普世最幫助人的工程案例 避免都市產生傳染病的生態工程技術 張文亮 教授

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1 普世最幫助人的工程案例 避免都市產生傳染病的生態工程技術 張文亮 教授
張文亮　教授 【本著作除另有註明外，採取創用CC「姓名標示－非商業性－相同方式分享」台灣3.0版授權釋出】

2 那一夜，我站在泰晤士河堤防邊， 看著幾艘船緩緩通過， 幾隻綠頭鴨靜靜的河中游著， 我深深的呼吸一口氣， 沒有聞到「臭」味，不禁快樂起來。 如果，時光可以回溯 一百五十年前，這條河是以惡臭著名， 因著一些人的愛心， 結合著精明與公共衛生的知識， 才能改善這條河流的狀況， 並讓倫敦的居民，不再受到瘟疫的侵擾。 從此，世人才知道， 若要有一座生活高品質的城市， 城市周邊必須要有一條高品質的河流。 ～張文亮

3 Adolf Friedrich Erdmann - Eisenwalzwerk (Moderne Cyklopen)
近代河川的污染整治，源自十八世紀的初期。當時，英國已 進行工業革命數十年，其間人類設計機器，起初以蒸氣為動 力的來源，而後用石油燃燒，「機器」的力取代了傳統的人 力。 工業革命帶來大量與高效率的生產。許多擁有機械的人前往 都市賺取大量的利潤，併購更多的土地，成為富有的大地主； 失去土地的小農民，只好前往城市，賺取工廠的薪資。

4 都市規劃的不足 由於城市的面積小，土地遠比農地昂貴，販售農地的農民在城市裡，只能在擁擠的社區買到很小的房子。
在1810年，英國倫敦居民已一百萬人， →1830年達二百萬人， →1850年人口增至三百萬人 鄉村人口湧入城市，已非起初都市空 間所能容納，生活污水大都流到巷道 內的低窪處或水溝，有些則排入泰晤 士河。 1832年，泰晤士河嚴重發臭。倫敦暴 發霍亂死了5,300人。如此的瘟疫， 並沒有引起政府與議會的注意，他們 住在環境優雅之處，較少受到影響； 他們也不會受到波及。以致每隔幾年 就來一場傳染病。 Whistler, James McNeill－ Nocturne in Blue and Gold: Old Battersea Bridge

5 環境污染的背後蘊藏社會的不義 當時英國出了兩個傑出的政治人才，扭轉許多不幸重覆在發生的歷史悲劇。
查勒威克（Edwin Chadwick, ）： 十九世紀非常著名的公共衛生學的大師，他調查 年死在傳染病的人口與其居住環境的關係。 調查 年死在傳染病的人口與其居住環境的關係。

6 環境污染的背後蘊藏社會的不義 他在1842年出版「勞動族群的衛生狀況」（The Sanitary Condition of the Harboring Population）一書。他在書中 問一個關鍵的問題：「為何窮人總是傳染病的受害者？」 →窮人的生活衛生環境比較差。 臺灣大學　張文亮攝

7 環境污染的背後蘊藏社會的不義 1848年，他在倫敦市議會推動成立「首都污水下水道委員 會」（Metropolitan Commission of Sewers），首先呼應 法拉第的看法向議會提出，必須趕快建造污水下水道，能 將污水排走，以減少傳染病的發生。 查勒威克呼籲：「改善百姓生活品質之費用支出，未來將 成為國家預算最有效的節省。」 僅管查勒威克用心良苦，議員似乎不為所動。幸好，當時 英國議會有古柏爵士（Sir Anthony Ashley Cooper, ）大力支持，議案一時未過，仍然年年提出。

8 窮人的天使 古柏爵士（Sir Anthony Ashley Cooper, 1801-1885） 1847年推動立法「禁止工廠使用童工」，
1848年推動「勞工低價購屋法案」， 1850年推動「星期六下午不用工作法案」。並皆獲得通過。 1851年，他又推動「貧民教育」，設置社區學校，低利貸款幫助工人家庭的小孩受教育。

