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Slideshow of this Project Press F11 for Full Screen
ASIAN CAIRNS, SUSTAINABLE MEGALITHS FOR RURAL URBANITY
SHENZHEN 2013
CHINA
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TYPE: Architectural and Engineering Consultancy
CLIENT: Private Client, Shenzhen
CONTRACT LOCATION: China
PROGRAM: 6 Mixed Uses Towers and Master Planning
SURFACE AREA: 320 000 m²
ARCHITECT: Vincent Callebaut Architectures, SARL Paris
VCA’S TEAM: Emilie Diers, Frederique Beck, Benoit Patterlini, Marco Conti Sikic, Vincent Callebaut
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ASIAN CAIRNS

SUSTAINABLE FARMSCRAPERS FOR RURAL URBANITY
Shenzhen, 2013, China

1. FROM RURAL EXODUS TO CHINESE URBAN BIOSPHERE

At the end of 2011 in China, the number of inhabitants in the cities exceeded the number of inhabitants in the countryside. Whereas 30 years ago only one Chinese person out of five lived in the city, the city-dwellers represent now 51.27% of the total population of 1 347 billion of people. This urban population is supposed to increase to 800 million of inhabitants within 2020 spread mainly in 221 cities of at least one million of inhabitants (versus only 40 in Europe of the same scale) and 23 megapolis of more that five million of inhabitants.

According to Li Jianmin, an expert in demography from the Tianjin University, the Chinese population will be urban at 75% within 2030 ! Facing this massive rural exodus and the unrestrained acceleration of the urbanisation, the future models of the – green, dense and connected – cities must be rethought from now on ! The challenge is to create a fertile urbanisation with zero carbon emission and with positive energy, this means producing more energy that it consumes, in order to conciliate the economical development with the protection of the planet. The standard of living of everyone will thus be increased by respecting at the same time the standard of living of everybody.

1.1. The Green City

The cities are currently responsible for 75% of the worldwide consumption of energy and they reject 80% of worldwide emissions of CO2. The contemporary urban model is thus ultra-energy consuming and works on the importation of wealth and natural resources on the one hand, and on the exportation of the pollution and waste on the other hand. This loop of energetic flows can be avoided by repatriating the countryside and the farming production modes in the heart of the city by the creation of green lungs, farmscrapers in vertical storeys and by the implantation of wind and solar power stations. The production sites of food and energy resources will be thus reintegrated in the heart of the consumption sites ! The buildings with positive energies must become the norm and reduce the carbon print on the mid term.

1.2. The Dense City

The model of main contemporary cities advocating the urban spread and based on the mono-functionality and the social segregation, must be rejected ! Actually, the more a city is dense, the less it consumes energy.
This is the end of ultra secured ghettos of rich people against quarters of huge poverty !
This is the end of bedroom suburbs without any activity alternating with uniform commercial area and without any inhabitant !
This is the end of museum city centres fighting against monofunctional business districts. This is the end of embolism of the all-car eating away the city centres !
This is the end of the explosion of public and private transports devouring our lands because based on an obsolete geographical separation of housing and work!
The social diversity and the functional diversity must be the key words to build more intelligent cities! Ecologically more viable, the dense, vertical and less spread city will constitute an attractive open pole and offering many services. The social will be reinvented !

1.3. The Connected City

The information and communication technologies have now a major role in the development of city network and will be able to reduce the carbon emissions from 15 and 20% within 2020. The communication solutions such as the optic fibre and the satellite systems enable already thanks to their associated applications (videoconference, telecommuting, telemedicine, video surveillance, e-commerce, real time information, etc.). to reduce considerably the carbon emissions and to save the travel costs by reinforcing at the same time the economical dynamism and the attractiveness of the cities.
Based on innovation, the TIC solutions favour the diminution of physical goods and means of transport via the dematerialization. They empower also a clever logistics and a synchronisation of the production operations. Everything tends to new opportunities of profitable growth and to a saving with low carbon print. The sustainable development must thus enable to find innovative solutions for an economy resilient to climatic changes which is in total harmony with the biosphere in order to preserve the capabilities of the future generations to meet their needs.

