周博士考察拾零（一百）從引進到自主創新——記興邦（漳州）溫室制造有限公司的創新之路

|編者按|

光陰似箭，始于2011年的“周博士考察拾零”迎來了百篇。百篇文章，內容豐富，角度不同，形態各異，從單一技術介紹到完整系統剖析，記錄了2011年以來，溫室園藝技術發展的一角，是產業發展的鮮活樣本。百篇文章，始于足下，感于觀察，成于思考，記錄了作者走遍祖國東西南北的足跡，即使到中國臺灣訪學，也調研不斷、筆耕不綴，是地方實踐的科學凝練。“周博士考察拾零”，圖文并茂，成為雜志的金牌欄目，廣受讀者好評，值得業內同行賞讀。

提起興邦（漳州）溫室制造有限公司（以下簡稱興邦溫室公司）可能熟悉的人不多，但作為興邦溫室公司的創始人，也就是公司董事長的劉文興先生或許業內有很多人都認識。筆者與劉文興先生相識似乎可以追溯到20世紀90年代，也就是我國大規模引進國外溫室的第二次高潮期間（第一次引進溫室的高潮是在改革開放后的20世紀80年代，當時主要從日本、羅馬尼亞、保加利亞等國引進）。

1990年，劉文興先生在香港代辦處作為荷蘭DALSEM溫室公司的亞太經理，引進了中國大陸的第一棟荷蘭玻璃溫室，建設在福建省農業科學院，用于試驗研究。1997年，又是他第一次把西班牙的塑料薄膜溫室引進國內，建設在寧波奧力孚農業有限公司。由于看到西班牙溫室在中國的推廣前景，2000年劉文興先生與西班牙ACM公司合資成立了“西奧溫室設備有限公司”，并在上海青浦設立了溫室加工工廠。2002年成立西班牙ACM北京代表處，劉文興先生從香港到北京任代表處首席代表，全權負責公司在中國大陸市場的開發和西班牙政府貸款溫室項目的執行，先后引進建設了一批大型荷蘭玻璃溫室項目（蘭州7 hm2、上海孫橋4 hm2）和西班牙塑料薄膜溫室及PC板溫室項目（新疆3個5 hm2、沈陽10 hm2）。通過大型溫室的現場安裝和技術服務，劉文興先生也培養出了一支以其弟弟劉文彬為首、福建老鄉為骨干的溫室工程技術團隊。

經過20多年在溫室行業的摸爬滾打，這支技術團隊基本掌握了溫室工程的設計、制造和安裝技術，也為建立自己的溫室企業打下了堅實基礎。經過一段時間的策劃和籌備，2013年劉文興先生從北京回老家福建，以上述團隊為基礎，創辦了興邦（漳州）溫室制造有限公司，并結合當地的氣候特點將溫室建設的重心偏向了沿海抗臺風的方向，先后開發了抗臺風溫室、薄膜溫室頂部升降開窗系統和玻璃溫室側墻升降開窗系統等。2014年后公司產品立足福建，逐漸向沿海其他省份和內地推廣，2016年后更是出口西班牙、卡塔爾、新加坡、阿拉伯聯合酋長國等國家。經過多年的發展，公司產品類型聚焦玻璃溫室和連棟塑料薄膜溫室，廣泛推廣應用在蔬菜育苗、蔬菜生產、花卉生產、科研成果展覽等領域，真正走出了一條從純引進到合資辦廠學習技術再到自力更生、自主創新的發展之路，供應產品也完成了從純進口到國內合資生產再到自主設計加工并出口的蛻變，而今公司已成為東南沿海一顆亮麗的新星。

2019年5月10～12日應興邦溫室公司劉文興先生的邀請，筆者赴福建漳州對公司的產品進行了考察學習，現就公司的一些創新技術向大家做一介紹，希望同行們也能從中得到啟迪，開發出更多更好的創新產品。

連棟溫室開窗系統的創新

屋面開窗是溫室降溫、排濕和換氣的一種最經濟有效的方式，現已成為連棟溫室的基本標配。但不同的屋面形式，甚至同種形式屋面，所用的開窗方式卻有多種選擇，由此也帶來不同的通風降溫效果和安裝運行成本的差異。興邦溫室公司在學習荷蘭和西班牙溫室開窗技術的基礎上，結合臺風地區溫室開窗的要求，針對連棟玻璃溫室和塑料薄膜溫室，創新性地分別開發出了兩種獨特的垂直起降開窗系統。

