پویایی پایدار شهری تا سال ۲۰۲۰

برای ساختن اتومبیل‌های آینده، نیاز به ساختن شهرهای آینده داریم.

چگونه می‌توان طراحی شهری را با طراحی‌های خودروها انجام داد؟ امروزه اتومبیل‌ها بطور فزاینده توسط بهره‌برداران ساکن در شهرها جابجا می‌شوند. براساس گزارشی در سال ۲۰۰۷ در آمریکا پدیده رشد جمعیت و مهاجرت برای اولین بار در تاریخ موجب شکاف بین مناطق شهری و روستایی شده است. این روند در چند دهه آینده نیز ادامه یافته و موجب شهرگرایی بیشتر در جهان خواهد شد. در سال ۱۹۵۰ نیویورک تنها شهر میلیونی (با جمعیتی معادل ۱۰ میلیون نفر) در روی کره زمین محسوب می‌شد؛ و امروزه تقریبا ۲۵ شهر میلیونی در کشورهای در حال توسعه ظهور نموده‌اند. برای مرور بر این روند فقط کافی است نگاهی بیاندازیم به شهرگرایی و مهاجرت روستاییان فقیر به مناطق شهری در کشور چین برای فرصت‌های اقتصادی بهتر. متخصصین جمعیت شناس معتقدند که در دهه‌های آینده بیشترین رشد شهرنشینی در آسیا و آفریقا اتفاق خواهد افتاد.

همچنین بطور همزمان اشتیاق افراد برای ادامه رشد و پویایی نیز بیشتراتفاق خواهد افتاد. تاریخ نشان می‌دهد که بدنبال توسعه اقتصادی درکشورها افراد برای حمل و نقل، چهارچرخه‌های خود را موتوری کرده‌اند. بطوریکه امروزه تقریبا ناوگان مذکور شامل ۸۰۰ میلیون اتومبیل است که به ۸/۷ میلیارد نفر ساکن در روی کره زمین خدمت ارائه می‌کنند. در دنیای توسعه یافته از هر ۱۰ نفر ۷ نفر مالک خودرو است، در حالیکه این رقم در کشورهای در حال توسعه از هر ۱۰ نفر ۲ نفر مالک خودرو می‌باشند. ادامه رشد اقتصادی در کشورهای برزیل، روسیه، هند و چین موجب رشد فزاینده ناوگان مذکور شده که تا سال ۲۰۲۰ به بیش از یک میلیارد اتومبیل بالغ خواهد گردید. نتیجه منطقی ادامه استفاده از چنین مدل حمل و نقل شخصی، بوضوح ترکیبی غیرکارآ در زمینه‌های انرژی، محیط‌زیست، قطع عرضه سوخت فسیلی، نظام شهری پراکنده و قارچ گونه  و متکی به اتومبیل خواهد بود که در اثر شلوغی و ازدحام بیش از حد بناچار با مدل‌های دیگر حمل و نقل جایگزین خواهد شد. برای حل و فصل بنیادین این معضل اعم از شکل اتومبیل‌ها و نحوه استفاده از آنها در شهرها (که جزء ضروریات زندگی امروزی ما شده) چه راه‌حل‌هایی باید در پیش بگیریم. در زیر به برخی از آنها می‌پردازیم:

اندازه و وزن اتومبیل‌ها:

امروزه (سال ۲۰۱۰) وزن اتومبیل‌ها تقریبا ۲۰ برابر وزن راننده‌اش می‌باشد. همچنین برای پارک اتومبیل‌ها تقریبا ۱۰۰ فوت مربع (معادل حدود ۱۷ الی ۲۰ مترمربع) جا نیاز است یعنی ۱۵ برابر جا برای یک میز کار راحت برای یک نفر. اگر سایر ملزومات مربوط به اندازه اتومبیل از قبیل: فضایی که در جاده اشغال می‌کند، پارکینگ منزل، محل کار و محل ساخت و تعمیر آنرا نیز در نظر بگیریم، فضای لازم برای یک دستگاه وسیله نقلیه بالغ بر ۱۲۰۰ فوت مربع خواهد شد؛ و این مقدار زمین و فضا در یک شهر میانه (مانند مانهتان) بالغ بر ۲ میلیون دلار برای حکومت هزینه در بر خواهد داشت.

