一種日光溫室結構改造方案

30年來，中國日光溫室技術迅猛發展，各地創造了很多規格的日光溫室結構，性能不斷提升，面積不斷擴大，呈現出欣欣向榮的發展勢頭，不僅從生產功能上解決了中國北方地區冬季蔬菜的供應問題，而且從技術上也得到了國際學術界的認可，并吸引了很多外國學者參與研究中國的日光溫室。

在新技術不斷更新的背景下，早期建設的老舊溫室改造和性能提升已成為社會重點關注的問題。由于老舊溫室存量大，不同時期、地區建設日光溫室的性能差異也較大，如何用最小的投入改造溫室使其獲得更好的性能，這其中不僅有工程界面臨的問題，更有科研領域需要攻克的難題。

在這方面，北京市已經開始了探索性的實踐。2017年5月30日，北京市農業局蔬菜處王藝中處長給我發來了一組照片，說平谷區綠都林科技示范園正在施工改造日光溫室，讓我抽空去看看。

6月2日，我約了北京臥龍農林科技有限公司的李曉明先生一同前往位于北京市平谷區山東莊鎮李辛莊村的綠都林科技示范園。園區董事長任德忠先生熱情接待了我們，并詳細介紹了溫室改造的方案，還帶我們參觀了正在施工的溫室現場。

改造溫室建設于2002年，距今正好15年。園區共建設日光溫室30棟，溫室長70 m，室內凈跨度9.0 m。建設初期溫室用于種植黃金梨，盛果期梨樹的產量為2000 kg/棟，按照16元/kg的售價，每棟溫室的毛收入為3.2萬元，扣除成本后種植的效益并不太高。種植7年后，園區決定改種草莓，現在種植‘紅顏草莓的產量達到3000 kg/棟，平均銷售價格為40元/kg，總收入將能達到12萬元/棟；種植白草莓產量為2000 kg/棟，平均銷售價格為80元/kg，總收入將能達到16萬元/棟。由此可見，種植草莓的經濟效益比種植梨樹要高出很多。

由于溫室骨架銹蝕和變形，存在很大的安全隱患，而且由于15年之前建造的溫室，受當時技術水平限制，總體來講溫室的結構比較低矮、保溫性能也較差（也可能是當時建設時以種植黃金梨的生長環境要求為目標，對溫室的保溫性能要求不高，這種設計就是合理的，當將其用于草莓，甚至果菜，這種保溫性能就不足了）。為了能進一步提高溫室的保溫和采光性能，提高溫室結構的安全性和承載能力，適應更多品種的種植，園區決定對全部溫室進行整體改造，包括溫室的整體建筑尺寸、溫室墻體、溫室骨架和溫室后屋面。

現就相關溫室改造的背景和改造方案做一介紹，供溫室改造相關管理和技術人員參考和借鑒。

溫室整體建筑尺寸的變化

改造溫室跨度9.0 m（室內凈跨，下同），后墻高2.0 m，脊高3.5 m。近年來，日光溫室發展的趨勢是向著高大化方向發展，跨度和高度都在不斷增加。改造溫室由于受棟與棟之間固定間距的限制，溫室的高度不可能像新設計溫室按照優化結構尺寸改造，所以，對溫室跨度和高度的增加都只能在有限范圍內進行變化。

對溫室的跨度尺寸，由于種植草莓采用沿溫室長度方向的東西壟向種植，壟距85～90 cm，扣除走道寬度60 cm后，原有溫室只能種植9壟，但有點富余；現將跨度增大到9.5 m，則可以種植10壟，從而顯著提高溫室的地面利用率。為此，溫室改造中將跨度增加了50 cm，相應溫室的后墻高度和脊高也發生了變化（表1、圖1）。由圖1c還可以看到，在提高溫室屋脊的過程中，溫室屋脊的脊位也向后移動了50 cm，從而加大了溫室的采光面，更有利于溫室白天的采光和增溫。

