植物園展覽溫室建筑設計應用研究
——以南通市植物園溫室設計項目為例

宮少飛

（江蘇筑森建筑設計有限公司上海分公司，上海 200062）

0 引言

目前國內未有正式頒布的關于植物園溫室建筑的法規和規范，由中華人民共和國住房和城鄉建設部發布的《植物園設計規范》（CJJ/T—2017）征求意見稿未正式頒布實施，因此在南通市植物園溫室設計的過程中只有部分內容按照此意見稿進行設計。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，在設計中需盡量采用簡潔概括的手法將景觀功能流線、主體結構體系、外部幕墻維護結構統籌設置在統一的造型設計體系內，成為一個有機的整體。

1 溫室功能布局及流線設計分析

1.1 溫室功能設計的特點

（1）南通植物園溫室選址在植物園中心湖景北側，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升騰的體量，同時借助中心湖水形成微氣候，有助于調節溫室周邊和內部的空氣流動，引導溫室熱量的排出。根據《植物園設計規范》征求意見稿，溫室建筑分為大中小三種規模，同時需設置相對應的配套功能及設施，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合景觀坡地單獨設置于溫室西北側半地下室，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立與純粹，其他管理與服務用房結合植物園景區統一設置。

圖1 溫室

（2）溫室設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立空間，同時需滿足游人舒適的游覽環境。根據不同室內環境如溫度、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，也可根據項目情況獨立或合并設置。

（3）南通植物園根據溫室面積和游覽路線采用合并設計方式，將熱帶雨林區、四季花園區、沙生植物區三個區域設置在一個大空間內，見圖2，這樣可以結合景觀游覽路線將不同的功能區域和不同類型的生態景觀融合在一個空間和路線內，形成步移景異，四季不同的景觀體驗。而大型的溫室展覽建筑則根據植物對環境的不同要求采用相對獨立的多廳并列的布置方式，如上海辰山植物園溫室，設置三個溫室八個植物展區，總建筑面積12875m2。可根據不同地域和植被對室內環境的需要更加精確詳細的劃分空間。

圖2 溫室平面

1.2 溫室參觀動線設計的特點

溫室建筑因為要創造適宜植物生長的人工環境，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盡可能多的安置不同習性的觀賞植物，通過設置上下穿插貫通、循環迂回的觀賞流線設計延長參觀觀賞的空間和時間體驗，以小見大，見微知著，見圖2。南通植物園溫室內部景觀通過設置假山和空中步道、橋梁的方式形成上下并行多路徑的流線方式，并結合跌水及內部環通水景，增加了景觀的層次感，豐富和延長了觀賞空間體驗，使空間使用效率更高。同時也對室內熱環境的舒適性和控制提出了更高的要求。

2 溫室結構體系設計的特點

（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，因此溫室常采用結構輕巧可以實現大跨度和大高度的結構形式，結構材料常使用鋼結構和鋁結構等輕質結構材料，如上海辰山植物園采用單層鋁合金網殼結構，節點采用錨栓盤節點，實現最大100m跨度，最長203m的溫室空間，殼體結構的桿件纖細輕薄，使整個維護結構輕盈通透整體性強。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過頂面扭轉和拉伸，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。結構設計結合整體溫室造型采用17榀較為常規的門式鋼架結構體系，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，同時也加強鋼框架的穩定性，為了減小結構構件的整體高度，檁條設置在了門式框架之間，導致檁條被鋼梁打斷，削弱了連續性，增加了檁條與鋼梁的連接節點。

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

圖3 溫室結構層次與節點設計

3 溫室外圍護幕墻體系設計的特點

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，增加結構安全性，同時可結合燈光設計成為幕墻細部設計的亮點。幕墻外側沿結構立柱及屋脊與檐口設置裝飾扣蓋，強化整體造型的輪廓和線條感。通過我們考察調研，上海及南通周邊溫室維護玻璃幕墻均采用夾膠安全玻璃，因南通處于夏熱冬冷地區，因此側重考慮夏季防熱為主，維護材料均采用8+1.52pvb+6超白鋼化夾膠玻璃。

4 溫室熱環境設計分析

4.1 溫室空調系統設計的特點

（1）溫室冷源采用兩臺螺桿式冷水機組，熱源采用兩臺燃氣熱水鍋爐，冷水機組和熱水鍋爐設置在溫室北側半地下室能源中心內，冷卻塔放置在能源中心屋面。溫室內空調系統采用風機盤管系統。風機盤管設置在地溝內立式暗裝，地溝設置在地面游覽路線側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出風效果，地溝內設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，地溝內風機盤管不能滿足空調要求情況下，本項目在溫室外圍立柱設置吊掛式射流型風機與風機盤管協同工作，提高整體空調系統功效和舒適度。

