都市居住建筑中的“移動”農業可行性研究
——以城市立體農場設計方案為例

0 引言

傳統農業生產占用大量土地、水等不可再生資源，且易受環境影響，具有極大不確定性。隨著城鎮化進程加快，居住與環境壓力增大，城市用地擴張引發的農業用地緊缺等問題日益突出。本研究利用現代技術手段嘗試引導農業向城市垂直空間發展，緩解環境與農業用地緊缺的壓力，為城市提供農產品，促進其能量與物質平衡。面對一系列城市問題，筆者作出如下思考。

1）大量農業生產者進入城市，他們的生活方式發生變化，生活資本缺失，如何解決？

2）由于城鎮化而減少的土地資源如何補充？

3）跨城鄉邊界、跨國境運輸造成的高額運輸成本由誰買單？

4）農業資源缺失，大量農民涌入城市，就業缺口如何填補？

針對上述問題，本研究提出將城市、農民與農業融合，探討城市發展與農業生產、居民生活相互平衡的發展模式。

1 項目概況

基地選址于片區偏中心位置，為進城務工人員提供就業機會，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）。

作物種植高空發展既要考慮合理的技術措施，又要考慮產品的銷售和運輸，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、可運的都市立體農場建筑（見圖2）。

2 設計策略

2.1 集裝箱模塊

園區規劃80m×80m的正交網格作為基本單元，采用院落式布局，將每個單元簡化為1個簡單模塊，平面設計順應城市肌理，建筑布局采用單元式組合、拼接，以農場“可移動”為目標，將回收的廢棄集裝箱作為基本模塊單元進行組合。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，據統計，全球約有200萬個集裝箱處于閑置狀態；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、耐腐蝕且可被重復回收利用；④集裝箱可承受惡劣環境的影響，如冷、熱、風、雨及其他惡劣環境；⑤20英尺的集裝箱恰好與貨車尺寸適應，便于運輸。

將多個集裝箱模塊按照一定邏輯疊放，在有限空間內種植更多作物。將農產品、漁業養殖等農業生產環節置入可模擬農作物生長環境的多層和高層建筑中，通過農業生產技術和能源加工處理系統，實現立體種植與能源的自給自足。

2.2 優選模塊組合

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

圖1 規劃平面

圖2 設計目標示意

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，設計居住單元模塊，根據可能存在的布局拼接形式，優選3種戶型，用戶可根據自身需求自由選擇。

2）種植（養殖）模塊功能單元 盡可能簡化種植（養殖）模塊單元的內部空間布局，根據與居住單元的位置關系，調整模塊的空間布局與位置。

以戶型3為例（戶型可根據住戶需求自由選擇），根據居住、種植及養殖模塊之間的關系，綜合考慮各功能模塊對日照的要求，通過魚菜共生系統和最優能量循環模式，優選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

根據使用需求設計集裝箱單元，搭建主體框架并鋪設樓板，將按照一定邏輯組合的集裝箱組團嵌入框架。建筑形體根據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 組合形態與藝術表達

建筑立面中未被占滿的空間可促進南北通風，有利于夏季帶走多余熱量。戶型設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）。有規律的集裝箱模塊單元組合構成了建筑的外部形態（見圖8）。

3 技術可行性分析

3.1 技術措施

改造處理回收的集裝箱，對其地板、屋頂、四周墻面進行保溫加固，居住模塊可根據需要增設陽光溫室或陽臺。每組集裝箱模塊組團均是獨立的能量供給循環系統（見圖9）。種植模塊通過無土栽培、魚菜共生系統、溫濕度及二氧化碳濃度的控制等技術措施生產產品，由于不受外界環境影響，其生產率遠高于傳統農業。為減少作物生長的照明能耗，設計中引入自然光線，根據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；蘑菇種植模塊對日照的需求不高，位于塔樓北側，結合魚菜共生系統等技術以合理布局模塊。

為降低農場能耗，通過多種技術措施加強對太陽能、風能、地熱能等可再生能源的利用。建筑頂部平臺設置風力發電和太陽能光伏發電裝置，將風能和太陽能轉化成電能，并將多余電量并入城市電網。在建筑頂部和廣場設置雨水收集裝置，利用中水回收技術合理利用水資源以灌溉室外及平臺種植。采用光導照明加強室內光線，達到生態節能目的（見圖10，11）。

圖7 模塊單元組合形態分析

圖8 模塊單元組合形態效果

圖9 集裝箱改造中的管線布置

圖10 建筑室外微循環系統分析

圖11 綠色建筑技術集成

3.2 運營模式

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

如圖12所示，居住單元可供城市白領、菜農、剛畢業的大學生等群體使用，生產單元可由菜農統一管理，也可提供給居住者自行管理，在自給自足的基礎上，蔬菜交由菜農統一銷售：①6∶00—7∶00將作物已經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經過清理的集裝箱置入建筑，重復使用。

圖12 運營模式示意

4 結語

城市立體農場將種植、養殖等農業環節置入可模擬農作物生長環境的多層和高層建筑中，通過能源加工處理系統，實現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場，集裝箱可根據使用要求上下吊裝，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。利用人工環境控制技術生產的蔬菜產量大且質量高，可為周邊居民提供穩定、數量可觀的農產品。本研究將農田“移動”到集裝箱內并與居住建筑結合，可為城市建設提供新思路。

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