都市农业视角下城市建筑生态设计分析

依照目前人口增长速度，到 2025年，全球人口预计将增加到 80 亿。传统农业不能满足人口发展需要的同时，在建筑中引入都市农业将会是一个发展方向。如果能够在实践中大力推广实施，将解决退耕还林、污染治理等问题，可以使人类与自然能够更好的相处，创造和谐的生态环境。从经济角度，在建筑中引入农业可以带来很多经济效益。通过提高建筑热性能可以减少能源消耗、对建筑表面起到保护作用以延长墙面和屋面使用寿命
第1章 绪论

1.1 选题依据

1.1.1 社会背景

(一)城市环境问题

  从19 世纪末到 20 世纪上半叶，在城市工业生产大规模发展的情况下，引发了各种“城市病”，造成了环境的严重污染与破坏。城市是人口以及经济社会活动最为密集的地方，也是环境问题突显的地方，目前我国的环境污染呈现出加剧蔓延的趋势，如果不加以控制，则严重危害到社会的健康发展。我国目前为止最突出的环境问题表现如下：

1、“雾霾天”，空气污染严重

  2013 年 11 月以来，“霾祸”几乎席卷了半个中国，中央气象台不断发布大雾和霾橙色预警，让人们苦不堪言。继北方大规模的雾霾天之后，长三角地区也正遭受着“十面霾伏”，PM2.5 数据居高不下，呈现出爆表的趋势，空气质量达到“极重污染”或危险的级别，严重影响人们的健康以及生活。早在 2007 年，世界银行和中国国家环保总局进行了一项研究表明：以 PM10 为指标衡量的空气污染，每年在中国导致 35 万至 40 万人“早死”。何以造成城市雾霾天气的大规模爆发？在城市中，尤其是大城市，由于工业化水平高，工业生产、建筑施工、汽车尾气、以及冬季取暖烧煤等排放了许多有害物质，且难以扩散，造成空气的严重污染，并且没有十分有效的处理措施，导致污染日益加剧。城市空气污染问题如今已然是一项刻不容缓的课题，亟待我们去解决。

1.2 相关理念解析及范围界定

1.2.1 都市农业

  都市农业又称为城市农业，转译于英文 Urban Agriculture, Urban Farming，关于它的概念国内外存在较多争议，在学术界有着不同的定义。一般认为都市农业的概念起源于 20 世纪初的德国的市民农园，而作为学术名词最早见于 1935 年青鹿四郎的《农业经济地理学》一书，后由 1977 年美国农业经济学家艾伦尼斯在《日本农业模式》一文,正式提出了 “Urban Agriculture" 一词，都市农业概念由日本传入中国，日本农政经济学家桥本卓尔指出，“城市农业是被城市包容的、位于城市中的农业”①；国际组织 CAST 将城市农业定义为“在城市内部进行的农业活动，既包括生产、加工、销售和消费获益，也包括为城市社会提供娱乐和休闲、经济活力和商业企业、个人及社区的健康和福祉、景观美化、环境恢复与整治等效益”②。这也是诸多都市农业概念中被广泛接受的一种。最近，孔样智在综合国内学者的观点后指出，都市农业是处在大城市边缘及间隙地带，依托大城市的科技、人才、资金、市场优势进行集约化生产的农业；它包括城市内插花状的小块农田、建筑庭院和阳台绿化，也包括城乡结合部的近郊农业，还包括远郊甚至环大都市经济圈内的适宜大都市市场需求的农业③。

1.2.1.1 都市农业的类型

  都市农业根据不同的空间尺度（距城市中心的距离）和形式主要分为以下三种类型：城郊农业（Peri-Urban Agriculture）、城市农业（City‐Urban Agriculture）、家宅农业（Homestead Agriculture‐Farming）。①（图 1-2）家宅农业指的是在建筑以及建筑周围进行的农业活动。Astee 和 Kishnani （2010）提出“建筑农业一体化”（BIA），用来描述那些不是直接种植在土地领域，而发生于建筑表面与空间的农业实践。建筑农业一体化是一个相对较新的实践，因此更详细的定义还没确定。

第2章 建筑农业一体化设计的理论性研究

2.1 相关基础理论

  建筑农业一体化（BIA）设计须建立在一定的理论基础上，农业与建筑结合其本质上属于生态建筑范畴，追求与环境的和谐相处。同时还应遵循一定的美学原则，符合景观美学的要求，并做到可持续发展。

2.1.1 生态建筑学理论

  自古以来，人类的活动不断干预地球的生态系统，导致环境恶劣，资源匮乏，生态系统不堪重负，岌岌可危。现代社会，人们已然意识到问题的严重性，“生态”一词越来越多的被提及，将其定义为“研究有机体及其环境之间相互关系的科学”①。20 世纪 60 年代，建筑师保罗·索莱里(Polo Soleri)首次将生态学和建筑学合并成为生态建筑学，在《生态建筑学：人类理想中的城市》中阐述了生态建筑的理论。而标志着生态建筑学的诞生，则是 1969 年美国著名建筑师麦克哈格（Ian L.Mcharg）所著的《结合自然的设计》的问世。所谓的生态建筑学是基于研究自然界动植物和其所在环境共生关系的生态学理念上的建筑设计理论和方法。它的核心思想是以自然生态系统为基础，构建建筑的人工生态系统，具体来说，即是根据建筑所在外部自然生态环境，运用生态学、建筑技术科学等基本原理，协调人、建筑以及自然环境之间的关系，使之成为一个有机的整体，达到自然资源索取和回报之间的平衡，符合人类与自然环境共同持续发展的要求。生态建筑学涵盖宏观、中观、微观三个层次的内容，它既要创造人类舒适的室内空间，同时对建筑、城市乃至于整个自然环境都应该起到保护的作用。生态建筑的设计要协调好人、建筑与自然之间的相互关系，其基本设计原则有：

