ככל שהאפקטים של שינויי האקלים מתגברים – מרמות הים הגואה ואירועי מזג אוויר קיצוניים תכופים יותר לשינוי אזורי חקלאות – פועלים על מנת לתכנן פתרונות מעבר לגישות מסורתיות, חד-פעמיות וחיבוריות של אתגרים אלה דורשים חשיבה חדשה: אחד הרואה תשתיות, קהילות, מערכות אקולוגיות, וכלכלות לא נפרדות אלא חלקים של חשיבה דינמית, המכונה "FLT" (FLT) הוא שינוי מהיר של מערכת אקולוגית.

מה זה מערכות חושבות?

בליבתו, מערכות חושבות הן משמעת להתבוננות במבנים שתחת מצבים מורכבים, במקום לשבור בעיה לרכיבים מבודדים ולקידוד כל פיסת מערכות, חשיבה מעודדת מהנדסים להבין את ה-FLT:0interrelationships, לולאות משוב, והתנהגויות בולטות FLT:1 שעולים כאשר רכיבים אינטראקציה.

למושג יש שורשים בתחומים מגוונים כמו ביולוגיה, סייברנטיקה ותאוריה ארגונית.בהנדסת מערכות חשיבה התפתחה כתגובה למימוש שפתרון חלק אחד של בעיה לעתים קרובות יוצר בעיות חדשות, לא מכוונות במקומות אחרים. לדוגמה, חומת ים שנועדה להגן על קהילה החוף מפני גלי סערה עשויה להאיץ את שחיקה החוף במורד הזרם, להפחית את הגידול הטבעי, ולתת לתושבים תחושה כוזבת של אבטחה שמובילה להתפתחות נוספת באזורים אלה; גישה לינארית.

עקרונות מרכזיים של חשיבה

כדי ליישם מערכות שחושבות ביעילות, מהנדסים מסתמכים על מספר עקרונות ליבה:

  • (הופנה מהדף LT:0) השקפה הוליסטית: 1FLT:1 המערכת כולה היא יותר מסכום חלקיה.מהנדסים מחשיבים לא רק את התשתית הפיזית אלא גם את הממדים החברתיים, הכלכליים והאקולוגיים.
  • (ב) [ה]:0] יחסי מין: כל יסוד קשור לאחרים.שינוי משתנה אחד – כגון גובה של רצועה – יכול לשנות את זרימת המים, תחבורה של משקעים, תשלום מים קרקעיים, ודפוסי שימוש בקרקע.
  • (FLT:0) לולאות של אפדבק: מערכות 1FLT מכילות משוב חוזר ואיזון.לדוגמה, טמפרטורה עירונית חם יותר מגבירה את השימוש בתנאי אוויר, אשר פולט יותר חום ופחמן, עוד התחממות העיר - לולאה ממושכות.
  • התנהגות דינמית:0 (FLT:103) מערכות משתנות לאורך זמן, לעתים קרובות עם עיכובים.אפקט של מדד הסתגלות אקלים לא יכול להיות גלוי במשך שנים או עשורים, הדורש מהנדסים כדי מודל של מסלולים ארוכי טווח.
  • (FLT:0) נקודות משנה: 1FLT:1 , ערבויות קטנות, מותאמות היטב יכול לייצר שינויים גדולים.זיהוי היכן לפעול (למשל, שינוי מדיניות, שינוי זרימת חומר, שינוי חשיבה) הוא תוצאה מרכזית של ניתוח מערכות.

מדוע שינוי האקלים דורש גישה של מערכות

שינויי האקלים אינם בעיה אחת; זוהי ארקייד של אתגרים מקושרים.עלייה בטמפרטורות הגלובליות משנה את דפוסי המשקעים, המשפיעים על זרימת הנהר ועל מים קרקעיים לטעון, אשר בתורו משפיע על צריכת מים, השקיה, ודור הידרו-כוח. בינתיים, סערות אינטנסיביות יותר לחץ מערכות ניקוז, רשתות תחבורה, ורשתות כוח בו זמנית.