圓拱屋面塑料薄膜溫室屋脊垂直起降開窗系統

圓拱屋面（含桃形屋面）連棟塑料薄膜溫室傳統的屋面開窗方式按照傳動機構不同有齒輪齒條開窗系統和卷膜開窗系統，其中齒輪齒條開窗系統又根據齒條的形狀不同分為直齒條開窗系統和弧形齒條開窗系統;按照開窗位置不同分為靠近屋脊部位的開窗（稱為屋脊側開窗）和靠近天溝部位的開窗（稱為天溝側開窗），也有在屋面中部開窗的，但用量很少;按照同一屋面上開窗的數量不同分為屋面單側開窗和屋面雙側開窗，如圖1和圖2。

按照自然通風原理，溫室通風量的大小取決于：①通風口的大小，通風口面積越大通風量越大，全開屋面溫室的通風量最大;②通風口的位置，進風口位置和出風口位置之間的高度差越大通風量越大;③通風口的阻力，通風口阻力越小通風量越大，阻力大小取決于通風口形狀以及通風口安裝的防蟲網的目數及積塵情況。

從通風口大小看，傳統的齒輪齒條開窗系統由于受齒條標準長度的限制，相應其通風口開口面積一般總是要小于卷膜開窗系統，而且由于前者造價較后者高，從經濟有效的角度考慮，大部分圓拱屋面塑料薄膜溫室都選擇采用屋面卷膜通風開窗系統。但屋面卷膜開窗通風系統，一是卷膜口塑料薄膜由于經常卷放，常出現表面褶皺和積塵，嚴重影響薄膜的透光性能;二是下雨期間如果打開窗口，雨水將會直接進入溫室;三是卷膜桿也可能會成為下雨期間阻擋屋面水流的障礙，造成屋面排水不暢并可能在屋面塑料薄膜上形成水兜，不僅增大溫室的屋面荷載，而且會影響屋面塑料薄膜的使用壽命。所以，對性能要求較高的溫室大多選擇安裝在屋脊側的齒輪齒條開窗系統。

從通風口的位置看，一般屋面通風口總是和墻面通風口配套設置（對于大面積的連棟溫室有的也可能不設置墻面通風口，此時屋面通風口自身自動形成進排風口），在墻面通風口大小和位置確定的情況下，屋面通風口的位置越高，溫室熱壓通風的通風量就越大，通風效率也將越高。從這個角度看，屋脊側通風窗的通風量較相同面積的天溝側通風口的通風量要大，而且屋脊側通風口能夠將集聚在溫室內最高處的熱空氣全部排除，不會形成對室內作物的二次輻射，所以，從增大通風量和提高降溫效率的角度考慮，在相同條件下應優先選擇屋脊側通風。為防止卷膜桿在屋面阻水，屋脊側通風窗常用齒輪齒條開窗系統，而且為了節省成本，多數溫室僅在溫室屋面的一側設置通風口（圖1）。

對屋脊單側設置通風窗的溫室，一般要求通風口應設置在溫室建設地區主導風向的下風向，以防止風壓大于熱壓時出現室外空氣向室內“倒灌”影響溫室排熱。由于我國大部分地區夏季主導風向和冬季主導風向并不一致，或者主導風向在全年的占比并不太高，尤其在一些山地區域，風向變化可能受山形影響難以準確判定，為了保證溫室的通風，大多溫室建設者選擇采用保守的屋脊雙側開窗的辦法，并分別獨立控制兩側窗扇的啟閉，以適應隨時變化的風向。但雙側開窗需要兩套齒輪齒條，而且為了增強開窗通風的靈活性，大都采用兩套減速電機和傳動系統，這樣勢必會增加溫室的建設和運行成本。

為了在不影響通風量的條件下降低溫室的建設和運行成本，興邦溫室公司在西班牙推桿式升降屋脊窗的基礎上開發了一種直齒條升降屋脊窗（圖3），并獲得了國家實用新型專利[1]。這種開窗系統的窗扇是一條弧形帶，通風口關閉時，窗扇緊壓在溫室屋脊，與溫室屋面嚴密密封;通風口打開時，在屋脊兩側形成通風口，一是通風口開口面積大，二是不受風向影響，三是通風口位于溫室的最高處，四是出風口流道短、阻力小，可以說這是一種通風效率最高的通風口設置方法。通風窗扇連接一根（套）直齒條，在電機減速機的驅動下上下直線運動即可實現通風口的垂直啟閉，安裝和運行成本都較低，而且與自動控制系統連接后，可根據溫室通風量的要求，隨時關停驅動電機，將通風窗停留在整個行程的任何位置，對溫室通風量進行精準控制。應該說這套開窗系統為連棟塑料薄膜溫室屋面通風開辟了一條新途徑，而且具有良好的性價比，未來將具有良好的推廣應用前景。