9 窮人的天使 當議案還在議會爭論之際，1853年，泰晤士河的惡臭大發，日夜 瀰漫倫敦城，不久瘟疫發生，倫敦又死了一萬四千人。反對的 議員也看出污水下水道系統勢必要做，才通過這預算案。

10 窮人的天使 可惜1854年，俄國的黑海艦隊入侵土耳其的領海，想由博 斯普魯斯海峽，進入地中海，英國向俄國宣戰，爆發了「 克里米亞之戰」，以致沒有經費支持污水下水道的建造。 整個議案的執行暫被擱置。 1856年4月，克里米亞之戰結束，7月，英軍凱旋歸來。古 柏又重提此案的執行，阻力仍在。

11 著名的河水惡臭事件 「河川透視度實驗」： 1857年著名的科學家法拉第（Michael Faraday, ）在泰晤士河上做了一個公關的試驗，他用一條繩子綁著一張白紙，自水面上將紙沈入水中，不到一公尺深，污濁的水，已使水下的紙張看不見

12 著名的河水惡臭事件 「泰晤士河大惡臭」 （Great Stink on The Thames）：
1858年的夏天非常炎熱，雨下 的又少，泰晤士河的水位下降， 使的潮水上溯，泰晤士河的水 無法宣泄，河水發出濃濃的臭 味，瘟疫的恐懼又再臨到，倫 敦居民幾乎要戴口罩過日子， 議會通過三百萬英鎊執行污水 下水道的興建。

13 著名的河水惡臭事件 當時英國醫學期刊(British Medical Journal)的刊頭語寫道：「 原來都市污水排放系統，是城市地面所有活動，最敏感的神 經系統。保護河川乾淨，免於發臭，是維護居民健康的必需 。」。 工程經費完全來自倫敦的稅收。 臺灣大學　張文亮攝 臺灣大學　張文亮攝

14 帶著使命感前來的人 議會通過三百萬英鎊執行污水下水道的興建後，立刻有工程事務所組成九個工作團隊要來承攬。在截止收件時，只有一家事務所堅持『獨立投標』（independent project），收件者認為不符投標要求，就要退件。 這獨立投標案的負責人巴澤爾傑特（Joseph Bazalgette, ）對收件者說道：「如果你們願意將我的工程建議書送入監督委員會，我將向委員們說明緣由。」

15 帶著使命感前來的人 1837年巴澤爾傑特的父親送他到愛爾蘭麥克尼爾（John McNeil. 1739-1880）處當學徒
麥克尼爾以準確的土地測量，踏實的施工與擅於教導著名，曾經負責歐洲鋪造鐵路到硬度的工程，後來成為劍橋大學第一位土木工程的教授。 不久巴澤爾傑特以認真、負責、追根究柢的查驗問題，升至駐地工程師（resident engineer），負責倫敦德里（Londonderry）的地下排水工程，1842年他將排水工程寫成研究報告在英國「土木工程協會」（Institution of Civil Engineer）發表，被選為會員。 Instituion of Civil Engineers Wiki: JamesF

16 帶著使命感前來的人 1843年，巴澤爾傑特出來開設自己的公司 1847年承接倫敦地下鐵路建造時，他自地下挖出120根地下污水 管，檢查每一根管內的淤塞與管壁上的龜裂。他說道：「當工程 師能夠成為關鍵問題的發現者，就能成為解決方式的發明者。」 同年，他壓力過大而發瘋，甚至嘗試自殺。被拯救後，他離 開工作兩年，恢復後再回來工作。這是他一生工作的轉折， 他後來寫道：「工作有效率、可靠、不貪污的人是最好的助 手，即使他們從事工程，沒有賺錢，甚至公司倒閉。」

