山地温室建筑设计策略研究——以福州三江口兰花温室项目为例_钟灿佳.pdf

112 建设科技 交流平台 在全球气候变化和城市化进程加速的背景下 植物 园的温室建筑作为生物多样性保护和自然教育的重要载 体 其建设需求与日俱增 展览温室是由建筑结构主体 外加覆盖材料形成的室内空间 通过环控系统创造一个 近似的地域气候条件来展示该地域的物种种类 同时要 兼顾景观性 多样性 丰富性等展示需求的绿色空间 1 然而 现有展览温室大多位于地形平坦区域 山地地形 山地温室建筑设计策略研究 以福州三江口兰花温室项目为例 钟灿佳 摘要 本文以福州三江口植物园兰花温室为例 针对特殊山地高差大 建筑造型特色和兰花生长环境要求高的需求 探索山顶温室建筑的创新设计策略 以 分馆错落 中部串联 为总体布局 以兰花造型为形态 有机融合建筑空 间和展厅形式 运用单层网壳作为顶部结构 实现内部的大跨空间 并与场地有机融合 运用计算流体力学 CFD 模拟技术 将兰花温室内的遮阳 补光 暖通等多项技术巧妙地结合 准确把控采光 温湿度等参数 达到兰花栽 培和展示的要求 将建筑形态 结构选型和环境控制手段融为一体 充分运用被动式设计降低能耗 同时辅以主动 式技术和生态化理念 提高能源使用效率 在结构效果 能源消耗以及生态方面均达到设计目标 为类似项目提供 参考和技术路线 关键字 山地建筑 兰花温室 绿色建筑 CFD 模拟 物理环境调控 Mountain Greenhouse Architectural Design Strategies A Case Study of the Fuzhou Sanjiangkou Orchid Greenhouse Zhong Canjia Guangzhou Landscape Architecture Planning Orchid greenhouse CFD simulation Indoor environmental control Green building 的特殊性对温室这类大空间建筑的建设带来更多挑战 1 山地温室建筑建设难点 兰花温室建筑因场地地形存在高差和陡坡 建设空 间有限 对设计和实施存在一定难度 由于兰花作为温 室的主要展示对象 需要建设一个满足其生长要求的环 境 因此增加了设计难度 在研究中发现 兰科植物的 DOI 10 16116 ki jskj 2026 01 024建设科技 113 交流平台 健康生长需要精确控制光照 既不能强光暴晒 但又不 能完全荫蔽 温度早晚温差较大和湿度要适宜等环境参 数 这些需求在复杂地形条件下更难以实现 2 从现有的展览温室而言 大多集中于平地或者坡度 较缓的丘陵上建设 对山地环境下的温室研究有限 就 设计而言 主要需要解决以下几大难题 1 山地建设难度大 复杂的地形条件难以满足 展览温室的使用需求 易和场所融合不足 2 建筑 特色不突出 现代展览温室标示感不强 难以体现建筑 特色 造型与功能空间不协调 3 温室能耗高 一 般温室建筑室内环境调控系统的运转效率比较低 能耗 比较高 2 解决思路 针对以上建设难点 本文以福州三江口兰花温室建 筑为实践研究对象 提出以下三方面问题 一是如何 让建筑实现与山地地形的有机融合 二是如何通过建 筑设计体现地域特色 三是如何构建高效精准的环境 调控系统 该山地温室设计存在多专业的交叉融合 设计团队 分别从结构选型 形态设计及环境控制三个方面提出创 新性设计思路和方法 采用 分馆错落 中部串联 的 空间布局方式 既解决了自身存在的具体问题 也可以 把此方法和理念来移植到其他类似项目中 设计时采用 多点计算流体力学 CFD 模拟通风系统的辅助设计 智能环境调控技术等 均具有良好的应用前景 3 项目概况 3 1 场地状况 福州三江口植物园兰花温室位于福建省福州市仓 山区 这里是三江口生态廊道核心区域 项目选址于清 凉山园区内一处典型的山地地形 场地留有部分高差约 6m 台地 整体坡度达到约 40 场地西南侧紧邻园区 主干道 东 北两面为自然山体 场地空间非常有限 特殊的场地环境既为项目带来了独特的景观风貌 也为 设计提出严峻的挑战 参见图 1 3 2 建设规模 兰花温室总建筑面积约 