干旱半干旱區構建屋頂農場的技術要素及發展建設探究

郭輝 郭夢瑤 魯晉 胡云龍 王同偉 張瓊 劉金榮

摘要吸收借鑒現有屋頂農場的先進成果和發展經驗，并結合蘭州市氣候環境條件等具體情況，從蘭州發展屋頂農場的建設意義、技術要素、發展目標及可行性建設意見3個方面來詳細地展開分析論述，使人們能夠詳盡地了解屋頂農場所能發揮的重要作用，以及該如何發展促進蘭州市的屋頂農場項目工程建設。以期通過該研究能喚起蘭州市對發展屋頂農場項目的重視，并為其在蘭州的建設發展提供借鑒參考。

關鍵詞屋頂農場；技術要素；發展意義；建議；蘭州

中圖分類號S26文獻標識碼A文章編號0517-6611（2018）05-0199-04

AbstractAbsorbing the advanced achievements and development experience of existing rooftop farm， combined with specific circumstances of Lanzhou， such as climatic conditions，the study describes and analyzes the technological factors of developing rooftop farm， specific practical significance and the development proposal so that people can gain the critical significance of rooftop farm and how to promote project constructions of rooftop farm in Lanzhou.It is hoped that it can arouse the attention of Lanzhou to the development of rooftop farm project， and provide reference for its construction and development in Lanzhou.

Key wordsRooftop farm；Technological factors；Significance of development；Proposal；Lanzhou

屋頂農場是指在裸露的城市建筑屋頂種植瓜果蔬菜的一種新型的屋頂綠化形式，它不僅具有其他屋頂綠化方式的綠化生態功能，還具有相當的實用生產功能。屋頂農場是將現代建筑技術與農業種植技術相結合的一種形式，隨著人們對屋頂農場認識的不斷加深以及專業機構公司的出現，屋頂農場必將迎來一波發展浪潮。

城市化發展加快，綠化用地不斷被擠占，屋頂農場作為屋頂綠化的新形式，不僅能在不占用綠化用地達到同樣綠化效果的情況下，更有其特有的實用價值，更容易被人們接受。蘭州作為我國西北的重要城市之一，是絲綢之路經濟帶上的重要節點城市，屬于典型的人多地少內陸城市。人多地少的矛盾是蘭州必須要面對的一個現實問題，屋頂農場的出現不僅能緩解蘭州人多地少的供給矛盾，還能為蘭州創建國家園林城市“增彩添綠”。筆者將結合蘭州市的實際情況從發展的角度來分析屋頂農場的關鍵技術要素以及屋頂農場在蘭州發展的現實意義，并針對屋頂農場在蘭州的發展提出相關建議，希望能以此來引起人們對屋頂農場的關注，并切實推動蘭州屋頂農場工程的發展建設。

1蘭州發展屋頂農場的意義

1.1緩解“逢雨必淹”的尷尬

2017年8月6日傍晚，蘭州突降大雨，僅僅1 h，蘭州城區多個地段就出現大面積的積水，車輛擁堵，給行人帶來諸多的不便。蘭州每逢降雨，就會出現“水漫金山”的尷尬狀況，蘭州排水系統的整體脆弱已經成為一個不爭的事實，整體翻修排水系統，工程浩大，需要動用大量的人力物力財力，減少雨水的地表徑流成為了另一個緩解蘭州尷尬狀況的有效辦法。

屋頂農場的建設可以有效地截留雨水，減少雨水的地表徑流。屋頂農場相當于一個巨大的“海綿體”，它的植被層、基質層、蓄水板層以及屋頂雨水收集系統都可以吸納儲存大量的雨水資源，當雨水超過屋頂種植層的最大吸納儲存能力時，才會被排出[1]。根據有關試驗數據表明，帶有綠化的建筑物屋面，每逢降雨時，有超過2/3的雨水會被屋頂綠化所吸收，只有不到1/3會被排出[2]。屋頂農場強大的儲存吸納能力可以有效降低降水強度，減少地表徑流。屋頂農場對雨水的吸納雨水能力和屋頂的雨水收集系統對自然生態環境幾乎不會造成任何影響[3]。充分利用雨水資源，不僅可以節約城市用水，緩解城市供水壓力，還可以降低城市防洪排澇的壓力，具有巨大的實際意義[4]。在蘭州大力推廣屋頂農場工程，對于緩解蘭州“逢雨必淹”的尷尬局面，具有積極的意義。