17 帶著使命感前來的人 從事土木工程沒有辦法知道所有的細節，祇能在有限的 資訊下，為了解決問題放手一搏。這是科學與工程最大 的不同，科學是瞭解許多的細節，但不一定用來解決實 際的問題，工程是不明白太多的細節、所有前因後果就 去解決實際的問題。 巴澤爾傑特1864年於「倫敦的主要排水」（The Main Drainage of London）的報告上寫道：「我對傳染病與 汙水排放之間的關係並不清楚，祇能憑著信心往前，結 果將汙水排走之後，傳染病也消除了。」

18 臺灣大學　張文亮攝 臺灣大學　張文亮攝 倫敦早期疫區 倫敦早期下水道

19 帶著使命感前來的人 他進入監督委員會說明時，他的作法也與招標單上的要求不同： 招標單：要求污水下水道要深埋地下，遠離地面，以免讓居民聞到。
他認為污水下水道應該接近地面，施工容易檢查，日後方便維修，更重要的，污水容易以重力方式排走就不會發臭。

20 帶著使命感前來的人 此外，招標單上寫著污水管路為黏土鍛燒的陶管，他現場以材料受力分析，建議必需採用「混凝土鑄成的污水管」才能抵抗馬路上的壓力而不易破裂。 『水泥』是1820年才製造出來， 又稱為「波特蘭水泥」，起初乏 人問津，巴澤爾傑特認為水泥是 地下施工的好材料。 臺灣大學　張文亮攝

21 帶著使命感前來的人 標單上寫著施工是用新的污水 管去接舊的污水管。他堅決反 對這一點，新的管不能接舊管， 舊的污水管是倫敦地底的迷宮， 沒有人知道早期所埋管子準確 的位置在哪裡。 他建議作成全新的污水管路系 統，提出「優好的建造，互相 聯絡成一系統，並在倫敦地圖 上呈現清楚的位置。」 臺灣大學　張文亮攝

22 帶著使命感前來的人 他將倫敦分為36個區域，認為要分別在各區域建造再聯 絡。標單上的汙水管口徑，他認為不夠，需要增加一倍， 他後來寫道：「地下施工不易，應該為著未來世代的需 要一次完成。」 臺灣大學　張文亮攝

23 將工程建造藝術化 更大的不同是標單上只要做污水下水道，他不只規劃污 水下水道，連下雨時的排水下水道、施工後的道路整治、 污水最終排放位置，甚至連泰晤士河的整治，與在河邊 建造一道彎延的河堤，都規劃在內。 臺灣大學　張文亮攝 臺灣大學　張文亮攝

24 將工程建造藝術化 查勒威克在評審委員會上不斷的、 仔細的詢問巴澤爾傑特，而後公開 承認巴澤爾傑特的做法正確，不只 讓他獲得這重大工程的執行權，並 且聘他為倫敦大都會「首席工程師」 (chief engineer)，後來他擔任此職 三十三年之久。 臺灣大學　張文亮攝

25 將工程建造藝術化 評審結果公布，引來許多爭論，其中主要攻擊是巴澤爾傑 特年輕時因工作壓力太大與太有責任感，所引發的精神病。 幸好古柏在議院力挺監督委員會所作的決定，並且願意承 負一切的行政風險，工程才能執行 任何重大的公共工程都需要有政策的支持，否則無法進行。 臺灣大學　張文亮攝

26 與傳染病競賽 巴澤爾傑特的工程團隊龐大，他對屬下的人員寫道：「品 格與專業是最好的領導。」
所有的舊水管都被吊起，堵塞、破裂、扭曲的舊水管都臭 氣熏天，原來傳染病傳播的媒不是藉空氣，排水不良的確 是問題的根源。 工程隊填上新土，鋪上砂石，再埋新的混凝土管，他採用 「波特蘭水泥」(portland cement)施工前，後都用標準程 序檢查，他稱為「工業標準」(industry standard)，以確 保品管。

