垂直農場

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　　垂直農場是一種新型室內種植方式，它的出現在於解決資源與充分利用空間，其能有效地擴大農作物生產面積和生產產量。

　　垂直農業這個專業術語最早是在 20 世紀初由美國地質學家吉爾伯特·埃利斯·貝利提出的，從那以後很多建築師以及相關領域的研究人員對其進行了長期的探索和研究。2007 年，美國哥倫比亞大學教授迪克森·德波爾最早提出了“垂直農場”這個概念。垂直農場類似於高樓的發展模式，在摩天大樓里通過技術手段模擬農業生物所需的水、陽光以及溫度等生長環境，促進農作物的生長。簡單的說就是在高樓大廈里進行各種農業生產，充分利用可再生的資源和溫室技術，大幅度提高農業產量和土地利用率的一種新型農業發展模式。

　　垂直農場採用無土溶液栽培方式，可以將污水轉化成電力，大大降低能源成本，同時能夠提供更多的食物。垂直農場還可以將傳統的農場解放出來，用來種植更多樹木，從而減少大氣中的二氧化碳含量，減緩全球變暖過程。而且，垂直農場本身就在都市，可以直接運往有需要的地方，從而節約運輸成本，並減少運輸帶來的污染。綜合起來有以下優點：

　　（1）可以充分利用土地，節省耕地面積充分利用城市空間。

　　據調查，一座占地僅僅只有1.3萬m2、58層高的“垂直農場”，其產量相當於一個四百多萬平方米的傳統農場，足夠為三四萬人提供一年的糧食和蔬菜等。

　　（2）充分利用各種溫室栽培技術，大大提高農作物產量。

　　垂直農場利用溫室栽培的手段可以使農作物在適宜的環境中生長，一年365天，不間斷的進行農作物生產，不受乾旱、洪水以及害蟲等等自然災害的影響。據相關資料顯示，我國每年因乾旱、洪澇等自然災害影響而造成的經濟損失多達上萬億元。而通過垂直農場養殖農作物，可以避免自然災害的侵蝕，擺脫生產土壤、地理氣候等等因素的束縛，大大提高了農業生產的質量。

　　（3）垂直農場可以合理利用有機廢物，處理城市污水，提高城市公共衛生。

　　在垂直農場里，可以利用雨水收集系統、中水系統等先進綠色環保技術，把農作物生產過程中產生的有機廢物轉化成可以利用的清潔能源。不僅如此，垂直農場還可以調節城市氣候，保護城市生態環境，把城市的“鋼筋混凝土森林”變成真正的綠色生態森林。

　　（4）垂直農場可以充分利用大自然可再生能源。

　　垂直農場是一個獨立的綠色生態迴圈系統，在農場里可以充分利用太陽能、風能等可再生能源，並且能將一些無法利用的農作物通過環保技術做成燃料，為城市提供一些可再生的清潔能源。此外，垂直農業能夠減少大氣中的二氧化碳含量，對解決全球氣候變暖問題有積極地促進作用。

　　（5）垂直農場可以為城市居民提供大量的休閑空間和就業機會。

　　一座垂直農場將集農作物生產、養畜、辦公休閑於一體，這一種新的農業生產模式，將會成為城市文化的一部分，為城市居民提供大量的休閑空間，解決城市居民的休閑需求。此外，垂直農場可以為城市居民提供大量的就業機會，垂直農場是一個自給自足的生態系統，裡面不僅包含農業，還包括電力、機械、建築等等一系列工程。它的建設需要一大批具有專業技術的建築師、工程師、城市規劃設計師、農業機械技術專家等高技術人才。

　　自從垂直農業的概念提出來以後，世界上各個國家的相關研究人員都紛紛開始關註“垂直農場”建築風格的設計。同樣是垂直農場，各個國家和地區根據地方特色和城市需求設計了很多各具特色的垂直農場。以下介紹幾個相對比較典型的垂直農場設計方案。