2. THE BIOMORPHISM, THE BIONIC AND THE BIOMIMICRY AT THE SERVICE OF THE RENATURALISATION OF THE CITY

The oldest living beings appeared 3.8 billion years ago. In terms of durability, the human societies are thus far behind the nature that made its proofs. If only 1% of the species survived by adapting themselves constantly without hypothecate the future generation and without any fuel, their subsistence merits the respect and reminds us the laws of their prosperity :

The Nature works mainly with solar energy.
It uses only the quantity of energy it needs.
It adjusts the shape to the function.
It recycles everything.
It bets on the biodiversity.
It limits the excess from the interior.
It transforms the constraints into opportunities.
It transforms waste into natural resources.
It enhances the local expertise.

Based on these billions of years of Research and Development, new innovation approaches aiming at modifying the carbon balance, guide us to three additional scales operated by the contemporary biotechnologies : the shapes, the strategies and the ecosystems.

2.1. The Biomorphism :is based only on shapes from the Nature.
Ex : The vertical wings of the Steppes Eagle, the spiralling and hydro-dynamical shape of the nautilus, the ventilation of the termite mounds.

2.2 The Bionics :is based on living strategies, natural manufacturing processes.
Ex : The plasticity of the lilypads, the hyper-resistant structure of the hives in bee nests.

2.3 The Biomimecry :is based on mature ecosystems and tends to reproduce all the interactions present in a tropical forest such as : the use of waste as resources, the diversification and the cooperation, the reduction of the materials at their strict minimum.
Ex : the autogenerative agriculture, the reproduction of the photosynthesis process (main energy source of humanity), the production of bio-hydrogen from green algae.

Whereas the primary reason of architecture is since time immemorial to protect Man against Nature, the contemporary city desires by its emergent methods to reconciliate finally Man and the natural ecosystems ! The architecture becomes metabolic and creative ! The facades become as intelligent, regenerative and organic epidermis. They are matters in movement, recovered by free plants and adjust always the shape to the functionality. The roofs become the new grounds of the green city. The garden is no more placed side by side to the building ; it is the building ! The architecture becomes cultivable, eatable and nutritive. The Architecture is no more set up in the ground but is planted into the earth and exchanges with it the organic matters changed in natural resources.

3. ASIAN CAIRNS, TOWARDS A NEW MODEL OF SMART CITY

Benefiting from its privileged geographical position in the heart of the Chinese megalopolis of the Delta of the Pearl River, Shenzhen faces a spectacular economic and demographic development. Since the return of Hong Kong to China, both cities have been merging together and constitute now one of the greatest Chinese metropolises with more than 20 billions of inhabitants! In this context of hyper growth and accelerated urbanism, the “Asian Cairns” project fights for the construction of an urban multifunctional, multicultural and ecological pole. It is an obvious project to build a prototype of green, dense, Smart city connected by the TIC and eco-designed from biotechnologies !

3.1. Three interlaced eco-spirals

The master plan is designed under the shape of three interlaced spirals that represent the 3 elements which are fire, earth and water, all organised around air in the middle. Each spiral curls up around two magalithic towers and forms urban ecosystems implanting the biodiversity in the heart of the City under the shape of vast public orchards and urban agriculture fields. Huge basins of viticulture and vast lagoons of phyto-puration recycle the grey waters rejected by the inhabited vertical farms.

3.2. Six multifunctional farmscrapers

The six gardening towers engraved in a Golden Triangle pile up a mixed programmation superimposing farmingscrapers cultivated by their own inhabitants. Like our Dragonfly project in New York, the aim is to repatriate the countryside in the city and to reintegrate the food production modes into the consumption sites. The megalithic towers are based on cairns, artificial stone heap present on the mountains to mark out the hiker tracks. Clever exploits of the construction, these six towers pile up housing, offices, leisure spaces in the monolithic pebbles superimposed on each other along a vertical central boulevard. This central boulevard constitutes the structural framework of each tower. It choreographs the human flows, distributes the natural resources and digests the waste by sorting and selective composting. True city quarter piling up mixed blocks, these cairns make the urban space denser by optimising also the quality of life of its inhabitants by the reduction of means of transport, the implantation of a home automation network, the re-naturalisation of the public and private spaces and the integration of clean renewable energies.

