干旱半干旱区构建屋顶农场的技术要素及发展建设探究

郭辉 郭梦瑶 鲁晋 胡云龙 王同伟 张琼 刘金荣

摘要吸收借鉴现有屋顶农场的先进成果和发展经验，并结合兰州市气候环境条件等具体情况，从兰州发展屋顶农场的建设意义、技术要素、发展目标及可行性建设意见3个方面来详细地展开分析论述，使人们能够详尽地了解屋顶农场所能发挥的重要作用，以及该如何发展促进兰州市的屋顶农场项目工程建设。以期通过该研究能唤起兰州市对发展屋顶农场项目的重视，并为其在兰州的建设发展提供借鉴参考。

关键词屋顶农场；技术要素；发展意义；建议；兰州

中图分类号S26文献标识码A文章编号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

屋頂农场是指在裸露的城市建筑屋顶种植瓜果蔬菜的一种新型的屋顶绿化形式，它不仅具有其他屋顶绿化方式的绿化生态功能，还具有相当的实用生产功能。屋顶农场是将现代建筑技术与农业种植技术相结合的一种形式，随着人们对屋顶农场认识的不断加深以及专业机构公司的出现，屋顶农场必将迎来一波发展浪潮。

城市化发展加快，绿化用地不断被挤占，屋顶农场作为屋顶绿化的新形式，不仅能在不占用绿化用地达到同样绿化效果的情况下，更有其特有的实用价值，更容易被人们接受。兰州作为我国西北的重要城市之一，是丝绸之路经济带上的重要节点城市，属于典型的人多地少内陆城市。人多地少的矛盾是兰州必须要面对的一个现实问题，屋顶农场的出现不仅能缓解兰州人多地少的供给矛盾，还能为兰州创建国家园林城市“增彩添绿”。笔者将结合兰州市的实际情况从发展的角度来分析屋顶农场的关键技术要素以及屋顶农场在兰州发展的现实意义，并针对屋顶农场在兰州的发展提出相关建议，希望能以此来引起人们对屋顶农场的关注，并切实推动兰州屋顶农场工程的发展建设。

1兰州发展屋顶农场的意义

1.1缓解“逢雨必淹”的尴尬

2017年8月6日傍晚，兰州突降大雨，仅仅1 h，兰州城区多个地段就出现大面积的积水，车辆拥堵，给行人带来诸多的不便。兰州每逢降雨，就会出现“水漫金山”的尴尬状况，兰州排水系统的整体脆弱已经成为一个不争的事实，整体翻修排水系统，工程浩大，需要动用大量的人力物力财力，减少雨水的地表径流成为了另一个缓解兰州尴尬状况的有效办法。

屋顶农场的建设可以有效地截留雨水，减少雨水的地表径流。屋顶农场相当于一个巨大的“海绵体”，它的植被层、基质层、蓄水板层以及屋顶雨水收集系统都可以吸纳储存大量的雨水资源，当雨水超过屋顶种植层的最大吸纳储存能力时，才会被排出[1]。根据有关试验数据表明，带有绿化的建筑物屋面，每逢降雨时，有超过2/3的雨水会被屋顶绿化所吸收，只有不到1/3会被排出[2]。屋顶农场强大的储存吸纳能力可以有效降低降水强度，减少地表径流。屋顶农场对雨水的吸纳雨水能力和屋顶的雨水收集系统对自然生态环境几乎不会造成任何影响[3]。充分利用雨水资源，不仅可以节约城市用水，缓解城市供水压力，还可以降低城市防洪排涝的压力，具有巨大的实际意义[4]。在兰州大力推广屋顶农场工程，对于缓解兰州“逢雨必淹”的尴尬局面，具有积极的意义。

1.2增加湿度，调节城市局部气候

兰州属于温带半干旱气候，气候干燥，空气湿度较低，增加城市绿化植被是改善城市局部气候的有效办法。兰州人多地少，城区可供利用的土地较少，拿出大块土地用来城市绿化显然不符合兰州的实际情况。发展屋顶农场，既不额外占用城区土地，还能起到地面绿化同等的作用效果。

屋顶农场使原本裸露的建筑物屋顶表面铺上了一层“绿装”，植物通过蒸腾蒸发作用，吸收空气热量，能提高空气水蒸气含量，增加空气湿度，提升城市居民居住环境的适宜度。屋顶农场的发展种植到一定规模时，还可以减弱热岛环流，调节城区的局部气候，缓解城市“热岛效应”。根据北京园林科研所的相关研究报告数据显示，当城市的绿化达到60%的时候，城市的“热岛效应”基本消失[5]。