　　1．蜻蜓垂直農場

　　一提到農場，人們通常都會聯想到一大片土地，但“蜻蜓垂直農場”的出現打破了人們傳統的觀念，讓人們對農場有了新的認識。蜻蜓垂直農場可以使農場在建築物中垂直分佈，整座建築物的外形看起來就像兩片疊合著的蜻蜓翅膀，旁邊還“長著”兩根高高的“觸角”。蜻蜓垂直農場是在2009年由比利時一位傑出的建築師文森特·卡勒鮑特設計的。農場共有132層，兩邊的“觸角”達700m以上，農場最高建築達600多米。該農場的動力來源完全由風能和太陽能提供，冬天的時候，兩扇“翅膀”間的熱空氣可以為農作物提供保暖；夏天的時候，農場通過自然通風和植物的蒸騰作用來調節建築物內的溫度，使農場內達到冬暖夏涼的效果。除此之外，農場內還設有住宅區、辦公室等供居民休閑娛樂，人們可以在工作之餘，種些自己喜歡的植物，體驗多元化的生活。

　　2．迪拜“綠洲大廈”垂直農場

　　隨著迪拜旅游業的興起，全世界越來越多的人開始來到這座城市，使得迪拜本來就緊張的農業用地愈顯不足，急需一個能夠解決居民不斷增長的食物需求和可用農業土地不斷縮小的矛盾的方案。面對這個棘手的問題，合成設計工作室（SynthesisDesignStudio）的拉胡爾·蘇林想出了一個解決問題的辦法——在城市建立垂直農場“綠洲大廈”，讓土地縱向發展，節約土地成本。“綠洲大廈”位於迪拜的Zabeel公園，它的外部包裹有ETFE氟塑料，能夠充分吸收光能，為農作物的生長提供必要的能量需求。它的內部主要種植糧食作物，有些樓層還可以作為居住空間。據統計，綠洲大廈的產量可以滿足多達4萬人一年的糧食需求。

　　3．新加坡熱帶地區生態設計大廈

　　一提到新加坡的垂直農場，最典型的莫過於新加坡熱帶地區生態設計大廈。該農場由建築設計者TRHamzah&Yean設計、新加坡國立大學資助。這棟外表被綠色植物覆蓋的生態大廈共有26個樓層，外面一半以上的面積被當地品種的植物覆蓋。為了充分吸收太陽能，建築物錶面覆蓋有855m2的太陽能電池板，這些太陽能電池板每天產生的電量能夠滿足大廈至少40%的用電需求。為了達到節能環保的目的，生態設計大廈的建材均選用回收材料或者可回收材料。不僅如此，大廈還運用多種環保技術，如雨水收集回收處理系統、中水系統等，有效解決大廈一半以上的用水需求。

　　（一）“垂直農業”設想本身的問題

　　在迪克森教授的描述中，一座占地只有一畝、30層高的垂直農場，可以為5萬人提供一年的食物和飲用水。而中國目前產量最高的糧食作物，是根據農業部驗收組2011年9月19日公佈的數據顯示的，袁隆平指導的“Y兩優2號”超級雜交稻，平均畝產926.6公斤。如果按照正常情況下，一個人每年平均要消化1噸的食物與飲用水，5萬人一年的需求是5萬噸糧食，所需要的耕地面積是50000÷0.9266=53960畝。而迪克森教授的農場建築只有30畝，在建築設計面積達到最大的情況下，種植目前中國畝產最高產量的作物，一年只能提供30×0.9266=27.79噸糧食，僅能滿足27.79人一年的糧食需要。如果要養活廣州市1400萬人，需要50萬座30層樓高的垂直農場。而養活中國14億人則需要5000萬座垂直農場。假設農業發展水平極高，構想的垂直農場確實能養活5萬人，由於人消耗的糧食不會有太大波動，所以5萬人仍然需要5萬噸糧食，那麼垂直農場的畝產量必須要達到50000÷30=166噸，是中國目前最高糧食畝產量0.9266噸的179倍。在目前的科技條件下，幾乎是不可能實現的事情。

　　（二）技術的問題

　　（1）中國農業規模化和機械化生產方面還是處於初級階段，與歐美等發達國家相比，中國農業機械自動化設備落後，農業生產形不成規模化。而垂直農場採用的是工業化和自動化控制、可迴圈的能源利用技術和溫室技術，這也將制約垂直農場在中國的發展。

　　（2）垂直農場的建設需要一大批具有專業技術的建築師、工程師、農藝學家和城市規劃者，將高科技農業技術同最新建築技術完美結合起來。中國目前缺乏精英人才和高端垂直農場建設技術，這個問題在短期內很難解決。如果垂直農場要在中國落戶，就要依賴國外的技術和科技人才的支撐，進口成本必將又是巨大的。