1.2增加濕度，調節城市局部氣候

蘭州屬于溫帶半干旱氣候，氣候干燥，空氣濕度較低，增加城市綠化植被是改善城市局部氣候的有效辦法。蘭州人多地少，城區可供利用的土地較少，拿出大塊土地用來城市綠化顯然不符合蘭州的實際情況。發展屋頂農場，既不額外占用城區土地，還能起到地面綠化同等的作用效果。

屋頂農場使原本裸露的建筑物屋頂表面鋪上了一層“綠裝”，植物通過蒸騰蒸發作用，吸收空氣熱量，能提高空氣水蒸氣含量，增加空氣濕度，提升城市居民居住環境的適宜度。屋頂農場的發展種植到一定規模時，還可以減弱熱島環流，調節城區的局部氣候，緩解城市“熱島效應”。根據北京園林科研所的相關研究報告數據顯示，當城市的綠化達到60%的時候，城市的“熱島效應”基本消失[5]。

1.3保溫隔熱，延長建筑物壽命

蘭州位于西部內陸，年均溫差較大，夏季雖短促，但氣溫較高，冬季寒冷漫長，需要耗費能源來進行取暖，有綠化的屋頂可以起到良好的保溫隔熱效果，有效地減少對能源的消耗，能起到明顯的節能效果。根據相關測算數據，經過綠化的建筑物屋面，冬天的氣溫可升高5～10 ℃[6]。屋頂農場的建設可以阻斷室內外環境中熱量交換，可以使建筑物表面溫度基本趨于穩定，是解決建筑物保溫隔熱的有效措施。

屋頂農場對于保護建筑物，延長建筑物的壽命也有良好的作用，經過綠化的屋頂可以有效地避免陽光直接照射，雨水直接沖刷，使屋頂晝夜溫差起伏變化較小，可以延緩密封黏合材料以及防水材料等過快老化引起的屋頂漏水等現象，延長建筑屋面的有效使用壽命[7]。屋頂農場猶如巨大的保護層，有效地保護屋面，減少建筑屋頂因為氣候變化帶來的影響，節省建筑屋面的維修成本。

1.4增加供給，豐富市民的“菜籃子”

根據2017年甘肅省統計局的人口統計數據顯示，截至2016年年末，蘭州市的常住人口達到了370.55萬人，龐大的人口數量每天需要消耗掉大量的蔬菜瓜果，蘭州的蔬菜瓜果供給主要靠郊縣和外地調運，長距離的蔬菜瓜果運輸不但造成了供給壓力，還使蔬菜口感變差，耗損較大。

蘭州市區可供用地緊張，按城市人口每年每人消耗瓜果蔬菜130 kg計算，假設每年1 m2建筑屋頂生產蔬菜瓜果8～21 kg計算，每10～15 m2的建筑屋頂就可以滿足一個人全年的瓜果蔬菜消耗量，只要占用15%左右的城市建筑屋頂或平臺就可以基本滿足城區居民的需求[8]。蘭州通過發展屋頂農場工程不但可以減輕蘭州本市居民的蔬菜瓜果供應的壓力，還可以緩解大量的農產品運輸車輛進入城區所帶來的交通壓力，豐富蘭州市民的“菜籃子”，還能給蘭州市民提供一個休閑的理想去處。

2技術要素探究

屋頂農場的建造是一項系統復雜的過程，牽扯到眾多學科，在建造屋頂農場時一定要注意各項施工要點，確保能使屋頂農場施工工程符合技術質量要求，這將為屋頂農場的發展打下一個良好堅實的基礎。

