植物園展覽溫室建筑設(shè)計應(yīng)用研究
——以南通市植物園溫室設(shè)計項目為例

宮少飛

（江蘇筑森建筑設(shè)計有限公司上海分公司，上海 200062）

0 引言

目前國內(nèi)未有正式頒布的關(guān)于植物園溫室建筑的法規(guī)和規(guī)范，由中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布的《植物園設(shè)計規(guī)范》（CJJ/T—2017）征求意見稿未正式頒布實(shí)施，因此在南通市植物園溫室設(shè)計的過程中只有部分內(nèi)容按照此意見稿進(jìn)行設(shè)計。溫室建筑相對于其他公共建筑功能相對單一，類型化程度較高，在設(shè)計中需盡量采用簡潔概括的手法將景觀功能流線、主體結(jié)構(gòu)體系、外部幕墻維護(hù)結(jié)構(gòu)統(tǒng)籌設(shè)置在統(tǒng)一的造型設(shè)計體系內(nèi)，成為一個有機(jī)的整體。

1 溫室功能布局及流線設(shè)計分析

1.1 溫室功能設(shè)計的特點(diǎn)

（1）南通植物園溫室選址在植物園中心湖景北側(cè)，見圖1，通過入口跌落廣場與水面連，凸顯溫室整體造型的飛揚(yáng)升騰的體量，同時借助中心湖水形成微氣候，有助于調(diào)節(jié)溫室周邊和內(nèi)部的空氣流動，引導(dǎo)溫室熱量的排出。根據(jù)《植物園設(shè)計規(guī)范》征求意見稿，溫室建筑分為大中小三種規(guī)模，同時需設(shè)置相對應(yīng)的配套功能及設(shè)施，南通市植物園溫室為3207m2，屬中型展覽溫室，溫室所需的消防及能源配套用房結(jié)合景觀坡地單獨(dú)設(shè)置于溫室西北側(cè)半地下室，通過埋地管溝與展覽溫室相連，保證溫室建筑空間及造型的獨(dú)立與純粹，其他管理與服務(wù)用房結(jié)合植物園景區(qū)統(tǒng)一設(shè)置。

圖1 溫室

（2）溫室設(shè)計的主體空間是保障各類植物四季生長所需的適宜溫度和濕度的高大獨(dú)立空間，同時需滿足游人舒適的游覽環(huán)境。根據(jù)不同室內(nèi)環(huán)境如溫度、濕度、光照和高度可將植物分為熱帶雨林溫室、棕櫚溫室、沙生植物溫室、熱帶水生植物溫室等類型，也可根據(jù)項目情況獨(dú)立或合并設(shè)置。

（3）南通植物園根據(jù)溫室面積和游覽路線采用合并設(shè)計方式，將熱帶雨林區(qū)、四季花園區(qū)、沙生植物區(qū)三個區(qū)域設(shè)置在一個大空間內(nèi)，見圖2，這樣可以結(jié)合景觀游覽路線將不同的功能區(qū)域和不同類型的生態(tài)景觀融合在一個空間和路線內(nèi)，形成步移景異，四季不同的景觀體驗(yàn)。而大型的溫室展覽建筑則根據(jù)植物對環(huán)境的不同要求采用相對獨(dú)立的多廳并列的布置方式，如上海辰山植物園溫室，設(shè)置三個溫室八個植物展區(qū)，總建筑面積12875m2?？筛鶕?jù)不同地域和植被對室內(nèi)環(huán)境的需要更加精確詳細(xì)的劃分空間。

圖2 溫室平面

1.2 溫室參觀動線設(shè)計的特點(diǎn)

溫室建筑因?yàn)橐獎?chuàng)造適宜植物生長的人工環(huán)境，同時滿足適宜的空間尺度和能源消耗，需要在有限的空間內(nèi)盡可能多的安置不同習(xí)性的觀賞植物，通過設(shè)置上下穿插貫通、循環(huán)迂回的觀賞流線設(shè)計延長參觀觀賞的空間和時間體驗(yàn)，以小見大，見微知著，見圖2。南通植物園溫室內(nèi)部景觀通過設(shè)置假山和空中步道、橋梁的方式形成上下并行多路徑的流線方式，并結(jié)合跌水及內(nèi)部環(huán)通水景，增加了景觀的層次感，豐富和延長了觀賞空間體驗(yàn)，使空間使用效率更高。同時也對室內(nèi)熱環(huán)境的舒適性和控制提出了更高的要求。

2 溫室結(jié)構(gòu)體系設(shè)計的特點(diǎn)

