0 引言

傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)占用大量土地、水等不可再生資源，且易受環(huán)境影響，具有極大不確定性。隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快，居住與環(huán)境壓力增大，城市用地擴(kuò)張引發(fā)的農(nóng)業(yè)用地緊缺等問題日益突出。本研究利用現(xiàn)代技術(shù)手段嘗試引導(dǎo)農(nóng)業(yè)向城市垂直空間發(fā)展，緩解環(huán)境與農(nóng)業(yè)用地緊缺的壓力，為城市提供農(nóng)產(chǎn)品，促進(jìn)其能量與物質(zhì)平衡。面對一系列城市問題，筆者作出如下思考。

1）大量農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者進(jìn)入城市，他們的生活方式發(fā)生變化，生活資本缺失，如何解決？

2）由于城鎮(zhèn)化而減少的土地資源如何補(bǔ)充？

3）跨城鄉(xiāng)邊界、跨國境運輸造成的高額運輸成本由誰買單？

4）農(nóng)業(yè)資源缺失，大量農(nóng)民涌入城市，就業(yè)缺口如何填補(bǔ)？

針對上述問題，本研究提出將城市、農(nóng)民與農(nóng)業(yè)融合，探討城市發(fā)展與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、居民生活相互平衡的發(fā)展模式。

1 項目概況

基地選址于片區(qū)偏中心位置，為進(jìn)城務(wù)工人員提供就業(yè)機(jī)會，同時縮短了與周邊的食物運輸里程。建筑平面為方形，地下1層，地上20層（2.4m/層），總建筑面積32926m2，采用分散式布局，分別由4座塔樓和共同的基座組成（見圖1）。

作物種植高空發(fā)展既要考慮合理的技術(shù)措施，又要考慮產(chǎn)品的銷售和運輸，方案著力打造集居住、種植、展覽、教育等功能于一體且可拆、可裝、可運的都市立體農(nóng)場建筑（見圖2）。

2 設(shè)計策略

2.1 集裝箱模塊

園區(qū)規(guī)劃80m×80m的正交網(wǎng)格作為基本單元，采用院落式布局，將每個單元簡化為1個簡單模塊，平面設(shè)計順應(yīng)城市肌理，建筑布局采用單元式組合、拼接，以農(nóng)場“可移動”為目標(biāo)，將回收的廢棄集裝箱作為基本模塊單元進(jìn)行組合。除了“可移動”，選擇集裝箱作為模塊單元還有下述原因：①我國目前許多港口都有大量廢棄集裝箱，據(jù)統(tǒng)計，全球約有200萬個集裝箱處于閑置狀態(tài)；②單個集裝箱可承重約30t，足以滿足建筑物的承重需求；③集裝箱堅固、耐腐蝕且可被重復(fù)回收利用；④集裝箱可承受惡劣環(huán)境的影響，如冷、熱、風(fēng)、雨及其他惡劣環(huán)境；⑤20英尺的集裝箱恰好與貨車尺寸適應(yīng)，便于運輸。

將多個集裝箱模塊按照一定邏輯疊放，在有限空間內(nèi)種植更多作物。將農(nóng)產(chǎn)品、漁業(yè)養(yǎng)殖等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)置入可模擬農(nóng)作物生長環(huán)境的多層和高層建筑中，通過農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)和能源加工處理系統(tǒng)，實現(xiàn)立體種植與能源的自給自足。

2.2 優(yōu)選模塊組合

改造回收的集裝箱，其平面單元組合包括住宅和種植（養(yǎng)殖）模塊功能單元（見圖3）。

圖1 規(guī)劃平面

圖2 設(shè)計目標(biāo)示意

圖3 集裝箱模塊組合分析

1）住宅模塊功能單元 分析盥洗、廚房、書房、臥室等居住所需的基本功能，設(shè)計居住單元模塊，根據(jù)可能存在的布局拼接形式，優(yōu)選3種戶型，用戶可根據(jù)自身需求自由選擇。

2）種植（養(yǎng)殖）模塊功能單元 盡可能簡化種植（養(yǎng)殖）模塊單元的內(nèi)部空間布局，根據(jù)與居住單元的位置關(guān)系，調(diào)整模塊的空間布局與位置。