2.1屋頂農場的荷載

荷載問題是發展屋頂農場的關鍵所在，它直接關系到屋頂農場的成敗。屋頂農場的荷載不光要考慮建筑屋頂種植植物，種植土壤基質等方面的靜荷載，還要考慮灌溉澆水、人為走動、刮風下雨等方面的活荷載[9]。屋頂農場建造之初，要了解建筑物屋頂的實際承載能力，并請專業的檢測機構對建筑屋頂的實際承重能力進行檢測。屋頂農場對承重荷載要求相對較高，通常情況下，屋頂農場建筑荷載1 m2要達到500 kg以上[10]，對不符合荷載要求的建筑物屋頂要進行改造，改造檢測合格方可建設。屋頂農場的建造要嚴格控制在屋頂的可承受范圍之內，要預留出約20%的荷載作為安全荷載儲備[11]，以保證建筑物的安全。屋頂農場建造選用建筑防水、排蓄水板等材料時要選用質輕的材料，以減輕建筑屋頂的負荷。

土壤種植基質在屋頂農場的構造中也占有相當的分量，在保證滿足種植植物需求的情況下，種植基質的輕質化也是屋頂農場建設所要不斷追求的目標。近年來，不少科技工作者也在為不斷改良土壤種植基質而做著不懈努力，蘭州大學發明的《一種適合干旱區屋頂綠化的保水輕質低成本營養基質的制備方法》的技術專利，對于屋頂農場基質的制備具有重要的參考價值，該專利發明的基質制備方法技術簡單、成本低、可實現產業化批量生產。該專利將腐熟有機廢棄物、園土、高嶺土、陶粒4種材料進行不同比例的配比試驗，將前3種材料混合粉粹成顆粒，將陶粒置于最上層，進行了9組實例試驗（表1），經過長期試驗對比，最終發現試驗組2中按照4.5∶2∶3∶0.5比例配比的基質pH、EC值、有機質含量、有效磷等數據指標綜合效果最佳[12]。此種植基質原料選用以及科學的設計配比，使其具有保水性強，疏松透氣，輕質無病蟲害的優點，它的質量輕便也是其一大特點，它能有效地減輕建筑屋頂的負荷。蘭州發展屋頂農場的種植基質完全可以參照該專利發明的基質制備方法，它對于溫帶半干旱區氣候的蘭州完美契合。

現代城市建筑物在建設時很少會考慮屋頂種植承重問題，并沒有將屋頂建設列入設計之內，蘭州也不例外，這是需要人們特別關注的問題。在進行屋頂農場建造時，要對建筑物荷載問題給予充分的重視，一定要詳細掌握承載數據，不要盲目開工建造，以免給建筑物整體安全帶來隱患。

2.2屋頂防水防根刺作業

屋頂的防水工程在屋頂農場的建設中也至關重要，它牽扯到屋頂是否漏水的問題，同樣關系到建筑物內生活工作的人以及建筑物自身的壽命安全問題，也絲毫馬虎不得。

屋頂農場建設需要在原有的屋頂防水層基礎上進行二次防水處理，其防水材料選擇可參考屋頂綠化的標準，應具有強防滲透防水性和高抗腐蝕性，材料的具體選擇可根據屋面的結構和屋頂農場的設計進行具體調整，防水的建筑標準要達到《屋面工程技術規范》GB50345—2004建筑二級防水標準以上。植物的根系具有強大的穿透能力，所以防水層要鋪設的嚴絲合縫，所選用的防水材料也要具備阻根防穿刺的功能。

現有屋頂防水主要是通過鋪設防水卷材來實現，防水卷材施工簡單，且不破壞屋面結構。常用的防水卷材有瀝青防水卷材、合成高分子防水卷材等[13]。在鋪設防水材料時要注意向女兒墻延伸，并不低于土壤基質，一般應在15 cm以上[14]，在進行鋪設時還要注意防水卷材搭接縫寬度，其有效寬度也應在15 cm以上，以確保達到較好的防水效果（圖1），在屋頂農場防水層材料鋪設時嚴禁在建筑原有的防水層上打洞鉆孔等[2]。

