植物园展览温室建筑设计应用研究——以南通市植物园温室设计项目为例

宫少飞

（江苏筑森建筑设计有限公司上海分公司，上海 200062）

0 引言

目前国内未有正式颁布的关于植物园温室建筑的法规和规范，由中华人民共和国住房和城乡建设部发布的《植物园设计规范》（CJJ/T—2017）征求意见稿未正式颁布实施，因此在南通市植物园温室设计的过程中只有部分内容按照此意见稿进行设计。温室建筑相对于其他公共建筑功能相对单一，类型化程度较高，在设计中需尽量采用简洁概括的手法将景观功能流线、主体结构体系、外部幕墙维护结构统筹设置在统一的造型设计体系内，成为一个有机的整体。

1 温室功能布局及流线设计分析

1.1 温室功能设计的特点

（1）南通植物园温室选址在植物园中心湖景北侧，见图1，通过入口跌落广场与水面连，凸显温室整体造型的飞扬升腾的体量，同时借助中心湖水形成微气候，有助于调节温室周边和内部的空气流动，引导温室热量的排出。根据《植物园设计规范》征求意见稿，温室建筑分为大中小三种规模，同时需设置相对应的配套功能及设施，南通市植物园温室为3207m2，属中型展览温室，温室所需的消防及能源配套用房结合景观坡地单独设置于温室西北侧半地下室，通过埋地管沟与展览温室相连，保证温室建筑空间及造型的独立与纯粹，其他管理与服务用房结合植物园景区统一设置。

图1 温室

（2）温室设计的主体空间是保障各类植物四季生长所需的适宜温度和湿度的高大独立空间，同时需满足游人舒适的游览环境。根据不同室内环境如温度、湿度、光照和高度可将植物分为热带雨林温室、棕榈温室、沙生植物温室、热带水生植物温室等类型，也可根据项目情况独立或合并设置。

（3）南通植物园根据温室面积和游览路线采用合并设计方式，将热带雨林区、四季花园区、沙生植物区三个区域设置在一个大空间内，见图2，这样可以结合景观游览路线将不同的功能区域和不同类型的生态景观融合在一个空间和路线内，形成步移景异，四季不同的景观体验。而大型的温室展览建筑则根据植物对环境的不同要求采用相对独立的多厅并列的布置方式，如上海辰山植物园温室，设置三个温室八个植物展区，总建筑面积12875m2。可根据不同地域和植被对室内环境的需要更加精确详细的划分空间。

图2 温室平面

1.2 温室参观动线设计的特点

温室建筑因为要创造适宜植物生长的人工环境，同时满足适宜的空间尺度和能源消耗，需要在有限的空间内尽可能多的安置不同习性的观赏植物，通过设置上下穿插贯通、循环迂回的观赏流线设计延长参观观赏的空间和时间体验，以小见大，见微知著，见图2。南通植物园温室内部景观通过设置假山和空中步道、桥梁的方式形成上下并行多路径的流线方式，并结合跌水及内部环通水景，增加了景观的层次感，丰富和延长了观赏空间体验，使空间使用效率更高。同时也对室内热环境的舒适性和控制提出了更高的要求。

2 温室结构体系设计的特点

（1）温室空间常需要较大的跨度和高度，满足不同种类植物成熟期的生长高度，因此温室常采用结构轻巧可以实现大跨度和大高度的结构形式，结构材料常使用钢结构和铝结构等轻质结构材料，如上海辰山植物园采用单层铝合金网壳结构，节点采用锚栓盘节点，实现最大100m跨度，最长203m的温室空间，壳体结构的杆件纤细轻薄，使整个维护结构轻盈通透整体性强。但也大大提高了成本和施工难度。

（2）南通市植物园长97m，宽33m，高20m。整体造型为长方体体量经过顶面扭转和拉伸，形成简洁而动感的整体造型，见图3，屋面为两个双曲面造型通过中脊对称设置，玻璃划分采用三角形划分，其余面为平面，玻璃划分采用矩形和平行四边形。结构设计结合整体温室造型采用17榀较为常规的门式钢架结构体系，在屋面檐口与中脊通过3根百米大梁将所有框架连为整体，门式框架之间结合幕墙划分采用三个方向成60°夹角的檩条做为幕墙支持体系，同时也加强钢框架的稳定性，为了减小结构构件的整体高度，檩条设置在了门式框架之间，导致檩条被钢梁打断，削弱了连续性，增加了檩条与钢梁的连接节点。

