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景观生态建筑背景下的农业城市化
摘要：本文分析了城市可持续发展的一些基本层面，这些层面与生态建筑的概念有着多方面的联系。详细地考虑了可持续性的一个主要概念：城市作为一个生态可持续和平衡的系统，建筑对象作为这个系统的一个完整的部分，这很可能是由某个方向的发展决定的-景观建筑的发展，从而作为一个工具融入自然城市环境。同时，概述了其在内外空间组织体系中的各种功能形式和建筑方法，以及与节能建筑的相互关系，将其定义为生态可持续发展的两个重要组成部分。在类比研究的基础上，结合园林的发展形式，以农业城市化为例，提出了“垂直农场-农工综合体”这一主题。
关键词：可持续发展，景观设计，生态系统服务，生态文化，城市农业，垂直农场，空中水培系统。
1.介绍
农业城市化是城市规划和发展的一种趋势，它关注所有城市地区的食物系统要素[1]。整个社会的可持续发展概念意味着在不同的生存和人类活动领域执行相关原则，同时考虑到这一发展的主要标准。特别是今天，在可持续城市发展的背景下，传统上有两大趋势:一是工业生产新技术的开发和引进，以及工业领域若干领域的相应发展;第二个趋势是节能与园林环境要素的相互作用。建筑，本质上是人为创造的，更重要的是，是人类生活的普遍形式，在未来应该成为“第二自然”，一个“在时间、信息和人的背景下是多维环境和自然子系统的空间；它是不确定性和开放性的，任何自然现象所固有的“[2]。我们认为，在建筑可持续发展的总体战略发展中，主要关注的是可持续性，即在这一领域发展传统和当前的方法，包括工程、材料、设计和施工方面的创新技术。
2.国际经验
在可持续建筑的发展过程中，许多创新技术和概念可以被区分开来，如考古学、绿色建筑、可持续城市等，在设计理论和实践中，这些概念通常由“生物经济概念”（仿生学）的共同定义来表示。当然在创造城市优质环境和解决城市急需绿地的基础上，在“植物建筑”（“活房子”、“飞天生态园”、“垂直公园”等）这一通用术语下的众多未来主义项目承载着一点真理。这类项目的一个例子是建筑师E.弗朗索瓦（E.Francois）设计的巴黎花塔住宅楼[3]。
在“社会-人-自然”的互动系统中，人们可以区分人类对自然环境所有不利表现的影响，以及自然环境对人类生活和社会进程的影响。如果城市环境本质上是离散的，那么自然是一个统一的相互联系的系统，城市扩张会破坏它。可以肯定地说，人类的第一个住所是对自然“攻击”的开始。环境关联被认为是通过创造城市生态系统的人工自然环境来弥补城市化对自然的破坏。这些是城市景观的要素：绿色娱乐区、街道和庭院；环境和娱乐设施；建筑物内部景观和，当然（现在流行）垂直立面绿化和屋顶绿化（这在一定程度上弥补了场地绿化的潜在机会，有助于城市绿地）。通过优化一般建筑规模的自然系统来创造这种绿色空间的有效方法不仅对环境没有负面影响，而且是对环境的补充，创造了有吸引力和互动性的公共空间，从而反映了可持续发展战略的基本原则之一。节能建筑涉及在建筑内部集成（工程）系统中使用可再生能源的平等和相互尊重的基础上，与环境进行互利的资源交换，以及传统的布局技术：被动建筑设计解决方案和适应性形式建筑物。景观建筑目前不仅仅是利用历史上传统的景观艺术形式、新技术、新观念和自然方式“渗透”到城市的肌理和建筑内部空间。这些立场在“可持续性”概念框架内的意义和关系是显而易见的。
风景园林在城市空间分布广泛。它包括开放的娱乐区——凉廊、阳台、露台、屋顶；内部公共中庭空间、“救济建筑”、城市生态花园和农场。生物生态园的概念是在城市发展的范围内，在空旷的和棕色的土地上建立城市种植蔬菜、水果、药材的农场，以期重建，并通过在社区内整合花园空间，为居民提供新鲜食物。
传统农业导致了一系列问题，这已经不是什么秘密了：首先，它使土地沙漠化；其次，大城市的居民必须承受从生产地向消费者运送粮食时所产生的巨大成本；第三，在农业方面，许多生产过程具有季节性，与植物生长、发育、动物的自然条件有关，并取决于气候条件，鉴于全球范围的气候变化，这一点尤其重要；同样重要的是，在航空水培中害虫和杂草的出现是不可能的。