These six farmscrapers are pioneer towers aiming at the 10 following objectives :

1. The diminution of the ecological footprint of this new vertical eco-quarter enhancing the local consumption by its food autonomy and by the reduction of means of road, rail and river transport.
2. The reintegration of local employment in the primary and secondary sectors coproducing the fresh and organic products to the city dwellers who will be able to reappropriate the knowledge of the farming production modes.
3. The recycling in short and closed loop of the liquid or solid organic waste of the used waters by anaerobe composting and green algae panels producing biogas by accelerated photosynthesis.
4. The economy of the rural territory reducing the deforestation, the desertification and the pollution of the phreatic tables.
5. The oxygenation of the polluted city centres whose air quality is saturated in lead particles.
6. The production of a vertical organic agriculture of fruits and vegetables limiting the systematic recourse to pesticides, insecticides, herbicides and chemical fertilizers.
7. The saving of water resource by the recycling of urban waters, spraying waters and the evapo-sweated water by the plants.
8. The protection of the biodiversity and the development of eco-systemic cycles in the heart of the city.
9. The diminution of the sanitary risks by the disappearance of pesticides noxious for the health and by the fertility and total protection of the phreatic tables.
10. The diminution of the recourse to fossil fuel needed for the conventional agriculture in long cycle for the refrigeration and the transport of the goods.

3.3. Hundred of bioclimatic pebbles with positive energy

Each pebble is a true eco-quarter of this new model of vertical city. Structurally, they are made of steel rings which arch around the horizontal double-decks. These rings are linked to the central spinal column by Vierendeel beams that enable a maximum of flexibility and spatial modularity. These huge beams form a plan in cross that welcomes the individual programmation of each pebble. The interstitial spaces between this cross and the megalith skin welcome great nutritive suspended gardens under the shape of farming greenhouses.
True living stones playing from their overhanging position, the crystalline pebbles are eco designed from renewable energies. An open-air epidermis of photovoltaic and photo thermal solar cells as well as a forest of axial wind turbines covers the zenithal roofs punctuated by suspended orchards and vegetable gardens. Each pebble presents thus a positive energetic balance on the electrical hand and also on the calorific or food hand.

The « Asian Cairns » project syntheses our architectural philosophy that transforms the cities in ecosystems, the quarters in forests and the buildings in mature trees changing thus each constraint in opportunity and each waste in renewable natural resource !

© Vincent Callebaut Architect


TEXTE FRANCAIS

ASIAN CAIRNS

SUSTAINABLE FARMSCRAPERS FOR RURAL URBANITY
Shenzhen, 2013, China

1. DE L’EXODE RURAL A LA BIOSPHERE URBAINE CHINOISE

Fin 2011 en Chine, le nombre d’habitants des villes a dépassé celui des campagnes. Alors qu’il y a trente ans, seul un chinois sur cinq habitait en ville, les citadins représentent aujourd’hui 51,27% de la population totale de 1,347 milliard de personnes. Cette population urbaine devrait croître jusque 800 millions d’habitants d’ici 2020 répartis principalement sur 221 villes d’au moins un million d’habitants (contre seulement 40 en Europe de même échelle) et 23 mégapoles de plus de cinq millions d’habitants.

Selon Li Jianmin, un expert en démographie de l’université de Tianjin, la population chinoise sera d’ici 2030 à 75% citadine ! Face à cet exode rural massif et à une accélération effrénée de l’urbanisation, les futurs modèles de villes – vertes, densifiées et connectées - doivent être repensés dès maintenant ! Le challenge est de créer une urbanisation fertile à émission de carbone zéro et à énergie positive, c’est-à-dire produisant plus d’énergie qu’elle n’en consomme, afin de concilier le développement économique avec la protection de la planète. Le niveau de vie de chacun pourra ainsi être augmenté tout en respectant le niveau de vie de tous.

