城市屋頂農場開發可行性及經濟效益分析

江蘇師范大學科文學院 鹽城市濱海縣八巨鎮政府 江蘇省水文水資源勘測局

隨著城市化的快速發展，城市不透水面積日益增加，“水泥”城市的迅速發展嚴重破壞了水循環體系，削弱了城市自身雨洪調蓄能力，城市洪澇災害，水資源污染等“城市病”問題亟待改善。由于城市大規模開發，土地資源緊張，在建筑密度大、土地供應緊張的主城區增加透水面相當困難，而占城市不透水面40%～50%的屋頂資源尚未得到規模的開發利用。與城市土地資源“寸土寸金”形勢相比，我國農業發展同樣面臨地少、人多及耕作率低的問題。在我國“城市雙修”及海綿城市建設背景下，“屋頂農場”的概念逐漸得到大眾的認可。[1]屋頂農場作為海綿城市建設中綠色屋頂的衍生模式，其建設不僅符合海綿城市建設理念，加強城市抵抗洪災的能力，又能增加居民糧食供給，緩解城市熱島效應，屋頂農場的推廣將成為我國未來農業發展中的新興生態產業。

一、屋頂農場的概念及其作用

屋頂農場概念源于屋頂綠化，由美國首次開發的屋頂綠化主要是指充分利用屋頂建筑物及天臺等種植樹木花卉。屋頂綠化系統的建立極大的推進了我國生態文明城市建設的進程。不僅美化城市，凈化空氣質量，同時對PM2.5起到較好的防治作用。而屋頂農場是具有一定規模具有生態環保功能的現代新型農業形式，是屋頂綠化的一種，主要包括盈利型屋頂農場、費盈利性屋頂農場、休閑科普一體式屋頂農場。在全民GDP水平不斷增長的情形下，發展屋頂農場一方面解決城市生態環境方面的問題，增加城市綠化空間，緩解城市熱島效應，另一方面滿足了人們對綠色生活方式的追求，提高居民生活品質，同時對城市局部氣候的調節和建筑物的隔熱保溫起到良好的作用，能夠有效降低屋頂建筑物的能耗，延長建筑物屋面整體壽命，在通過截留雨水，減少雨水徑流形式緩解城市雨洪壓力發揮功效，是集生態效益、社會效益、經濟效益、人文效益于一體的多功能現代化農業開發模式。

二、屋頂農場研究現狀

屋頂農場技術與屋頂綠化技術聯系密切，全球范圍內屋頂綠化農業技術最早可追溯到20世紀40年代的俄羅斯圣彼得堡。德國從國家層面出臺相關的屋頂綠化相關政策扶持屋頂農場的發展，并且屋頂綠化率已達14%。日本東京于2001年提出“屋頂綠化設施配備計劃”相關政策，以獎罰體制，對于屋頂面積大于1000m2強制要求屋頂綠化達20%，否則予以相應罰款，目前日本東京屋頂綠化率也達14%以上。我國屋頂綠化技術起步相對較晚，實施應用率較低，以2017年的中國一線城市上海來說，屋頂綠化面積不足現有建筑面積的百分之六，首都北京更是不足百分之一。目前來看，屋頂農業還是一個比較新的概念，實際應用案例并不多，國內較早主張城市發展農業理論的代表性人物主要由天津大學的張玉坤教授，深圳建筑設計研究院的孟建民設計師，浙江省農業科學院李伯均研究院等，其均主張利用城市閑置屋面等來擴大農業在城市的發展空間。[2]若我國政府能大力提倡并制定相應政策，充分利用屋頂綠化面積，同時結合屋頂農業的發展，將會給屋頂農業發展帶來新的機遇。

三、屋頂農場開發的關鍵技術及開發存在的問題

海綿城市及城市雙修背景下的屋頂農場建設，作為我國農業開發及雨洪治理相結合的新模式具有相當大的發展潛力。但目前屋頂農場的研究案例較少，屋頂農場系統設計所涉及學科較多，進行屋頂農場設計時應注意學科間的交叉融合，同時應遵循因地制宜、經濟適宜及安全性等原則。主要涉及的關鍵技術問題包括屋頂荷載技術、雨水回收利用技術、智能自動化灌溉技術及養護管理技術。設計過程中應充分考慮有效荷載及臨時荷載，其屋面荷載應≥500kg/m2。[3]屋頂農場植被養護管理離不開水，而我國水資源分布不平衡特性決定了屋頂農場雨水回收利用技術的重要性，雨水收集技術不僅能節約灌溉用水，還能減少地表徑流，緩解雨洪壓力，具有廣泛的推廣效應。而在雨水收集技術末端接入智能灌溉技術，在滿足植物生長需水要求下提高用水效率，省事省時，同時能夠保護種植土層結構的穩定性。最后，應定期對屋頂農場各方面設施進行安全檢查，只有良好的養護管理方能將屋頂農場的建設價值最大化，防微杜漸，杜絕面子工程。目前，屋頂農場建設在我國起步較晚，尚未得到廣泛認可，已有的屋頂農場案例也是在參考屋頂綠化基礎上發展起來，屋頂農場的建設缺乏一套比較規范的標準體系，我國目前大部分屋頂建筑物的荷載能力有限，加上缺乏穩定持續的資金支撐，屋頂農場工程項目的大范圍推廣仍需加強實踐驗證，以更好地推進屋頂農場的發展進程。[4]

四、屋頂農場案例及效益分析

屋頂農場作為一個新型生產模式，自身具有較強的可操作性和可實施性。目前不少學者通過實驗及模擬的方式驗證了屋頂農場的作用。其中蘭州大學的郭輝[5]以實驗為基礎，以300m2的露天平臺為試驗站點，進行了為期6個月的實驗觀測，分別對屋頂農場對屋頂溫度、蔬菜經濟效益等指標進行比較，實驗結果驗證了屋頂農場具有良好的屋面熱能效應緩解作用。且屋頂農場蔬菜產值可供2人全年蔬菜需求，可見如果將屋頂農場規模普及，將很大程度上緩解糧食危機及改善環境問題。李俊生等基于生命周期評價理論與方法對屋頂綠化技術30年生命周期下的雨洪調蓄調控效益進行了定量評價，其結果表明綠色屋頂平均截留率為62.7%，對于中小型降雨具有較強的截留能力，而綠色屋頂的建設成本效率為12.51元/m3，費率比5/12(0.41)，經濟效益較高[6]。屋頂農場產生的經濟效益是多方面的，屋頂農場的建設延長了建筑物的壽命，在減少屋頂維修次數的基礎上降低了城市屋頂維修費用。其次降低能源消耗，研究表明，帶有植被覆蓋的屋頂夏季屋面溫度僅有20～25℃，而冬季未經綠化的屋面房間溫度比綠化屋面的溫度低6℃左右。不僅降低城市能源消耗，降低了居民能源消費支出的成本，也創造了一定的經濟效益。根據城市人均占地100m2和人均年蔬菜消耗量130 ㎏的標準來計算，城市建筑屋頂或平臺只要有15%的區域用來屋頂農場建設，種植蔬菜，就基本能夠保障城市居民蔬菜的供給，具有巨大的生產潛力和經濟效益[7]。

五、結論與展望

屋頂農場的建設，切合海綿城市發展的需求，切合城市居民生活及生產的需要，切合當今“城市雙修”理論的宗旨。本文通過對屋頂農場及研究現狀加以分析，認為屋頂農場相比普通綠化屋頂形式，具有更好的經濟價值及生態效益，在今后的研究道路上，屋頂農場產業化發展具有相當的潛力。