墻體改造

改造之前的原溫室，后墻采用600 mm厚紅機磚空心墻（240 mm厚磚墻+120 mm空心+

240 mm厚磚墻），由于保溫性能差，在后來的運行中又在溫室的墻體外側粘貼了60 mm厚聚苯板（圖2）；山墻采用370 mm厚實心紅機磚墻體，外側沒有粘貼保溫板（圖3）。總體來看，原設計溫室的保溫性能較差，本次改造必須加強溫室墻體的保溫性能。

改造之前的溫室基礎埋深0.50 m，基礎墊層厚0.50 m（三七灰土分三層夯實），從使用15年后的情況看，溫室墻體沒有變形，說明溫室的基礎埋深和基礎強度足夠。本次改造完全保留了溫室的原有墻體（包括后墻和山墻及其基礎）。

后墻改造是在原有后墻頂面打圈梁（截面尺寸為240 mm×240 mm），并在圈梁上每隔1.0 m伸出鋼筋與屋面桁架連接（這種連接方法由于新加800 mm高后墻，如果不考慮墻體的作用，骨架的力很難傳遞到墻頂圈梁上，還不如在墻頂設梁墊將骨架荷載直接傳遞到墻體即可，沒有必要一定將骨架荷載傳遞到圈梁。另外一種做法也可以直接將圈梁設置在新增墻體的頂面，這樣骨架可直接焊接在圈梁的預埋件上，傳力更加簡潔明了）。新增高后墻部分的外側和墻體改造之前一樣，砌筑完成后外貼60 mm厚保溫板，與原有溫室外表面齊平。

對溫室山墻的改造，一是加厚山墻，提高其保溫性能（圖3），山墻厚度由原來的370 mm增加到500 mm；二是加高和加長山墻，與改造后溫室骨架的尺寸相適應（圖1c）。本次對山墻的改造只增加了墻體厚度沒有像后墻一樣外貼保溫板，對溫室的整體保溫而言似乎有點欠缺，如果能在山墻外再粘貼60 mm厚保溫板，其保溫效果將會更好。

由于溫室跨度加大，原來安裝溫室骨架的前部基礎完全失位，為此，改造溫室將現有前墻基礎向南平移500 mm，采用240 mm×240 mm鋼筋混凝土圈梁壓頂，并在基礎圈梁上預埋鋼筋，與溫室屋面骨架相連（圖4）。

溫室骨架改造

由于溫室的總體尺寸發生了變化，原有溫室骨架全部廢棄。本次改造在保留原有焊接桁架形式的基礎上，采用了全新的骨架，不僅加大了骨架的總體尺寸，而且骨架材料的截面也相應增大，一是增大了上弦管的壁厚，二是加大了腹桿的截面。改造前后桁架桿件截面尺寸的變化如表2。

雖然骨架用材的截面增大了，但骨架的布置間距仍然保留1.0 m不變，因此，這種改造在一定程度上也提高了溫室骨架的承載能力（由于溫室跨度增加、脊高提高，增大骨架截面尺寸也在情理之中，工程改造中每個桿件截面具體增大多少應通過力學強度分析計算確定）。endprint

連接排架結構桁架的縱拉桿從前屋面到后屋面共設置了5道（圖5），縱拉桿采用了直徑12 mm螺紋鋼。縱拉桿與桁架的連接采用了焊接連接，但與傳統的連接方式不同，改造溫室的骨架上在縱拉桿通過的位置單設了一根垂直桁架上下弦桿的腹桿，該腹桿同樣采用直徑12 mm螺紋鋼。縱拉桿直接焊接在該腹桿的中部（圖5b）。這種做法使縱拉桿避免了與桁架下弦桿的焊接連接，縱拉桿在溫室中的布置高度也有了相應提高，可有效提高溫室內的操作空間（尤其是最南側一根縱拉桿），但相應也減小了壓膜線的壓膜深度，在塑料薄膜整體繃緊的情況下可獲得雙贏的效果，但如果塑料薄膜安裝比較松弛，則會影響壓膜線的壓深，進而影響塑料薄膜的繃緊。

