當英國、西班牙和美國大片地區應對破紀錄的高溫時，現在是時候停止將高溫和熱浪視為暫時的不便了。隨著氣候變暖，熱浪變得更長、更頻繁、更致命，最糟糕的情況下導致數千人死亡。隨著人們被警告在沒有冷卻系統的房屋中是不安全的，或者火車軌道會彎曲，電力和供水系統將會受到損害，我們需要檢查我們的基礎設施——我們為提供關鍵服務（如交通、能源、水和進入冷卻空間的機會）而構建的系統——為應對這些新情況做好了多好的準備。大量湧現的證據表明，它們並沒有做好準備，而且我們在大規模改造基礎設施的能力遠遠落後於氣候變化的速度。失敗是不可避免的，我們需要更聰明地為失敗做好準備。
隨著極端環境的惡化，我們必須面對現實，我們的基礎設施是為過去不再存在的條件而設計的。面對未來氣候的巨大不確定性，我們如何透過工程設計走出困境？在過去一個世紀裡，我們設計基礎設施的方式能否在未來保持我們的燈火通明、房屋涼爽和自來水暢通？設計師和工程師有意設計基礎設施以承受來自水、寒冷、風、火和熱的壓力。但是，給定的系統應該能夠承受多大的壓力？作為一個社會，我們通常明確了我們願意接受的環境危害風險。當您聽到百年一遇的事件時，工程師的設計是針對該事件每年發生 1% 的機率，而不是十年一遇的事件發生 10% 的機率。設計超出此最低標準可能會貴得多，但目前大多數氣候風險標準仍然基於過去氣候條件的歷史資料，這些資料似乎越來越過時。
基礎設施的故障可能採取多種不同的形式。很容易將基礎設施故障設想為災難性的破壞，例如，道路被洪水沖毀或社群被野火夷為平地。雖然為災難性故障做好計劃並減輕其影響很重要，但高溫可能會產生一系列更為微妙的影響。總的來說，隨著溫度升高，基礎設施故障也會增加。道路出現車轍和裂縫；電力線會下垂，如果與樹木接觸，則有短路和火災的風險；建築物難以保持冷空氣；水管可靠性下降；並且隨著對空調的需求激增，能源生產被推向極限，在極端夏季高溫期間，當家庭最需要電力時，會引發輪流停電。許多小故障迅速滾雪球般變成新的更大的故障。雖然任何一項資產的故障——一段彎曲的鐵路，或一條爆裂的自來水管道——都是可控的，但氣候變化加劇的城市和州範圍內的故障超出了我們能夠處理的範圍。
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我們尚不清楚我們將如何、何時——甚至是否——減少全球溫室氣體排放。那麼，當我們不確定氣候的未來時，我們如何透過工程設計走出更炎熱的日子、更長的熱浪、更大更強大的風暴以及大自然將向我們投擲的任何東西？將這種不確定性與可用於翻新、重新設計和更換現有基礎設施的有限資源，以及圍繞氣候的持續政治角力相結合，意味著失敗是不可避免的。我們需要為失敗的基礎設施的管理進行設計。幾個世紀以來，基礎設施設計一直專注於故障安全思維，也就是說，我們針對特定的極端環境進行設計，如果超出預期，則會發生故障，其後果（例如，死亡、經濟中斷）被歸類為“天災”。隨著氣候災害強度和持續時間的增加，故障將變得過於頻繁和嚴重，以至於無法忽視。
所以，讓我們在設計時考慮到失敗。這樣做，我們將開闢新的設計機會，使基礎設施能夠在優雅地失敗的同時減輕死亡和經濟中斷。安全失敗設計是在社群、環境和基礎設施能力之間取得平衡，以實現優雅的失敗。我們已經看到了安全失敗系統的成功。在荷蘭，“河流空間”專案決定不建造和維護昂貴的堤壩來阻止河流洪水，而是將土地歸還給河流，接受並規劃未來的洪水。農民被允許在易發生洪水的土地上種植，並獲得作物補償，這比建造新堤壩便宜得多。我們可以將這些經驗教訓應用於熱浪。與其嘗試用空調改造所有建築物，不如關注一些戰略性的社群中心，為更多人提供一個涼爽的去處，而不會給電力供應帶來壓力。我們可以規劃微電網作為關鍵服務的備用電源。我們如何為炎熱設計我們的社群也很重要：密度可以降低白天的高溫，在低層社群，我們可以種植和維護本地樹木。
除了安全失敗思維之外，以下是應對氣候變化日益惡化的基礎設施設計方法
適應和減緩。我們不要創造一個加速和日益不確定的移動目標。我們有機會在適應關鍵服務的同時減少溫室氣體排放。如果必須增加空調的使用，那麼讓我們確保使用可再生能源和高效技術來實現。如果我們要改造道路以應對高溫和其他危害，那麼讓我們確保為自動駕駛和電動汽車這樣做，減少停車位並部署能夠抵禦危害的電動汽車充電樁。
為未來的氣候武裝資產。如果我們正在為今天的高溫設計和改造基礎設施，那麼當系統上線時，它們就已經過時了。相反，必須更新規範和法規，以考慮氣候變化及其不確定性。包括專業協會和公共機構在內的管理機構應提供關於如何在深度不確定性下做出設計決策的指導。例如，美國土木工程師學會最近釋出了一本手冊，用於應對氣候變化的設計。但要認識到，資源限制和時間限制了武裝作為單一策略。
優先投資於最脆弱和最關鍵的系統。即使對氣候變化完全接受，並且有采取行動和拯救受基礎設施中斷威脅的生命的動力，我們也根本無法足夠快地更換或升級所有基礎設施。我們需要有針對性的投資，不僅要優先考慮最脆弱的資產，還要優先考慮最關鍵的資產。兩條不同的道路可能同樣容易受到高溫的影響，但如果其中一條是進入城市的主要道路，或者是通往消防站或醫院的道路，那麼它應該優先進行改進。
為緩解高溫而設計。任何為了更好地承受高溫而改造基礎設施的決定，也必須努力幫助減少城市環境中的炎熱程度。基礎設施設計常常受到不考慮不斷變化的環境的複雜性的傳統效能目標的驅動。今天的氣候變化現實需要新的效能目標，使基礎設施不僅能夠減少不斷惡化的環境條件，更重要的是，讓所有人及其環境都有機會蓬勃發展。
基礎設施是我們社會與環境之間的中介，我們如何選擇設計和使用其服務會影響人類及其居住地。長期以來，我們一直認為基礎設施以根植於過去時代的的設計和目標執行是可以接受的，這使社群面臨風險，因為我們所居住的氣候正在進入未知領域。不僅是時候進行干預了，我們根本別無選擇，只能進行干預。當我們引導基礎設施朝著新的方向發展時，我們必須確保我們建立的新目標能夠使人類、自然環境和經濟在我們受氣候影響的未來中蓬勃發展。
這是一篇觀點和分析文章，作者或作者表達的觀點不一定代表《大眾科學》的觀點。