שקול את ההשפעות הבאות של האקלים ואת המגבלות של תגובה לא-מערכתית:

  • (FLT:0)Urbanשיטפונות: 1FLT:1 עיר בונה יותר סערות כדי להתמודד עם גשם כבד יותר.ללא מערכות חשיבה, זה עשוי להגדיל את הסיכון להציף את הזרם ולהקטין את חדירה למים, להחמיר את הבצורת.
  • (FLT:0) שחיקה קואסטית: 1FLT:1 מבנים קשים כמו חול מלכודות גורים על חוף אחד, בעוד רעב חוף אחר של סעידת מערכות חשיבה יחקור חלופות כגון קווי חוף חיים הפועלים עם דינמיקת זרע טבעית.
  • (FLT:0) הגלים: FLT:1 מיזוג אוויר מספק הקלה מיידית אבל מגביר את פליטות ומצמצמצן את רשת החשמל. גישה של מערכות תשלב קירור פסיבי, גגות ירוקות, חומרי רפלקטיביים ומרכזי קירור קהילתיים.

דו"ח ה-IPCC של הערכה מדגיש את הצורך באסטרטגיות משולבות, חוצה-מצליות.כפי שהדו"ח מציין, "FLT:0Adaptation אפשרויות שגם הן מקטינות את שינויי האקלים או לתרום למטרות חברתיות אחרות הן לעתים קרובות יותר יעילות ובר-קיימא.FLT:1" זוהי המהות של מערכות חשיבה: חיפוש שיתופי פעולה והימנעות ממחסור.

יישום מערכות חשיבה לשינוי האקלים

כאשר מהנדסים מאמצים עדשות מערכות, הם עוברים מעיצוב תיקונים מבודדים כדי ליצור אסטרטגיות הסתגלות כי הם גמישים, גמישים, ושוויון חברתי. להלן הם מחקרים מקרה מורחב הממחיש כיצד מערכות חשיבה הוחלפה על פני תחומים שונים של הסתגלות אקלים.

מחקר: Urban Flood Management in Rotterdam

רוטרדאם, עיר הולנדית נמוכה, מתמודדת עם איומים מפני שיטפונות בנהר, עלייה ברמת הים, וגשמים אינטנסיביים במקום פשוט להעלות דימות, העיר אימצה גישה רב-שכבתית, מבוססת מערכות.

מרכיבים מרכזיים כוללים:

  • (ב) ריבועי מים:0) ריבועים ציבוריים נועדו לאסוף באופן זמני מים סוער, למנוע שיטפונות רחוב תוך מתן מרחב בילוי במזג אוויר יבש.
  • גגות ירוקים:0) גגות ירוקים מעצימים על בניינים סופגים גשם, מפחיתים את השפעות הקרקע החום ומספקים בידוד - הפעלת שימוש באנרגיה ופליטות.
  • (ב) ,0) אחסון תחת הקרקע: 1 מכלים קונקרטיים גדולים ללכוד מים נוספים ולהשחרר אותם לאט למערכת הטיפול, למנוע פיזור של תפירה משולב.
  • (ב) קודים בנייה מועדפים: FLT:1Build חייב לכלול אמצעי הגנה מפני שיטפון, כגון רצפות קרקע גבוהות וחומרים עמידים למים.

המערכות שחושבות כאן ברורות: מים אינם בעיה להתבטל אלא משאב שיש לנהל בתוך הבד העירוני.כל אלמנט מחזק אחרים – גגות ירוקים מקטין את ההמראה, אשר מפחית את העומס על ריבועי מים, אשר בתורו מוריד את הסיכון של תפירה.התוצאה היא עיר שאינה רק מבולשת, אלא גם יותר מלוטשת אנרגיה וחסכונית.