玻璃溫室側墻垂直起降開窗系統

對玻璃溫室側墻的開窗系統，盡管也開發了很多開窗形式，有推拉窗、提拉窗、平開窗、上懸窗等[2-4]，但傳統上仍多用齒輪齒條驅動的上懸窗，其中上懸窗又根據啟閉窗扇動力作用方式不同分為內推開窗和外拉開窗兩種形式（圖4a、圖4b）。相比提拉窗和平開窗，這種開窗方式，一是內推開窗窗扇如果安裝位置偏低（與屋面通風窗結合通風效率高），齒條會影響溫室室內生產作業，而安裝位置偏高（圖4a），溫室的通風效率又低;二是外拉開窗要求齒條長度長，且系統安裝占地面積大;三是通風口空氣流動流道長，風口面積小。為增強溫室側窗的通風效率，興邦溫室公司開發了一種側墻垂直起降的開窗系統（圖4c），并獲得了國家實用新型專利[5]。

這種開窗系統，如同塑料薄膜溫室側墻卷膜開窗，能夠將側墻通風口全部打開，空氣流動幾乎沒有流道障礙，開窗面積大，孔口阻力小，而且密封嚴密，占用溫室建設面積小，自身結構強度大、抗風能力強，尤其適合在溫室側墻外空間狹小的情況下使用，也更適合在大風地區使用。

連棟塑料溫室內保溫系統的創新

傳統上連棟溫室的內保溫系統多用閉孔的遮陽網或保溫幕以及高透光率的塑料薄膜通過壓低溫室的保溫空間并在溫室中形成兩層空間，利用遮陽網或保溫幕與溫室外圍護透光覆蓋材料之間的空氣間層形成隔熱層來提高溫室的保溫性能。隨著國家環保政策的不斷落實，傳統的低成本、高污染的化石能源越來越受到限制，而清潔的新能源供應渠道和供應價格又嚴重限制了其在廣大的農村地區推廣使用，為此廣大的溫室生產者對溫室節能的要求越來越高，而且也越來越迫切，僅靠傳統的保溫幕保溫已經遠遠不能滿足用戶對溫室節能的要求。

北方地區的節能日光溫室，在不加溫或少加溫的條件下已經在大部分地區實現了喜溫果菜的越冬生產，很好地解決了北方地區冬季蔬菜供應的問題。但這種溫室占地面積大，土地利用率低;室內操作空間小，不便于機械化作業;室內溫度分布不均、晝夜濕度大，作物病害嚴重，產品商品化率低;主要適合日照強度高，室外溫度低的地區，對廣大的南方地區不適用。為了解決日光溫室上述局限，人們對塑料大棚和連棟溫室的保溫技術開展了大量研究，相應提出了外保溫和內保溫等多種措施[6-10]。其中溫室和大棚的外保溫基本都模仿了日光溫室卷被外保溫的方法，由于外保溫系統保溫被的保溫性能和使用壽命受室外天氣條件的影響很大，而內保溫系統如果采用外保溫系統的保溫被材料，由于保溫被厚度大，保溫被收攏后體積大，會在溫室中形成較大的陰影帶影響作物采光，因此連棟溫室的保溫系統大都還停留在使用較薄的保溫幕材料上，盡管研究人員對保溫幕材料附加了表面反光膜來減小輻射傳熱，也增加了材料和系統的密封性來減小對流傳熱，但由于保溫幕材料自身熱阻較小，對溫室整體的保溫能力仍顯不足。

用自身熱阻較大的厚保溫被替代傳統熱阻較小的薄保溫幕來提高連棟溫室的保溫性能是提高溫室節能水平的一種有效措施，但選擇什么樣的保溫被材料，采用什么樣的傳動方式來驅動保溫被的開合是推廣和應用這種保溫系統的技術瓶頸。興邦溫室公司應時代要求，積極探索，采用了輕質、多孔的腈綸棉高保溫材料做保溫被，墻面垂直方向采用卷被啟閉（圖5a）或自然下垂與屋面水平保溫被同步啟閉（圖5b），而屋面水平保溫被采用水平拉被啟閉（圖5c）的形式，所有保溫被連接處均采用搭接連接的形式（圖5），不僅解決了厚保溫被的卷放問題，而且也解決了保溫被之間搭接密封的問題，為我國連棟溫室節能技術的推廣又增添了一種新的選擇。

