقل، مما يقلل من الحاجة إلى ملكية السيارات الشخصية، بيد أنه يجب على المدن أن تتدبر هذه الابتكارات بعناية لتجنب النتائج غير المقصودة، مثل زيادة الكيلومترات التي تسافر عن طريق خدمات الرفع التي تُعدّل أطر التخطيط العام للمرور العابر.

المباني الخضراء والتصميم الفعال للطاقة

وتشكل المباني نحو 40 في المائة من استهلاك الطاقة على الصعيد العالمي ونصيب مماثل من انبعاثات الكربون، كما أن إعادة استخدام الهياكل القائمة، وتتطلب معايير أداء عالية للتشييد الجديد، هي استراتيجيات حاسمة لخفض الطلب على الطاقة الحضرية، وتشمل ممارسات البناء المستدامة التصميم السلبي (التوجيه، العزل، التهوية الطبيعية)، ونظم الإضاءة العالية الكفاءة، وتوليد الطاقة المتجددة في الموقع من الألواح الشمسية أو مضخات الحرارة الأرضية.

وتوفر شهادات البناء الخضراء، مثل LEED وBREEAM وEDGE، معايير للأداء والاعتراف بالسوق، ومع ذلك فإن أكثر السياسات أثرا تتجاوز التصديق الطوعي، وتعتمد الولايات القضائية الحضرية على نحو متزايد مدونات طموحة للبناء تخول أداء الطاقة الصافية الصفرية بحلول عام 2030 أو قبل ذلك، كما تقوم بعض المدن بتجريب أنظمة الكربون المجسدة، وتشترط على المطورين حساب الانبعاثات من مواد البناء مثل الخرسانة والفولاذية، وتساعد هذه التدابير على الحد من آثار الحائط على الحد من الأسطحات.

الإدارة المتكاملة للمياه

إن توافر المياه العذبة يشكل عقبة متزايدة أمام العديد من المناطق التي تتجه بسرعة نحو التحضر، ويزيد تغير المناخ من حدة الجفاف والفيضانات، ويجعل السدود التقليدية في مجال المياه - الكبيرة، ونباتات المعالجة المركزية، ونظم الصرف الوحيدة الغرض - غير كافية على نحو متزايد، ويعالج النهج المستدام لإدارة المياه كمورد محدود يحفظ ويعاد استخدامه بدلا من استيراده ويستخدم مرة واحدة ويفرغ منه.

كما أن جمع مياه الأمطار وإعادة تدوير المياه الرمادية ومعالجة مياه الصرف الصحي في الموقع يمكن أن يقلل كثيراً من الطلب على الإمدادات البلدية، كما أن الرصفات القابلة للدم، والحدائق المطرية، والأراضي الرطبة المشيدة تساعد على إدارة مياه الأمطار بصورة طبيعية، وتخفض مخاطر الفيضانات، وتعيد شحن المياه الجوفية، وفي نطاق المقاطعات أو المدن، يدمج التصميم الحضري المائي هذه السمات في الحدائق، واكتشافات الشوارع، والمساحات العامة.

الطاقة المتجددة واللامركزية

إن انتقال نظم الطاقة الحضرية من الوقود الأحفوري إلى المصادر المتجددة أمر أساسي لتحقيق الأهداف المناخية، فاللوحات الضوئية الشمسية على أسطح المباني وقوافل السيارات، والاضطرابات الريحية الصغيرة الحجم، ومصانع توليد الكتلة الأحيائية يمكن أن توفر حصة متزايدة من كهرباء المدن، غير أن تداخل توليد الطاقة المتجددة يتطلب الاستثمار في تخزين الطاقة، وبرامج الاستجابة للطلبات، والهياكل الأساسية للشبكات الذكية التي يمكن أن توازن العرض والاستهلاك في الوقت الحقيقي.

