講義實踐教學資料工程生態觀工程活動作為人與自然相互作用的中介，對自然、環境、生態都產生了直接的影響，特別是20世紀下半葉以來，生態環境問題已經日益突出，嚴重影響了人類的生存質量和可持續發展。人們意識到那種片面強調征服自然的傳統的工程觀①有很多弊端。當人們歡呼對自然界的勝利的時候，自然又反過來報復了人類。人們愈來愈深刻地認識到必須樹立科學的工程生態觀，把工程理解為生態循環系統之中的生態社會現象，要做到工程的社會經濟功能、科技功能與自然、生態功能相互協調和相互促進。1、傳統工程觀的反思和工程生態觀問題的提出自18世紀的工業革命以來，人們一直都把工程現象理解為是對自然界的改造，是人類征服自然的產物。這種傳統工程觀是建立在工程具體技術功能和經濟功能的片面認識上的，而對工程過程和運行的生態環境缺乏足夠的關注，對工程與自然的辯證關系未予深刻反思。在20世紀后半葉，面對生態環境質量迅速惡化的現實，人們在反思傳統的工程觀局限性的同時也在努力探索一種新的工程生態觀。1.1生產過程的單向性與自然界循環性的矛盾自然進化過程中一種生物與另一種生物之間，以及所有生物和周圍其他事物之間都有著一種有機的聯系。“一種動物的糞便成為土壤細菌的食糧；細菌所分泌出來的東西滋養了植物；植物養育了動物。”這是一種動態的、循環的邏輯。工程體的作用如果有悖于自然邏輯、破壞了正常的生態循環過程，就會出現“自然資源一產品一廢棄物”的單向流動。傳統的工程觀強化了這樣一種線性的、單向流動的邏輯：機器生產產品，產品使用后會被丟棄，成為垃圾與廢物，不能進一步正常循環。所以，作為傳統工程觀所支配的工業技術體系在其內在邏輯上具有與自然界的循環性相矛盾的性質。1．2工程技術的機械片面性與自然界的有機多樣性的矛盾自然界的有機多樣性是深層的秩序或自然生態平衡的反映。近代以來的大規模向自然索取、大規模制造和大規模消費、大規模無序化廢棄，以高度受控的工業技術系統方式，建造對自然系統影響強烈的人工系統，而又缺少自我調控與反饋機制，使內在功能不能適應于外在影響因素的變化，這使作為工程活動的產物或結果變成了環境與生態平衡的機械對立物。這種工程活動的機械片面性的直接后果是造成技術社會與自然環境的有機聯系的斷裂，而且還對生物多樣性造成了嚴重危害，使生物物種銳減，因而直接威脅到人類的生存和可持續發展。1．3工程技術的局部性、短期性與自然界的整體性、持續性的矛盾工程活動以滿足人的需要為目的，是一種功能性較強的系統。特定的結構被賦予特定的功能，這些功能不能替代，不可置換，這就是技術的局部性。功能的實現意味著結構的使命實現，在特定的條件下，結構與功能的對應關系越嚴格，結構被淘汰的可能性就越大，從而形成技術的短期性。人類工程活動規模愈大，往往同時導致技術的某些局部性與短期性的特征就愈多愈嚴重。這個矛盾的形成是技術與市場分工兩種因素協同作用的產物。工業生產的目標與生態環境系統的要求不相吻合，一種柔性的功能體系被一種剛性的結構推向專門化，虛假的“目標”在市場推動下又成為虛假的“需求”。產品的“冗余功能”屢見不鮮。一些產品從制成的那一刻就已經是廢物，這是經濟與生態的雙重不合理。這不僅強化著前兩個矛盾，還造成另外的社會效應——人與自然的統一被分工所打破，處于局部技術環節和特定利益鏈條上的“勞動者”對自身賴以生存的自然失去基本的判斷。無論是作為生產者，還是作為消費者，他只能面對自然過程的某一環節。當人們生產時關心的是效益，不考慮環境代價；當人們消費時，關心的是物品的功能，無法確知該物在生產時帶來的環境影響。這就導致自然界被分為兩個部分——有用的和無用的，有用的“拿來”，無用的“扔掉”。