科学家预测，到2025年，世界人口的70%以上生活在城市居住区，到2050年，80%的人口将生活在城市居住区，2016年1月，地球人口将突破73亿人的门槛，40年左右将增至90亿人，这使得合理利用地球资源的问题和在这方面生产优质食品的问题特别重要。与城市化进程平行的是农村人口的外流；据统计，城市人口一直在稳步增长；近100年来，俄罗斯城市化进程导致城市人口比重从1914年的17.5%上升到2014年的74.2%。
城市农场是城市景观的发展方向，它与农业生产和生态系统服务等新的工业技术的引进有关。有很多项目，包括今天已经实施的项目。在“可食用景观”和生态综合体中形成城市农业在几个城市成功实施。住宅区的已知商业农场、低层住宅区的小型农场、农场商店、农场学校、农场餐厅、农场、科学中心等。 滑铁卢大学（英国，建筑师G.Earl）的住宅-土地综合体设计是住宅和公共农场相结合的模式，其功能在技术上是相互关联的，包括替代能源，整个综合体的居民将全年获得新鲜食物。多伦多的一座合作住宅楼（加拿大，建筑群“Teeple Architecs”）内建有餐厅和烹饪培训中心，不仅以其卓越的建筑风格，而且以其巧妙的技术“附加”吸引人：餐厅的蔬菜和草药种植在露台上[4]。 因此，赫尔辛基的Eco Viikki地区的设计不仅考虑了能源效率的因素，而且还考虑了环境和社会方面的因素，这些因素通常决定了家庭、工作场所和公共空间的环境质量[5]。住宅和基础设施，具有新的和独特的传统邻里对象：赫尔辛基大学生物技术中心（带科学公园）、居民园艺中心。
建筑公司SPARC（新加坡）提出了一个辅助生活设施的草图（图3），其中安装了种植园艺产品的垂直农场系统；有一个屋顶花园，允许居民参与整个过程，保持活跃并接收新鲜的有机食品。该地块包括一个出售农产品的小型市场和生物质发电厂。这座建筑古色古香，有复杂的形状与一个庭院，其中的墙壁安排在梯田与垂直花园的基础上，积极利用雨水，鱼养殖废物作为肥料。新加坡有这一现象值得特别关注，据统计到2030年新加坡将有五分之一的人口由65岁以上的居民组成，到时候这种做法将会受到欢迎，。根据开发商的预测，2018年马来西亚首都吉隆坡可能出现首套这样的房子[6]。
将城市农场项目引入学校设施综合体（学校农场）的想法是在旧金山金桥城市学校建筑局“Natoma Architects”的一个创新项目中实施的[7]。其目的是教育年轻一代了解华尔道夫教育法的环境方案，其实质不仅是发展智力和社会能力，而且还发展了解野生动物和与土地联系的道德素质和实际技能。该项目的理念是将建筑融入景观中，旨在成为教育的应用部分，据作者介绍：“该建筑是一种教学工具，景观是一种学习工具”[8,9]。
3.架构解决方案
2015年，乌尔夫大学土木工程学院建筑系开发了乌拉尔地区的“农业-垂直农场”项目（图1）。这一概念是在所有这些因素的基础上，在现代可持续性标准的背景下形成的。这项工作的主要目标是发展“农业城市化”的方向，作为生产、科学、教育和商业之间相互作用的例子，同时考虑到建筑可持续性的主要标准。
计划建设城市农场的地区距离贝洛亚尔斯基区Studenchesky村2公里，距离叶卡捷琳堡50公里。交通便利：有主要公路和铁路线，这对本项目技术尤为重要。
设计的设施是一座多功能建筑——一个科学研究和开发实验室，包括实际实施创新高科技方法的区域，如水培和气培[10]，这些方法是垂直农场安装的基本基础，不同种类的蔬菜、蔬菜，浆果、药用植物和其他作物可以在人工环境中种植。在垂直城市农业设施的一些基本设计决策中，使用了特定加工方案下的气水种植系统和土壤农业的组合。这栋楼有一个供农科院学生使用的学术区。
尽管创新方法的基本原理非常简单：植物需要光、空气、水、热、养分，而土壤是不必要的；根系可以从养分溶液中获得植物生长所需的矿物质养分。这种方虽不新鲜，但在在俄罗斯推广和实际执行中也需要认真对待。值得注意的是，作为教育人们与已建环境互动和生态文化教育的新原则，城市农业的理念也具有社会层面[11]。
这个农业综合体的建设结合了两个主要的功能结构。以实践为导向的研究单位，实验室、教室、礼堂、休息区和餐饮位于两层楼的空间内。制造单位设在高层区，由几个产品培育和支持服务单元组成。
生产区一楼为游客提供购物和展览区，准备和运输模块温室内种植的产品的区域。二楼设有服务区和办公区，以及种植食品的储存和包装区。研究和生产单位在二楼的层面上相互联系，同时保持技术独立性和舒适的功能关系。小型技术综合体位于上面，一层一层：温室、服务办公室、小型实验室和技术设施。内部空间的灵活性允许您选择每层中组件的最佳规划分布，同时考虑到种植农作物的具体情况，它体现了多功能性和可持续性的原则。