إذ أن توزيع موارد الطاقة - توليد الطاقة المملوكة للمتهمين - والمزايا الخاصة التي تنطوي عليها التخزين - يؤدي إلى الحد من فقدان النقل، وإلى تعزيز قدرة الشبكة على مواجهة حالات الخروج، ويمكن نشرها بسرعة أكبر من محطات الطاقة الكبيرة، ويمكن للمدن أن تعجل بالتبني من خلال تبسيط برامج الشراء بالجملة، والتعريفات التي تعوض مالكي المباني عن فائض الطاقة التي تغذيها الشبكة، مع استمرار انخفاض تكاليف البطاريات، مع تحول المباني الشمسية المخزنة إلى مقومات التجارية.

إدارة النفايات والمواد العناوين

ويولد السكان الحضريون كميات هائلة من النفايات الصلبة، وطرق التخلص التقليدية - المدافن والمحرقات - تحمل تكاليف بيئية وصحية كبيرة، ويهدف نهج الاقتصاد الدائري إلى القضاء على النفايات عن طريق تصميم منتجات للتدفئة والتصليح وإعادة التدوير، وعن طريق إنشاء نظم تلتقط المواد وتعيد تجهيزها، ويترجم ذلك في السياق الحضري إلى برامج شاملة لإعادة التدوير والتخزين، والولايات الموسعة المتعلقة بمسؤولية المنتجين، والمرافق التي تحول النفايات العضوية إلى مواد.

وتشمل عناصر البنية التحتية الرئيسية مرافق استرداد المواد، وحفر الأنابيب الهوائية، وشبكات مجموعات تجعل من الملائم للأسر المعيشية والأعمال التجارية فصل مسارات النفايات، كما يمكن للمدن أن تقلل من توليد النفايات في المصدر عن طريق حظر البلاستيك المفرد الاستخدام، وتشجيع التغليف القابل للتداول، ودعم إصلاح المقاهي وتقاسم الاقتصادات، بالإضافة إلى الفوائد البيئية، فإن نظم النفايات الدائرية تخلق وظائف محلية في مجال الفرز والتجهيز وإعادة التصنيع الاقتصادي، مما يسهم في تحقيق المرونة الاقتصادية.

استراتيجيات تصميم مدن النمو السريع

ويتطلب تحويل هذه المكونات إلى نظم حضرية متماسكة تصميماً مكانياً ومؤسسياً متعمداً، وتساعد الاستراتيجيات التالية المدن على تحقيق النمو مع الحفاظ على الاستدامة.

Mixed-Use, Compact Development

فالنشاط هو عدو البنية التحتية المستدامة، فالقوات المتدنية الكثافة، والوحيدة الاستخدام، والقوى التي تتنقل منذ فترة طويلة، وتطالب بشبكات واسعة النطاق للطرق والمرافق، وتستهلك الأراضي الزراعية والموائل الطبيعية، وتُركِّز تنمية الاستخدام المختلط، على النقيض من ذلك، الإسكان والوظائف والمتاجر والخدمات داخل الأحياء المشيّة، مما يقلل من مسافات السفر ويدعم قدرة المرور العام على الاستمرار ويعزز التفاعل الاجتماعي.

ويمكن أن تسترشد أدوات التخطيط مثل المدونات القائمة على الشكل، ومكافأة الكثافة للإسكان الميسور التكلفة، والإفراط في الإنفاق على التنمية الموجهة نحو المرور العابر، بالاستثمار الخاص نحو أنماط الاستخدام المختلط، وتشمل الأمثلة الناجحة مدن مثل برشلونة مع نموذج " الاختبار " الخاص بها، وطوكيو، حيث حافظت مناطق الاستخدام المختلط والسكك الحديدية القوية على كثافة عالية دون استخدام مفرط للسيارات.

الهياكل الأساسية الاستراتيجية الخضراء والزرق

فالمتنزهات والطرق الخضراء والأراضي الرطبة والغابات الحضرية ليست أماكن للإقامة بعد بناء الهياكل الأساسية هي نظم متكاملة للهياكل الأساسية توفر الخدمات الأساسية، وتحسن البنية التحتية الخضراء نوعية الهواء، وتخفف من كربون المهبل، وتدير مياه الأمطار، وتدعم التنوع البيولوجي، وتوفر الحيز الترفيهي.