（1）溫室空間常需要較大的跨度和高度，滿足不同種類植物成熟期的生長高度，因此溫室常采用結(jié)構(gòu)輕巧可以實(shí)現(xiàn)大跨度和大高度的結(jié)構(gòu)形式，結(jié)構(gòu)材料常使用鋼結(jié)構(gòu)和鋁結(jié)構(gòu)等輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料，如上海辰山植物園采用單層鋁合金網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，節(jié)點(diǎn)采用錨栓盤節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)最大100m跨度，最長203m的溫室空間，殼體結(jié)構(gòu)的桿件纖細(xì)輕薄，使整個維護(hù)結(jié)構(gòu)輕盈通透整體性強(qiáng)。但也大大提高了成本和施工難度。

（2）南通市植物園長97m，寬33m，高20m。整體造型為長方體體量經(jīng)過頂面扭轉(zhuǎn)和拉伸，形成簡潔而動感的整體造型，見圖3，屋面為兩個雙曲面造型通過中脊對稱設(shè)置，玻璃劃分采用三角形劃分，其余面為平面，玻璃劃分采用矩形和平行四邊形。結(jié)構(gòu)設(shè)計結(jié)合整體溫室造型采用17榀較為常規(guī)的門式鋼架結(jié)構(gòu)體系，在屋面檐口與中脊通過3根百米大梁將所有框架連為整體，門式框架之間結(jié)合幕墻劃分采用三個方向成60°夾角的檁條做為幕墻支持體系，同時也加強(qiáng)鋼框架的穩(wěn)定性，為了減小結(jié)構(gòu)構(gòu)件的整體高度，檁條設(shè)置在了門式框架之間，導(dǎo)致檁條被鋼梁打斷，削弱了連續(xù)性，增加了檁條與鋼梁的連接節(jié)點(diǎn)。

（3）因溫室結(jié)構(gòu)體系及桿件均無維護(hù)結(jié)構(gòu)，均為人可視范圍，因此結(jié)構(gòu)設(shè)計的細(xì)部及構(gòu)造對整體空間效果和品質(zhì)有決定作用，在結(jié)構(gòu)桿件均為標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件的體系中，構(gòu)件之間的連接構(gòu)造做法如三個方向檁條的交匯節(jié)點(diǎn)構(gòu)造，檁條與鋼梁的連接構(gòu)造就顯得十分重要，處理的好將成為整個空間的亮點(diǎn)。原結(jié)構(gòu)設(shè)計三個方向的工字鋼檁條采用腹板螺栓鉸接的構(gòu)造方式，在與結(jié)構(gòu)充分溝通的情況下將檁條交接點(diǎn)設(shè)計為標(biāo)準(zhǔn)化的圓鋼管轉(zhuǎn)接件，既方便加工與現(xiàn)場施工，又增加了細(xì)部構(gòu)造設(shè)計的亮點(diǎn)，見圖3。

圖3 溫室結(jié)構(gòu)層次與節(jié)點(diǎn)設(shè)計

3 溫室外圍護(hù)幕墻體系設(shè)計的特點(diǎn)

溫室立面幕墻采用框架式豎明橫隱幕墻形式，屋面采用框架式隱框幕墻形式，玻璃交點(diǎn)處采用圓形扣蓋固定，弱化了六塊三角形玻璃交接的膠縫處理，增加結(jié)構(gòu)安全性，同時可結(jié)合燈光設(shè)計成為幕墻細(xì)部設(shè)計的亮點(diǎn)。幕墻外側(cè)沿結(jié)構(gòu)立柱及屋脊與檐口設(shè)置裝飾扣蓋，強(qiáng)化整體造型的輪廓和線條感。通過我們考察調(diào)研，上海及南通周邊溫室維護(hù)玻璃幕墻均采用夾膠安全玻璃，因南通處于夏熱冬冷地區(qū)，因此側(cè)重考慮夏季防熱為主，維護(hù)材料均采用8+1.52pvb+6超白鋼化夾膠玻璃。

4 溫室熱環(huán)境設(shè)計分析

4.1 溫室空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計的特點(diǎn)

（1）溫室冷源采用兩臺螺桿式冷水機(jī)組，熱源采用兩臺燃?xì)鉄崴仩t，冷水機(jī)組和熱水鍋爐設(shè)置在溫室北側(cè)半地下室能源中心內(nèi)，冷卻塔放置在能源中心屋面。溫室內(nèi)空調(diào)系統(tǒng)采用風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)。風(fēng)機(jī)盤管設(shè)置在地溝內(nèi)立式暗裝，地溝設(shè)置在地面游覽路線側(cè)邊和溫室四周幕墻下方，以提高游客觀賞舒適性。地溝蓋板采用鏤空蓋板滿足空調(diào)出風(fēng)效果，地溝內(nèi)設(shè)排水溝與集水井通過管道連通排水。