以戶型3為例（戶型可根據(jù)住戶需求自由選擇），根據(jù)居住、種植及養(yǎng)殖模塊之間的關(guān)系，綜合考慮各功能模塊對日照的要求，通過魚菜共生系統(tǒng)和最優(yōu)能量循環(huán)模式，優(yōu)選3種組合形式（見圖4）。

圖4 豎向單元組合示意

2.3 單元組裝過程

根據(jù)使用需求設(shè)計集裝箱單元，搭建主體框架并鋪設(shè)樓板，將按照一定邏輯組合的集裝箱組團(tuán)嵌入框架。建筑形體根據(jù)集裝箱模塊功能不同，穿插方式各異，采用自然生成形式。整個建筑梁柱暴露，管線布置于柱內(nèi)部，便于隨時修改和加建（見圖5，6）。

圖5 集裝箱模塊單元組合示意

圖6 模塊單元吊裝過程

2.4 組合形態(tài)與藝術(shù)表達(dá)

建筑立面中未被占滿的空間可促進(jìn)南北通風(fēng)，有利于夏季帶走多余熱量。戶型設(shè)計確保每位住戶均能享受到南面直射陽光，上層建筑可為下層建筑遮蔽陽光。未安裝集裝箱的位置設(shè)計層間平臺以布置平臺綠化和活動空間，方便鄰里交流空間相互滲透（見圖7）。有規(guī)律的集裝箱模塊單元組合構(gòu)成了建筑的外部形態(tài)（見圖8）。

3 技術(shù)可行性分析

3.1 技術(shù)措施

改造處理回收的集裝箱，對其地板、屋頂、四周墻面進(jìn)行保溫加固，居住模塊可根據(jù)需要增設(shè)陽光溫室或陽臺。每組集裝箱模塊組團(tuán)均是獨立的能量供給循環(huán)系統(tǒng)（見圖9）。種植模塊通過無土栽培、魚菜共生系統(tǒng)、溫濕度及二氧化碳濃度的控制等技術(shù)措施生產(chǎn)產(chǎn)品，由于不受外界環(huán)境影響，其生產(chǎn)率遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)。為減少作物生長的照明能耗，設(shè)計中引入自然光線，根據(jù)不同功能用房對日照的需求組合不同功能的集裝箱。

2棟種植塔樓主要包括水培種植、魚類養(yǎng)殖、蘑菇種植、居住等模塊。其中水培種植模塊和居住模塊對光照的需求較高，位于塔樓南側(cè)；蘑菇種植模塊對日照的需求不高，位于塔樓北側(cè)，結(jié)合魚菜共生系統(tǒng)等技術(shù)以合理布局模塊。

為降低農(nóng)場能耗，通過多種技術(shù)措施加強(qiáng)對太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮艿瓤稍偕茉吹睦谩＝ㄖ敳科脚_設(shè)置風(fēng)力發(fā)電和太陽能光伏發(fā)電裝置，將風(fēng)能和太陽能轉(zhuǎn)化成電能，并將多余電量并入城市電網(wǎng)。在建筑頂部和廣場設(shè)置雨水收集裝置，利用中水回收技術(shù)合理利用水資源以灌溉室外及平臺種植。采用光導(dǎo)照明加強(qiáng)室內(nèi)光線，達(dá)到生態(tài)節(jié)能目的（見圖10，11）。

圖7 模塊單元組合形態(tài)分析

圖8 模塊單元組合形態(tài)效果

圖9 集裝箱改造中的管線布置

圖10 建筑室外微循環(huán)系統(tǒng)分析

圖11 綠色建筑技術(shù)集成

3.2 運營模式

由于集裝箱可拆卸和移動，當(dāng)作物成熟時，將部分集裝箱單元從建筑體中抽離，直接運送到周邊市場。室內(nèi)無土栽培技術(shù)使種植不受季節(jié)限制和氣候變化影響，1年內(nèi)可收獲多次，大大提高了作物產(chǎn)量。建筑底層裙樓設(shè)置產(chǎn)品交流、育種、展覽、體驗、銷售等功能，為周邊城市居民及學(xué)校提供體驗、教育基地，讓在城市中成長的兒童也可了解農(nóng)作物的生長過程。