עמידות לחוף: לחיות קווי חוף במפרץ מקסיקו

על חוף המפרץ האמריקאי, מסורתי "מחיל" עם ראשי צפים וקרועים הוביל לאובדן של גידול מרש ומחמיר שחיקה.בתגובה, מהנדסים פונים ל-FLT:0 חיים קווי החוףFLT:1 - גישה מבוססת מערכות המשתמשת צמחייה ילידת, שוניות צדפות, ומבנים שניתן לייצבים בנקים תוך שמירה על תפקוד אקולוגי.

פרויקטים אלה רואים את כל מערכת החוף: אנרגיית הגל, התחבורה של המשקעים, זרימת הטייל, ואת מחזור החיים של דגים קרוםנים. על ידי שחזור דשא מרשים ומיטות צדפות, קווי החוף החיים להפחית את האנרגיה, המלכודת, ולשפר את איכות המים.הם גם לספק גידולי בית גידול ובקרה buffer Storms. כי הם נועדו להתפתח עם תנאים משתנים, הם יותר מתאימים לעתיד לקירות נוקשות מאשר קירות נוקשה.

דוגמה מוצלחת היא ה-Grand Bay National Estuarine Research Reserve1 במיסיסיפי, שם שוירת שונית משולבת עם שיקום מרש.

גזי מזון אנרגיה-מים ב Arid Zones

באזורים רבים של צחיחים וחצניים, שינויי האקלים מחמירים את המחסור במים, אשר בתורו משפיע על ייצור האנרגיה (כוח הידרו, קירור לצמחים תרמיים) וייצור מזון (השקיה) גישה של מערכות מתייחסת לשלושת המגזרים האלה כקשורה בין-FLT:0nexusFLT:1.

לדוגמה, בירדן, מדינה שכבר מתמודדת עם לחץ מים חמור, מהנדסים משלבים את ההתפלה המופעלת על ידי השמש עם צנרת טפטוף וניהול מלוטש מים משולב.על ידי שימוש באנרגיה מתחדשת לפלישה כוח, המערכת מפחיתה את פליטות גזי החממה ומונעת תחרות עם דלקים מאובן.טיפול במי פסולת הוא בשימוש חוזר לחקלאות, סגירת התבניות העיצוב עבור וריאציות עונתיות, שיעורי תשלום מים, ושינויים, ושינויים, ושינויים בתבניות היבולים אלה.

כלים כמו FLT:0 ; 000-אנרגיה-אנרגיה אינדקס נקסוסים 1:1 לעזור מהנדסים לכמת את הפקידי סחר וסינרגיות.לדוגמה, המעבר לשקיה סולארית עשוי להפחית את השימוש במים על ידי מתן יישום מדויק, אבל זה גם דורש אדמה עבור לוחות פוטו-וולטאיים - הפסקת מסחר כי צריך להיות מאוזנת עם מערכות חשיבה מספק מסגרת כדי לעשות את זה-off כדי להשיג פתרונות מפורשים כדי לנצח.

כלים ושיטות עבור מערכות חשיבה בהנדסה

יישום מעשי של חשיבה מערכות דורש כלים ספציפיים.בעוד שהחשיבה היא בסיסית, מהנדסים משתמשים במספר שיטות כדי מודל לנתח מערכות מורכבות:

קווקזsal Loop Diagrams (CLDs)

מפות חזותיות אלה מראות משתנים ואת מערכות היחסים בין גורם לאפקט, מדגישות לולאות משוב.לדוגמה, CLD של חום עירוני יכול להראות כמה שטח ירוק יותר מפחית טמפרטורה, אשר מוריד את הביקוש לאנרגיה, אשר מפחית את פליטות, אשר עוד מאט התחממות - לולאה חוזרת. CLDs מועילים בשלבים המוקדמים כדי לזהות נקודות ממינוף ותוצאות פוטנציאליות שאינן מכוונות.