（2）在遇到極端炎熱天氣時，地溝內(nèi)風(fēng)機(jī)盤管不能滿足空調(diào)要求情況下，本項目在溫室外圍立柱設(shè)置吊掛式射流型風(fēng)機(jī)與風(fēng)機(jī)盤管協(xié)同工作，提高整體空調(diào)系統(tǒng)功效和舒適度。

4.2 溫室通風(fēng)及遮陽系統(tǒng)設(shè)計的特點(diǎn)

（1）我們參觀考察辰山植物園等溫室花房，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有項目均大面積采用自然通風(fēng)。另外溫室內(nèi)植物本身通過光合作用會產(chǎn)生新鮮空氣，且游客停留時間不會太長等因素，因此本項目也考慮采用加大自然通風(fēng)量的措施。在立面底部1~3m范圍內(nèi)設(shè)置橫向通長開窗帶，從空間底部將室外新鮮冷空氣導(dǎo)入溫室，并在屋頂屋脊線兩側(cè)及東西兩側(cè)立面頂部設(shè)置電動開啟窗，在室內(nèi)形成熱空氣向上拔升的空氣對流效果，加速溫室熱空氣的排出。同時本項目在沿溫室屋脊和檐口位置設(shè)置誘導(dǎo)風(fēng)機(jī)，滿足冬季溫室通風(fēng)，將熱空氣向下吹送使供暖更有效。

（2）溫室屋面最大跨度為33m，且屋面坡度從最緩處的7.52°逐漸過渡到另一側(cè)的84.96°，這樣對遮陽簾的跨度，豎向提升高度都有一定要求，因此溫室遮陽采用有鋼絲導(dǎo)軌的FCS電動天棚遮陽簾系統(tǒng)，因屋面電動開啟扇位置有電動開啟裝置，不能布置遮陽簾，因此遮陽簾的布置按2m一道間距跳開開啟窗間隔設(shè)置，屋面跨度及高度均較大，因此遮陽簾分上下兩段設(shè)置，減小遮陽簾的收縮長度和打開時間，同時也減小遮陽簾收起時的重量和折疊層數(shù)，保證遮陽簾的正常打開又不影響溫室空間的美觀。

5 溫室設(shè)計的消防及疏散設(shè)計

5.1 溫室消防及疏散設(shè)計

（1）《植物園設(shè)計規(guī)范》2017征求意見稿中，未明確溫室建筑相關(guān)的消防及疏散設(shè)計依據(jù)，溫室為大空間超常規(guī)建筑，其防火設(shè)計無法完全依據(jù)現(xiàn)有成文的規(guī)范內(nèi)容，我們參考國內(nèi)外同類建筑的普遍做法，展覽溫室屬于園藝性質(zhì)的展示性花房，主要滿足熱帶植物生長需求。熱帶雨林區(qū)及花卉區(qū)主要為植物、土壤、植物、金屬件及玻璃等，沒有任何可燃燒體；且熱帶雨林區(qū)及熱帶花卉區(qū)沒有任何裝飾材料。為滿足熱帶植物生長，常年濕度≥60%，并設(shè)置了自動噴霧系統(tǒng)，火災(zāi)危險性相對較低。因此經(jīng)與當(dāng)?shù)叵啦块T溝通，建筑防火分區(qū)設(shè)置，疏散人數(shù)計算等均參照《展覽建筑設(shè)計規(guī)范》（JGJ 218—2010）的要求，南通植物園溫室面積為3207m2，為一個完整的大空間，按一個防火分區(qū)考慮。

（2）本項目建筑耐火等級為二級，消防疏散人數(shù)參照《展覽建筑設(shè)計規(guī)范》計算。因溫室內(nèi)主要為景觀植物及假山、水體等，參考《建筑設(shè)計防火規(guī)范》5.5.21-7條，對于建材商店、家具、燈飾展示建筑人員密度可按規(guī)定值的30%確定。本建筑在南北兩側(cè)均勻設(shè)置4處疏散出口，滿足疏散要求。

（3）經(jīng)過考察辰山植物園溫室、南京植物園溫室等項目，溫室均未設(shè)置噴淋滅火系統(tǒng)，而是采用室內(nèi)外消火栓系統(tǒng)，因此依據(jù)《建筑設(shè)計防火規(guī)范》5.5.17條，二級耐火等級的展覽廳其室內(nèi)任何一點(diǎn)至最近安全出口的直線距離不宜大于30m計算，因溫室內(nèi)人員行走路線較為曲折，同時伴有高差變化，因此與消防部門溝通可按任意點(diǎn)至安全出口的行走距離不超45m控制疏散距離。