溫室后屋面改造

改造前原溫室的后屋面為永久固定的彩鋼板保溫板。由于溫室后墻升高，屋面骨架更新，原來的后屋面必須全部拆除，而且由于溫室屋脊脊位后移，使溫室的后屋面長度變短，原來的后屋面保溫材料尺寸基本也不符合新改造溫室，為此，新改造溫室將溫室后屋面做成了用保溫被覆蓋的可拆裝保溫屋面。保溫被材料為前屋面夜間保溫用針刺氈保溫被，幅寬3 m，沿溫室長度方向鋪設，一邊固定在溫室的后墻，另一邊繞過溫室屋脊固定在溫室的前屋面屋脊通風口邊沿，兩端固定在溫室兩側山墻。后屋面保溫被采用雙層被覆蓋（單層保溫被為三層針刺氈保溫芯雙側用不織布封裝），兩邊用∟40 mm×

40 mm×2mm角鐵壓邊后固定在溫室骨架和墻體上，在溫室屋脊位置再用一道─ 40 mm×

2 mm扁鋼通長固定（在骨架上固定保溫被的角鋼和扁鐵實際上也成為了連接溫室屋面桁架的縱拉桿）。據任德忠董事長介紹，這種后屋面做法，一可以減輕溫室后屋面結構的荷載，從而減小溫室屋面骨架的截面面積或提高溫室屋面骨架的承載能力；二可以在溫室運行中吸收室內的水汽，在一定程度上可以降低溫室內的空氣濕度（夜間吸收的水分白天光照條件下能夠蒸發出來，形成會“呼吸”的后屋面）；三是施工安裝方便、快捷，有利于降低施工成本。

但這種做法也存在后屋面材料防水性能差、材料不耐老化，使用壽命短的問題。這種做法接近近年興起的活動后屋面的思路[1-2]。筆者認為，從便于通風和保溫的角度分析，再增加一套卷簾機和卷膜通風器可以一步到位，直接做成活動后屋面，更能增加未來溫室溫光調控的靈活性。或者至少要在最外層保溫被的外側增加一層塑料薄膜或其他防水材料，提高保溫被的防水性能，避免下雨或下雪后雨水浸入保溫被降低后屋面的保溫性能。

溫室改造成本

該園區改造得到了平谷區人民政府的資金支持，支持經費為每棟溫室4萬元。任德忠董事長介紹，這個費用基本能夠滿足改造的支出。但筆者按照北京市的預算定額并部分地按照市場價格估算了一下改造成本（表3），發現4萬元/棟的改造費用遠遠不能滿足實際支出，政府補貼約為總造價的一半。這是因為2017年北京市土建工程的預算價格進行了較大幅度的調升，可能是推高預算價格的主要因素。具體工程中可以使用價格比較便宜的磚和水泥，施工隊的人工成本也有可調控的空間。所以在預算價格的控制下，實際工程造價可能會比預算價稍低。

實際工程中，在改造溫室的同時還新建了溫室門斗（圖3a），這部分費用還沒有計算在總體造價中。

參考文獻

[1] 周長吉.周博士考察拾零（四十五）一種活動保溫被覆蓋透光后屋面的日光溫室[J].農業工程技術（溫室園藝），2015，35（16）：24-26.

[2] 周長吉.周博士考察拾零（六十九）中以溫室技術的結晶——艾森貝克對中國日光溫室的改良與創新[J].農業工程技術（溫室園藝），2017，37（16）：44-50.

[引用信息]周長吉.周博士考察拾零（七十三）一種日光溫室結構改造方案[J].農業工程技術，2017，37（28）：54-58.endprint