基于地下生態(tài)糧倉(cāng)的節(jié)地研究

王薇　閆澤文

摘 要：我國(guó)是人口大國(guó)，有很高的糧食需求，糧食問(wèn)題關(guān)系到我國(guó)的國(guó)家安全。由于地下為天然的準(zhǔn)低溫倉(cāng)，地下糧倉(cāng)具有綠色儲(chǔ)糧和節(jié)約土地的優(yōu)勢(shì)。地下倉(cāng)位于地下，具有大的倉(cāng)容才能擁有一定的經(jīng)濟(jì)效益，因此地下倉(cāng)應(yīng)有較深的深度和較大的直徑來(lái)解決倉(cāng)容。若利用5～30m深度的地下空間進(jìn)行糧食儲(chǔ)備，地下1～5m的空間則可用于其他用途，例如車庫(kù)、倉(cāng)庫(kù)、人民防空洞等;而地上土地由于擁有一定的敷土層，則可作為綠化景觀、廣場(chǎng)、運(yùn)動(dòng)設(shè)施、地上堆場(chǎng)，甚至可以結(jié)合建構(gòu)筑物進(jìn)行設(shè)計(jì)，以此充分利用地下地上空間和土地。

關(guān)鍵詞：地下糧倉(cāng);節(jié)約土地;多層空間開(kāi)發(fā)

一、研究背景

糧食安全問(wèn)題是我國(guó)穩(wěn)定發(fā)展的基礎(chǔ)，我國(guó)是人口大國(guó)，每年消耗大量糧食，因此國(guó)家需要建設(shè)大量的糧庫(kù)，來(lái)應(yīng)對(duì)自然災(zāi)害或經(jīng)濟(jì)問(wèn)題。雖然我國(guó)陸地面積約960萬(wàn)平方公里，但人均卻很少，隨著城鎮(zhèn)化建設(shè)的不斷深入，城市出現(xiàn)了人口的高度聚集，伴隨著城市交通的擁堵，地下空間資源日益重要，擴(kuò)大城市容量、提高城市品質(zhì)、增強(qiáng)城市韌性，已經(jīng)刻不容緩。因此，在我國(guó)，做任何建設(shè)都不能避開(kāi)節(jié)約土地。

在我國(guó)主要儲(chǔ)糧倉(cāng)型有平房倉(cāng)、淺圓倉(cāng)、立筒倉(cāng)等，而進(jìn)行長(zhǎng)期儲(chǔ)糧的倉(cāng)型為平房倉(cāng)。平房倉(cāng)為地上儲(chǔ)糧，不僅使用大量的土地，而且平房倉(cāng)倉(cāng)內(nèi)熱環(huán)境極易受到室外熱環(huán)境影響。在夏季，室外溫度高達(dá)30℃以上，為保持糧食不生蟲生菌，因此常常利用空調(diào)冷卻系統(tǒng)進(jìn)行降溫，并利用藥物進(jìn)行熏蒸，但空調(diào)冷卻降溫需要消耗大量能量，而藥物熏蒸不僅對(duì)糧食品質(zhì)有損害，熏蒸后的藥劑進(jìn)入大氣還會(huì)污染空氣。這不符合我國(guó)提倡的綠色環(huán)保可持續(xù)發(fā)展理念。

地下溫度因深度的不同和緯度的不同而不同，但基本常年溫度保持在15℃～20℃之間，屬于天然的準(zhǔn)低溫倉(cāng)。在準(zhǔn)低溫狀態(tài)下，糧食內(nèi)的蟲菌處于抑制狀態(tài)，不會(huì)生長(zhǎng)，從而不需要進(jìn)行耗能冷卻和藥物熏蒸處理，可以進(jìn)行長(zhǎng)期儲(chǔ)糧。地下糧倉(cāng)使用的是地下土地面積，并且糧倉(cāng)位于地下，可以將地上土地面積另作他用。尤其是對(duì)于用地緊張的城市來(lái)說(shuō)，節(jié)約地上土地是非常有必要的。

因此，在研究地下糧倉(cāng)倉(cāng)型時(shí)，不僅要解決倉(cāng)容問(wèn)題，還要解決節(jié)約土地問(wèn)題，從單倉(cāng)到群倉(cāng)，分別進(jìn)行研究設(shè)計(jì)，結(jié)合工藝及結(jié)構(gòu)，使所設(shè)計(jì)的倉(cāng)型能夠最大化地增加綜合效益。

二、地下倉(cāng)型分析

在1960年前后，我國(guó)為備戰(zhàn)，研究建設(shè)了一些喇叭倉(cāng)地下倉(cāng)倉(cāng)型，如圖1所示。在此之后，對(duì)地下倉(cāng)的研究從未停止過(guò)。在近些年，我國(guó)又建設(shè)了新的地下倉(cāng)型，如圖2所示，該倉(cāng)型設(shè)計(jì)為地下筒倉(cāng)，進(jìn)出糧通過(guò)通向地面的孔洞進(jìn)行操作。地下倉(cāng)倉(cāng)型要根據(jù)建筑、結(jié)構(gòu)、工藝相互作用而設(shè)計(jì)，因此應(yīng)從建筑、工藝和結(jié)構(gòu)方面對(duì)倉(cāng)型設(shè)計(jì)提出相應(yīng)的要求，結(jié)合各個(gè)專業(yè)進(jìn)行綜合分析設(shè)計(jì)。