كما أن تصميم الهياكل الأساسية الخضراء والزرقاء كشبكة متصلة يضاعف فوائدها، فعلى سبيل المثال، يمكن لممر من الحدائق وأشجار الشوارع أن يوجّه هواء بارد من المناطق المحيطة إلى مناطق كثيفة، مما يقلل من الضغط الحراري، كما يمكن لسلسلة من الحدائق المطيرة على طول مبان مجاورة، ويقلل من تدفقات المجارير المشتركة، ويمكن للمدن أن تدمج هذه المعالم على نطاقات المتعددة - من متنزهات في أماكن شاغرة إلى مناطق إقليمية.

تكامل التكنولوجيا الذكية من أجل تحقيق الاستخدام الأمثل للموارد

وتتيح التكنولوجيات الرقمية تشغيل الهياكل الأساسية على نحو أكثر كفاءة واستجابة، وتوفر شبكات الاستشعار، وأجهزة شبكة الإنترنت للأشياء، ومنابر تحليل البيانات معلومات آنية عن استهلاك الطاقة، وتدفقات المياه، وظروف المرور، ومستويات النفايات، وتتيح هذه البيانات لمشغلي المدن الكشف عن التسربات، وتوقيت الإشارة إلى الحد الأمثل، وتكييف إشراق الشوارع، والجدول الزمني لجمع النفايات بصورة دينامية.

ويمكن أيضاً للمنابر الذكية للمدن أن تشرك المقيمين مباشرة من خلال أجهزة متنقلة تعرض جداول المرور العابر، أو تبلغ عن ثقوب الطاقة الشخصية، أو تتبع استخدام الطاقة الشخصية، وعندما تقترن هذه النظم بالاستخبارات الاصطناعية والنماذج التنبؤية، يمكن أن تتوقع حدوث زيادات في الطلب، والاحتفاظ بالجدول الزمني قبل حدوث الإخفاقات، وأن تحاكي آثار تغيرات السياسات، بيد أنه يجب على المدن أن تعالج مسألة الإنصاف الرقمي الذي يتيح لجميع المقيمين إمكانية الوصول إلى الاتصال وإلى محو أمية، وأن تضع بروتوكولات الأمنية القوية.

مبادئ التصميم التلقائي والتطبيقي

ويدخل تغير المناخ عدم يقين عميق في تخطيط الهياكل الأساسية، إذ يمكن أن يتغلب ارتفاع مستوى سطح البحر، والتهطال الشديد، والموجات الحرارية على النظم المصممة للأحوال التاريخية، ويشتمل التصميم المتكرر على عدم اليقين من خلال بناء القدرة على التكرار والمرونة والقدرة على رفع مستوى المسافات في المستقبل، فعلى سبيل المثال، يمكن أن يرتفع معامل معالجة مياه الفضلات فوق مستويات الفيضانات المتوقعة، مع استخدام الطاقة الاحتياطية ومسارات تصريف متعددة.

كما أن التصميم التصحيحي ينطوي على التخطيط للتوسع التدريجي، فبدلاً من بناء القدرة الكاملة لمصنع معالجة المياه اليوم، يمكن للمدن أن تشيد الأساس والقفز بينما تؤجل بعض وحدات العلاج إلى أن يتحقق الطلب، وهذا يقلل من الاحتياجات الرأسمالية الأولية ويتجنب الأصول المتشابكة إذا تباطأ النمو السكاني، وينبغي أيضاً تصميم البنية التحتية لاستيعاب التكنولوجيات الجديدة - مثل القنوات الخاصة بالكابلات الألياف الضوئية المستقبلية أو الفضاء اللازم لحلقات التبريد في المقاطعات.