1.3保温隔热，延长建筑物寿命

兰州位于西部内陆，年均温差较大，夏季虽短促，但气温较高，冬季寒冷漫长，需要耗费能源来进行取暖，有绿化的屋顶可以起到良好的保温隔热效果，有效地减少对能源的消耗，能起到明显的节能效果。根据相关测算数据，经过绿化的建筑物屋面，冬天的气温可升高5～10 ℃[6]。屋顶农场的建设可以阻断室内外环境中热量交换，可以使建筑物表面温度基本趋于稳定，是解决建筑物保温隔热的有效措施。

屋顶农场对于保护建筑物，延长建筑物的寿命也有良好的作用，经过绿化的屋顶可以有效地避免阳光直接照射，雨水直接冲刷，使屋顶昼夜温差起伏变化较小，可以延缓密封黏合材料以及防水材料等过快老化引起的屋顶漏水等现象，延长建筑屋面的有效使用寿命[7]。屋顶农场犹如巨大的保护层，有效地保护屋面，减少建筑屋顶因为气候变化带来的影响，节省建筑屋面的维修成本。

1.4增加供给，丰富市民的“菜篮子”

根据2017年甘肃省统计局的人口统计数据显示，截至2016年年末，兰州市的常住人口达到了370.55万人，庞大的人口数量每天需要消耗掉大量的蔬菜瓜果，兰州的蔬菜瓜果供给主要靠郊县和外地调运，长距离的蔬菜瓜果运输不但造成了供给压力，还使蔬菜口感变差，耗损较大。

兰州市区可供用地紧张，按城市人口每年每人消耗瓜果蔬菜130 kg计算，假设每年1 m2建筑屋顶生产蔬菜瓜果8～21 kg计算，每10～15 m2的建筑屋顶就可以满足一个人全年的瓜果蔬菜消耗量，只要占用15%左右的城市建筑屋顶或平台就可以基本满足城区居民的需求[8]。蘭州通过发展屋顶农场工程不但可以减轻兰州本市居民的蔬菜瓜果供应的压力，还可以缓解大量的农产品运输车辆进入城区所带来的交通压力，丰富兰州市民的“菜篮子”，还能给兰州市民提供一个休闲的理想去处。

2技术要素探究

屋顶农场的建造是一项系统复杂的过程，牵扯到众多学科，在建造屋顶农场时一定要注意各项施工要点，确保能使屋顶农场施工工程符合技术质量要求，这将为屋顶农场的发展打下一个良好坚实的基础。

2.1屋顶农场的荷载

荷载问题是发展屋顶农场的关键所在，它直接关系到屋顶农场的成败。屋顶农场的荷载不光要考虑建筑屋顶种植植物，种植土壤基质等方面的静荷载，还要考虑灌溉浇水、人为走动、刮风下雨等方面的活荷载[9]。屋顶农场建造之初，要了解建筑物屋顶的实际承载能力，并请专业的检测机构对建筑屋顶的实际承重能力进行检测。屋顶农场对承重荷载要求相对较高，通常情况下，屋顶农场建筑荷载1 m2要达到500 kg以上[10]，对不符合荷载要求的建筑物屋顶要进行改造，改造检测合格方可建设。屋顶农场的建造要严格控制在屋顶的可承受范围之内，要预留出约20%的荷载作为安全荷载储备[11]，以保证建筑物的安全。屋顶农场建造选用建筑防水、排蓄水板等材料时要选用质轻的材料，以减轻建筑屋顶的负荷。

土壤种植基质在屋顶农场的构造中也占有相当的分量，在保证满足种植植物需求的情况下，种植基质的轻质化也是屋顶农场建设所要不断追求的目标。近年来，不少科技工作者也在为不断改良土壤种植基质而做着不懈努力，兰州大学发明的《一种适合干旱区屋顶绿化的保水轻质低成本营养基质的制备方法》的技术专利，对于屋顶农场基质的制备具有重要的参考价值，该专利发明的基质制备方法技术简单、成本低、可实现产业化批量生产。该专利将腐熟有机废弃物、园土、高岭土、陶粒4种材料进行不同比例的配比试验，将前3种材料混合粉粹成颗粒，将陶粒置于最上层，进行了9组实例试验（表1），经过长期试验对比，最终发现试验组2中按照4.5∶2∶3∶0.5比例配比的基质pH、EC值、有机质含量、有效磷等数据指标综合效果最佳[12]。此种植基质原料选用以及科学的设计配比，使其具有保水性强，疏松透气，轻质无病虫害的优点，它的质量轻便也是其一大特点，它能有效地减轻建筑屋顶的负荷。兰州发展屋顶农场的种植基质完全可以参照该专利发明的基质制备方法，它对于温带半干旱区气候的兰州完美契合。