有些人為了“自己”的環境利益可以將污染轉移，但這樣做的結果常常是既增加了污染又加大了污染治理的難度。傳統工程觀的基本局限是對于工程與生態的辯證關系作了“單向”的理解，片面地強調工程對于自然的改造和利用，工程的建造缺少來自生態規律的約束和對生態環境的優化，所以，傳統工程觀是一種脫離生態約束的工程觀。在反思傳統工程觀的局限性的基礎上，人們開始探索如何才能樹立一種新的工程生態觀，要求樹立起一種能夠正確認識和處理工程活動與生態循環辯證關聯的新的工程生態觀。2、環境治理對工程觀變革的推動20世紀70年代開始的現代環境運動揭示出環境不再僅僅是人類生產活動的舞臺，它已經成為一種需要人類理智地出事生產活動、生活活動才能維持其存在的“產品”。“環境生態問題”不再僅僅是“自然問題”，而且它同時也成為了經濟社會問題。因為，從靜態看，生產活動、生活活動的環境后果成為了一種“標準”；從動態看，環境的維護與改善依賴于人類理智地活動。這就導致了循環經濟概念的產生。循環經濟是一種以資源的高效利用和循環利用為核心，以“減量化、再利用、資源化”為原則，以低消耗、低排放、高效率為基本特征，符合可持續發展理念的經濟增長模式，是對“大量生產、大量消費、大量廢棄”的傳統增長模式的根本變革。這種理念的形成是人們長期實踐、反思和探索的結果。面對污染問題，人們曾經采取“頭疼醫頭，腳疼醫腳”的“末端治理”方法。這種方法有很大的局限性。有一些治理污染的過程還會產生二次污染，有的則只是污染的“轉移”。20世紀80年代以來，興起了旨在將污染物消除在生產過程之中的“清潔生產”，這是一種克服“末端治理”局限的具有創造性的保護環境措施。經由“清潔生產”模式的推動，人們的環境治理觀念由單純的污染治理轉向從工藝、原料等生產環節著手的污染預防，由對產品制造與使用過程的相互孤立的考察轉向關注產品生命周期的環境效應的綜合考察，進而形成了對技術系統、生態系統、社會經濟系統的綜合考慮的循環經濟新思路。在傳統的經濟增長模式中，經濟的合理性作為核心的因素，對技術的可行性提出要求，為了滿足經濟系統的要求，各種技術系統紛紛涌現，接受市場的選擇，那些快速占有市場的技術戰勝了其他技術。從技術系統內部看，那些最流行的技術并不一定總是最優的技術；從技術與生態的關系看，最流行的技術并不一定是符合生態要求的技術，甚至對環境危害越大的技術越有可能推廣。環境生態的標準出現，改變了經濟系統與技術系統的關系格局。對工程、工程技術而言，經濟的合理性已不再是唯一標準，一些未被大規模推廣的新技術的價值有可能被發現，而主流的技術也要在生態的標尺下被重新認識。這是循環經濟帶給人們的啟示，也是我們探討工程生態觀的背景。在循環經濟的視野中，人們將對經濟活動的經濟合理性、技術可行性及生態平衡性進行綜合考慮。一個工程過程，消耗資源是必要的，但能否減少；工藝流程有無其他選擇、能否進行優化、方案是否唯一；廢棄物的形成能否避免、有無再利用的價值等等；這些在傳統經濟活動中被分割考慮的因素現在必須放在一起進行考慮了。3、生態學的思想啟示和工業實踐探索3．1生態法則對工程觀的啟示生態學是研究自然界中生命有機體與其生存環境間的相互關系及其作用規律的科學，它以生物個體、種群、群落、生態系統直到整個生物圈作為研究對象，將生物群落和其生活的環境作為一個互相之間不斷地進行物質循環和能量流動的整體來進行研究。生態學的啟示可以用巴里·康芒(BanyCommoner)在《封閉的循環》中所概括的四個法則來說明，這四個法則分別是：生態關聯——每一種事物都與別的事物相關；生態智慧——自然界所懂得的是最好的；物質不滅——一切事物都必然要有其去向；生態代價——沒有免費的午餐(o。