如圖12所示，居住單元可供城市白領(lǐng)、菜農(nóng)、剛畢業(yè)的大學(xué)生等群體使用，生產(chǎn)單元可由菜農(nóng)統(tǒng)一管理，也可提供給居住者自行管理，在自給自足的基礎(chǔ)上，蔬菜交由菜農(nóng)統(tǒng)一銷售：①6∶00—7∶00將作物已經(jīng)成熟的集裝箱從建筑中抽離；②7∶00—9∶00將集裝箱運往周邊市場，9∶00后開始邊摘邊售；③11∶30—17∶30通過智能管理系統(tǒng)了解銷售情況，將蔬菜由余菜站點運往缺菜站點；④18∶00菜品基本售完，將集裝箱運回；⑤18∶30經(jīng)過清理的集裝箱置入建筑，重復(fù)使用。

圖12 運營模式示意

4 結(jié)語

城市立體農(nóng)場將種植、養(yǎng)殖等農(nóng)業(yè)環(huán)節(jié)置入可模擬農(nóng)作物生長環(huán)境的多層和高層建筑中，通過能源加工處理系統(tǒng)，實現(xiàn)糧食與能源的自給自足。將改造后的集裝箱模塊按照一定邏輯組合形成垂直農(nóng)場，集裝箱可根據(jù)使用要求上下吊裝，直接運往目的地，自種自運的模式有效減少了資源、人力、物力消耗。利用人工環(huán)境控制技術(shù)生產(chǎn)的蔬菜產(chǎn)量大且質(zhì)量高，可為周邊居民提供穩(wěn)定、數(shù)量可觀的農(nóng)產(chǎn)品。本研究將農(nóng)田“移動”到集裝箱內(nèi)并與居住建筑結(jié)合，可為城市建設(shè)提供新思路。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙繼龍，張玉坤.城市農(nóng)業(yè)規(guī)劃設(shè)計的思想淵源與研究進(jìn)展[J].城市問題，2012（4）：83-88.

[2]趙繼龍，陳有川，牟武昌.城市農(nóng)業(yè)研究回顧與展望[J].城市發(fā)展研究，2011（10）：57-63.

[3]陳旭銘.垂直農(nóng)業(yè)在城市發(fā)展所面臨的問題與策略研究[J].生態(tài)經(jīng)濟(jì)，2013（3）：136-139.

[4]趙繼龍，張玉坤.西方城市農(nóng)業(yè)與城市空間的整合實驗[J].新建筑，2012（4）：27-31.

[5]趙紅瑞，張正宇.淺析集裝箱建筑的特點以及未來的發(fā)展展望[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2014（13）：205.

[6]貢小雷，張玉坤.集裝箱的建筑改造——一種可持續(xù)建筑的發(fā)展嘗試[J].世界建筑，2010（10）：124-127.

[7]趙夢宇，劉穎，高翔.SI技術(shù)體系的全新探索——H&H住宅建筑[J].城市住宅，2017，24（11）：66-75.

[8]王蔚，魏春雨，劉大為，等.集裝箱建筑的模塊化設(shè)計與低碳模式[J].建筑學(xué)報，2011（S1）：130-135.

[9]咸悅，吳曉雪，姜夏.基于農(nóng)宅物理性能的裝配式立面模塊綠色建構(gòu)[J].城市住宅，2017，24（4）：72-75.

[10]董君，崔海蘋.新型綠色集裝箱建筑的設(shè)計藝術(shù)[J].工業(yè)建筑，2016（4）：169-171.

[11]張紅，喬玲敏，沙廣寧，等.PPB模塊雨水收集回用系統(tǒng)施工案例分析[J].施工技術(shù)，2017，46（S1）：1039-1043.

[12]王偉男.當(dāng)代集裝箱裝配式建筑設(shè)計策略研究[D].廣州：華南理工大學(xué)，2011.