מערכת Dynamics Modeling

מפותח על ידי ג'יי פורסטר ב-MIT, דינמיקות מערכת משתמשות במניות, זרימה, משוב כדי לדמות התנהגות לאורך זמן מהנדסים יכולים מודל כיצד קהילת החוף עשויה להגיב למדיניות הסתגלות שונה - כגון גבהים בנייה, שינויים ייעודיים, או תמריצים לביטוח - ולראות תוצאות ארוכות טווח.תוכנות כמו Vensim או סטלה מאפשר בדיקות רציניות.

המונחים: ccuption andהשתתף

מערכות חושבות שהתנהגות אנושית היא חלק מהמערכת.מהנדסים משתמשים לעתים קרובות במיפוי בעלי מניות כדי לזהות מי מושפע ממערכת. בניהול מים, למשל, חקלאים, פקידי עיר, קבוצות סביבתיות ומנהלי תועלת יש נקודות מבט ומטרות שונות.מודלים משתתפים עוזרים לסדנאות משותפות פתרונות שהם סאונד ומקובלים מבחינה חברתית.

Network Analysis

רשתות תשתיות (כוח, מים, תחבורה) הן מערכות קלאסיות.ניתוח רשת מסייע לזהות צמתים קריטיים - תומכים שכישלונם יכול לעגל את כל המערכת.הסתגלות לאקלים יכול לכוון את הצומתים האלה לשדרוגים חוסכים.

יתרונות ואתגרים של יישום מערכות חשיבה

יתרונות

  • (FLT:0) פתרונות נוספים של שינוי: FLT:1 על ידי הבנה בין תלות, מהנדסים מעצבים ונדוניות וגמישות במערכות, כך שהם יכולים לספוג זעזועים.
  • (הופנה מהדף LT:0) חשיבה של מערכות (FalveLT:1) מסייעת להימנע מתיקון הבעיה אחת תוך יצירת בעיות גדולות יותר במקומות אחרים.
  • יעילות:0 (FLT:1 Integrated Solutions עולה לעתים קרובות פחות מסכום ההתערבות בנפרד.לדוגמה, שילוב תשתיות ירוקות עם ניקוז מסורתי יכול להפחית את עלויות ההון והתחזוקה.
  • (FLT:0) מעורבות בעלי מניות טובה יותר: תהליך מערכות 1:1:1 באופן טבעי כרוך בפרספקטיבה מרובות, המוביל לקניית-אין רחב יותר ותוצאות שוויוניות יותר.
  • (FLT:0) יכולת חלופית: עיצובים מבוססי מערכות 1:1 יכולים להתפתח עם תנאים משתנים, בניגוד סטטי, גודל אחד של גישות.

אתגרים

  • (FLT:0) מורכבות וחוסר ודאות: מיפוי 1R) מערכות שלמות דורשות כמויות עצומות של נתונים ונחות על תנאים עתידיים.
  • (FLT:0) מוסדות: מחלקות הנדסה:1:1; סוכנויות מימון ותקנות מאורגנים לעתים קרובות על ידי מגזר (מים, תחבורה, אנרגיה) חשיבה מערכות דורש מעבר לגבולות אלה, אשר יכול להיות קשה מבחינה פוליטית ומינהליתנית.
  • (FLT:0)Time and Resources דורש: FLT:1 ניתוח מערכות יסודי לוקח יותר מאשר מחקר הנדסי מסורתי.לקוחות ובעלי עניין עשויים מעדיפים פלטים מהירים, קונקרטיים על פני חקירה לא ברורה יותר.
  • (הפסקה:0) ,ההתנגדות לשינוי: FLT:1, נהלים וחשיבה מבוססים קשה לשנות את המהנדסים עצמם עשויים להיות מאומן בשיטות לינאריות, הפחתה.