以下分別對其進行一些簡要的分析。第一個法則是生態關聯。現代系統思想通過功能分化、結構有序、動態平衡等角度來認識系統。對于生態系統而言，這意味著一個系統愈復雜愈多樣，它的功能就愈完整，愈容易保持平衡，向有序方向演化的可能性也就越大。穩定、平衡與功能多樣的生態系統無疑是人類持續發展的基本前提。但人們目前遇到的一個嚴重問題是生態系統的退化，而生態系統退化的標志之一就是的生物多樣性的喪失。生態學家可以有根據地告訴人們在地球上每天有多少種物種滅絕。僅僅從最常見到的景象來看，農業種植結構導致的自然景觀的單一性和城鄉建設導致的人文景觀的趨同性也突出地說明了多樣性喪失的程度。生物多樣性的喪失常常會減少生態系統的生產力，因而減少自然界向人類提供物質和服務的能力。生物多樣性的喪失動搖了生態系統，弱化了生態系統抵御自然災害及抵抗污染的能力。造成生物多樣性喪失的人為原因可以歸結為兩點：一是對事物的關聯度認識不足，二是對系統行為的時滯性缺乏預見。一般地說，籠統地認識到事物的關聯性與整體性并不是一件特別困難的事情，所以，即便是在早期樸素的生態觀中也已經出現了有關的論述。這里存在和出現的特殊困難在于生態系統具有特殊的復雜性和長期效應的難以預見性。一旦人們將事物分為“有用’’和“無用”時，一些在“當前”不是很緊迫的關聯就容易被忽略。在生態學史上，狼對于鹿的種群穩定的積極作用是在狼被大量捕殺后才為人們所認識的。人們逐漸認識到，在生態系統中，不存在無用的事物，只有用途尚未被認識的事物。這不僅是對待自然系統所應有的態度，對待不同的技術所構成的技術群也應持有這種態度——“高技術”與“低技術’’的發展也應保持平衡。正如環境倫理學者利奧波德所說的“保留每一個螺絲和齒輪，是聰明的修理師的首要防范措施”。值得注意的是，事物之間的這種關聯是在一定的時間中實現的，這就是系統行為的時滯性。康芒納在《封閉的循環》中分析了這種復雜系統對環境反應的時間上的滯后性：“在船的體系中，羅盤針是在一秒鐘的范圍內擺動的，舵手則需要花費幾秒鐘來做出反應，船則要在數幾分鐘的時間內才能做出相應的擺動”…·。生態上的每一個步驟也都有一個特有的反應時間。”②這個適應過程意味著對生態系統的變化要有一個較為長期的觀察。第二個法則是生態智慧。生態智慧的基本含義是：生命物種，植物、動物、菌藻類都有生存的辦法和自我保護的策略，都有一定的適應環境的智慧，有些智慧的精致和神秘，還遠不能為人類現有的科學所破譯。因而各種生命的生存策略對于各種人工系統的構建都有借鑒意義。自然系統的復雜性是人類認識的難題，而其如何實現自身的平衡更顯得奧妙無窮。自然界在進化過程中，有足夠的時間和代價，可以不斷試探，通過“自然選擇”而留下的只能是少數——這實在是一個意味深長的“事實”。工程系統是人工設計的，它的復雜性原則上講不可能超出理性的范圍，但工程系統要在與自然系統相互作用中完善，各種技術環節的匹配同樣需要磨合，同樣要付出時間和代價。目前的各種工程體系是在大量方案被淘汰后的產物，在這一意義上，工程系統的進化中也有“自然選擇”。在這個“自然選擇”過程中，有大量的尚未為人所知的因素在起作用。第三個法則是物質不滅。該法則所強調的是，在自然界中是無所謂“廢物”這種東西的。在每個自然系統中，由一種有機物所排泄出來的被當作廢物的那種東西都會被另一種有機物當作食物而吸收。物質不滅是簡單的道理，但近代以來工業化好像使人們忘掉了它。一個產品的形成既要消耗原材料，生產過程要產生環境排放，產品壽命終結后還要以廢棄物的形態對自然界造成壓力。這是一個有來處，有去處的過程。產業界采用的生命周期評價法就是把產品的環境影響從原料采集直至產品廢棄整個過程進行評價的一種方法。