4.2 溫室通風及遮陽系統設計的特點

（1）我們參觀考察辰山植物園等溫室花房，發現現有項目均大面積采用自然通風。另外溫室內植物本身通過光合作用會產生新鮮空氣，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量的措施。在立面底部1~3m范圍內設置橫向通長開窗帶，從空間底部將室外新鮮冷空氣導入溫室，并在屋頂屋脊線兩側及東西兩側立面頂部設置電動開啟窗，在室內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置誘導風機，滿足冬季溫室通風，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軌的FCS電動天棚遮陽簾系統，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置，屋面跨度及高度均較大，因此遮陽簾分上下兩段設置，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，保證遮陽簾的正常打開又不影響溫室空間的美觀。

5 溫室設計的消防及疏散設計

5.1 溫室消防及疏散設計

（1）《植物園設計規范》2017征求意見稿中，未明確溫室建筑相關的消防及疏散設計依據，溫室為大空間超常規建筑，其防火設計無法完全依據現有成文的規范內容，我們參考國內外同類建筑的普遍做法，展覽溫室屬于園藝性質的展示性花房，主要滿足熱帶植物生長需求。熱帶雨林區及花卉區主要為植物、土壤、植物、金屬件及玻璃等，沒有任何可燃燒體；且熱帶雨林區及熱帶花卉區沒有任何裝飾材料。為滿足熱帶植物生長，常年濕度≥60%，并設置了自動噴霧系統，火災危險性相對較低。因此經與當地消防部門溝通，建筑防火分區設置，疏散人數計算等均參照《展覽建筑設計規范》（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，按一個防火分區考慮。

（2）本項目建筑耐火等級為二級，消防疏散人數參照《展覽建筑設計規范》計算。因溫室內主要為景觀植物及假山、水體等，參考《建筑設計防火規范》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定值的30%確定。本建筑在南北兩側均勻設置4處疏散出口，滿足疏散要求。

（3）經過考察辰山植物園溫室、南京植物園溫室等項目，溫室均未設置噴淋滅火系統，而是采用室內外消火栓系統，因此依據《建筑設計防火規范》5.5.17條，二級耐火等級的展覽廳其室內任何一點至最近安全出口的直線距離不宜大于30m計算，因溫室內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 溫室鋼結構防火設計

因溫室消防耐火等級為二級，根據《建筑設計防火規范規范》（GB 50016—2018），鋼結構柱的耐火極限為2.5h，鋼梁的耐火極限為1.5h，因此鋼結構梁和柱均按薄型防火涂料設置，需廠家提供產品耐火極限檢測報告。薄型防火涂料便于現場施工及高空作業，又可以保證鋼結構構件外觀的平整美觀。

6 溫室設計的常見問題與應對措施

6.1 溫室熱環境設計常見問題與措施

（1）溫室熱環境控制是溫室設計的重點，決定溫室設計的成敗，南通項目在試運營階段遇到空調效果不佳、高區夏季溫度較高等問題，分析原因有室內空調風機盤管出風效率出現問題，地溝蓋板上覆蓋火山巖造成出風不暢。因此蓋板的形式需滿足出風的60%的透空率。風機為上出風口，在溫室運營階段植物澆灌時注意防止風機淋水損壞。

（2）常規植物園內部設置假山及地形高差，這樣導致地溝標高需結合地形標高設置增加舒適度，但在溫室主體設計過程中地形標高未確定，導致地溝送風標高不能送至上層步道，降低空調舒適度。因此在設計過程中，空調設計應與景觀設計密切合作，保證空調風口與景觀動線結合，提高舒適度。

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

6.2 溫室運營維護等常見問題與措施

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

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

7 結論及建議

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，類型化較強的建筑，溫室建筑設計對整合建筑各要素如功能流線、景觀園藝設計、結構設計、外幕墻表皮設計、室內熱環境設計等內容提出了更高要求，同時一個地區的植物園及溫室也像博物館一樣成為一個城市經濟、文化娛樂發展的映像，成為一個地區城市建設水平的縮影。植物園溫室在綜合考慮上述各方面要素的基礎上，另外需要考慮溫室的后期運營維護，設備運行費用特別是空調采暖系統，大空間設備及建筑構件的維護和更換，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現經濟效益和社會效益的最大化。