　　（3）垂直農場自身就是一個獨立的系統，但是這個龐大的系統是否合理，是否能夠正常運作，包括內部空氣質量，各種迴圈系統的設計能否滿足需求，產品的質量是否合格等，都需要一系列實驗才能得出結論。

　　（三）效益的問題

　　按照2013年市場價格，每平米的鋼筋混凝土塔樓的造價是人民幣1383.46元左右[4]，建設一棟建築面積為30畝的垂直農場，需要花費1383.46×30×666.7=2767萬左右，如果加上地價和設備費用，這個價格還會更高。而在廣州郊區租一塊地，1畝地每年租價是1000～2000元，30畝是3萬～6萬元，兩者的價格相差400倍以上。如果只是單純地種植作物，那麼垂直農場的種植成本將是一個“天價”。在系統啟動以及後期維持運行的過程中，垂直農場需要的資金支持也是一筆很龐大的賬目。作為新興的農業形式，垂直農場所帶來的經濟效益、社會效益尚未明確，垂直農場比傳統農場的優越性究竟有多大，還是一個問號。至少在目前，在摩天大樓里設置辦公室帶來的效益可能會比建設農場要大。

　　（四）認知度的問題

　　社會的認知度：垂直農場作為一種新生事物，要想取得社會認知度，必須要有足夠的經濟和社會效益。按照上述的分析，建造這個農場的投入和產出完全不成比例，要獲得社會認可的可能性微乎其微。要想獲得社會認同，唯一途徑就是解決前述一系列矛盾，降低垂直農場的建造和運行成本，增加社會功能，提高效益。群眾的認知度：隨著時代的發展和進步，人們的觀念也日益開放，樂於接受新生事物，但總的來說，中國人更容易接受天然種植的食物，垂直農場中的作物可能更有營養價值、更安全，但是人們可能會覺得吃的是“實驗室中的實驗品”的感覺，要人們完全接受還需要時間。

　　（五）政策問題

　　垂直農場是一個新興的概念，在發展的過程中，是否符合國家與城市的政策對於其能否順利發展至關重要。首先，垂直農場必須要給城市發展帶來足夠的好處和變化，才能取得政府支持；其次，如果垂直農場能順利進入城市，城市規劃必定會發生巨大的改變，即是選擇市中心還是郊區建設，是在原有的高樓中改造，或是與城中村改造結合，與周邊建築的關係如何協調，交通如何協調等等都需要城市規劃者慎重考慮；再次，垂直農場的建立必將導致城市產業結構的變化，造成社會不穩定。

　　（六）污染問題

　　農業生產會帶來許多污染，比如農藥、化肥、除草劑、牲畜產生的糞便等，如果處理不當的話，會對城市造成不良的影響。另一方面，垂直農場是通過光周期控制達到對植物生長控制的，有可能在整個晚上都進行人工照明，必定給周圍居民帶來光污染困擾。中國城市發展建設城市垂直農場的策略雖然到目前為止，垂直農場的設想還存在很多問題，但其優點和缺點一樣明顯，我們可以利用其長處，儘量避免其劣勢，讓它在我們的生態環境建設中發揮最大力量。

　　（一）建設“第五代衛星城”

　　自1924年荷蘭阿姆斯特丹召開的國際城市會議上提出建設衛星城市以來，得到各國響應，至今已發展了四代。第一代到第三代衛星城完成了由單一的居住功能到複合型功能的轉變，而第四代衛星城為多中心敞開式的，用高速交通線把衛星城和主城聯繫起來，主城的功能擴散到衛星城中去。

　　建設衛星城的主要目的是為了控制大城市人口過分膨脹，疏散大城市的部分工業和人口，抵消大城市對周圍地區的人口吸引力。但是中國的衛星城大多只是原有城市功能的再延續，其本質仍然是城市攤大餅式的向外擴展，根本達不到疏散人口和產業的目的，在蠶食城市周邊的農業用地的過程中，促使人口還在不斷向城市集中，違背了“衛星”的初衷。