這種評價貫穿于產品、工藝和活動的整個生命周期，包括原材料提取與加工，產品制造、運輸以及銷售，產品的使用、再利用和維護。當前，人們已經認識到生產者的責任不僅是應該提供產品而且還應該對產品退出使用環節后的環境后果負責。1991年德國頒布了《包裝條例》，該條例要求產品生產者對其產品的包裝容器負責，不允許將公共資金用于包裝廢物的收集處理。第四個法則是生態代價。應該在分享工程帶來福利的同時，對其風險和負面效應保持足夠的警惕。現代工程系統在某種程度上已經超越了人類思維所能達到的范圍，工程中所包含的技術進步存在著眾多的技術風險。人們在發明技術和建構工程時是以對工程技術利益的預測為前提的’，往往會忽視工程技術帶來的環境損失。現代工程威力巨大、影響深遠，充滿了不確定性。而工程的不確定性又帶來了對生態可持續發展的背離的可能性。工程系統日益增長的復雜性往往意味著出現誤差及由此導致的失敗風險增加，同時也意味著技術使用時人為錯誤引發的風險增加。技術發展應該為自身的調節留下余地。沿著一種技術路線發展的工程系統在環境改變后，其適應性有可能會明顯降低。農業生產中，使用化肥增加了產量，但對化肥的過度依賴會降低土地的自身更新能力；對農藥的依賴降低了動植物自身的免疫能力；即便是農業機械化這種看起來有百利而無一害的事物也導致了社會生活中不斷有技藝失傳這一文化學意義上的憾事。3．2工程界目前的實踐探索——產業生態學學科的興起受循環經濟潮流的推動，工程界積極從事體現生態法則的工業工程的工作，并形成一系列初見成效的技術措施，形成了以系統分析為核心的方法，以工業代謝分析、生命周期評價、生態設計為手段．，逐步建立起以對產品在整個生命周期內的環境影響進行綜合考察的工業生態學理論。3.2.1工業生態學視野中的生命周期是以自然界生命周期的物質能量循環來考察經濟系統內產品的物質能量循環的。傳統經濟學考察產品而不考察排放物、廢棄物，考察原材料、產品的價格成本而不考察環境成本，考察工藝過程的技術可行性而忽略其生態合理性。生命周期評價的出現將考察的范圍向前延伸至原材料、能源的獲得，向后延伸至產品使用、回收以及廢棄物的處理。產品的形成既是物質的轉化過程，又是伴隨著能量消耗的過程。這個過程由原材料的采集開始，直到廢棄物被自然界或者其他產品所吸收。作為一種評價方法，生命周期評價貫穿于產品，工藝和消費活動的整個生命周期。產品的形成‘要消耗原材料、生產過程要排放廢物、產品壽命終結后還要以廢棄物的形態對自然界造成壓力——這是一個“有來處，有去處”的過程。通過對“從何處來”和“向何處去”的追問，使人們對產品的環境壓力有了較為完整的認識。例如，紙制品與塑料制品相比，如果僅僅從最終產品認識和分析問題，那么，紙制品利于降解，這是利于環境的，但從生命周期的角度看，對于紙制品的考察應從伐木開始，包括木材的運輸，造紙生產的污染等環節都應予以考慮，如果這樣來認識和分析問題，問題就不那么“簡單”了。工業代謝分析就是針對此類問題的一套工業生態學方法。3.2.2工業代謝分析方法(industrialmetabolism)生命周期評價方法從全過程的角度向人們展示了某個產品或者某項工程究竟有多大的環境代價，要進行有利于環境的變革還必須從工業與生態的連接循環機制上尋找出可行的辦法。工業代謝分析方法就是這樣的方法。“代謝”是一個生物學概念，是指生命體吸收食物排除廢物的過程。有機生命體將攝人的營養物質分解成小分子物質以及在體內進行化學反應的同時釋放能量，用于形成新的機體原料以及實現自身的生理功能。從這一原理的啟發，人們發現，利用生產過程的共生關系，在不同工業部門之間建立有機聯系，形成合理的工業結構，實現不同工業部門間物流、能流的優化，既能減少廢物的輸出，又能提高經濟效益。