一種新型琴弦式日光溫室的設計

劉艷華　劉文合　于威　張玉清

摘要：為了科學指導琴弦式日光溫室結構的優化升級，實現更加節能、高效生產，在借鑒農民自建琴弦式日光溫室和遼沈Ⅰ型日光溫室的基礎上，優化設計出新型琴弦式日光溫室。該溫室不僅具有較強的結構穩定性、較好的采光性和較大的作業空間，而且增強了墻體保溫性能，降低了日光溫室的造價，避免了繁瑣安裝勞作。運用層次分析法對琴弦式日光溫室、遼沈Ⅰ型日光溫室和農民自建溫室進行了經濟效益綜合評價，結果表明琴弦式日光溫室的綜合經濟效益值均高于遼沈Ⅰ型日光溫室和農民自建溫室。新型琴弦式日光溫室造價相對較低，材料來源廣泛，施工方便，且具有較高的經濟效益，易于為廣大農民所接受。

關鍵詞：琴弦式日光溫室；設計；經濟效益；綜合評價

中圖分類號： TU261；S625.1 文獻標志碼： A 文章編號：1002-1302（2015）10-0483-04

琴弦式日光溫室是我國較早的自主開發的設施類型[1]。早期的琴弦式日光溫室的采光前屋面為兩折式，每隔3.0 m設1個桁架，桁架用木桿做成，桁架上端固定在中脊的脊檁上，下端固定在前底腳木樁上。桁架東西向橫拉8號鋼絲，鋼絲間距30.0～40.0 cm，兩端固定在東西山墻外的地錨上，形成琴弦。桁架之間設上下2層竹竿，支撐和壓住薄膜，并用細鐵絲將上下竹竿擰緊。這種日光溫室取消前屋面立柱結構，具有建材截面小、桁架數量不多、作業方便等優點。但由于固定薄膜時鐵絲穿透很多孔洞，薄膜易在穿孔處破損，且致使溫室屋面的密封性和保溫性下降，影響溫室效果。

近年來，農民在實際生產實踐中對早期琴弦式日光溫室進行了一定的改進，但缺乏科學設計或造價偏高，農民難以接受[2]。因此，急需對早期琴弦式日光溫室進行優化，設計出一種低造價、高性能的溫室來滿足農民生產的需要。本研究針對上述需求，進行新型琴弦式日光溫室設計，并應用層次分析法對其進行綜合經濟效益分析。

1 新型琴弦式日光溫室設計

新型琴弦式日光溫室主要進行了以下幾方面改進措施。第一，優化溫室采光前屋面，增強結構的穩定性，增大采光屋面的采光性和作業空間。第二，改善墻體結構，增強墻體保溫性能，減少墻體占地，降低日光溫室的造價。第三，改變原琴弦式日光溫室鐵絲穿透薄膜造成的諸多弊端，減少溫室安裝中繁瑣的勞作。新型琴弦式日光溫室的具體設計如下。

1.1 日光溫室建筑設計

1.1.1 墻體設計 新型琴弦式日光溫室的后墻采用土墻，墻體宜采用黏性土、粉質黏性土，若建造區土質黏結性較差，強度不足，易造成后墻承載力不夠，而使溫室后墻坍塌，后屋面落架。所以在土質較差地區采用土筑墻時，可在對應放置橫梁的下部位置墻體內設置立柱。

山墻墻體采用多層復合結構，分為內、中、外3層結構：內墻為厚240 mm磚墻，中層覆蓋1～2層草簾作為保溫層，外部扣1～2層塑料膜作為墻體的防水層。典型的日光溫室平面、剖面如圖1和圖2所示。

1.1.2 后屋面設計 后屋面采用多層結構，由室內向室外應有防潮層、承重層、保溫層、找坡層和防水層。防水層在最頂層，承重層在最底層，中間為保溫層。防水層采用塑料膜；保溫層的材料采用秸稈、稻草、爐渣、聚苯泡沫板等導熱系數低的材料；承重層主要由縱向拉筋、橫梁和鋼骨架組成；防潮層選用塑料薄膜，最后進行覆土保溫壓頂。后屋面做法詳見圖2。

1.1.3 前屋面設計 前屋面主要由鋼骨架（遼沈Ⅰ型骨架形式）[3]、竹骨架和鋼絞線組成。鋼骨架每2.55～2.7 m 1榀，每兩節鋼骨架之間設2榀竹骨架，即竹骨架間距0.85～0.90 m。鋼絞線固定于鋼骨架上，水平間距0.80～1.00 m。竹骨架置于鋼絞線之上，以支撐棚膜（圖2）。