تجاوز الحواجز التي تعترض التنفيذ

وعلى الرغم من الأساس المنطقي الواضح للهياكل الأساسية المستدامة، فإن العديد من المدن تكافح من أجل الانتقال من الخطط إلى الواقع، والعقبات ليست تقنية أساسا؛ وهي مؤسسية ومالية وسياسية.

نماذج التمويل والتمويل

وكثيرا ما تكون للبنية التحتية المستدامة تكاليف أعلى من تكاليف البدائل التقليدية، حتى وإن كانت وفورات دورة الحياة كبيرة، فالميزانيات البلدية مقيدة عادة، وقد يكون المستثمرون غير ملمين بالتكنولوجيات الخضراء، ويمكن لآليات التمويل المبتكرة أن تسد هذه الفجوة، فالسندات الخضراء، وسندات الأثر البيئي، والشراكات بين القطاعين العام والخاص تسمح للمدن بالوصول إلى رأس المال الخاص لمشاريع مثل المزارع الشمسية، ونظم الطاقة في المناطق، والسكن الأخضر الميسور التكلفة.

كما أن استغلال قيمة الأراضي أداة قوية أخرى، وعندما تزيد الاستثمارات العامة في العبور أو الحدائق من قيم الممتلكات المتاخمة، يمكن للمدن أن تلتقط جزءا من هذا التقدير من خلال عمليات تقييم خاصة أو رسوم إنمائية، وأن تعيد استثمارها في مزيد من الهياكل الأساسية، كما أن إيرادات تسعير الكربون، ورسوم الازدحام، ورسوم مياه العواصف المرسلة إلى صناديق مخصصة توفر تدفقات مستقرة قائمة على المستعملين من أجل المشاريع المستدامة.

الحوكمة والقدرات المؤسسية

وتعبر الهياكل الأساسية المستدامة الحدود التقليدية للإدارات - النقل، والمياه، والطاقة، والنفايات، والإسكان، والمتنزهات - المناطق البلدية كثيرا ما تكون محصورة، ويتطلب التنفيذ الفعال هياكل تخطيط متكاملة، مثل كبير موظفي الاستدامة أو لجنة الهياكل الأساسية الشاملة لعدة قطاعات، تكون لها سلطة تنسيق الميزانيات والموافقة عليها، كما أن بناء القدرات له أهمية مماثلة: فقد تحتاج المدن في المناطق السريعة التحضر إلى المساعدة التقنية والتدريب وشبكات التعلم من الأقران لوضع وتشغيل نظم متقدمة.

The C40 Cities Climate Leadership Group] and similar networks provide platforms for cities to share best practices, access technical support, and collectively advocate for national policies that enable sustainable urban development. Decentralizing decision-making to district or neighborhood levels can also improve responsiveness to local conditions and foster community buy-in.

العدالة الاجتماعية والمشاركة المجتمعية

وقد فرضت مشاريع البنية التحتية على المجتمعات المحلية التي لا تكتفي بالمشاورة، والتي تعزز أحيانا أنماط التشرد والظلم البيئي، ويجب تطوير البنية التحتية المستدامة مع المقيمين ، وليس فقط بالنسبة لهم، وينبغي أن تبدأ عمليات المشاركة في وقت مبكر، وأن تستخدم اللغة والشكليات الميسورة، وأن تعالج الشواغل المجتمعية الحقيقية مثل القدرة على تحمل التكاليف، والحصول على الوظائف، والحفاظ على الثقافة.

ومن شأن تصميم يركز على الإنصاف أن يلبي من يستفيد من أعباء السكن العام ويتحملها، مثلا، أن يؤدي تركيب الألواح الشمسية على الإسكان العام إلى خفض تكاليف الطاقة للمستأجرين ذوي الدخل المنخفض، وقد يؤدي وضع خط سريع للحافلات على طول الممر الذي يخدم الأحياء المحرومة إلى تحسين فرص الحصول على الوظائف والرعاية الصحية، كما أن الثقة المجتمعية في الأراضي تكفل بقاء التنمية الجديدة في متناول اليد، ومن خلال إدراج قياسات الأسهم في أطر تقييم المشاريع، إلى تجنب حدوث تراكمات في المدن.