现代城市建筑物在建设时很少会考虑屋顶种植承重问题，并没有将屋顶建设列入设计之内，兰州也不例外，这是需要人们特别关注的问题。在进行屋顶农场建造时，要对建筑物荷载问题给予充分的重视，一定要详细掌握承载数据，不要盲目开工建造，以免给建筑物整体安全带来隐患。

2.2屋顶防水防根刺作业

屋顶的防水工程在屋顶农场的建设中也至关重要，它牵扯到屋顶是否漏水的问题，同样关系到建筑物内生活工作的人以及建筑物自身的寿命安全问题，也丝毫马虎不得。

屋顶农场建设需要在原有的屋顶防水层基础上进行二次防水处理，其防水材料选择可参考屋顶绿化的标准，应具有强防渗透防水性和高抗腐蚀性，材料的具体选择可根据屋面的结构和屋顶农场的设计进行具体调整，防水的建筑标准要达到《屋面工程技术规范》GB50345—2004建筑二级防水标准以上。植物的根系具有强大的穿透能力，所以防水层要铺设的严丝合缝，所选用的防水材料也要具备阻根防穿刺的功能。

现有屋顶防水主要是通过铺设防水卷材来实现，防水卷材施工简单，且不破坏屋面结构。常用的防水卷材有沥青防水卷材、合成高分子防水卷材等[13]。在铺设防水材料时要注意向女儿墙延伸，并不低于土壤基质，一般应在15 cm以上[14]，在进行铺设时还要注意防水卷材搭接缝宽度，其有效宽度也应在15 cm以上，以确保达到较好的防水效果（图1），在屋顶农场防水层材料铺设时严禁在建筑原有的防水层上打洞钻孔等[2]。

屋顶防水工程对于屋顶农场建设来说是重中之重，一旦整个工程完工，在使用过程中，若出现漏水现象，重新返工则费时费力，所以在防水工程环节要足够重视，完工后还要进行检测，达到标准后方可进行下一步工作。

2.3智能化灌溉

屋顶农场的植物种植离不开浇灌，传统的人工浇灌无法保证质量，且浪费人力资源成本，现有常用在绿化方面的智能化灌溉系统分为喷灌和滴灌2种，可以根据需要自由控制浇灌时间。屋顶农场植物的浇灌要遵循“少浇水、勤浇水”的原则[15]。

兰州位于我国西北地区，干旱少雨，蒸发量大，光照时间长。特殊的气候条件要求兰州的屋顶农场种植比在东部地区要更高的浇灌频率。智能化灌溉系统操作方便，只要登录系统设备的关联账号就可以随时随地通过手机或电脑智能终端操作，打开滴灌或喷灌系统及时给植物进行浇灌，浇灌次数时间可根据种植植物的具体生长情况和需水情况来确定。喷灌可以做到全覆盖，均匀地灌溉、滴灌可以将水送到植物根部，最大程度上提高水的利用效率[16]。喷灌滴灌技术还可以和施肥相结合，将所施肥料融入水中，将其注入灌溉系统，实现“水肥结合”可以有效地节省人工劳动，提高效率，降低生产成本。

2.4雨水收集系统

兰州属于典型的半干旱地区，降水稀少，年平均降水只有310 mm左右[17]，对于这样一个干旱少雨的城市，雨水无疑是一种极其宝贵的资源，屋顶农场的种植必须要充分利用好雨水资源。

屋顶农场的雨水收集系统就是将雨水收集起来，经过过滤处理后，用于满足种植植物浇灌需求的一种系统。雨水收集系统主要由雨水收集装置、过滤装置、储存装置组成（图2），天气降雨时雨水收集装置可以最大限度地收集雨水，然后经过过滤装置系统进行过滤，去除杂质，将其过滤好的雨水存入雨水储存设备中，以备浇灌使用。雨水存储设备通过水泵和灌溉用水系统相连接，等到种植植物需要时就可以直接用来灌溉[4]。雨水的收集利用能减少对灌溉用水的需求，避免雨水直接流走，节约污水处理成本[18]。

3发展目标及可行性建设意见

截至目前，兰州市还没有一项发展屋顶绿化项目的具体政策措施，屋顶农场工程项目的良好开展必须要有相关具体的发展措施。为了促进屋顶农场项目在兰州的发展，针对兰州市的具体情况，提出了一些推进兰州屋顶农场工程发展的建议措施。

