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2019年3月6日 作者:xwz2367609 [返回]
土楼温室型垂直农场构建技术及应用(1)

温室大棚从古代油纸温室到现代的玻璃温室,从早期的竹木构型到现在的钢结构融合,从单一的线性拱式向现在的异形化转变,从平面耕作到立体栽培,从贴地生产到空间耕作;在调控技术上同样发生快速的演变,特别随着信息技术的普及应用,数字化、智慧化、自动化与物联化已成趋势;与之相应的栽培与养殖技术,也同样发生着加速度的创新转型;从传统的土壤栽培到基质培及水培,再发展到现在为空间技术提供支撑的气雾栽培;从靠天吃饭到人工可控再到环境的全面模拟控制,打破了气候、土壤、环境的限制,在任何地方都可以进行农业生产的泛农耕时代;耕作场所从农村到都市近郊,再到屋顶、阳台、庭院甚至室内;设施温室技术演变再结合耕作模式创新,为未来农业的发展描绘全新的蓝图,是一场伟大的变革,特别是垂直农业与垂直农场的提出及技术创新,更为农业的工厂化、都市化、空间化、生态生活化奠定基础;土楼温室就是在各领域快速发展与变革的背景下,通过多学科融合创新,构建起设施建筑化,耕作空间化,生产高效化、生态协同共生化,耕作过程体验化的新型农业生产方式;是实现三生融合,产业综合,种养结合的新型产业模式与技术体系,为乡村振兴产业兴旺搭建重要的产业平台与技术支撑,将在现代农业的转型升级与产业提升中发挥重要的作用。以下就土楼温室的构建及在垂直农场上的应用作详细的介绍,供生产借鉴与参考。

第一节、土楼温室技术原理

福建土楼与中国长城是受世界建筑设计师瞩目与认可的两大中国创造,长城用于抵御外敌,土楼用于冷兵器时代的匪徒、南下胡人、原住民、甚至官府等许多势力的威胁攻击,是防御性城堡式建筑;高大多层的结构,适合聚族而居,如福建承启楼,一座土楼可以居住800人,相当于一个村庄的人口;引用于农业生产可以实现农业耕作(包括种养)的立体化、空间化、区隔化,实现数倍于平面耕作的利用率;福建土楼位于沿海地区,除了防御功能外,抗台风也是建筑考虑的重点,圆桶形构造与方形结构建筑外观其挡风面大小不同,圆弧结构受风面小,受到正风吹袭时可以环绕而过让强风得以化解,方形挡风面大建筑受外大冲击大,所以土楼的圆桶结构有利于抗风;圆形的桶子结构具强大的内向力,同时又具强大的外向力,受外力时向内则聚于中心,向外则均匀发散,所以圆桶构造又具强大的抗震性。

土楼温室就是引借土楼的外观与结构特点,采用现代设施的钢结构技术,创新形成一种全新结构与独特外观的土楼温室;但在分层构造上无法引借土楼的水平式分层,必须有所改变创新,以适应农业耕作对光环境所需。光照是农业生产最为重要的环境因子,如何充分利用太阳光辐射以实现光生态位的科学利用,实现立体空间最大化利用;空间利用最佳的方式就是自然界的螺旋结构与原理,如植物叶序与枝序的布局就是螺旋模型,减少上层光照对下层的阻挡,让漫射光得到充分利用;另外从物理空间来说,在相同的空间内,只有螺旋结构可以创造最大化的表面积,所以植物细胞内的细胞器及DNA基因都进化为螺旋结构;土楼温室的内螺旋梯田,则采用等速螺旋线也叫阿基米德螺旋线模式,既充分利用土楼空间又达到便利操作与管理的效果。借助土楼的外型再融合螺旋线梯田的分层模式,形成了土楼温室的融合创新。

在土楼温室的结构力学应用上,采用整体张拉力学,在建造材料上采用短程矩的钢管管材,与传统的长杆管材建造温室相比,其抗扭切强度更大,就如长材料易断的原理是类似的;而且土楼温室的力学结构融合了以下几大原则,三角交叉的铁三角稳固原则,六角形连接的蜂窝结构原则(材料省、强度高、刚性大、稳性好),再结合厚0.5-0.8m人字形空间桁架紧密排列复合,形成强大的屈曲载荷,与福建土楼的实心墙相差无几;类似于当前用于建筑的蜂窝板材结构,在力学上蜂窝材料重量只需实心板材的1030%,但产生与实心板相似的力学强度,是结构力学上的重大创新;土楼结构除了局部构造巧妙应用上述原理原则,它还是整体张拉力的科学应用,实现一处受力整体应力的蛛网与鱼网效应;同时它也遵从平衡力学原理,任何通过中线的分割,其材料结构与力学上都达到两两对称平衡,形成了如赵州桥的向心拱撑力,通过结构与力学上的创新实现了土楼温室在结构与材料效率上的最优化,其强度重量比和刚性重量比都优于当前任何温室,是一种弱材料强结构的创新温室。

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