于是就出現了將有共生關系的企業布局在集中的區域以形成生態工業園的設想和試驗。3.2.3生態設計真正將生命周期評價和工業代謝分析方法運用于實踐的就是生態設計。生態設計(ecologicaldesign)又稱為環境設計(designforenvironment)、綠色設計(greendesign．)，是以保護環境與資源為核心的產品設計理念和過程。就產品生命周期全過程而言，應充分考慮產品的環境屬性，并將其作為設計目標，既保證產品應有的功能、壽命和質量要求，又滿足環境目標要求。目前工程界從不同的層面進行探索，形成了各有側重的設計理念。例如：以材料環境指標為依據，同時考慮材料的使用對產品生產周期全過程所帶來的負面影響的面向材料設計；以方便維修，并且有利于產品廢棄后的拆卸回收的模塊化設計；以提高操作者工作的有效性，降低體力和腦力消耗為目標的人機工程設計。設計理念是工業過程的長期起作用的因素，其主觀性色彩濃厚，對新變化的反應速度快，設計理念的更新，有助于人們尋找出生態理想與技術現實的結合點，從而實現工藝技術的持續改進。工程師們似乎應該放棄那種過分強調產品在外觀上標新立異的做法，改變把產品的基本功能與可選擴展功能生硬地捆綁在一起的設計習慣。甚至可以在一定程度上擺脫單純的經濟目標，限制那種把產品使用、安全、環境、維護和廢棄成本等置于次要位置甚至有意轉移成本的行為。產業生態學研究核心是產業系統與自然系統、經濟社會系統之間的相互關系，它考慮產品或工藝的整個生命周期的環境影響，而不是只考慮局部或某個階段的影響，是一種整體觀；產業生態學主要關注未來的生產、使用和再循環技術的潛在環境影響，其研究目標著眼于人類與生態系統的長遠利益，追求經濟效益、社會效益和生態效益的統一，是一種未來觀；產業生態學不僅要考慮人類產業活動對局部地區的環境影響，更要考慮對人類和地球生命支持系統的重大影響，是一種全球觀。從宏觀看，它是國家產業政策的重要理論依據，即圍繞產業發展，如何將生態學的理論與原則融人國家法律、經濟和社會發展綱要中，促進國家以及全球生態產業的發展；從中觀看，它是企業生態能力建設的主要途徑和方法，其中涉及企業的競爭能力、管理水平、規劃方案等；從微觀看，則是具體產品和工藝的生態評價與生態設計。對于工程界至少可以有以下啟示：第一，工業共生關系是客觀存在的，在一定條件下，對不同工業部門的整合也是可能的。分離的工業布局存在著非生態共存和不經濟的雙重缺陷，合理的時一空共生關系可以取得環境與經濟的雙贏。第二，系統行為是整體的屬性，不應該將它機械地還原為個體層次，可持續是整個經濟技術系統的目標，脫離整體而求局部的可持續是不全面的，甚至有時是會發生誤導作用的，離開對上游原料和下游廢棄物環境壓力的考察對一個產品的環境影響進行估計是片面的，同樣在分離的條件下確定某種產品、工藝或者某個企業是“環境友好”的也是不恰當的。第三，預防問題比解決問題更重要。環境問題有長期性、潛在性，以及認識上的專業化的特點，對于可能出現的問題，如果專業人員不能預見，一般公眾更難顧及。要避免工程系統對環境造成額外的負擔，必須對其各個環節進行綜合評價，必須依靠專業人員的能力發現改進的機會。如環境倫理學者利奧波德所說的：一項決策“只有當它有助于維護生物共同體的完整和穩定時，它才是正確的，反之，它就是錯誤的”。第四，觀念轉變影響更深遠、更根本。技術是一種理性的機巧，如果能夠在工程中用生態價值理性指導工具理性的機巧，用之得當就可以化腐朽為神奇。工程設計思路的綠色化比任何具體的單項環保措施的效應都更強。