2 200 m 2 其中展示区约 1 900 m 2 设备用房约 300 m 2 建筑主体由三个椭圆 形展馆组成 不同展馆采用不同主题 最大为 800 m 2 的 空中花园馆 展现热带雨林环境 560 m 2 的 云 谷幽境馆 展现亚热带云雾林景观 和最小 300 m 2 的 高山崖壁馆 展现高山兰花生境 三大展馆通过中 央公共空间有机连接 形成完整有序的参观流线 该建筑的功能属性为兰科植物展示和研究中心 室 内不仅需要满足兰花生长所需的物理条件 景观方面还 需要满足游客游览参观的需求 在此有限和特殊的条件 里面 需要统筹解决地形特色 结构安全 环境调控 节能减排等多重目标 实现建筑与自然的和谐共生 4 建筑设计策略与实践 4 1 场地设计 通过综合考虑场地条件以及相关功能属性 项目整 体采用了设计上的一体化设计策略 将设计中各项因素 相互融合统一 总平面布局 采用 分馆错落 中部 串联 形式 将温室划分成 3 个面积不同的展览馆 每 个展馆对应匹配的物理环境 满足不同兰花对环境的需 求 各展馆根据高差划分出不同层级的台地式布局 通 过中部交通公区串联 整体上体现出 建筑生长于山地 的理念 其优势在于解决场地高差问题的同时 打造了 多层次立体式空间 三个展馆分别对应不同的标高 空中花园馆位于场 地标高 46 6 m 平台 通过局部下沉与场地东侧山体形 成呼应 云谷幽境馆设置在场地标高 44 20 m 中间平台 利用地形过渡区域营造独特的空间序列 高山崖壁馆则 嵌入场地标高 41 6 m 低平台 与现状岩壁紧密结合 每个展览均把部分场地现状融入到内部空间 形成建筑 与地形的共生关系 图 2 为该项目施工现场 图 1 场地环境114 建设科技 交流平台 图 2 施工现场 4 2 造型设计与结构选型 建筑的外立面形态从兰花花瓣形态中汲取灵感 通 过抽象设计 生成流畅的建筑造型 屋面系统运用起伏 双曲率做法 达到与兰花形态相呼应的效果 同时兼顾 屋面排水组织以及满足大跨度施工要求 主体结构采用 钢结构体系 选用大跨度单层网壳结构 由方形钢管构 成放射状网格结构主材 最大跨径达 38 m 在保证结构 安全的前提下 使展示区呈现无柱大空间 且针对山地 现状地势 采用可调式支座调节高差问题 在网格变化 处设置加强环梁 以增强结构刚度 提高结构变形能力 4 3 立面设计 外立面设计采用节能玻璃幕墙系统 结合横向遮阳 构件形成层次丰富的建筑表皮 幕墙主体采用超白钢化 玻璃 可见光透射率控制在 70 75 区间 既满足兰 花生长所需的光照条件 又避免过度热辐射 水平向的 铝制横向造型均衡排布 可以阻挡夏季局部直射辐射 同时保证足够的立面漫射光透过率 4 4 设备房设计 独立的温室设备房布置于场地东北侧 以组合的方 式建于 2 个不同高差的台地之上 北侧为电房和发电机 房 南侧为水泵房 消防控制室及管理用房 2 个设备 房均采用覆土的方式与周边地形拼接 结合立面生态的 材质 使设备房消隐在场地中 突出兰花温室的视觉重 心效果 4 5 室内展示设计 室内空间设计充分结合各展馆的功能定位 创造出 差异化的环境体验 空中花园馆利用层高变化的优势 通过悬挑栈道和立体种植系统模拟热带雨林的分层现 象 云谷幽境馆利用较开阔的空间尺度 通过雾森装置 水景 营造出朦胧的亚热带云雾林环境 高山崖壁馆充 分利用现有地形将原有的高差岩面变成景观展示界面 带给人们强烈的视觉冲击力 三个展馆以统一的材质及 连续的空间序列呈现出整体性 设备系统的管线全部为 隐蔽式布置 主要管线置入屋盖空腔 地台内部或有机 融入景观中 隐藏消隐机房 进而呈现出良好的观展环 境 该项目平面布置见图 3 图 3 平面布置 以叙事性游线为组织原则 依据内部流动线路组织 空间布局 将展览参观路径与展示内容相融合 游客可 以根据自身兴趣自主选择参观一条或多条线形主题参观 路径 高差过渡区域采用缓坡与台阶相结合的方式 关 键节点设置休息平台和观景窗口 确保游览体验的舒适 性与趣味性 见图 4 图 4 室内展区建设科技 115 交流平台 5 建筑物理环境调控与绿色节能设计 5 1 兰花生长的物理环境 兰花作为对生长环境极为敏感的植物 