屋頂防水工程對于屋頂農場建設來說是重中之重，一旦整個工程完工，在使用過程中，若出現漏水現象，重新返工則費時費力，所以在防水工程環節要足夠重視，完工后還要進行檢測，達到標準后方可進行下一步工作。

2.3智能化灌溉

屋頂農場的植物種植離不開澆灌，傳統的人工澆灌無法保證質量，且浪費人力資源成本，現有常用在綠化方面的智能化灌溉系統分為噴灌和滴灌2種，可以根據需要自由控制澆灌時間。屋頂農場植物的澆灌要遵循“少澆水、勤澆水”的原則[15]。

蘭州位于我國西北地區，干旱少雨，蒸發量大，光照時間長。特殊的氣候條件要求蘭州的屋頂農場種植比在東部地區要更高的澆灌頻率。智能化灌溉系統操作方便，只要登錄系統設備的關聯賬號就可以隨時隨地通過手機或電腦智能終端操作，打開滴灌或噴灌系統及時給植物進行澆灌，澆灌次數時間可根據種植植物的具體生長情況和需水情況來確定。噴灌可以做到全覆蓋，均勻地灌溉、滴灌可以將水送到植物根部，最大程度上提高水的利用效率[16]。噴灌滴灌技術還可以和施肥相結合，將所施肥料融入水中，將其注入灌溉系統，實現“水肥結合”可以有效地節省人工勞動，提高效率，降低生產成本。

2.4雨水收集系統

蘭州屬于典型的半干旱地區，降水稀少，年平均降水只有310 mm左右[17]，對于這樣一個干旱少雨的城市，雨水無疑是一種極其寶貴的資源，屋頂農場的種植必須要充分利用好雨水資源。

屋頂農場的雨水收集系統就是將雨水收集起來，經過過濾處理后，用于滿足種植植物澆灌需求的一種系統。雨水收集系統主要由雨水收集裝置、過濾裝置、儲存裝置組成（圖2），天氣降雨時雨水收集裝置可以最大限度地收集雨水，然后經過過濾裝置系統進行過濾，去除雜質，將其過濾好的雨水存入雨水儲存設備中，以備澆灌使用。雨水存儲設備通過水泵和灌溉用水系統相連接，等到種植植物需要時就可以直接用來灌溉[4]。雨水的收集利用能減少對灌溉用水的需求，避免雨水直接流走，節約污水處理成本[18]。

3發展目標及可行性建設意見

截至目前，蘭州市還沒有一項發展屋頂綠化項目的具體政策措施，屋頂農場工程項目的良好開展必須要有相關具體的發展措施。為了促進屋頂農場項目在蘭州的發展，針對蘭州市的具體情況，提出了一些推進蘭州屋頂農場工程發展的建議措施。

3.1制定規程標準和發展規劃，提供強有力的政策支持

屋頂農場是一項具有嚴格技術標準的工程項目，涉及多個方面，蘭州市要想發展好屋頂農場項目，必須要有長遠的發展規劃和設計建造規程標準，需要蘭州市政府給予大力的支持。

北京、上海、西安等地都已經先后制定出了關于屋頂綠化方面的技術規程，一些城市已經在著手制定屋頂農場、屋頂菜園等方面的具體規程，而蘭州還沒有一部政府出臺的屋頂綠化技術規程標準。今年的中央一號文件首次提出了要大力發展集循環農業、創意農業、農事體驗于一體的田園綜合體概念，蘭州應借此良機，盡快組織相關的專家學者制定出蘭州屋頂農場項目的具體的長遠發展規劃戰略和技術規程標準，讓蘭州的屋頂農場發展從一開始就有標準可依。