27 與傳染病競賽 1860年年底，他已經為倫敦鋪設1660 公里長的污水幹管， 幹管→各家的排水口→集中污水 →130公里長的污水輸水管→海灣
　　　→130公里長的污水輸水管→海灣 他在排水口的海灘上賣下大片的土地， 並挖兩個大型的蓄水池，將污水輸送 至此，在排入蓄水池內，於退潮時， 傾倒污水進入海中。 臺灣大學　張文亮攝

28 與傳染病競賽 他不祇建造倫敦的污水排放管，也 同時建造雨水排放系統，低窪地區 設立抽水站，控制排放的水閘門。 工程進行後，排水獲得通暢，臭味 就逐漸消除，河川的水質也大獲改 善。 1866年工程完成後，他請政府追蹤 泰晤士河的水質變化，與民間醫學 人士持續監督傳染病的發生率。 臺灣大學　張文亮攝

29 普世都市排水工程的典範 他又在130公里長的污水輸水管上建造堤防，堤防上面又覆土建造花園與人行道，將造型單調的混凝土堤防，建成促進都市景觀的建築。這道堤防後來稱為「維多利亞護岸」（Victoria embankment），是近代防洪與景觀兼俱的經典之作。 工程進行期間，所有技術、材料、進度，各區域的工人數目與分配、獲的的資訊、遇到的困難與解決困難的方法都是公開的。

30 普世都市排水工程的典範 The Victoria Embankment under construction in 1865
The Victoria Embankment under construction in 1865 臺灣大學　張文亮攝

31 普世都市排水工程的典範 工程在1874年完成，隔年，他被皇室封為爵士。
1888年，他擔任英國土木工程師學會的主席，巴澤爾傑特 後來被稱為「保護人類免受瘟疫的第一個工程師」。 臺灣大學　張文亮攝

32 普世都市排水工程的典範 倫敦成為普世第一座建造污水下水道系統的城市，並且 為世界各城市所仿效，以保障居民的生命安全。例如在 1870年的法國巴黎、1884年的日本東京等，也進行汙水 下水道系統的建造。 臺灣大學　張文亮攝

33 普世都市排水工程的典範 倫敦的污水道系統，後世稱為 「超級污水道」（super-sewer）， 因其工程龐大，施工完成後污水 主幹道有720公里長，支幹線21,00 公里長，所用的水泥約670,000噸 工程完工後倫敦不再發生瘟疫， 推動普世都市污水下水道系統 （urban sewerage system）的興建。 臺灣大學　張文亮攝

34 普世都市排水工程的典範 1870年倫敦居民已達四百萬人，新設社區在倫敦周遭不斷 產生，建造之前，都要接上污水管，與都市污水道相聯。。
污水管的連接需檢定接妥； 不同混凝管管口的連接需防止隙縫，以免污水外漏； 污水道需定期有人下去清淤，以防污水顆粒沉降造成淤積； 污水細菌滋生也會造成管壁腐蝕，嚴重將造成穿孔。 臺灣大學　張文亮攝

35 普世都市排水工程的典範 他在晚年時給「首都污水下水道委員會」寫道：
「我走了幾天的時間走在污水的主幹線上，支幹線的口 徑已經不是我所能鑽進去的，我看到一些缺陷，要我 的助理記下。我知道整個都市（超過3000條街道）已 經沒有傳染病的角落，居民可以享受到自海邊吹來涼 快、清新的微海風。」 逝世前，有人稱他：「大英帝國拯救最多人生命的人」， 他搖頭反對說：「是南丁格爾（Florence Nightingale, ）。」他祇要求葬在聖．瑪麗墓園的一角。

36 普世都市排水工程的典範 英國詩人麥克唐納（George MacDonald, 1824-1905）目睹這一切， 寫下一首詩歌：
我說：「讓我走在野外。」 上帝卻說：「不，與我到城市同行。」 我說：「那裡沒有花朵。」 上帝卻說：「卻有冠冕。」 我說：「那裡的空氣污濁，只有噪音與幽暗。」 上帝往城市走，並說：「因為那裡滿了罪。」 我說：「污染的惡臭，已經充滿了都市。」 上帝卻說：「更深幽暗的籠罩，是在他們的心靈。」 我說：「若再前往，我的朋友將認為我也落入黑暗。」 上帝卻說：「今夜是你的抉擇，在乎朋友的看法或是我。」 我祈求：「再多給一點時刻。」 上帝說：「真的這麼難作決定？ 在我是沒有難成的事。」 末了，我與上帝走向幽暗的都市。 臺灣大學　張文亮攝