其健康生长 需要精确调控的光照 温度 湿度等环境参数 3 兰花 应有适宜的光照强度 温度 冬季控温 夏季避暑 夏 季白天 25 28 夜晚 15 18 冬季白天 18 21 夜晚 12 15 湿度 适宜的湿度 避免干燥与过湿 50 70 为宜 为优化建筑的绿色节能设计 同时改善室内的热湿 环境 在设计阶段 一方面 采用自然通风 CFD 模拟 的手段优化了建筑的自然通风和遮阳设计 另一方面 结合空调设备等系统设计 在夏季主要为室内兰花生长 空间通风降温 5 2 光照系统 光照控制系统采用多层次调节策略 屋面玻璃经 过特殊处理 在保证透光性的同时过滤部分强光 结合 CFD 模拟结果 天窗下及太阳辐射较强区域增设内置 活动白色镀膜遮阳幕布 有效降低了室内太阳辐射 充 分保证了兰花生长环境的日照条件 5 补光系统采用全光谱技术 光谱组成经过优化后可 在阴雨天为兰花提供必要的光照支持 满足了兰花的生 长需求 5 3 温湿系统 温度调控系统公区舒适性空调采用多联机 新风机 的形式 夏季供冷 冬季供暖 温室区域内兰花的生长 温度由风冷模块机来提供 在人与兰花之间寻找共存的 温度 冷负荷指标按不小于 250 W m 2 空调面积考虑 新风机从庭院取风 空气处理机组 AHU 从外墙取风 新风量按不小于 20 m 3 h 人 考虑 室外机设置在设 备房顶 新风机及多联机室内机形式应根据实际的装修 条件确定 可采用吊顶式或内藏落地式 室内管道设管 沟敷设或沿结构柱设置均用装修包裹 室内采用地送风 依靠外墙结合假山造型设置空调机房 湿度管理是兰花养护的关键环节 项目采用全域与 局部精准控制相结合的方式 采用高压微雾系统快速提 升空间湿度 采用独立控制的加湿单元来满足特殊植物 品种的需求 结合室内空气流动可有效调节温室微气候 也为游客提供适宜的物理环境 系统特别考虑了防结露 设计 通过智能算法平衡加湿与通风的关系 5 4 自然通风系统 在通风控制方面 设计采用自然通风与机械通风相 结合的方式 首先进行气候分析 福州主导风向为东北 风 夏季主要为偏南风 4 通 过 CFD 辅助自然通风模拟 基于该山地地形 考虑了门斗对出入口通风效果的遮挡 影响和开启扇开启角度对通风的影响 同时结合立面不 同高度的开启扇对风速的影响 最终将立面开启扇高度 确定在 3 5m 的位置 增加 1 5m 满足行人呼吸高度为 辅 天窗区域的风速比地面附近高 20 40 有利 于室内空间较高区域的通风 每个温室的屋顶均设置可 调节天窗系统 开启角度为 30 根据结果调节开启 窗位置和方向 使建筑形成有效的空气流动路径 配合 立面开启扇 能够根据季节变化调整通风策略 机械通 风系统作为补充 在极端天气条件下确保空气流通 送 风路径设计避免了直吹植物 5 5 智能化系统 智能控制系统作为整个环境调控体系的核心 实现 了各子系统的协同运作 在相应位置设置环境传感器 系统能实时感知空间状态 并调节相关设备 管理人员 可通过可视化界面监控全局 也可针对特定区域进行个 性化设置 这种智能化的管理方式不仅提高了环境稳定 性 还显著降低了建筑能源消耗 6 实施成效 经过开园运营后效果评估 环境调控系统能够为兰 花创造理想的生长条件 各展馆的环境参数保持稳定 不同品种的兰花都展现出良好的生长状态 参观者也能 在舒适的环境中欣赏到兰花的自然之美 实现了功能性 与观赏性的统一 7 结论 本文结合福州三江口植物园兰花温室建设项目 在 山地条件下展开了关于展览温室设计的探索工作 成功 实现了三大创新目标 1 将 分馆错落 中部串联 模式与单层网壳结构体系的应用 解决了山地地形高差 大的问题和创造了无柱大空间 2 提取兰花形态符 号作为核心元素应用到设计中 形成独有的文化表达 3 基于 CFD 模拟的通风系统及智能环境调节系统的 使用 准确控管场所内的光 温 湿等核心参数 下转 120页 120 建设科技 交流平台 为诊断大脑 基于诊断分析层的结果生成管网健康评估 报 告 例 如 XX 路管网淤积较为严重或具有较高 风险等级 建议在 24 小时内清淤 并通过手机短信 或指挥大屏的方式推送给决策端 同时通知现场人员 实现预防风险 