اتومبیل‌های فردا (سال ۲۰۲۰) خیلی سبک‌تر و کوچکتر خواهند بود. اندازه، وزن و کارآیی انرژی سه عامل مؤثر و معنی دار در طراحی و مهندسی اتومبیل خواهند بود. وسیله نقلیه سبک با کارآیی بیشتر انرژی، توده یا جرم بیشتری از ماده را جابجا خواهد کرد در حالی که اتومبیل کوچک خود دارای جرم کمتری خواهد بود. این مجموعه روابط، مجموعه‌ای از بازخوردهای مثبت و منفی در بر خواهد داشت که نهایتا روی طراحی ناوگان حمل و نقل تأثیر خواهد داشت. واین موضوع موجبات ترکیب پیشرفت‌های فناوری‌های مربوط به مواد سبک را الزام‌آورخواهد نمود. با اتکا به این مواد مرکب سبک وسایل نقلیه سبک ساخته خواهد شد، اما این کافی نیست. وسایل نقلیه باید فشرده‌تر شود. چراکه این موضوع نه تنها کارآیی انرژی را بالا خواهد برد بلکه همه قطعات مربوط به وسایل نقلیه را نیز بهبود خواهد بخشید (از جمله فضای مورد نیاز را).

اندازه و سرعت اتومبیل‌ها:

اتومبیل‌های امروزی (۲۰۱۰) با اندازه مخزن سوختی که با خود دارند فقط برای پیمودن ۳۰۰ مایل راه کافی می‌باشد که می‌توانند  سرعت‌شان را در کمتر از ۱۰ ثانیه از حداقل ۰ الی ۶۰ مایل در ساعت  به حداکثربه ۱۱۰ مایل  در ساعت افزایش دهند. که برای سفرهای داخل شهری سرعت بالایی می‌باشد، اما بیشتر شهروندان آمریکایی بیش از آن، سفر داخل شهری ندارند. بیش از ۸۰ درصد از سفرهای حومه شهری در آمریکا کمتراز ۴۰ مایل است. با اینکه بیش از ۸۱ درصد شهروندان در شهرهای عمده زندگی می‌کنند با این حال نیاز ندارند با سرعت ۱۰۰ مایل در ساعت حرکت کنند. اگر شما امروز در شانگهای سفرکنید متوسط  سرعت در این شهر ۹ مایل در ساعت است. شهر بنگلور هند در ۲۴ ساعت شبانه روز پر ازدحام است. امروزه وسایل نقلیه فوق مهندسی برای مقاصد تمرینی در شهرها آزمایش می‌شوند.

اتومبیل‌های فردا (۲۰۲۰) نیازی به سوخت‌گیری مجدد و مستقل نخواهند داشت. شرکت بی ام وی در سال ۲۰۱۱ در یک سری از اتومبیل‌های مبتنی بر انرژی برق دامنه نگرانی حاصل از قطع برق در این اتومبیل‌ها را بطور آزمایشی محک زد. که مشخص شد در اتومبیل جدید و کوچک برقی، ساخت این شرکت در هر ۱۰۰ مایل ۲ الی ۳ نوبت (و نه ۵ یا ۶ نوبت) نیاز به شارژ دارد. که بهره‌برداران بسرعت خود را هم با فشارهای مرتبط و هم با سودهای حاصله سازگار خواهند کرد. مقدمات سوخت‌گیری (شارژ الکتریکی) اتومبیل‌ها در دهه آینده مستلزم آماده شدن زیرساخت‌های مناسب دنیای مجازی برای حل مسائل مربوط در مناطق شهری است. شهرهایی نظیر سان فرانسیسکو،   پورتلند، پاریس، مادرید، بارسلونا  در استقرار شبکه ایستگاه‌های سوخت‌گیری (شارژ الکتریکی) اتومبیل‌ها پیشتاز خواهند بود؛ و اخذ شماره پلاک برای انواع مدل‌های خودرو منوط به این خواهد بود که قادر باشند عموما باندازه ۱۱۰ ولت  شارژ شوند.