　　因此，在“第四代衛星城”的基礎上，筆者提出“第五代衛星城”的概念，即衛星城的建設要尊重當地原有的文化、環境和功能，要考慮與當地原有功能相結合，成為具有獨立功能、人盡其才、地盡其利、人和自然協調發展，生態良性迴圈的“生態衛星城”。例如衛星城建設的地址原來是一片農業區那麼該衛星城可以考慮以農業生產為主要城市功能，儘可能不破壞原有的生態系統。目前環渤海京津冀地區、長江三角洲地區、珠江三角洲地區正加緊城際軌道交通網的規劃建設，致力於構建區域內“1～2小時交通圈”。垂直農場可以利用這一形勢，在大城市周圍地區，新建或改建具有相對獨立性的垂直農場群，成為“第五代衛星城”。既可以對涌入大城市的人口起到截流作用、疏散大城市的人口和產業，又可以發展新的農業和與之配套的第三產業，提供就業機會。

　　（二）建設“複合功能型”的高層農場建築

　　目前中國正以驚人的速度建造更多的高層建築。在擁擠的一線城市，對空間的需求推動了高層建築的發展。2012年，中國的高層建築占據世界百座最高樓中的34座，占據比例為三成。而且中國的高層建築越來越向“功能複合型”方向發展，這對垂直農場在中國的發展來說是一種機遇。例如設計高度為208.8米的深圳“綠美人”摩天塔，朝向太陽的一面將種植蔬菜、花卉、藥材以及家畜養殖等，而背陽的一面將開發空中花園酒店、空中餐飲、商務會所、綠色會議廳等，將各方功能有機結合，使其具有多功能整合資源、多業態抵禦風險的投資價值。

　　垂直農場和高層建築有著許多共同點；

• 在空間上，兩者均往上空謀求發展

• 兩者都以城市為載體，既建造於城市，又服務於城市。

　　所以，垂直農場能否在眾多的高層建築中獲取一席之地是關鍵，而更理想的狀態是，垂直農場能夠與各類型高層建築結合發展。在現有高層建築上裝上某些裝置，可以是一些結構模塊之類的東西，讓它們“附在”現有高層的表皮上，形成新的表皮，這樣既可以利用現有資源發展垂直農場，更加為城市增加生態和綠色。

　　（三）與城中村改造結合

　　在城中村裡，居民的生活方式和勞作方式依然保留著此前的農村模式，在現代化的大城市中顯得格格不入，城中村的改造勢在必行。但是城中村的改造是城市規劃中面臨的一個比較頭疼的問題：如何改造？改造後如何安置村民？改造後村民如何謀生？把原來較為落後的城中村改造成繁華城市的一部分是我們共同的意願，不過不能一味改造，該保留的還是應該保留。

　　目前解決城中村問題的最佳模式，就是把城中村改造成集居住和現代化生產結合的垂直農場。在原來城中村的基礎上，建成一棟棟立體農場，又能居住又能生產。既解決了村民安置的問題，又能使他們發揮一技之長，找到就業途徑，同時還能為城市居民提供新鮮的農副產品，改善城市環境。還可以把農家旅游和農業生產、住宿結合起來，形成多功能的垂直農場。達到經濟效益和社會效益的最大化。

　　（四）與房地產開髮結合

　　在房地產開發的過程中，可以在樓層的公共區域或者套型內預留小塊的種植用地，分租給居民們種植容易打理、利於存活的蔬菜、水果等。可由市民自主經營或者委托專門人員進行管理，收穫的農產品可提供自家食用，也可以交換或出售。讓市民們在家門口就能夠體驗到農業的生活方式，達到放鬆身心、休閑娛樂的目的，同時獲得新鮮、無污染的綠色產品。

　　（五）充分利用當地的綠色資源

　　垂直農場要充分發揮生態優勢，儘量利用當地的可迴圈資源進行能源供給。例如位於冰島、義大利、紐西蘭、南加州以及東非一些地方的垂直農場採用了當地豐富的地熱資源。光照強烈的沙漠地區（如美國西南部、中東地區、中亞大部分地區）的垂直農場充分利用自然光源進行作物生長和增強光電轉換能力。

　　而中國大部分地區都有豐富的可再生資源，比如西部的太陽能資源、風能資源，南方地區豐富的太陽能資源、水利資源，沿海城市的風能資源等。而在中國的許多大城市，因為各種原因，對於綠色能源的利用還處於空白和起步階段。如果在中國大城市發展生態的垂直農場的話，可以起到示範和引導作用，從而拉動太陽能等綠色能源在城市的發展，為節能減排做出巨大貢獻。例如深圳“綠美人”垂直農場的設計方案，引入風能、太陽能、地熱能、無土栽培、雨水收集等13項全球最新的綠色能源成果，是中國高層摩天樓能源利用的典範。