（3）因温室结构体系及杆件均无维护结构，均为人可视范围，因此结构设计的细部及构造对整体空间效果和品质有决定作用，在结构杆件均为标准化构件的体系中，构件之间的连接构造做法如三个方向檩条的交汇节点构造，檩条与钢梁的连接构造就显得十分重要，处理的好将成为整个空间的亮点。原结构设计三个方向的工字钢檩条采用腹板螺栓铰接的构造方式，在与结构充分沟通的情况下将檩条交接点设计为标准化的圆钢管转接件，既方便加工与现场施工，又增加了细部构造设计的亮点，见图3。

图3 温室结构层次与节点设计

3 温室外围护幕墙体系设计的特点

温室立面幕墙采用框架式竖明横隐幕墙形式，屋面采用框架式隐框幕墙形式，玻璃交点处采用圆形扣盖固定，弱化了六块三角形玻璃交接的胶缝处理，增加结构安全性，同时可结合灯光设计成为幕墙细部设计的亮点。幕墙外侧沿结构立柱及屋脊与檐口设置装饰扣盖，强化整体造型的轮廓和线条感。通过我们考察调研，上海及南通周边温室维护玻璃幕墙均采用夹胶安全玻璃，因南通处于夏热冬冷地区，因此侧重考虑夏季防热为主，维护材料均采用8+1.52pvb+6超白钢化夹胶玻璃。

4 温室热环境设计分析

4.1 温室空调系统设计的特点

（1）温室冷源采用两台螺杆式冷水机组，热源采用两台燃气热水锅炉，冷水机组和热水锅炉设置在温室北侧半地下室能源中心内，冷却塔放置在能源中心屋面。温室内空调系统采用风机盘管系统。风机盘管设置在地沟内立式暗装，地沟设置在地面游览路线侧边和温室四周幕墙下方，以提高游客观赏舒适性。地沟盖板采用镂空盖板满足空调出风效果，地沟内设排水沟与集水井通过管道连通排水。

（2）在遇到极端炎热天气时，地沟内风机盘管不能满足空调要求情况下，本项目在温室外围立柱设置吊挂式射流型风机与风机盘管协同工作，提高整体空调系统功效和舒适度。

4.2 温室通风及遮阳系统设计的特点

（1）我们参观考察辰山植物园等温室花房，发现现有项目均大面积采用自然通风。另外温室内植物本身通过光合作用会产生新鲜空气，且游客停留时间不会太长等因素，因此本项目也考虑采用加大自然通风量的措施。在立面底部1~3m范围内设置横向通长开窗带，从空间底部将室外新鲜冷空气导入温室，并在屋顶屋脊线两侧及东西两侧立面顶部设置电动开启窗，在室内形成热空气向上拔升的空气对流效果，加速温室热空气的排出。同时本项目在沿温室屋脊和檐口位置设置诱导风机，满足冬季温室通风，将热空气向下吹送使供暖更有效。

（2）温室屋面最大跨度为33m，且屋面坡度从最缓处的7.52°逐渐过渡到另一侧的84.96°，这样对遮阳帘的跨度，竖向提升高度都有一定要求，因此温室遮阳采用有钢丝导轨的FCS电动天棚遮阳帘系统，因屋面电动开启扇位置有电动开启装置，不能布置遮阳帘，因此遮阳帘的布置按2m一道间距跳开开启窗间隔设置，屋面跨度及高度均较大，因此遮阳帘分上下两段设置，减小遮阳帘的收缩长度和打开时间，同时也减小遮阳帘收起时的重量和折叠层数，保证遮阳帘的正常打开又不影响温室空间的美观。

5 温室设计的消防及疏散设计

5.1 温室消防及疏散设计

（1）《植物园设计规范》2017征求意见稿中，未明确温室建筑相关的消防及疏散设计依据，温室为大空间超常规建筑，其防火设计无法完全依据现有成文的规范内容，我们参考国内外同类建筑的普遍做法，展览温室属于园艺性质的展示性花房，主要满足热带植物生长需求。热带雨林区及花卉区主要为植物、土壤、植物、金属件及玻璃等，没有任何可燃烧体；且热带雨林区及热带花卉区没有任何装饰材料。为满足热带植物生长，常年湿度≥60%，并设置了自动喷雾系统，火灾危险性相对较低。因此经与当地消防部门沟通，建筑防火分区设置，疏散人数计算等均参照《展览建筑设计规范》（JGJ 218—2010）的要求，南通植物园温室面积为3207m2，为一个完整的大空间，按一个防火分区考虑。