该建筑高层部分的空间规划结构由三个模块组成，按技术楼层划分（图2）。开发的模块空间规划方案为引入公共服务的各种结构提供了选择。类似的建筑可以建造成一个城市范围的市场综合体和大型购物综合体，住宅区系统内的小型购物农场，或者建造在封闭的低层农舍村庄，并为居民提供就业机会。人们可以考虑在工业区，特别是偏远地区建造此类建筑，也可以考虑在餐饮系统内部使用。
4.节能
设计选择满足建筑生命周期各个阶段的绿色建筑要求。为了提高能源效率，在冬季花园的玻璃窗和建筑物的高立面上使用了替代能源，如太阳能电池板（松下HIT-H250-E01）[12,13]。为了部分满足热水的需要，在屋顶设计了一套真空太阳能集热器（Viessmann Vitosol 300-T）。收集器系统通过位于技术层上的可选膨胀箱连接到公共蓄水池。后者用于调节压差，提高供水系统的可维护性和可靠性。在技术层还有一个废水热泵，可以在浴室的排水管离开大楼前截流，温度降到21℃以下，以后用于取暖和技术需要。此外，为冬季空气预热和夏季冷却，还提供了土壤换热器和垂直U形地面集热器。
在这样的高科技建筑中，根据智能电网的概念来支持智能配电是合适的：从可再生能源中获得的一部分能量储存在建筑内部使用的储能罐中，但往往在气候条件有利的情况下，或会出现能耗过剩的下降，这将用于本地站电解。因此，电是以氢的形式储存的，氢可以用作汽车燃料、工业原料或补充能源。反馈系统有助于在整体平衡中动态调节传统能源和替代能源的比例。
建筑物内设有强制通风和热回收装置。加热是通过预热送风来进行的。回收系统和其他设备位于技术层。
选择无梁框架作为结构体系，提供内部空间和节点解决方案的可靠性：整体式混凝土柱400x400 mm，其上铺设200 mm厚的硬质整体式楼板。建筑物高层部分的中央楼梯和电梯段是一个整体式的硬度核心。基础采用整体钢筋混凝土板形式，以防止不均匀沉淀物和减少地下空间传输热损失。
从未来工程的效率和环境角度来看，建筑结构的保温是非常重要的，因为它在使用寿命内比在生产和处理上节省更多的能源。因此，作为绿色建筑的标准之一，保温材料的性能和质量值得关注。
5.结构方案
外墙的构造性解决方案包括由热型材制成的aquapanel门面框架[14]。消除“冷桥”（国外称为“热桥”）的最佳选择是建造两块墙板的外墙，一块在天花板上，另一块在安装支架上用于建筑物的轮廓（图3）。交错穿孔外墙用钢热型钢[15,16]具有很高的热和声学性能，这提高了设计的效率和工作特性。总的来说，由于该立面系统重量轻，耐热性高，有助于将一次能源消耗降低到50%；降低物流成本；将二氧化碳排放降低到30%；减少使用自然资源，包括水，由于干法施工，为建筑业的生态可持续发展做出了重要贡献。此外，运营周期结束时的拆解和回收非常简单，垃圾可以很容易地按内容分类，从而减少了垃圾的体积，提高了垃圾的回收程度。
建筑热壳系统中的窗结构和玻璃应符合高标准的耐热性，自然采光为调节阳光直射，为人和植物创造舒适的条件。“电致变色圣戈班圣歌玻璃”的半透明系统满足这些要求[17]。它们代表一个“活跃”的结构。首先，它们是建筑供暖系统的一部分，防止推力和冷凝水的形成。其次，根据天气情况，它们从透明变为非常暗。
这可以防止在炎热阳光充足的天气下办公楼过热，从而可以调节直射光对植物的穿透，从而防止树叶灼伤。
交流空间的隔音和减振是通过使用嵌入式元件和“Schoacute;ckTronsole”阻尼垫来实现的。多功能建筑中的各种场所所需的隔声性能是采用高科技可靠的“aguapanels”作为隔墙，由单个钢框架上的“KIK nauf”水泥板和“ISOVER acoustic boards EP12”隔声层组成，浮动地板系统通过分离层，适用于“ISOVER隔音板EP1”和“EP2 ISOVER隔音板”板[18-20]。所有结构接缝均采用阻尼垫和密封剂，以消除声波桥。
6.结论
农业城市化应是城市环境创造和发展、城市规划和解决粮食问题的重要组成部分。这些系统的开发，特别是城市农场和空气水培系统的开发，它们作为独立的建筑对象融入城市空间，是保存和利用其成果任务之后的下一步，发展新技术和更具社会和文化可持续性的粮食计划。风景园林也是可持续性和生态文化的重要组成部分，特别是在人
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