改變原琴弦式日光溫室采用2層竹竿壓緊塑料薄膜的做法，而采用在塑料薄膜外鋪設壓膜線的方法，不僅可以克服鐵絲穿透薄膜而造成的諸多弊端，同時減少了安裝中繁瑣的勞作。

1.1.4 前屋面保溫覆蓋 前屋面外覆蓋采用草苫、紙被、輕型保溫被等材料。草苫由蘆葦、稻草等材料編織而成，常在草苫下附加4～6層牛皮紙縫合而成的紙被；保溫被一般由3層或更多層組成，內、外層由塑料膜、防水布、無紡布（經防水處理）和鍍鋁膜等一些保溫、防水和防老化材料組成，中間由針刺棉、泡沫塑料、纖維棉、廢羊絨等保溫材料組成。內覆蓋采用室內張掛保溫幕，又稱二層幕、節能罩。保溫幕采用無紡布，銀灰色反光膜或聚乙烯膜、綴鋁膜等材料。

1.1.5 基礎設計 溫室土后墻一般不單獨設置基礎，但在垛土墻處進行表土剝離、打夯、碾壓等加固處理，必要時可做換土處理；基礎寬度一般不小于墻體寬度。為保證溫室后墻體穩定，每隔鋼筋混凝土柱底端設置杯口狀的柱下獨立基礎，如圖3所示。基礎高度300 mm，橫截面為300 mm×300 mm，內配直徑10 mm縱向和橫向鋼筋各4根。由于基礎規格統一，且截面較小，所以可以預制。

溫室山墻的基礎采用無筋擴展基礎（剛性基礎），可采用毛石砌筑。基底設厚度100 mm的砂墊層，為使墊層密實，可采用水撼砂。毛石基礎的寬度700 mm，高為850 mm；由于溫室基礎較窄，可不分階，直接砌至基礎頂面即可。如果石料取材不便，基礎也可采用磚基礎。基礎截面大小應滿足最大剛性角要求或寬高比不超過允許值。

鋼骨架前底角基礎可設獨立基礎，基礎高度500 mm，橫截面為300 mm×300 mm，如圖4所示。首先進行基礎開挖，埋深一般大于500 mm，一般采用強度不低于C15的混凝土基礎。澆筑基礎時，要內埋設螺栓或鋼板焊接件，預埋件的放置是一個關鍵步驟，預埋件之間尺寸的準確，關系到骨架的安裝準確性。所以要按照測定好的位置準確定位，拉水平線，安置預埋件，下部埋入混凝土基礎深度大于200 mm，上部露出基礎表面。由于前底角基礎規格統一，且截面較小，可以預制。

2 新型琴弦式日光溫室經濟效益綜合評價endprint

2.1 溫室評價指標體系構成

采用層次分析法對新型琴弦式日光溫室、遼沈 Ⅰ 型日光溫室和農民自建溫室進行了經濟效益綜合分析和評價[4]。溫室經濟效益綜合評價指標體系主要包括獲利能力、經營效率、發

展能力和貢獻能力等4個一級指標，同時構建了總資產報酬率、成本費用利潤率、肥料報酬率、人均凈利潤、年勞動收入和銷售增長率等6個二級指標。其中，總資產報酬率[4]是指在一定時期內獲得的報酬總額與資產平均總額的比例；成本費用利潤率是指一定時期的利潤總額同其成本費用總額的比例；肥料報酬率是指一定時期獲得的報酬總額與肥料費用總額之比；人均凈利潤是指一定時期內獲得的凈利潤與平均職工人數之比；年勞動收入是指一年內收入總額與平均職工人數之比；銷售增長率是指本期銷售收入增長額與上期銷售收入的比例。

2.2 不同溫室經濟效益數據調查

設計調查表，采用抽樣調查的方法，對遼寧省沈陽市遼中縣和沈陽市內各6個果蔬生產溫室小區進行調查。調查的溫室類型為新型琴弦式日光溫室、遼沈Ⅰ型日光溫室和農民自建溫室。作物種類包括果菜（番茄）和葉菜（小白菜等）兩大類。調查項目主要包括：生產和支出費用——棚膜、草苫、繩子、鐵絲、吊線、無紡布、機耕、水電、種苗、農藥、肥料（營養液）、人工（栽培、管理、銷售等）費用；經營收入（各茬作物最高售價、最低售價，溫室1個生產周期的上期銷售收入、本期銷售收入、凈利潤等）；溫室的建造費用；使用年限和折舊等。

根據調查數據，對12個溫室的基本生產經營情況進行統計分析，計算出1年中各種類型溫室的本期收入、成本費用、利潤、資產、上期收入、肥料費、人工費和流動資產平均余額等，結果見表1。