برق در مقابل گازوئیل:

وسایل نقلیه امروزه غالبآ براساس سوخت‌های فسیلی طراحی و ساخته شده‌اند.   در یک موتور درونسوز کارآیی در تبدیل انرژی شیمیائی به انرژی مکانیکی برای چرخاندن چرخ‌های خودروی شما  بطور وحشتناکی پائین است (تقریبآ ۸۵ درصد). ولی در خودرو‌های  جدید ضمن پرقدرت‌تر بودن در صرفه‌جوئی انرژی هم بهترعمل خواهند کرد، که طبق برنامه در پنج سال آینده ۱۲ درصد خودروهای ورودی به بازار را شامل خواهند شد. بقیه سوخت‌ها از قبیل گاز فشرده طبیعی، هیدروژن، هوای فشرده و سوخت‌هایی با منشأ بیولوژیکی با کارآئی‌های مختلف (اما کمتر از برق)  مورد استفاده ناوگان حمل و نقل خواهند بود. باطری‌های مورد استفاده در موتورهای الکتریکی دارای کارآئی ۹۰ درصد خواهند بود ولی بدلیل محدودیت‌های فنی این باطری‌ها بازارهای  مهم و اصلی را تسخیر نخواهند کرد!

خودروهای فردا (۲۰۲۰) بطور وسیعی برق‌رسانی خواهند کرد. مواد شیمیائی باطری اضطراری جدید این خودروها مانند یون‌های عناصر لیتیم و نانو فسفات به سازندگان این باطری‌ها این اجازه را خواهد داد تا بتوانند باطری‌هائی با چگالی بالای انرژی و در عین حال با مقاومت پائین داخلی و قابلیت شارژ با سرعت (در کمتر از ۳۰ دقیقه) بسازند. در حقیقت  تیم کاری مربوط  به وسایل نقلیه برقی در دانشگاه ام  آی تی قادر خواهند بود این باطری‌هائی راکه بعد از ۱۵۰۰ دور فقط ۱۰ درصد تنزل ظرفیت پیدا می‌کنند در کمتر از ۷ دقیقه شارژ نمایند. برای مقایسه جالب است بدانید که: یون‌های لیتیم باطری‌های رایانه‌های لپ تاپ بسختی بعد از ۱۰۰۰ دور خالی می‌شوند. زمان و سرعت شارژ کامل این باطری‌ها چیزی بیش از سفارش و نوشیدن یک فنجان قهوه نخواهد بود. که فرصت‌های جدیدی خلق خواهد کرد تا بتوان شبکه ایستگاههای شارژ خودروها در سراسر شهرها را مستقر نمود. بالاخره در این زمینه زمانی از ما تلف نخواهد شد و قادر خواهیم بود در محل کار و منزل نیز این باطری‌هارا شارژ نماییم، که در هر صورت خیلی بهتر از ۶ تا ۱۰ ساعت انتظار در صف بنزین خواهد بود.

کنترل خودرو توسط انسان در مقابل واحد کنترل داخلی یا خودرو راننده سرخود:

خودروهای امروز توسط انسان رانده می‌شوند. رانندگان به کمک تعدادی از دستگاههای رمزدار حرکت خودرو را هدایت می‌نمایند، مانند ترمزهای ضد قفل برای توقف ایمن،  کنترل سازگار در بزرگراهها، حسگرهای مخصوص برای احتراز از خارج شدن از مسیر و دست اندازها، موقعیت یاب برای مکان‌های نا آشنا، با این حال سالانه ۵۰۰۰۰ نفر در آمریکا در حوادث رانندگی می‌میرند. رانندگان امروزه بیش از ۵۰ ساعت از وقت خود را در سال در ترافیک شهرها تلف می‌کنند.