（2）本项目建筑耐火等级为二级，消防疏散人数参照《展览建筑设计规范》计算。因温室内主要为景观植物及假山、水体等，参考《建筑设计防火规范》5.5.21-7条，对于建材商店、家具、灯饰展示建筑人员密度可按规定值的30%确定。本建筑在南北两侧均匀设置4处疏散出口，满足疏散要求。

（3）经过考察辰山植物园温室、南京植物园温室等项目，温室均未设置喷淋灭火系统，而是采用室内外消火栓系统，因此依据《建筑设计防火规范》5.5.17条，二级耐火等级的展览厅其室内任何一点至最近安全出口的直线距离不宜大于30m计算，因温室内人员行走路线较为曲折，同时伴有高差变化，因此与消防部门沟通可按任意点至安全出口的行走距离不超45m控制疏散距离。

5.2 温室钢结构防火设计

因温室消防耐火等级为二级，根据《建筑设计防火规范规范》（GB 50016—2018），钢结构柱的耐火极限为2.5h，钢梁的耐火极限为1.5h，因此钢结构梁和柱均按薄型防火涂料设置，需厂家提供产品耐火极限检测报告。薄型防火涂料便于现场施工及高空作业，又可以保证钢结构构件外观的平整美观。

6 温室设计的常见问题与应对措施

6.1 温室热环境设计常见问题与措施

（1）温室热环境控制是温室设计的重点，决定温室设计的成败，南通项目在试运营阶段遇到空调效果不佳、高区夏季温度较高等问题，分析原因有室内空调风机盘管出风效率出现问题，地沟盖板上覆盖火山岩造成出风不畅。因此盖板的形式需满足出风的60%的透空率。风机为上出风口，在温室运营阶段植物浇灌时注意防止风机淋水损坏。

（2）常规植物园内部设置假山及地形高差，这样导致地沟标高需结合地形标高设置增加舒适度，但在温室主体设计过程中地形标高未确定，导致地沟送风标高不能送至上层步道，降低空调舒适度。因此在设计过程中，空调设计应与景观设计密切合作，保证空调风口与景观动线结合，提高舒适度。

（3）温室在夏季室内温度达到最高，应采取自然通风，建议在建筑距地1m处开设可开启窗导入自然风，在屋面和立面上部设置电动开启窗，充分利用自然风在建筑内部和外部形成对流，加速热量排出。

6.2 温室运营维护等常见问题与措施

（1）另外温室需预留景观苗木及景观配套进场和后期运营期苗木更换通道，南通植物园采用局部幕墙及结构构件待景观园艺种植施工后进行封闭，对施工质量和进度都有一定影响，且缺少后期高大乔木更换通道，又温室外围护结构和幕墙较难更换，因此可借鉴辰山植物园温室的处理方式，利用地形高差，将设备机房和苗木更换通道设置在地形起坡下方，不影响上部温室主体结构。

（2）另屋面需预留后期幕墙清洗维护更换设施，本项目在屋面沿屋脊位置设置幕墙挂钩，并沿屋脊设置给水管，满足后期清洗维护。

7 结论及建议

随着各地园艺博览会的热潮，展览温室建筑被大量使用和建造，作为建筑功能较为明确单一，类型化较强的建筑，温室建筑设计对整合建筑各要素如功能流线、景观园艺设计、结构设计、外幕墙表皮设计、室内热环境设计等内容提出了更高要求，同时一个地区的植物园及温室也像博物馆一样成为一个城市经济、文化娱乐发展的映像，成为一个地区城市建设水平的缩影。植物园温室在综合考虑上述各方面要素的基础上，另外需要考虑温室的后期运营维护，设备运行费用特别是空调采暖系统，大空间设备及建筑构件的维护和更换，屋面玻璃幕墙清洗等问题。同时可以拓展温室的功能及定位，发展多元化的使用功能如婚礼宴会、亲子娱乐，文化会议展示等。使温室建筑在满足使用要求的前提下实现经济效益和社会效益的最大化。