4、工程生態觀的基本思想工程生態觀是在人類工程活動劇烈，技術手段多樣，自然環境又變得脆弱的背景下理性反思的產物，這里既有對技術濫用的擔憂，也有對合理利用技術的期望，更有對工程、技術、生態一體化設計的理想追求。我們在此將其基本思想概括為以下四個方面。4．1工程與生態環境相協調的思想無論工程的效果怎樣，它只能是“自然一人一社會”大系統中的一個角色；無論工程的成就如何，它總不能超出規律的約束。利用工程手段改變自然，滿足人類的需求的同時，必須看到這種活動具有多重后果的特征。工程活動作為人與自然相互作用的中介，對自然的影響具有最直接效果，出于單純經濟利益的工程建造活動導致的生態環境問題已經嚴重影響人類的生存質量，也極大地影響和制約著經濟、社會和環境的可持續發展。所以，工程活動的生態效應引起人們的高度注意，人們開始反思傳統的工程觀和工程建造的科學性和合理性問題。傳統的工程觀強調人類主動干預自然，征服自然，片面理解工程與生態關系，忽視人和人類活動與自然的協調共生，造成了全球性生態危機。今天人類應該樹立科學的工程生態觀，對人類工程活動的后果作多重分析，尤其是加強對工程建構的潛在后果和負面后果的分析，將其作為人類工程建造活動的約束性條件。在認識的價值取向上應當將生態價值和工程價值協調起來，時至今日更應重視和強化工程的生態價值。做到工程的社會經濟和科技功能與自然界的生態功能相互協調和相互促進。一方面，工程活動必須順應和服從生態運動規律，最大限度地減少對生態環境的不良影響。另一方面，工程活動要在認識生態運動規律的基礎上通過利用生態運動規律去改善和優化生態環境。總之，工程生態觀的最基本的思想就是尊重自然，承認自然存在的合理性和價值，在工程活動中把工程事物作為自然生態循環的一個環節。4．2工程與生態環境優化的思想既然人類工程活動會對環境造成后果，人們就應當以對這些后果負責的態度，形成新的工程觀，去指導工程活動進行環境優化和環境再造。工程活動對環境影響最為直接，所以，工程活動的參與者應自覺負起環境改變的責任。這不僅是包括了對環境破壞的責任，更多和更重要的是對環境重建和環境優化的期待。從自然生態系統自身循環來看，任何工程活動都會干擾和影響自然生態自我運行。然而，這種干擾和影響并非在任何情況下都是破壞性和負面性的。一方面，在深入研究和分析認識生態系統的運行規律和約束條件的基礎上，進行符合生態循環規律的工程活動，將工程活動的負面影響控制在自然生態系統可以吸收消化的自我調節的限度之內，從而保證自然生態系統的良性循環。例如，依山而建的生態野生動物園，既滿足了人們的觀賞需求，又保證了動物的天性和環境的自然狀態。另一方面，人類工程活動經過與自然生態互動，可能產生破壞生態環境的同時，也會使人們積累起對生態的知識和利用生態規律調整和保護自然生態環境的理念、方法和途徑，不僅可以利用新的理念和技術去改善和消除人類工程活動已經造成的破壞，也可以通過工程活動對自然生態系統自身的盲目性、破壞性加以因勢利導，為我所用，從而使工程活動在追求經濟社會利益的同時能和自然生態系統良性循環之間保持恰當的協調，有目的地將工程活動融入自然生態循環中，以改善和優化生態環境。在工程活動中，工程師的主體性最為突出。在生態觀的指引下，他們能在工程受益者的需求與環境承載力之間、在經濟效益與環境成本之間、在環境現狀和環境優化之間進行權衡，也能以專業的眼光尋求解決工程與生態環境優化問題的出路。4．3工程與生態技術循環思想在工程能否為人類營造一個可靠的未來這一問題上，向來有樂觀主義與悲觀主義的分歧。而比較科學的態度應當是相信技術并依賴工程的力量重建人與自然關系的和諧，相信隨著科學技術的發展進步，不斷的工程創新能解決工程帶來的