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。
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)。
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。
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
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
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)。
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
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
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。
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