連棟塑料溫室天溝托架的創新

天溝托架是連棟溫室結構中連接天溝、立柱和屋面拱架的重要承力構件。其設計的好壞直接影響結構的整體強度和連接構件的局部強度及其穩定性。由于沒有規范統一的連接方法，不同的溫室企業在處理天溝與立柱和拱桿的連接中都有不同的做法，但多數的做法是屋面拱桿連接在天溝側壁，立柱連接在天溝底面。這種做法實際上使天溝成為了立柱和屋面拱桿的連接構件。由于大部分的天溝都是開口構件，屋面拱桿的作用力很容易引起天溝截面變形，不僅影響天溝自身的承載能力，而且由于天溝是溫室結構的主要承力構件，天溝承載力的下降將直接影響溫室的整體結構強度，此外，天溝變形不僅影響溫室屋面的排水，而且會影響溫室整體屋面的變形，最終可能會影響溫室結構的穩定性。

為了消除作為承力構件的天溝不再承擔屋面拱桿和立柱之間構件連接件的功能，很多溫室公司也在探索研發專用的一體化天溝托架，使天溝、屋面拱桿和立柱全部連接在天溝托架上，以保證各承力構件受力明確、傳力清晰。興邦溫室公司就是這種連棟溫室專用托架的開發者之一。

按照功能要求，興邦溫室公司開發了一套一體化的天溝托架（圖6），主要包括兩種規格：一種是通用天溝托架，主要用于溫室中柱處連接立柱、天溝和屋面拱桿（圖6a）及溫室中部天溝下無立柱時天溝和屋面拱桿的連接（圖6b）、立柱和屋面拱桿的連接;另一種是用于溫室側墻邊柱位置天溝、立柱和屋面拱桿之間的連接（圖6c）。和其他溫室公司[3]開發的一副雙板一體化托架（即用兩塊反對稱結構的單板，實際上是同一規格的連接板，反扣貼合在一起用螺栓將立柱、天溝和屋面拱桿連接在一起，這種做法連接牢固、構件規格少）不同，興邦溫室公司開發的天溝托架采用了主-副板結構，即連接主板為一塊單板，其上壓制了連接立柱和屋面拱桿的凹槽以及承托天溝的頂面折翼，對應屋面拱桿和立柱的連接處又分別開發了分離的Ω和π形抱箍，形成了一主多副的托架結構，每個連接點只用1塊主板，根據有無立柱以及拱桿多少（中部天溝托架為2個屋面拱桿，側墻天溝托架為1個屋面拱桿）配套相應規格和數量的抱箍。這種做法雖然托架連接件的規格和數量增加了不少，但總體來講，材料用量減少了，相應溫室的建設成本也降低了。從生產實踐看，這種連接方式還是有效的，在大風作用下也沒有發現天溝托架連接失效的案例，總體看是一種成功的天溝、立柱和屋面拱桿的連接方式。

系桿-卡槽聯合構件及其連接的創新

在溫室和大棚的結構設計中，系桿是連接立柱和拱桿等承力構件的結構構件，而卡槽則是用于固定塑料薄膜的非結構構件。二者功能不同，截面形狀和結構強度也不同，規范也明確規定了卡槽不得代替系桿使用[11]。一般系桿多用圓管、方管、槽鋼、C形鋼或角鋼等，而卡槽則有鋁合金型材或鍍鋅鋼板壓制成型的多種規格。

為了減少構件的規格、簡化安裝程序，興邦溫室公司采用將系桿和卡槽二合一的設計理念，用鍍鋅鋼板一次成型，在C形鋼系桿的背面輥壓出固定塑料薄膜的卡槽外形，從而在基本不增加用鋼量的基礎上將系桿和卡槽的雙重功能集合在了一個構件上（圖7a、圖7b），這種復合功能的構件，不僅省去了專用卡槽及其連接附件，而且也增大了構件的凈截面面積和截面模量，對提高構件的承載能力，尤其是抗壓能力，具有非常積極的作用。

為方便復合構件的連接，興邦溫室公司還開發了一套專用連接件，包括構件內嵌連接件（圖7c）、構件外貼連接件和抱箍（圖8）。內嵌連接件為槽形連接片，其上預開了螺栓連接孔，連接時，內嵌連接件暗藏在復合系桿構件內，其兩邊槽幫正好扣壓到復合系桿C形鋼的兩個內卷邊上（圖8a），用螺栓連接構件內嵌連接件和外貼連接件，即可將復合系桿連接到所要連接的構件上。構件外貼連接件，根據被連接構件的形狀和位置有不同的形式，如系桿之間“丁”字形部位連接采用“L”形連接件（圖8b），系桿與立柱之間垂直連接采用抱箍連接件等（圖8c）。