الاتجاهات الناشئة والطرق المستقبلية

وفي المستقبل، تُعدّ عدة اتجاهات شكلاً لمناظر البنية التحتية الحضرية المستدامة.

الحلول القائمة على الطبيعة في سكال

وتنتقل النظم الإيكولوجية المتطورة من المشاريع الرائدة إلى تعميم الهياكل الأساسية، وقد أظهرت مدن مثل سنغافورة وميدلين أن إدماج الغطاء النباتي في المباني والشوارع وممرات الأنهار يمكن أن يحسن بشكل كبير الأداء البيئي في الوقت الذي يخلق فيه حيزاً عاماً متنوعاً، وتعترف الفريق الحكومي الدولي المعني بتغير المناخ بالحلول القائمة على الطبيعة باعتبارها حاسمة بالنسبة للتخفيف والتكيف على السواء، وإن كان من الضروري تنفيذ هذه الحلول تنفيذاً دقيقاً.

Decarbonization and Electrification Across Sectors

ونظرا لأن المركبات الكهربائية والمضخات الحرارية والطبخ التحفيزي يحل محل البدائل الوقودية الأحفورية، فإن شبكة الكهرباء تصبح النظام العصبي المركزي للهياكل الأساسية الحضرية، وسيتطلب تلبية الطلب المتزايد على مصادر الطاقة المتجددة اتخاذ تدابير فعالة صارمة، ومرونة الطلب، والهياكل الأساسية للشحن الذكي، وتختبر بعض المدن نظما للمركبات والحشود، حيث تعمل البطاريات الإلكترونية على التخزين الموزع.

البيانات - الـ ديريفن، العمليات الافتراضية

إن التقدم في الاستخبارات الاصطناعية والتوائم الرقمية - التكرارات الإلكترونية للنظم المادية - هي عوامل تمكن مشغلي الهياكل الأساسية من محاكاة السيناريوهات، وتحقيق الأداء الأمثل، والتنبؤ بالفشل بدقة عالية، ويمكن لهذه القدرات، بمرور الوقت، أن تحول إدارة الهياكل الأساسية من الصيانة التفاعلية إلى استراتيجيات استباقية قائمة على الظروف، والحد من التكاليف واضطرابات الخدمات، وسيكون من الضروري وضع معايير للبيانات المفتوحة ومنابر قابلة للتشغيل المتبادل لتحقيق كامل إمكانات الهياكل الأساسية الذكية عبر مختلف النظم والولايات.

الخلاصة: نحو نموذج جديد للهياكل الأساسية

إن تصميم الهياكل الأساسية للسكان الحضريين المتزايدين هو أحد التحديات المحددة للقرن الحادي والعشرين، حيث إن النموذج القديم - الذي يبني بشكل أكبر، ويتوسع إلى الخارج، ويعطي الأولوية للمركبات الخاصة، ويعالج الموارد على أنها قد وصلت إلى حدودها الإيكولوجية والمالية، وهناك نموذج جديد آخذ في الظهور، وهو نموذج ينظر إلى الهياكل الأساسية على أنها نظام متكامل مصمم خصيصا للظروف المحلية، واحترام الحدود الكواكبية، والاستجابة لاحتياجات جميع السكان.

ويتطلب هذا الانتقال قيادة جريئة، واستثمارا مستداما، وتعاونا عميقا بين القطاعات والمجتمعات المحلية، ولكن المكافآت كبيرة على قدم المساواة: فالمدن التي تبنى البنية التحتية المستدامة ستكون أكثر قدرة على التحمل، وتنافسية، ومرونة في مواجهة تغير المناخ، وستجتذب الأعمال التجارية والمواهب التي تدفع الابتكار، وستوفر لسكانها جو أنظف، وشوارع أكثر أمانا، وفرصا أكبر، والطريق إلى الأمام متطلب، ولكن الأدوات والمعارف والأمثلة التي ستحقق النجاح متاحة بالفعل.