其中建筑專業(yè)對(duì)地下倉(cāng)提出的要求如下：第一，節(jié)約土地面積。地下倉(cāng)兩個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)就是綠色儲(chǔ)糧和節(jié)約土地，節(jié)約土地應(yīng)做到所節(jié)約的地上土地面積可以另作他用。在喇叭倉(cāng)倉(cāng)型和圖2的某地下筒倉(cāng)倉(cāng)型中，進(jìn)出糧通過(guò)預(yù)留在地面上的洞口，一個(gè)倉(cāng)突出5個(gè)洞口，破壞了地面的完整性，并且由于需要進(jìn)出糧操作，所以在進(jìn)出糧洞口邊需要操作場(chǎng)地和道路，導(dǎo)致地上面積無(wú)法使用。在倉(cāng)型設(shè)計(jì)中要保證地面的完整性，使其可另作他用。第二，地下空間的綜合利用。經(jīng)研究表明，地下糧倉(cāng)儲(chǔ)糧，在位于地下4.5m以下，糧食溫度能夠保持不變，基本不受地上熱環(huán)境影響，地下倉(cāng)為增加倉(cāng)容，深度會(huì)做得很深，可達(dá)地下30m。而地坪標(biāo)高到地下4.5m處，易于和地上聯(lián)系，并易使地上光環(huán)境進(jìn)入地下，因此，該標(biāo)高的地下空間可另作他用，如車庫(kù)、倉(cāng)庫(kù)等，最大化地增加綜合效益。第三，滿足建筑設(shè)計(jì)規(guī)范和法律法規(guī)的要求。同其他建筑一樣，地下倉(cāng)也需要遵守法律法規(guī)和設(shè)計(jì)規(guī)范。

工業(yè)建筑設(shè)計(jì)中，工藝流程決定著建筑布局。工藝對(duì)地下倉(cāng)的要求有如下：第一，滿足進(jìn)出糧工藝需求。糧倉(cāng)建筑最基本的工藝為進(jìn)出糧工藝，應(yīng)簡(jiǎn)單方便地實(shí)現(xiàn)進(jìn)出糧操作。第二，滿足通風(fēng)降溫除濕、氣調(diào)系統(tǒng)和熏蒸系統(tǒng)的需求，增加自動(dòng)化控制與糧情檢測(cè)系統(tǒng)。這些系統(tǒng)是現(xiàn)代化糧倉(cāng)應(yīng)具備的，在糧食品質(zhì)發(fā)生變化時(shí)，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)并進(jìn)行相應(yīng)的處理。第三，減少固定設(shè)備的使用。地下倉(cāng)作為儲(chǔ)備倉(cāng)，儲(chǔ)存時(shí)間為3年至5年。因此在設(shè)計(jì)工藝流程時(shí)，由于設(shè)備的利用率較低，應(yīng)盡量減少固定設(shè)備的數(shù)量，減少糧倉(cāng)的投資成本。

結(jié)構(gòu)方面，地下糧倉(cāng)由于受力較為復(fù)雜，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)倉(cāng)型的影響也非常關(guān)鍵，倉(cāng)壁和底板不僅受到糧食對(duì)倉(cāng)壁的側(cè)壓力，還受到地下水和土層對(duì)倉(cāng)壁、倉(cāng)底的壓力，倉(cāng)頂受到敷土的壓力和地面以上的活動(dòng)荷載的壓力和抗浮等。因此要選擇合適的儲(chǔ)糧倉(cāng)型去解決倉(cāng)容問(wèn)題。如在一種矩形筒圍成的地下糧倉(cāng)設(shè)計(jì)中，通過(guò)對(duì)矩形筒組合，來(lái)保持倉(cāng)壁具有良好的側(cè)向剛度。在對(duì)地下倉(cāng)結(jié)構(gòu)的研究中，倉(cāng)體多設(shè)計(jì)為筒狀，也是因?yàn)閳A筒倉(cāng)壁具有良好側(cè)向剛度的優(yōu)點(diǎn)。地下糧倉(cāng)中，倉(cāng)壁和底板不僅受到糧食的壓力，還受到地下水和土層的壓力，倉(cāng)頂受到敷土的壓力和地面上的活動(dòng)荷載的壓力。在地下水位過(guò)高的地區(qū)建設(shè)地下倉(cāng)，抗浮也同樣是需要重點(diǎn)考慮的內(nèi)容。因此，在倉(cāng)型設(shè)計(jì)中，應(yīng)充分考慮荷載計(jì)算及荷載效應(yīng)組合、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的有限元法、倉(cāng)頂、倉(cāng)壁以及倉(cāng)底結(jié)構(gòu)選型及優(yōu)化、抗浮等一系列關(guān)鍵問(wèn)題。