خودروهای فردا بطور روز افزونی خودکار شده و دارای واحد کنترل داخلی خواهند شد. بنابراین نشست‌های سالانه چالش‌های  شهری  بطور قابل ملاحظه و با قدرت می‌توانند در سازماندهی نوآوری‌ها در این زمینه نقش ایفا نمایند. اخیرآ بیشترین بحث‌های چالشی نشان داده است که خودکارسازی ناوگان حمل و نقل بدون هیچگونه حادثه‌ای در خیابان‌های شلوغ شهرها قابل هدایت است. ظرفیت ناوگان حمل و نقل خودکار راننده سرخود در هماهنگی با سایر خودکارسازی‌ها، ترافیک همواری را سبب می‌شود. در محیط شهری سرعت بالا ضروری نیست، بلکه نظام سرعتی لازم است تا تحرک موزون و هماهنگ وسایل نقلیه را در ازدحام‌ها بهبود بخشد. به عنوان مقدمه سامانه‌های نیمه خودکاری در زمینه پارکینگ‌ها و بزرگراه‌ها درس‌های مفید و سودمندی در ارتباط با خودکارسازی رانندگی در شهرها به همراه داشته است. یافته‌های تحقیقات علمی و منطقه‌ای نشان داده است که ترکیب پیشرفت‌ها و قدرت محاسباتی، فناوری‌های خودکارسازی مینیاتوری را قدرت خواهد بخشید، بطوریکه در دهه آینده  ساخت و تولید تجاری خودروهای راننده سرخود اکثر بازارها را تسخیر خواهد نمود.

مالکیت خصوصی در مقابل مالکیت عمومی‌:

طراحی خودروهای امروزی برای مالکیت شخصی صورت می‌گیرد. که شامل هزینه‌های وسیله نقلیه، استهلاک، لاستیک چرخ‌ها، پروانه ساخت، مالیات، ثبت، بیمه، نگهداری، سوخت و پارکینگ نیز هست. این هزینه‌های مستقیم فردی با آنچه که اقتصاددانان تحت عنوان «آثار منفی خارجی» از آن یاد می‌نمایند، ترکیب  می‌شوند (از قبیل آلودگی‌های زیست محیطی، صوتی و ازدحام‌ها و مشابه آنها که منجر به هشدارهای جهانی در این زمینه شده است) و هزینه‌های کلی‌تری برای جامعه به بار می‌آورند که در کوتاه مدت برای افراد قابل لمس نیست. اگر وسایل نقلیه شخصی در روز ۲ ساعت سفر درون شهری داشته باشند غالبا ۹۲ درصد آنها غیرضروری خواهد بود، که دراین میان ضمن به بار آوردن استهلاک برای خودروها قادر به جابجائی شهروندان نیز نمی‌شوند. بنابراین مسافرت‌های درون شهری با خودروهای تک سرنشین وضعیت را بدتر کرده است. برای مثال اگر شما در یک رانندگی خاطره انگیز در شهرهایی مانند کمبریج یا ماساچوست لحظه‌ای توقف کنید باید بیش از ۲۰ دقیقه صبر کنید تا یک خودروئی با دو سرنشین ببینید. در چنین شهرهایی تقریبآ دو سوم زمین شهری به خدمات رسانی به این خودروها اختصاص پیداکرده است (شامل جاده‌ها و پارکینگ‌ها) که بطورعمده در استفاده خصوصی افراد است؛ و این نوع بهره‌برداری از سرزمین، علمی و منطقی نیست به عبارت دیگرآمایشی نیست. (به عبارت روشن‌تر اختصاص دوسوم کاربری‌های زمین‌های شهری به وسایل نقلیه خصوصی آمایشی و بهینه نمی‌تواند تلقی شود).

مدل خودروهای فردا بیشتر مورد بهره‌برداری عمومی خواهند بود. ناچاری استفاه ازخودروهای عمومی و دوچرخه‌های عمومی امروزه در امریکا و اروپا قسمتی از بازار تقاضای حمل و نقل درون شهری را به خود اختصاص داده است. برنامه بزرگ جهانی در زمینه  استفاده از خودروهای عمومی در کمتر از ۱۰ سال بسرعت به مرز ۶۰۰۰ خودرو  و ۲۷۵۰۰۰ راننده در ۴۹ شهر دنیا رسیده است. البته صحبت از مالکیت یک چهارم، یک دهم و یا کسری از حق بیمه‌ها در عالم «مالکیت خصوصی سنتی» بسیار مشکل است. مالکیت عمومی موجب خواهد شد تا هر استفاده کننده از ناوگان حمل و نقل عمومی احساس کند که کسری از مالکیت وسیله نقلیه مورد استفاده متعلق به خود اوست و در هر نقطه‌ای از شهر هر خودرویی که در دسترس دید تا زمانی که نیاز دارد از آن استفاده نماید، مانند تلویزیون شبکه‌ای یا چاپ شبکه‌ای.