למרות השרידים הללו, התדירות הגוברת והעלות של אסונות האקלים דוחקים את מקצוע ההנדסה כלפי גישות מערכות.ארגונים כמו FLT:0 American Society of Civil Engineers (ASCE)igFLT:1 עכשיו כוללים מערכות חשיבה בהנחייתם לתשתיות בר-קיימא (דוגמה לקשר יוצא דופן: ראה ASCE's FLT:2 Systemss Thinking and ResilienceFLT 3) מאמר.

מערכות אינסטלציה חשיבה לתוך חינוך הנדסי ופרקטיקה

עבור מערכות שחושבות להיות סטנדרטיות בהנדסת הסתגלות אקלים, יש לטבוע כיצד מהנדסים מאומנים וכיצד פרויקטים נרכשים.כמה צעדים יכולים להאיץ את השינוי הזה:

  • (FLT:0Curriculum הרפורמה: FLT:1 הנדסה תוכניות צריך לכלול קורסים נדרשים על דינמיקת מערכת, תורת מורכבות, פרויקטים בין-תחומיים לפתרון בעיות. Capstone יכול לאתגר את התלמידים כדי להתמודד עם הסתגלות של אקלים בעולם האמיתי באמצעות עדשות מערכות.
  • (FLT:0Cross-דיסציפלינה צוותים:FLT:1 חברות הנדסה צריך לשתף פעולה עם אקסולוגים, סוציולוגים, כלכלנים, ומתכננים קהילתיים בשלבים המוקדמים ביותר של פרויקט.זה מראה את העולם האמיתי מקושר בין אתגרים אקלים.
  • (FLT:0) מסגרות ניהול מוצלח: FLT:1 פרויקטים צריכים להיות מעוצבים עם לולאות ניטור משוב המאפשרות תיקון כמובן כתנאי שינוי.זה מתייחס להנדסת מערכת מתמשכת, לא משלוח חד פעמי.
  • (FLT:0) תמיכה פוליבית: ממשלות 1FLT יכולות לחייב הערכות בעלות השפעה סביבתית מבוססות מערכות לפרויקטים גדולים של תשתיות ולספק מימון לתוכניות הסתגלות משולבות.

אחד המשאב המבטיח הוא מערכת ההפעלה (FLT:0)DG System Modeling ToolkitFLT ( 1:1 שפותחה על ידי מכון המילניום, אשר מסייע קובעי המדיניות לראות כיצד השקעות תשתיות משפיעות על מטרות פיתוח בר קיימא מרובות בו זמנית (קישור:2Millennium Institute ToolkitFLT 3: 3).

מסקנה

שינויי האקלים אינם בעיה שתיפתר על ידי בניית צינורות גדולים יותר, קירות ים גבוהים יותר, או יותר מצבי אוויר יעילים בבידוד.צעדים אלה מתייחסים לתסמינים, לא גורמים, והשפעותיהם מהדהדות באמצעות מערכות מקושרות בדרכים שיכולות לערער את ההצלחה שלהן.מערכות חושבות מציעות דרך בוגרת ויעילה יותר קדימה: היא מקבלת מורכבות, מחבקת משוב, ומחפשת פתרונות חזקים על פני עתידים רבים.

עבור מהנדסים, אימוץ חשיבה זו היא אחריות מקצועית וגם יתרון אסטרטגי.על ידי ראיית התמונה כולה – מדינמיקה אקולוגית להתנהגות חברתית – הם יכולים לעצב הסתגלות שאינם רק גמישים, אלא גם regenerative.האתגר הוא משמעותי, אבל הכלים, השיטות והדוגמאות כבר קיימים.הצעד הבא הוא שינוי תרבותי: החל אופטימיזציה מסיסמת לחוכמה מערכתית.

ככל שהאקלים ממשיך להשתנות, השאלה כבר אינה האם מהנדסים צריכים לחשוב במערכות – אלא אם הם יכולים להרשות לעצמם לא לעשות זאת.