屋頂農場項目具有良好的綠化景觀效果，有助于打造更加宜居的黃河金城，政府方面應提供大力的政策支持，蘭州可以效仿屋頂綠化強國德國，通過政府行政立法，將發展屋頂農場納入到城市綠化的發展建設中去，要求新建建筑屋頂必須建造屋頂農場，并適當給予稅收等政策方面的優惠，必然會促進蘭州屋頂農場工程的快速發展。

3.2進行專業施工建設體系培訓，設立檢測驗收機構

屋頂農場建設涉及多個學科門類，是一項系統復雜的工程，蘭州目前缺少專業的屋頂農場建筑施工隊伍，要建設好屋頂農場，就必須經過系統培訓，培養出一批具有專業素質、專業技術的高質量施工團隊。

蘭州市可設立專門的屋頂農場建設管理機構，鼓勵現有的建筑公司成立屋頂農場的專業施工團隊，管理機構要加強監管，對施工團隊資質進行驗收考核，實行資質評定，符合標準要求的可按標準其頒發相應的屋頂農場資質資格證書，打造一批懂技術、施工質量過硬的屋頂農場施工隊伍。

除了培訓一批高標準高質量的施工團隊外，還要設立專門的檢測驗收監管部門[19]，負責對施工建設質量進行檢測驗收，對屋頂農場建設進行監管，確保落實效果。通過系列完整的體系培訓建設以及有力的監管保障，蘭州的屋頂農場建設一定會有較好的發展，蘭州也將成為獨具西北特色的田園城市。

3.3加強推進屋頂農場的宣傳普及工作

屋頂農場工程需要廣大市民的支持參與。蘭州市應該加強屋頂農場的宣傳普及工作，讓百姓了解屋頂農場所能帶給城市的生態環境、氣候改善，節能環保以及對市民餐桌安全、菜籃子工程所發揮的巨大作用，要建成一些屋頂農場的示范標桿工程，組織廣大單位機構和群眾參觀體驗學習，讓人們實地感受，進而親身參與其中。

宣傳普及工作不光要讓市民認識到屋頂農場所帶來的現實作用意義，更要使人們消除一些對屋頂農場工程安全因素的憂慮及誤解，提高廣大人民群眾對屋頂農場的了解和認知度。只有廣大市民的認可，蘭州的屋頂農場工程建設才真正有了發展基礎，才能更好地推進發展。

3.4增強科技研發，加強養護管理工作

我國屋頂綠化技術相對于屋頂綠化強國德國、日本來說還有不小的差距。蘭州要想讓屋頂農場項目更好更有質量的發展，就必須組織相關的技術研發人員在綜合借鑒先進國家經驗的前提下，根據蘭州溫差大、冬季漫長寒冷的特點，設計研發出適宜蘭州本地氣候環境條件的屋頂農場建筑材料，還需對屋頂農場的設計建筑環節進行研究，力求走出一條蘭州屋頂農場發展的新路子。

屋頂農場日常養護管理工作要明確專人進行管理，確定養護方案，實行責任人制度[20]，對管理養護不到位的應根據相關要求進行處罰，避免只建不養，使其成為樣子工程，失去發展屋頂農場的真正含義，浪費人力物力財力。

3.5設立專門發展支持資金，引導民間資本介入

發展屋頂農場項目屬于城市建設體系的一部分，政府應該拿出相應的配套資金給予適當的財政補貼。還應積極引入民間私人資本來建設開發屋頂農場項目，對于符合條件的資本經審查備案后可獨立開發運營屋頂農場，運營收益完全歸其所有，提高資本參與度，激發民間熱情，但必須保證建設的質量和種植的面積。

屋頂農場作為屋頂綠化的一種新形式，有其獨特的優勢，它的實用意義必將為人們所接受追捧，迎來一波新的發展浪潮。蘭州應該緊緊抓住發展機遇，大力推進屋頂農場項目建設，走在全國發展的前列，成為發展屋頂農場的新標桿典型，為蘭州發展增光添彩，打造蘭州新風景、新生態。

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