1) 因地制宜，建筑与环境相结合

  建筑设计首先应考虑周围自然环境，包括场地条件、当地气候、水文条件等、可提高建筑对环境气候的适应能力。著名的建筑大师赖特提出“有机建筑”的观点，他认为建筑不是孤立存在的，而应该是自然的一部分，他设计的“流水别墅”很好的把外界自然要素引入到室内空间，建筑与环境很好的融为一体图。现代派大师勒·柯布西耶在 1925 年提出“新建筑五点”的设计思想，其中建筑底层架空和采用平屋顶可用作屋顶花园这两点内容无不体现了他关于生态学方面的考虑，他的代表作萨伏伊别墅，很好的将阳光空气绿地三个自然要素和新建筑五点完美结合起来。

2.2 建筑农业一体化设计的影响因素及设计原则

2.2.1 建筑农业一体化设计的影响因素

  源于城市中建筑的独特属性，建筑与农业的一体化设计无疑受到多方面的影响，如环境因素、技术因素、以及人文因素等。

2.2.1.1环境的影响

1)气候条件

  由于我国地域辽阔，季节各异，不同的地域环境的气候条件有很大的不同，气候的主要因素有太阳辐射、风、温度、湿度与降水等，这些因素都对建筑的设计以及使用的农业策略有着十分重要的影响。太阳辐射不仅影响建筑朝向，间距以及热工设计等，还对农作物的生长有着至关重要的作用。风环境对建筑的影响也比较大，主要涉及防风、通风、抗风等多方面内容，尤其高层建筑，随着高度的增加，风速也会增大，因此对于高层农业种植需考虑防风需求。此外，适宜的温度、降水等也是保证农作物健康生长的重要因素。总之，气候条件影响着农作物的种植与生长，因此在选择种植品种的时候要因地制宜，尽量选择本土农作物，能起到事半功倍的效果

第 3 章建筑农业一体化设计的实践性研究

3.1 建筑内部空间的农业生态策略

3.2 建筑围护结构的农业生态策略

3.3 作为附加功能空间的农业生态策略

第 4 章建筑农业一体化设计的技术性研究

4.1 建筑立体种植技术

4.2 农业技术

4.3 生态循环技术

第5章 结论与建议

  依照目前人口增长速度，到 2025年，全球人口预计将增加到 80 亿。传统农业不能满足人口发展需要的同时，在建筑中引入都市农业将会是一个发展方向。如果能够在实践中大力推广实施，将解决退耕还林、污染治理等问题，可以使人类与自然能够更好的相处，创造和谐的生态环境。从经济角度，在建筑中引入农业可以带来很多经济效益。通过提高建筑热性能可以减少能源消耗、对建筑表面起到保护作用以延长墙面和屋面使用寿命、减少雨水管理和基础投入以节省开支；可以改善空气质量，这样城市居民的身体健康状况得到了改善，节省了个人、政府健康部门和企业的成本。此外，都市农业的引入还整合社会各项资源，减少资源的不当浪费。从社会角度，农业的生产活动为社会提供了更多的就业岗位，给种植护理、屋顶维护等都市农业相关辅助产业人群提供就业机会，缓解城市就业危机；提升城市环境，带给人们亲近自然的良好心理感受；对农业教育的推广还有促进的作用。都市农业在城市建筑中应用目前存在的问题一方面是巨大的资金投入和能源消耗，另一方面是社会影响度仍有限。第一，农业生态建筑对能源需求较大。虽然可以通过处理有机废水废物获得甲烷；通过风力发电以及太阳能发电等形式获取能源供建筑运行的需求，但是仍不能满足需求。在建筑中种植农作物，由于建筑本身的环境并不符合植物生长的条件，需运用专业技术，以人工智能控制保障农作物生产能够全年不间断，这就大大地增加了建筑的能源消耗。农业生态建筑概念的提出即是减少食物的运输里程，然而目前减少食物运输里程消耗能源的减少与这类建筑所消耗的能源相比不在同一等级。因此，目前很多人不仅对所需能源和资金的投入产生质疑，也对其对生态环境带来的积极作用产生怀疑。第二，资金投入多，投资风险大。资金投入多是制约农业生态建筑发展的主要原因，虽然农业的生产带来了经济效益，但是与前期的投入相比，很难收回成本，因此，可持续的运营就成了问题。比如屋顶农园初始投入成本很高，还有一系列的顾问、保险、维护等费用而导致农园无法维持下去，最终荒废。此外，垂直农场的概念提出，受到不少人的质疑，资金投入大是一个方面，而且垂直农场的设计功能为种植养殖以及废物废水的处理，技术设备投入大，如若经营不善将有很大的风险。第三，都市农业的出现旨在解决传统农业的不足，并能将部分耕地归还于自然，解决粮食供给以及改善环境问题。但同时，都市农业对人类环境也可能造成危害，农业活动融入人的生活，如果处理不当，易招来蚊虫鼠蚁，传播病菌，危害人类健康。第四，农业在建筑中的运用无疑加大了管理的难度，农场的运营、维护以及人员的管理都需要专门的人才配备，而目前该方面技术人才欠缺，以及没有较为有效的管理模式。第五，宣传力度不够，建筑中进行农业活动，还未被广泛大众认知且接受。这也阻碍了都市农业的发展。