1.1. La Ville Verte

Les villes sont actuellement responsables de 75% de la consommation mondiale d’énergie et elles rejettent 80% des émissions mondiales de CO2. Le modèle urbain contemporain est donc ultra-énergivore et fonctionne sur l’importation des richesses et des ressources naturelles d’une part et sur l’exportation de la pollution et des déchets d’autre part. Cette boucle des flux énergétiques peut être évitée en rapatriant la campagne et les modes de production agricoles au cœur de la ville par la création de poumons verts, de champs d’agriculture étagés à la verticale et par l’implantation de centrales éoliennes et solaires. Les lieux de production des ressources alimentaires et énergétiques seront ainsi réintégrés au cœur des lieux de consommation ! Les bâtiments à énergies positives doivent devenir la norme et réduire l’empreinte carbone à moyen terme.

1.2. La Ville Dense

Le modèle de la plupart des villes contemporaines prônant l’étalement urbain et basé sur la mono-fonctionnalité et la ségrégation sociale, doit être rejeté! En effet, plus une ville est dense, moins elle consomme d’énergie.
Fini les ghettos de riches ultrasécurisés s’opposant aux quartiers de grande pauvreté!
Fini les banlieues dortoirs sans activité alternant avec des zones marchandes uniformes et sans habitant!
Fini les centres villes muséifiés affrontant les quartiers d’affaires monofonctionnels.
Fini les embolies du tout-automobile rongeant nos centres villes !
Fini l’explosion des transports, privés ou collectifs, dévorant nos campagnes car basés sur une séparation géographique obsolète entre habitat et travail!
La mixité sociale et la mixité fonctionnelle doivent être les maitres mots pour construire des villes plus intelligentes ! Ecologiquement plus viable, la ville dense, verticale et moins étalée constituera un pôle attractif ouvert et offrant de multiples services. Le social sera réinventé !

1.3. La Ville Connectée

Les technologies de l’information et de la communication jouent désormais un rôle moteur dans l’élaboration des réseaux de ville et pourront d’ici 2020 réduire de 15 à 20% les émissions de carbone. Les solutions de communication telles que la fibre optique et les systèmes satellites permettent déjà grâce à leurs applications associées (vidéoconférence, télétravail, télémédecine, télésurveillance, e-commerce, information en temps réel, etc.) de réduire considérablement les émissions et d’économiser les couts de déplacement tout en renforçant le dynamisme économique et l’attractivité des villes.
Fondées sur l’innovation, les solutions TIC favorisent la diminution des biens physiques et des moyens de transports via la dématérialisation. Elles favorisent également une logistique intelligente et une synchronisation des opérations de production. Le tout tend vers de nouvelles opportunités de croissance rentable et vers une économie à faible empreinte carbone.
Le développement durable doit donc permettre de trouver des solutions innovantes pour une économie résiliente aux changements climatiques qui soit en totale harmonie avec la biosphère afin de préserver les capacités des générations futures à satisfaire leurs besoins.

2. LE BIOMORPHISME, LA BIONIQUE ET LE BIOMIMETISME AU SERVICE DE LA RENATURALISTION DE LA VILLE

Les plus anciennes formes vivantes sont apparues il y a 3,8 milliards d’années. En matière de durabilité, les sociétés humaines ont donc une longueur de retard sur la nature qui a fait ses preuves. Si seulement 1% des espèces ont survécu, en s’adaptant sans cesse sans hypothéquer le futur et sans une goutte pétrole, leur subsistance mérite le respect et nous rappellent les lois de leur prospérité :

La Nature ne fonctionne principalement qu’à l’énergie solaire.
Elle n’utilise que la quantité d’énergie dont elle a besoin.
Elle adapte la forme à la fonction.
Elle recycle tout.
Elle parie sur la biodiversité.
Elle limite les excès de l’intérieur.
Elle transforme les contraintes en opportunités.
Elle valorise l’expertise locale.