بازاندیشی اساسی لازم است:

از سال ۲۰۰۳ در دانشگاه ام آی تی گروهی تحت عنوان «شهرهای هوشمند» تشکیل داده‌اند که منظور از چنین اقدامی برای حل مشکلاتی از این دست بوده است. به این ترتیب خودرویی برقی با گنجایش دو نفر طراحی شده بنام «خودروی شهری» که درداخل چرخ‌های موتورالکتریکی آن روبوت‌هایی کار گذاشته شده که سه حالت راندن، توقف و ترمز را بطور مستقیم بعهده دارند. هر چرخ بطور مستقل توسط سیمی کنترل می‌شود (ارتباط مکانیکی نیست) که ظرفیت هدایت ۱۲۰ نفر دیگر با مانور بالاتری را تولید خواهد کرد. این خودروی شهری قادرخواهد بود روی محورهای چرخ‌های خود بصورت شعاعی بچرخد و با عقب نشاندن محورهای اولیه خود و چرخش عمودی چرخ‌ها می‌تواند چرخش از پهلو داشته باشد. روبات چرخ‌ها نیاز به اجزاء سنتی از قبیل میل لنگ و گیربکس را حذف خواهد نمود. که این بازاندیشی در معماری وسایل نقلیه ضمن رهانیدن ما از بعضی مشکلات، سودمندی فراوانی خواهد داشت. بنابراین با حذف میل لنگ و با شاسی تاشونده می‌توانیم وسایل نقلیه بسیار جمع و جور و فشرده‌ای بسازیم. بنحوی که می‌توانند در راستای طول خود تاشوند و در فضایی کمتر از عرض‌شان پارک شوند. وقتی تا می‌شوند ۶۰ اینچ از طول و ۱۰۰ اینچ در عرض کاهش اندازه پیدا می‌کنند (نظیر خودروی هوشمند). بطوریکه سه دستگاه از این اتومبیل‌ها در فضای پارک یک اتومبیل امروزی جای خواهد گرفت. درضمن با وزنی بسیار سبک و با کارآیی انرژی بسیار بالا، با معماری جدیدی در طراحی‌های داخلی و خارجی آن‌ها. بطوریکه به راننده و مسافرین اجازه سوار و پیاده شدن ایمن از جلو را خواهد داد، به عبارت دیگر بجای در خروجی به طرف خیابان دقیقا به طرف پیاده رو باز شود. ترکیب سازوکار تا شوندگی و ساختاربندی صندلی‌ها مطابق با اندام انسان طوری کامل خواهد شد تا مسافرین به زیبایی بتوانند از آن‌ها خارج شوند. این خودروها طوری طراحی شده‌اند که با دماغه جلو در پیاده رو پارک شوند که مسافرین براحتی بجای ورود از خیابان از پهلو در پیاده رو سوار شوند؛ و بالاخره اینکه چرخ دنده‌های موتور باندازه کافی نیروی گشتاور ذخیره خواهند کرد، بنابراین با ساختن این خودروی شهری می‌توان رانندگی مفرحی در مناطق شهری داشت.

بنابراین طراحی ساده وسایل حمل و نقل شهری قسمتی از راه حل است. قسمت دیگر جدیدی که در این میان خلق خواهد شد نظامی خواهد بود تحت عنوان «جابجایی براساس تقاضا»، که بهره‌برداری از این وسایل حمل و نقل سبک برقی موجب توزیع ایستگاههای شارژ الکتریکی در سراسر مادر شهرها خواهد شد. وسایل حمل و نقلی که برای استفاده عمومی طراحی شده، و در سطح بالایی درحمل و نقل شهری بکارگرفته خواهند شد و فضای پارکینگ‌ها را به تصرف درخواهند آورد. مدل تقلیدی دوچرخه‌های عمومی که در اروپا درحال فراگیرشدن است، بسادگی در محوطه ایستگاههای عمومی با مختصری پیاده روی در دسترس خواهند بود، با یک ضربه کارت اعتباری مسافرین را سوار نموده و به مقصد محوطه ایستگاه عمومی دیگر حرکت و در آنجا برای مقصد بعدی پارک می‌شوند.