3.1制定规程标准和发展规划，提供强有力的政策支持

屋顶农场是一项具有严格技术标准的工程项目，涉及多个方面，兰州市要想发展好屋顶农场项目，必须要有长远的发展规划和设计建造规程标准，需要兰州市政府给予大力的支持。

北京、上海、西安等地都已经先后制定出了关于屋顶绿化方面的技术规程，一些城市已经在着手制定屋顶农场、屋顶菜园等方面的具体规程，而兰州还没有一部政府出台的屋顶绿化技术规程标准。今年的中央一号文件首次提出了要大力发展集循环农业、创意农业、农事体验于一体的田园综合体概念，兰州应借此良机，尽快组织相关的专家学者制定出兰州屋顶农场项目的具体的长远发展规划战略和技术规程标准，让兰州的屋顶农场发展从一开始就有标准可依。

屋顶农场项目具有良好的绿化景观效果，有助于打造更加宜居的黄河金城，政府方面应提供大力的政策支持，兰州可以效仿屋顶绿化强国德国，通过政府行政立法，将发展屋顶农场纳入到城市绿化的发展建设中去，要求新建建筑屋顶必须建造屋顶农场，并适当给予税收等政策方面的优惠，必然会促进兰州屋顶农场工程的快速发展。

3.2进行专业施工建设体系培训，设立检测验收机构

屋顶农场建设涉及多个学科门类，是一项系统复杂的工程，兰州目前缺少专业的屋顶农场建筑施工队伍，要建设好屋顶农场，就必须经过系统培训，培养出一批具有专业素质、专业技术的高质量施工团队。

兰州市可设立专门的屋顶农场建设管理机构，鼓励现有的建筑公司成立屋顶农场的专业施工团队，管理机构要加强监管，对施工团队资质进行验收考核，实行资质评定，符合标准要求的可按标准其颁发相应的屋顶农场资质资格证书，打造一批懂技术、施工质量过硬的屋顶农场施工队伍。

除了培训一批高标准高质量的施工团队外，还要设立专门的检测验收监管部门[19]，負责对施工建设质量进行检测验收，对屋顶农场建设进行监管，确保落实效果。通过系列完整的体系培训建设以及有力的监管保障，兰州的屋顶农场建设一定会有较好的发展，兰州也将成为独具西北特色的田园城市。

3.3加强推进屋顶农场的宣传普及工作

屋顶农场工程需要广大市民的支持参与。兰州市应该加强屋顶农场的宣传普及工作，让百姓了解屋顶农场所能带给城市的生态环境、气候改善，节能环保以及对市民餐桌安全、菜篮子工程所发挥的巨大作用，要建成一些屋顶农场的示范标杆工程，组织广大单位机构和群众参观体验学习，让人们实地感受，进而亲身参与其中。

宣传普及工作不光要让市民认识到屋顶农场所带来的现实作用意义，更要使人们消除一些对屋顶农场工程安全因素的忧虑及误解，提高广大人民群众对屋顶农场的了解和认知度。只有广大市民的认可，兰州的屋顶农场工程建设才真正有了发展基础，才能更好地推进发展。

3.4增强科技研发，加强养护管理工作

我国屋顶绿化技术相对于屋顶绿化强国德国、日本来说还有不小的差距。兰州要想让屋顶农场项目更好更有质量的发展，就必须组织相关的技术研发人员在综合借鉴先进国家经验的前提下，根据兰州温差大、冬季漫长寒冷的特点，设计研发出适宜兰州本地气候环境条件的屋顶农场建筑材料，还需对屋顶农场的设计建筑环节进行研究，力求走出一条兰州屋顶农场发展的新路子。

屋顶农场日常养护管理工作要明确专人进行管理，确定养护方案，实行责任人制度[20]，对管理养护不到位的应根据相关要求进行处罚，避免只建不养，使其成为样子工程，失去发展屋顶农场的真正含义，浪费人力物力财力。

3.5设立专门发展支持资金，引导民间资本介入

发展屋顶农场项目属于城市建设体系的一部分，政府应该拿出相应的配套资金给予适当的财政补贴。还应积极引入民间私人资本来建设开发屋顶农场项目，对于符合条件的资本经审查备案后可独立开发运营屋顶农场，运营收益完全归其所有，提高资本参与度，激发民间热情，但必须保证建设的质量和种植的面积。

屋顶农场作为屋顶绿化的一种新形式，有其独特的优势，它的实用意义必将为人们所接受追捧，迎来一波新的发展浪潮。兰州应该紧紧抓住发展机遇，大力推进屋顶农场项目建设，走在全国发展的前列，成为发展屋顶农场的新标杆典型，为兰州发展增光添彩，打造兰州新风景、新生态。

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