提高溫室結構整體抗風性能方面的創新

福建是我國的沿海省份，每年都有多次的臺風登陸，給當地的設施農業生產帶來很大的威脅。為了增強溫室的抗風能力，興邦溫室公司在連棟溫室的設計中也獨具匠心，提出了很多具有廣泛推廣價值的實用創新技術，非常值得大家學習和借鑒。

為了提高溫室結構的整體承載能力，興邦溫室公司有多種措施。一是將傳統的圓拱屋面塑料薄膜溫室結構中跨度方向連接柱頂的水平弦桿改變成了水平桁架（圖9a），這種做法不僅加強了溫室的整體結構強度，而且桁架結構也為室內保溫幕、遮陽網以及噴灌車、作物吊掛等提供了有效支撐，可謂是一種一舉多得的舉措;二是將群體溫室通過側墻柱頂連桿連接成為一體（圖9b），相互支撐、共同承力，使本該被“各個擊破”的單體溫室形成了“團結協作”的整體溫室，有效提高了外圍溫室的承載能力，從而降低了個體溫室對抗風的要求;三是在溫室側墻頂面與溫室外遮陽網之間增設導流風障（圖9c），減小大風對外遮陽網的直接吹襲，從而也減小了大風作用下外遮陽立柱對溫室天溝的彎矩，使溫室結構的整體承力荷載得到減輕。

除了上述溫室結構上的加強外，興邦溫室公司還特別重視在溫室結構構造方面的處理。一是改進天溝托架（前已敘及），這種措施大大提高了溫室主要承力構件之間連接的強度和可靠度;二是加強結構斜撐的設置，重點是加強溫室排架方向的相互連接以及溫室邊跨和端部開間的斜撐設置（圖10）。

沿溫室開間方向（即結構排架方向），除了按照常規設置屋面水平縱向系桿外，還對無立柱拱桿增設了空間斜支撐（圖10a），將無立柱拱桿的脊部與連接立柱的桁架上弦桿相連（桁架連接有立柱拱桿和立柱），從而將全部屋面拱桿形成空間承力體系，可同時抵抗來自溫室側墻和山墻兩個方向的風力。

對溫室邊跨結構的加強，除了上述排架方向拱桿屋脊與桁架上弦之間的斜撐外，還將傳統的連接屋面拱桿與桁架下弦桿的垂直吊桿也進行了加強連接，即用斜撐將屋面拱桿中吊桿兩側的兩根側吊桿上端（吊桿與屋面拱桿連接端）與中吊桿下端（中吊桿與桁架上弦連接端）相連，使傳統的屋架“川”字形吊桿結構加強成了“M”形吊桿結構（圖10b），不僅增加了屋面拱桿向桁架的傳力途徑，而且也大大增強了兩者之間的傳力能力。

對溫室端部開間結構的加強，主要采用空間斜撐（圖10c），一是將外墻屋面拱桿與天溝連接（在屋面拱桿側吊桿上端位置與開間方向第二根拱桿所在位置的天溝處設置斜撐）;二是將外墻屋面拱桿與開間第二根拱桿連接（在屋面拱桿側吊桿上端位置與開間方向第二根拱桿脊部之間設置斜撐）;三是將開間方向第二根拱桿與山墻立柱相連接（在開間方向第二根拱桿脊部與山墻立柱在天溝高度位置設置斜撐）。通過上述的空間斜撐，將溫室山墻立柱和山墻屋面拱桿與開間方向第二根屋面拱桿實現了牢固連接，使山墻的荷載能夠多途徑高效地傳遞到溫室屋面承力構件，從而分擔了山墻立柱荷載，有效降低了溫室山墻破壞的幾率。

應該說斜撐是溫室結構構造中不可或缺的結構承力構件，雖然在結構強度計算模型中大都沒有涉及，但合理設置斜撐對提高溫室結構的整體承載能力具有非常重要的作用。

興邦溫室公司吸收國外設計理念，經過多年的實踐和改進，給我們提供了一套比較全面的溫室整體結構抗風設計和斜撐設置方案，可供廣大的溫室結構設計者學習和借鑒。

致謝

感謝劉文興先生的邀請，使我有機會到福建漳州考察學習，并深入了解興邦（漳州）溫室制造有限公司的發展歷史和創新技術，在文稿的形成過程中劉文興先生及其團隊還提出了很多修改意見，也提供了多張節點照片，在此一并表示衷心感謝！

參考文獻

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[引用信息]周長吉.周博士考察拾零（一百）從引進到自主創新——記興邦（漳州）溫室制造有限公司的創新之路[J].農業工程技術，2020，40（01）：48-55.