2.3 不同溫室經濟效益分析

按照“2.1”節的評價指標定義，采用層次分析法確定各指標權重，以線性加權平均法確定評價標準，結合調研數據，對不同生產溫室在同一時期的經濟效益進行綜合評價。

然后按照文獻[4]的方法，根據7名專家的評審意見，求得溫室經濟效益綜合評價指標體系中各評價指標的權重分別為總資產報酬率0.262 7、成本費用利潤率0.205 6、肥料報酬率0.110 2、人均凈利潤0.155 0、年勞動收入0.171 9、銷售增長率0.094 6。

2.4 經濟效益綜合評價值的計算

確定溫室綜合經濟效益評價指標體系和各指標的權重后，即可計算其綜合評價值。綜合評價值為各指標值的線性加權平均值，即：

Pi=∑6i=1wiαij。

（3）

式中：Pi為第i個溫室的綜合經濟效益評價值；wi為各評價指標的權重；αij的定義如前所述。將各溫室的綜合評價值進行排序如表2所示。

2.5 不同溫室結構類型的經濟效益比較

根據綜合經濟效益評價值可以定量地評價各溫室經濟效益狀況。按照溫室類型，在種植作物相同的情況下，可以分類分析溫室經濟效益的一般情況。

在琴弦式日光溫室、遼沈Ⅰ型日光溫室和農民自建溫室等3種溫室結構類型中，琴弦式日光溫室的綜合經濟效益值均高于0.142，名次分別為第1、2、3、6名；其次是遼沈Ⅰ型日光溫室，綜合經濟效益值最高為0.178，最低為-0.056，名次分別為第4、5、7、8名；農民自建溫室的綜合經濟效益值都很低，名次均靠后。通過對相關指標進行分析比較可得出主要原因是：（1） 琴弦式日光溫室的前2項獲利能力指標均高于其他2類溫室，其平均總資產報酬率分別是遼沈Ⅰ型和農民自建溫室的1.18倍、1.3倍，平均成本費用利潤率分別是后兩者的1.35倍、1.19倍。（2） 琴弦式日光溫室平均人均凈利潤較高，是遼沈Ⅰ型和農民自建溫室的1.16倍和1.28倍。

另外，就種植結構而言，種植果菜（番茄等）的琴弦式日光溫室較種植蔬菜（小白菜等）的琴弦式日光溫室的綜合經濟效益值要高，這主要是由于前者的平均成本費用利潤率遠高于后者，是后者的1.34倍。對于農民自建溫室，種植蔬菜要比種植果菜的綜合經濟效益值高。對于遼沈Ⅰ型日光溫室，種植蔬菜和種植果菜的綜合經濟效益值相當。

3 結語

新型琴弦式日光溫室在參照原有琴弦式日光溫室和遼沈Ⅰ型日光溫室基礎上，進行了相關優化設計，不僅增強了結構的穩定性，增大了采光屋面的采光性和作業空間，而且改善了墻體結構，增強了墻體保溫性能，降低了日光溫室的造價，同時減少了溫室安裝中繁瑣的勞作。

運用層次分析法對琴弦式日光溫室、遼沈Ⅰ型日光溫室和農民自建溫室進行了經濟效益綜合評價。通過調研沈陽市、遼中縣日光溫室生產組織的12個生產溫室的相關數據，對3種結構類型的日光溫室進行了實證研究，結果顯示琴弦式日光溫室的綜合經濟效益值均較高，其次為遼沈Ⅰ型日光溫室，農民自建溫室的綜合經濟效益值都很低。新型琴弦式日光溫室具有較高的經濟效益。

由于新型琴弦式日光溫室造價相對較低，材料來源廣泛，施工方便，且具有較高的經濟效益，易于為廣大農民所接受，推廣前景樂觀。

參考文獻：

[1]魏曉明，周長吉，曹 楠，等. 中國日光溫室結構及性能的演變[J]. 江蘇農業學報，2012，28（4）：855-860.

[2]周長吉. 琴弦式結構日光溫室用塑料管替代竹竿支撐屋面的新做法[J]. 溫室園藝，2012，16（2）：46-48.

[3]王鐵良，孟少春. 單坡溫室設計與建造[M]. 沈陽：遼寧科學技術出版社，2003.

[4]李冬生，李萍萍. 基于修正層次分析法的溫室經濟效益綜合評價方法及其應用研究[J]. 江蘇農業科學，2009（6）：447-450，484.張慧穎. 基于ZigBee和3G技術的農田環境監測系統設計[J]. 江蘇農業科學，2015，43（10）：487-490.endprint