S’inspirant de ces milliards d’années de Recherche & Développement, de nouvelles démarches d’innovation visant la modification du bilan carbone, nous guident vers les trois échelles complémentaires exploitées par les biotechnologies contemporaines : les Formes, les Stratégies et les Ecosystèmes.

2.1. Le Biomorphisme : s’inspire strictement des formes de la Nature.
Ex : Les ailettes verticales de l’aigle des steppes, la forme spiralée et hydrodynamique du nautile, la ventilation naturelle des termitières.

2.2. La Bionique : s’inspire des stratégies du vivant, des processus naturel de fabrication.
Ex : La plasticité des feuilles de nénuphar, la structure hyper-résistante des ruches en nid d’abeille.

2.3. Le Biomimétisme : s’inspire des écosystèmes matures et tente de reproduire l’ensemble des interactions présentes dans une forêt tropicale comme par exemple : l’utilisation des déchets comme ressources, la diversification et la coopération, la réduction des matériaux à leur stricte minimum.
Ex : l’agriculture autorégénérative, la reproduction du procédé de photosynthèse (principale source d’énergie pour l’humanité), la production de bio-hydrogène à partir d’algues vertes.

Alors que la raison primaire de l’architecture est depuis la nuit des temps de protéger l’homme contre la nature, la ville contemporaine désire par ces méthodes émergentes réconcilier enfin l’homme et les écosystèmes naturels ! L’architecture se fait métabolique et créative ! Les façades deviennent tel des épidermes, intelligentes, régénératives et organiques. Elles sont matière en mouvement, recouvertes de plantes libres, et ajustent toujours la forme à la fonctionnalité. Les toitures deviennent les nouveaux sols de la ville verte. Le jardin n’est plus accolé à l’édifice, il est l’édifice ! L’architecture devient cultivable, comestible et nourricière. Les circulations verticales deviennent les organes digestifs qui métabolisent les rebus de l’occupation de la vie et les déchets alimentaires. L’Architecture n’est plus implantée au sol mais elle est plantée dans la terre et échange avec elle les matières organiques transformées en richesses naturelles.

3. ASIAN CAIRNS, VERS UN NOUVEAU MODELE DE SMART CITY

Bénéficiant de sa position géographique privilégiée au cœur de la mégalopole chinoise du Delta de la Rivière des Perles, Shenzhen connait un essor économique et démographique spectaculaire. Depuis 2010, elle compte 10 millions d’habitants et ne cesse de se densifier. Depuis la restitution de Hong Kong à la Chine, les deux villes sont en train de se fondre et elles constituent désormais l’une des plus grandes métropoles chinoises avec plus de 20 millions d’habitants ! Dans ce contexte d’hyper-croissance et d’urbanisme accéléré, le projet « Asian Cairns » milite pour la construction d’un nouveau pôle urbain multifonctionnel, multiculturel et écologique. C’est un projet manifeste pour construire un prototype de Smart City verte, dense, connectée par les TIC et éco-conçue à partir des biotechnologies !

3.1. Trois éco-spirales entrecroisées

Le master plan est conçu sous forme de trois spirales entrecroisées qui représentent les 3 éléments que sont le feu, la terre et l’eau, tous organisés autour de l’air se trouvant au milieu. Chacune des spirales vient s’enrouler autour de deux tours mégalithiques et forment des écosystèmes urbains réimplantant la biodiversité au cœur de la Cité sous forme de vastes vergers publics et de champs d’agriculture urbains. De grands bassins de viticultures et de vastes lagunes de phyto-épuration y recyclent les eaux grises rejetées par les fermes verticales habitées.