5.2 溫室鋼結(jié)構(gòu)防火設(shè)計

因溫室消防耐火等級為二級，根據(jù)《建筑設(shè)計防火規(guī)范規(guī)范》（GB 50016—2018），鋼結(jié)構(gòu)柱的耐火極限為2.5h，鋼梁的耐火極限為1.5h，因此鋼結(jié)構(gòu)梁和柱均按薄型防火涂料設(shè)置，需廠家提供產(chǎn)品耐火極限檢測報告。薄型防火涂料便于現(xiàn)場施工及高空作業(yè)，又可以保證鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件外觀的平整美觀。

6 溫室設(shè)計的常見問題與應(yīng)對措施

6.1 溫室熱環(huán)境設(shè)計常見問題與措施

（1）溫室熱環(huán)境控制是溫室設(shè)計的重點(diǎn)，決定溫室設(shè)計的成敗，南通項目在試運(yùn)營階段遇到空調(diào)效果不佳、高區(qū)夏季溫度較高等問題，分析原因有室內(nèi)空調(diào)風(fēng)機(jī)盤管出風(fēng)效率出現(xiàn)問題，地溝蓋板上覆蓋火山巖造成出風(fēng)不暢。因此蓋板的形式需滿足出風(fēng)的60%的透空率。風(fēng)機(jī)為上出風(fēng)口，在溫室運(yùn)營階段植物澆灌時注意防止風(fēng)機(jī)淋水損壞。

（2）常規(guī)植物園內(nèi)部設(shè)置假山及地形高差，這樣導(dǎo)致地溝標(biāo)高需結(jié)合地形標(biāo)高設(shè)置增加舒適度，但在溫室主體設(shè)計過程中地形標(biāo)高未確定，導(dǎo)致地溝送風(fēng)標(biāo)高不能送至上層步道，降低空調(diào)舒適度。因此在設(shè)計過程中，空調(diào)設(shè)計應(yīng)與景觀設(shè)計密切合作，保證空調(diào)風(fēng)口與景觀動線結(jié)合，提高舒適度。

（3）溫室在夏季室內(nèi)溫度達(dá)到最高，應(yīng)采取自然通風(fēng)，建議在建筑距地1m處開設(shè)可開啟窗導(dǎo)入自然風(fēng)，在屋面和立面上部設(shè)置電動開啟窗，充分利用自然風(fēng)在建筑內(nèi)部和外部形成對流，加速熱量排出。

6.2 溫室運(yùn)營維護(hù)等常見問題與措施

（1）另外溫室需預(yù)留景觀苗木及景觀配套進(jìn)場和后期運(yùn)營期苗木更換通道，南通植物園采用局部幕墻及結(jié)構(gòu)構(gòu)件待景觀園藝種植施工后進(jìn)行封閉，對施工質(zhì)量和進(jìn)度都有一定影響，且缺少后期高大喬木更換通道，又溫室外圍護(hù)結(jié)構(gòu)和幕墻較難更換，因此可借鑒辰山植物園溫室的處理方式，利用地形高差，將設(shè)備機(jī)房和苗木更換通道設(shè)置在地形起坡下方，不影響上部溫室主體結(jié)構(gòu)。

（2）另屋面需預(yù)留后期幕墻清洗維護(hù)更換設(shè)施，本項目在屋面沿屋脊位置設(shè)置幕墻掛鉤，并沿屋脊設(shè)置給水管，滿足后期清洗維護(hù)。

7 結(jié)論及建議

隨著各地園藝博覽會的熱潮，展覽溫室建筑被大量使用和建造，作為建筑功能較為明確單一，類型化較強(qiáng)的建筑，溫室建筑設(shè)計對整合建筑各要素如功能流線、景觀園藝設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計、外幕墻表皮設(shè)計、室內(nèi)熱環(huán)境設(shè)計等內(nèi)容提出了更高要求，同時一個地區(qū)的植物園及溫室也像博物館一樣成為一個城市經(jīng)濟(jì)、文化娛樂發(fā)展的映像，成為一個地區(qū)城市建設(shè)水平的縮影。植物園溫室在綜合考慮上述各方面要素的基礎(chǔ)上，另外需要考慮溫室的后期運(yùn)營維護(hù)，設(shè)備運(yùn)行費(fèi)用特別是空調(diào)采暖系統(tǒng)，大空間設(shè)備及建筑構(gòu)件的維護(hù)和更換，屋面玻璃幕墻清洗等問題。同時可以拓展溫室的功能及定位，發(fā)展多元化的使用功能如婚禮宴會、親子娛樂，文化會議展示等。使溫室建筑在滿足使用要求的前提下實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益和社會效益的最大化。