你的系统和大自然一样有弹性吗?

我的好朋友John Peterson是公共建筑的创始人，有一天他问我，大自然对那些致力于提高城市基础设施弹性的人们有什么教训。当我们沿着马林海岬的小径跑上时，我含糊不清地咕哝了几句，我希望他会把这个含糊的答案归咎于我的心血管健康状况每况愈下。我对这个问题给予了一些关注，但是，下面是我想让他相信的。

生物方法进行设计：两个出发点

我相信对于专业的生态学家来说，听到像我这样的通才设计师毫无理由地谈论“弹性”这个词是很有趣的，而且我也确信，对于我们如何解释这个词，他们也会有些畏缩。c·s·霍林是佛罗里达大学的生态科学荣誉学者和教授，他在1973年的《生态与系统学年度评论》的一篇文章中介绍了这一概念，这在很大程度上被认为是他的贡献。“弹性和生态系统的稳定性。”在这篇文章中，他将现在被称为“生态弹性”的概念定义为“一个系统在经历变化时吸收干扰并进行重组的能力，以便在本质上仍然保持相同的功能、结构、特性和反馈。”

这个定义说的是重要的，但是它没有说的也同样重要。例如，它并不是说系统必须返回到它原来的状态，而是说系统必须完整地以类似的形式和行为模式执行其核心功能。这很重要，因为这意味着可能有多个稳定状态。

对于设计师和城市规划者来说，这或许是第一课，也是最重要的一课:他们在开发具有弹性的系统时，并不是在寻找一个答案。尽管教训很宽泛，但当设计者寻找有利于多个成功状态的条件时，它被转化为最小的细节，而不是筛选出最佳的静态备选计划。它更像园艺，如果你愿意的话，而不是建造房屋。一个简单的模式可能是向小型手工艺企业提供小额资金，并使这些生产者及其商品同更广泛的世界市场相联系。通往成功的道路有很多，但这些项目关注的是启动资金的基本要求和更可靠的盈利机会。

的Holling等人描述了弹性的四个主要特点：

1.纬度：在系统失去恢复能力之前(在不可撤销地跨越阈值之前)可以改变的最大金额。材料工程师可能会把这种材料称为“耐久性”，比如说，一种材料在失去形状和完整性之前只能拉伸(受力)这么多。

2.电阻:改变系统的难度;它对改变有多么抗拒。用物质的术语来说，这可以称为“强度”，因为材料可以或多或少地抵抗作用在它们身上的不同的力。

3.不安全:系统的当前状态接近某个限制或阈值的程度。这将类似于一个受应力的材料，或一个被施加在它上面的力，是如何变得紧张，或在结构上改变。

4.Panarchy:生态系统的某一层级受其他层级影响的程度。最后一个方面对于嵌套系统是唯一的，并且与前三个不同的是，它只属于系统级别，而不是其中的子系统。之所以选择Panarchy作为一个术语，是因为作者认识到生态系统中各尺度水平之间必然的、动态的相互作用。他们进一步描绘了“适应周期”中跨层次动态的各个阶段:生长、保护、释放和重组。

这些方面为解决城市问题的人提供了第二个重要的经验教训，它源自于第一个方面，而不仅仅是自然系统的周期性。你应该寻找有利条件的最佳平衡，而不是任何一件事的最大化。此外，如果您正在系统中寻找平衡，那么关系与参与者一样重要(通常更重要)。最后，如果你想真正地模拟自然，那么你最终将不得不研究如何在等级尺度中解决问题。集成解决方案的规模虽然困难，但可能是一种强大的创新。

用藤蔓形象建设海罗通过Flickr

增强弹性的机制

有了这两个出发点——我们正在设计有利于成功的动态条件，并且我们正在跨尺度和主题整合这些条件——我们可以开始研究在一个系统中支持弹性的机制。

安德鲁·佐利(Andrew Zolli)和安·玛丽·希利(Ann Marie Healy)在他们2012年出版的《弹性:为什么事物会反弹》(resilience: Why Things Bounce Back)一书中，为大型系统弹性编制了一份很好的原则清单。毫不奇怪，大部分，如果不是全部，这些原则都在仿生设计的旗帜下，因为它们最初是在自然系统的研究中观察到的。我已经加入了我对他们给设计带来什么的感觉。它们的贡献如下:

•紧密的反馈循环:节省材料、精力和时间

•动态重组:面对不断变化的环境，允许更多的成功选择(换句话说，减少不稳定性)

内置反机制:避免时间导致的故障，降低成本

•解耦：未建立纸牌做的房子，其中一个组件故障带来的满堂喝彩，避免了系统故障，减少不稳定

•多样性:带来多种选择、能力和对灭绝的抵抗力

模块化:增加自由度，简化成本，防止系统级故障

•简单性:降低成本和子系统故障

•群集:降低成本，增加灵活性和能力

•集群:增加价值、能力和阻力

作者认为，这种机制确实可以转化为人为的努力，并列举了一些例子，比如志愿者软件开发人员自发组织起来，为海地地震受害者建立了一个紧急信息系统。该系统基于移动电话，在几天内就能运行，并被认为在平均两分钟内就能收到来自受害者的紧急信息，翻译并映射到中央板上的响应者。

我们在哪里可以使用这些受自然启发的机制

在各个层次的社区基础设施规划和设计中，仿生设计都扮演着重要的角色。首先是上面讨论的基于系统的概念方法。如果你把你的社区或组织中的任何东西称为一个系统，那么自然会给你一些建议，无论你关心的是地区交通、灌溉或两者之间的任何事情。好用的买球外围app网站物理现象的预测模型，有效流动的例子和多尺度空间结构只是几个可能的例子。

其次，即使你不把某物称为系统，也许你应该这样做。例如，我们倾向于认为皮肤是覆盖在我们身上的单一固体，但事实并非如此。它是一个由动态工作的部件组成的复杂系统，能够完成空间感知、温度控制和结构完整性等多项任务。同样的潜力存在于我们建筑的覆层中。例如，按照系统路线重新设计它们可以提高建筑物和社区的弹性。

第三，社区和其中的基础设施是由人建造的，也是为人而建的。我们选择的组织和沟通形式将影响我们努力的成功。大自然为合作、竞争、共存和交流提供了广泛的模式。

要问三个问题

组织和社区面临着一个充满风险的不确定世界，他们需要保持他们的运作能力，尽管变化和不可预测的外部条件(或称为内稳态)。似乎合乎逻辑的是，大多数人希望做三件事:减少或消除风险和不确定性，对无法预见的威胁作出有效反应，同时不顾环境变化及其带来的负担，继续执行核心任务。

顺应力是一个来自生态学的术语，当我们认识到人类系统与自然的相互依赖时，它是一个合适的框架和愿望。的弹性联盟用三个标准定义了这个术语，我在这里重复它们，作为对任何组织的提问:

1.你的系统能够经历多少变化，并且仍然保持对功能和结构的相同控制?

2.您的系统的自组织能力有多大?

3.您的系统是否有什么能力建设和提高其能力学习和适应？

任何希望最终回答这些问题的人都必须从大自然中寻找模型。

用藤蔓形象建设海罗通过Flickr