另一种是作为生成动态预案 结合决策 支持层的相关算法 根据气象预警与实际情况生成符合 现场情况的调度预案 例如 启动 A B 泵站 调配 2 台龙吸水至 XX 积水点 在这套工作流中 指挥人员可以通过大屏界面更加 专注于全局的风险研判 资源的调配与跨部门协同 同 时 指挥人员也需要能够驳回 AI 建议并进行复核 例如 驳回关闭此闸门建议 因该闸门上游排水管道有医院 需要保障该医院排水 确保决策的正确 而抢修人 员则可以通过移动端接收到相应的任务指令 例如 XX 井盖破损 该条道路位于市政主干管网 需要您在 15 分钟内到达现场并处理 而现场人员则可以查看历史 知识库或案例 例如 能够查看历史记录中如何处理破 损井盖的相关案例 与 AI 辅助工具 例如 示意图 流程图 AR 远程指导等 更快地完成现场应急事件的 处置 处置完成后将处理结果上传至系统 从而形成 AI 诊断 全局决策 精准执行 结果反馈 的完整逻辑闭 环 更好地支持排水管网运维时的高效协同与精准调度 3 结语 本文提出的 AI 耦合的排水管网智能诊断与预防性 维护决策体系 通过多层算法及应用 实现了排水管网 运维过程中问题的识别 预测及智能决策 此体系有效 弥补了传统诊断方法及传统信息化系统的缺点 提升了 排水系统管理的效率 为城市排水管网运维提供技术支 撑 未来 随着 AI 的高速发展 该体系将进一步完善 推动排水系统向着智能化 精细化方向逐步迈进 参考文献 1 朱艳旭 张春杰 祝佳佳 等 智慧排水管网 系统建设 以豫南某市中心城区为例 J 城市道桥与 防 洪 2024 8 101 104 17 DOI 10 16799 ki csdqyfh 2024 08 025 2 俞焰 王莹璐 赵启涵 城市排水管网动态监测 预警及冒溢预测 J 中国给水排水 2024 40 17 123 130 DOI 10 19853 j zgjsps 1000 4602 2024 17 019 3 林华星 管向伟 董进波 等 基于 SWMM 模型的分流制污水泵站多目标优化 J 中 国给水排水 2025 41 5 130 136 DOI 10 19853 j zgjsps 1000 4602 2025 05 018 4 李金霖 基于深度学习的 SWMM 参数智能率定 及 LID 组合方案优化 D 西安 西安理工大学 2024 DOI 10 27398 ki gxalu 2024 000052 5 高佳玉 李家科 刘柯涵 等 SWMM 的模型改 进和耦合应用研究进展 J 中国给水排水 2025 41 4 39 48 DOI 10 19853 j zgjsps 1000 4602 2025 04 007 6 王飞 陈培源 张炎磊 等 一种多模态模型与 端到端的双智融合系统 J 汽车电器 2024 10 1 3 DOI 10 13273 ki qcdq 2024 10 032 方案设计贯穿绿色建筑的理念和被动式设计理念 采 用地形适应性布局 减少场地干预 维护结构的高效透光 与遮阳系统的平衡与隔热 优化自然通风 通过智能调控 与高效能源的结合 实现 建筑融于山地 生态优于场地 目标 另外 本项目 分馆错落 中部串联 的空间组织 方式 也可应用于其他类型的山地建筑 随着气候的变化 和物种保护的需求 兼顾生态功能和文化表达的建筑设计 将具有更广泛的应用前景 未来拓展方向 在技术上 可研究光伏材料与建筑表 皮的集成 提高能源的自给 在调控上 可基于植物生理 信号的智能反馈系统 提高调控的精细度 在空间上 采 用增强现实 AR 虚拟现实 VR 等技术多元化管廊体验 参考文献 1 胡永红 杨庆华 展览温室新进展 新趋势 M 北 京 中国建筑工业出版社 2020 90 2 聂郁焜 新时期兰花种植管理技术研究 J 新农 民 2025 23 108 110 3 杜丽君 林新萍 林晓红 闽南地区兰花栽培关键 技术总结 J 福建热作科技 2024 1 57 58 61 4 金振星 不同气候区居民热适应行为及热舒适区研 究 D 重庆 重庆大学 2011 34 5 应樱 气候幕布在花卉温室中的应用 J 中国花卉 园艺 2018 22 56 57 上接 115 页