3.2. Six farmscrapers multifonctionnels

Les six tours maraîchères, inscrites dans un triangle d’or, viennent empiler une programmation mixte sous forme de fermes verticales étageant des champs d’agriculture cultivés par leurs propres habitants. Tout comme pour notre projet Dragonfly à New York, le but est de rapatrier la campagne dans la ville et de réintégrer les modes de production alimentaire au sein des lieux de consommation. Les tours mégalithiques s’inspirent des cairns, amas artificiel de pierres que l’on trouve au sommet des montagnes pour baliser le chemin des randonneurs. Savantes prouesses de construction, ces six tours empilent les logements, les bureaux, les commerces, les espaces de loisirs au sein de galets monolithiques superposés les uns sur les autres le long d’un boulevard central vertical. Ce boulevard central constitue l’armature structurelle de chaque tour. Il orchestre les flux humains, distribue les ressources naturelles et digère les déchets par tri et compostage sélectif. Véritable quartier de ville empilant des ilots mixtes, ces cairns densifient l’espace urbain tout en optimisant la qualité de vie de ses habitants par la réduction des moyens de transports, l’implantation d’un réseau domotique, la re-naturalisation des espaces publics et privés, et l’intégration des énergies renouvelables propres.

Ces six farmscrapers sont des tours pionnières visant les 10 objectifs suivants :

1. La diminution de l’empreinte écologique de ce nouvel éco-quartier vertical valorisant la consommation locale par son autonomie alimentaire et par la réduction des moyens de transports routiers, ferroviaires et fluviaux.
2. La réintégration d’emplois locaux dans le secteur primaire et secondaire coproduisant des produits frais et biologiques aux citadins qui pourront se réapproprier la connaissance des modes de production agricoles.
3. Le recyclage en boucle courte et fermée des déchets organiques liquides ou solides par compostage anaérobie, piles à combustible à hydrogène, lagune de phyto-épuration des eaux usées, et panneaux d’algues vertes produisant du biogaz par photosynthèse accélérée.
4. L’économie du territoire rural, réduisant la déforestation, la désertification et la pollution des nappes phréatiques.
5. L’oxygénation des centres villes pollués dont la qualité de l’air est saturée en particule de plomb.
6. La production d’une agriculture biologique de fruits et de légumes à la verticale limitant le recours systématique aux pesticides, insecticides, herbicides et engrais chimiques.
7. L’économie de la ressource en eau par le recyclage des eaux urbaines, des eaux d’arrosage et de l’eau évapo-transpirée par les plantations.
8. La protection de la biodiversité et le développement de cycles éco-systémiques au cœur de la cité.
9. La diminution des risques sanitaires par la disparition des pesticides nocifs à la santé et à la fertilité et par la protection totale des nappes phréatiques.
10. La diminution du recours aux combustibles fossiles nécessaires à l’agriculture conventionnelle en cycle long pour la réfrigération et le transport des marchandises.

3.3. Cent galets bioclimatiques à énergie positive

Chaque galet est un véritable éco-quartier de ce nouveau modèle de ville verticale. Structurellement, ils sont constitués d’anneaux en aciers qui viennent se cintrer autour de double-decks horizontaux. Ces anneaux sont reliés à la colonne vertébrale centrale par des poutres Vierendeel qui permettent un maximum de flexibilité et de modularité spatiale. Ces immenses poutres forment un plan en croix qui reçoit la programmation individuelle de chaque galet. Les espaces interstitiels entre cette croix et la peau des mégalithes accueillent de grands jardins suspendus nourriciers sous forme de serres agricoles.
Véritables pierres vivantes jouant de leur porte-à-faux, les galets cristallins sont éco-conçus à partir des énergies renouvelables. A ciel ouvert, un épiderme de cellules solaires photovoltaïques et photo thermiques ainsi qu’une forêt d’éoliennes axiales recouvrent les toitures zénithales ponctuées de vergers et de potagers suspendus. Chaque galet présente ainsi un bilan énergétique positif, autant sur le plan électrique, calorifique, que alimentaire.

Le projet « Asian Cairn » synthétise notre philosophie architecturale qui transforme les villes en écosystèmes, les quartiers en forêts et les édifices en arbres matures transformant ainsi chaque contrainte en opportunité et chaque déchet en ressource naturelle renouvelable !

© Vincent Callebaut Architecte