گروه مذکور در دانشگاه ام آی تی خودروی شهری را برای چنین سامانه «جابجایی براساس تقاضا» طراحی نموده است، بنابراین با ایجاد یک شبکه مکملی که بتواند مسائل مربوط به عبورومرور عمومی را در سطح شهرها حل نماید در اصطلاح برنامه‌ریزان حمل و نقل «اولین مایل  آخرین مایل» نامیده می‌شود، به عبارت دیگر اینکه شبکه مذکور تعیین خواهد کرد که فاصله بین مبدأ و ایستگاه‌های بین مسیر و مقصد واقعی  و نهایی افراد چگونه باید بهم متصل شوند. چون اغلب این مسیرها خیلی طولانی هستند و با پای پیاده نمی‌شود آنها را طی کرد بنابراین افراد تشویق خواهند شد تا از خودروهای مذکور استفاده نمایند.

بسط سامانه «جابجایی براساس تقاضا» به پایداری اکوسامانه شهری با دسترسی به نوعی وسایل عبور و مرور همگانی نظیر دوچرخه برقی و روروک منجر خواهد شد. (همچنین شهرهای هوشمند یک نوع روروک برقی تاشونده بنام «روروک رباتی» و یک نوع دوچرخه برقی با نام «چرخ سبز» خواهند داشت) این سامانه حمل و نقل برای سفرهای نامتناسب شهری یک سامانه قابل انعطاف و راحتی خواهد بود. برای مثال یک شهروند خواهد توانست با یک چرخ سبز به فروشگاه برود و با یک خودروی شهری که قادر به حمل خواربار است به خانه برگردد.

گروه محقق مذکور معتقدند که سامانه جابجایی براساس تقاضا در شهرها بهتر از خودروهای شخصی کار خواهد کرد چونکه هیچ کس نگران تجمع و ازدحام وسایل نقلیه نخواهد بود و در بیشتر مواقع اگر یک ایستگاه عمومی این سامانه را بیش از حد اشغال نماید مقصد نهایی به روی شما بسته خواهد شد. نوعأ سفرهای شهری کوتاه هستند، گرچه بیشتر زمان صرف شده در این سفرها بجای اینکه صرف رانندگی شود، صرف پیاده روی برای وسیله نقلیه و یافتن جای پارک می‌شود. اخیرآ یک مطالعه دانشگاهی در لندن نشان داده است که در ساعات پر ازدحام بیش از ۴۰ درصد گازوئیل مصرف شده، صرف یافتن فضای پارکینگ می‌شود.

انتظار این است که تا سال ۲۰۲۰ استفاده از وسیله نقلیه شخصی متکی بر سوخت‌های فسیلی جای خود را به وسایل نقلیه عمومی متکی به نیروی برق بدهد. که سه عامل اولیه، این روند را شتاب خواهد بخشید.

۱- فشارهای اقتصادی و زیست محیطی حاصل از: رها کردن سوخت‌های فسیلی

۲- نوآوری‌های فناوری

۳- سیاست‌گذاری‌های حاکمیتی جدید مبنی بر ترویج و تنظم نوآوری‌های مرتبط

درسال ۲۰۱۰ چین اولین و بزرگترین بازار اتومبیل جهان بود که بلحاظ خرید تعداد اتومبیل، از امریکا پیشی گرفت. رشد مصرف سوخت‌های فسیلی و انتشار گاز دی اکسید کربن جزئی از این توسعه اقتصادی خواهد بود. همه این پدیده‌ها روی خواهد داد اما  برای پشتیبانی رشد تقاضا برای نفت، بسته‌های سیاستی غیرواکنشی لازم خواهد بود. خوشبختانه فناوری‌های مورد نیاز برای ساخت «خودروی شهری» امروز موجود است، نظیر موتورهای برقی با کارآیی بالا، قدرت اسب بخار قابل محاسبه آنها، فناوری باطری‌های جدید، شبکه ارتباطی بی سیم، مواد محکم و سبک (مانند نانوکربن‌ها)، سنجنده‌های پیشرفته و موقعیت یاب جی پی اس. تنها محدودیت و مشکل اصلی که  موجب وقفه در روند کار گروه مذکور می‌شود افکار محافظه کارانه است که مانع از پذیرش ایده‌های نو می‌شود.

ریان چین: دانشجوی دوره فوق دکتری و عضو گروه تحقیق در ارتباط با «شهرهای هوشمند».

آقای مهندس سلجوقی