三、多層空間開(kāi)發(fā)與利用

在城市化的過(guò)程中，土地不足問(wèn)題尤為突出，因此可以結(jié)合地下倉(cāng)，對(duì)其地上空間和地下空間進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)，最大程度發(fā)揮綜合效益。其優(yōu)勢(shì)有以下幾點(diǎn)：

第一，氣候優(yōu)勢(shì)。地下空間受到室外熱環(huán)境影響小，溫度穩(wěn)定，且可應(yīng)對(duì)外部惡劣天氣。將糧食儲(chǔ)存于地下，能夠避免室外熱環(huán)境對(duì)糧食的影響。

第二，節(jié)約土地。結(jié)合地下倉(cāng)，將地下不同的深度分層使用，增加土地綜合效益。

第三，環(huán)境保護(hù)。由于節(jié)約地上面積，地上可以用于綠化等，改善城市環(huán)境。且由于地下儲(chǔ)糧能夠減少藥物熏蒸，避免藥物進(jìn)入空氣中，減少空氣污染。

第四，熱工性能。地下溫度較為穩(wěn)定，將地下作為糧倉(cāng)不僅可以儲(chǔ)糧，還可以利用其地位環(huán)境作為冷庫(kù)，儲(chǔ)存其他需要儲(chǔ)存的物資。

第五，環(huán)境安全。糧食是關(guān)系國(guó)家發(fā)展與安全的重要戰(zhàn)略物資，在戰(zhàn)爭(zhēng)時(shí)期，會(huì)為敵國(guó)作為打擊對(duì)象，地下倉(cāng)位于地下，具有不宜發(fā)現(xiàn)且不易被打擊的優(yōu)點(diǎn)。

第六，城市景觀保護(hù)。地上糧倉(cāng)中，平房倉(cāng)占地面積過(guò)大，筒倉(cāng)過(guò)高，都會(huì)影響城市的景觀建設(shè)。地下倉(cāng)不僅建筑位于地下，節(jié)約的地上面積也能夠種植綠化植物。

在進(jìn)行倉(cāng)型設(shè)計(jì)時(shí)，結(jié)合各專業(yè)對(duì)倉(cāng)型所提出的要求，可將地下可以將垂直空間分為三個(gè)部分，即深層地下空間、淺層地下空間和地上空間（圖3）。

在城市空間的開(kāi)發(fā)中，人類活動(dòng)密集的空間，深度開(kāi)發(fā)較淺，人類活動(dòng)少的空間，開(kāi)發(fā)深度較深。深層地下空間溫度穩(wěn)定，適合儲(chǔ)糧，也可更改工藝儲(chǔ)存其他物資。研究表明，地下4.5m以下，溫度基本不受室外熱環(huán)境影響，能夠保持15℃～20℃的準(zhǔn)低溫狀態(tài)，因此，深層地下空間用于儲(chǔ)糧，能夠降低城市能耗。淺層地下空間為地面以下到深層儲(chǔ)糧空間以上的空間。這個(gè)深度的空間比較容易把光線、空氣等自然環(huán)境因素引入地下部分，比較容易使人們?cè)谏砩虾托睦砩辖邮埽捎诘叵律疃炔簧睿３２捎闷碌阑驑翘菪问竭M(jìn)入，比較容易和地上空間共同設(shè)計(jì)，常見(jiàn)的該深度的設(shè)計(jì)有停車、商業(yè)服務(wù)、公共步行交通集散等，可開(kāi)展娛樂(lè)、文化、體育、音樂(lè)等活動(dòng)。地上空間可以作為綠地景觀、城市廣場(chǎng)、公共體育設(shè)施使用，也可以結(jié)合廠房進(jìn)行設(shè)計(jì)。

四、結(jié)語(yǔ)

地下倉(cāng)作為準(zhǔn)低溫倉(cāng)，能夠減少能源消耗、減少化學(xué)藥劑的熏蒸，實(shí)現(xiàn)綠色儲(chǔ)糧。地下倉(cāng)的設(shè)計(jì)應(yīng)進(jìn)行綜合分析，結(jié)合儲(chǔ)糧工藝，從單倉(cāng)到群倉(cāng)布置，首先要確保地下倉(cāng)的儲(chǔ)糧部分能夠達(dá)到準(zhǔn)低溫儲(chǔ)糧的效果，然后使淺層地下空間和地上部分能夠節(jié)約出土地作為他用，做到真正地節(jié)約土地。根據(jù)上述分析可知：地下深層部分溫度穩(wěn)定，可解決倉(cāng)容問(wèn)題;與地上部分聯(lián)系較大的淺層地下空間，可以供人們?nèi)粘Ｊ褂茫鳛槌鞘械能噹?kù)、物資儲(chǔ)備空間等;地面以上的面積，可以作為廣場(chǎng)、綠化、運(yùn)動(dòng)場(chǎng)地等他用，或結(jié)合廠房進(jìn)行設(shè)計(jì)。

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作者簡(jiǎn)介：

王薇，河南工業(yè)大學(xué)建筑學(xué)教授，碩士生導(dǎo)師。

閆澤文，河南工業(yè)大學(xué)研究生。研究方向：建筑設(shè)計(jì)及其理論。