37 二十世紀後，都市汙水管中腐蝕管壁的菌種：
嗜酸硫化桿菌（Acidithriobacillus thiooxidans）、 流桿菌（Thiobacillue plumbophilus）、 塩硫桿菌（Halothiobacillus neapolitanus） 等大都被發現，這些細菌在水中將硫酸塩還原硫化氫，硫化氫到空氣中又溶在污水管上方的水珠或水膜中，所以污水管要在一定距離內設置氣孔，以免濕度太高，與增加硫化氫散溢。 臺灣大學　張文亮攝

38 後來也在混凝土中添加金屬，有機聚合物增加污水管抗腐蝕的能力。
此外，1950年代，荷蘭發展出「真空汙水道系統」（vacuum sewage system），用在建築、火車、飛機與小型社區，以真空抽氣機自下方將廢汚吸入，可以減少用水淋洗，或用水攜帶污物流入污水管的體積，是智慧型的減污措施。 同學可參考下列網址: 臺灣大學　張文亮攝

39 是新興有機聚落（organic community）的做法。
由於污水管長距離埋設昂貴，1960年代，德國發展太陽能與污水現地處理（on-situ treatment），各個社區處理自己生產的污水，不需集中排放。 1980年代，瑞典與挪威發展太陽能與污水道結合，將污水在溫室內蒸發，冷凝成可以再利用的「灰水」（grey water），可供灌溉、工業冷卻用水等，剩餘的殘渣可作有機堆肥，這稱為： 「重歸自然技術」（renature technique）或 「封閉式營養循環」（closing loop of nutrient cycle） 是新興有機聚落（organic community）的做法。

40 我們仍需要污水道，有如十七世紀英國詩人彌爾頓（John Milton, 1608-1674）所寫：「我不能移除罪，但能犯罪污的事物。」
2000年代後，以色列發展用汙水生物發酵產生高品質的生物燃料（biofuel），污水甚至稱為「黑金」（black gold），這稱為「乾淨技術」（cleantech）。不過目前仍在處理少量污水，大量汙水仍需藉由污水道排放。 我們仍需要污水道，有如十七世紀英國詩人彌爾頓（John Milton, ）所寫：「我不能移除罪，但能犯罪污的事物。」

41 版權聲明 作品 授權條件 作者來源 Wiki :Archivo
2011/10/01 visited Wiki : Battersea Bridge 2011/10/01visited Wiki : Edwin Chadwick 臺灣大學　張文亮 Wiki : Anthony Ashley-Cooper, 7th Earl of Shaftesbury 41

42 版權聲明 作品 授權條件 作者來源 Wiki : Crimean War
2011/10/01 visited Wiki : Michael Faraday Wiki : Great Stink 臺灣大學　張文亮 42

43 版權聲明 作品 授權條件 作者來源 Wiki : Joseph Bazalgette
2011/10/01 visited Wiki : Institution of Civil Engineers 2011/10/01 visited 臺灣大學　張文亮 43

44 版權聲明 作品 授權條件 作者來源 臺灣大學　張文亮 44

45 版權聲明 作品 授權條件 作者來源 臺灣大學 張文亮 Wiki : Victoria Embankment
臺灣大學　張文亮 Wiki : Victoria Embankment 2011/10/01visited 45

46 版權聲明 作品 授權條件 作者來源 臺灣大學　張文亮 46

47 作品 授權條件 作者來源 詩歌by George MacDonald George MacDonald (1824-1905)
臺灣大學　張文亮 Wiki:John Milton 2011/10/01 visited 47