中科院植物研究所北京植物园展览温室重生记

王秀 王夺 贺静

|摘要|文章以中国科学院植物研究所北京植物园展览温室为例，简单阐述了该项目的设计理念和温室节能设计。该展览温室为原址重建项目，重新搭建温室的过程中，重点考虑了如何经济、科学地创造出适宜的室内环境，使物种得以更好的延续和存在。并在注重温室外形设计的同时，还兼顾了该温室的节能设计。

中国科学院植物研究所北京植物园展览温室（以下简称“展览温室”）从20世纪50年代开始修建，是北京市最古老的展览温室之一。1965年，该温室由砖木结构改为钢架结构，是当时全国面积最大、设备最先进的展览温室。温室以收集保存和展示热带亚热带植物多样性为主要目标，是植物园开展植物迁地保护和科普教育的重要场所。历经半个世纪的风风雨雨，展览温室已壮士暮年，温室主框架锈蚀，门窗变形，保温性能降低，已不能满足使用需要（图1）。2018年中国科学院植物研究所北京植物园决定对展览温室进行修缮改造，航天建筑设计研究院有限公司承接了此项设计任务。

设计理念

承载历史意义的重生

众所周知，此展览温室的前身意义非凡，开创了中国温室史上的多个第一，承载了几代人的珍贵记忆。时至今日的重建，如何将这颗曾经人们心中的明珠，擦拭得更加璀璨夺目，是设计的重点之一。为此，设计中既要通过凝练的建筑语言表达出历史的厚重感，同时又要体现出鲜明的时代特征。重生的意义在于，变化的是保卫生命的载体，不变的还是那片生生不息的葱绿，承载历史意义的生命之树在施工过程中被小心翼翼的呵护，后又重新回到这个“暖暖的新家”。观者置身其中会有全新的体验感，又有“似是故人来”的亲切感。

遵循可持续发展的理念

景观展览温室是由人工控制、展示原产自不同地域和气候条件下的植物及其生存环境的室内空间，它的构建和运行涉及建筑学、园艺学、生态学、美学及管理学等学科。是人们认识植物及其生存环境、保护和研究植物的重要场所，是一种融入绿色自然的园林景观，是为植物生长提供适宜环境的高科技建筑。生态、绿色、节能、可持續发展，是设计优先遵循的准则和理念，也是此类建筑永恒的目标主题。

本项目以“重生”之名而起，承载厚重的历史，开启新的里程。新的展览温室不应仅仅作为一个视觉符号来表达与自然环境的融合，它还必须作为一个积极的、实际的范例来展现如何以可持续的方式过现代生活。在设计中，应着重通过经济有效的专业技术手段，使温室达到理想的使用效果，展现温室建筑生态节能的一面，同时显著降低温室的运行成本。

设计方案

顺应景观展览温室的发展方向，对新的展览温室提出了“五新”的设计要求：①新材料，新型建筑材料及采光材料的应用，提高室温，节约采暖成本;②新技术，通风降温、智能化控制等技术的应用，体现新建温室的先进性;③新形式，符合地域特点，注重艺术美感，造型新颖;④新展示，以植物景观展示为主，综合科研、教育互动内容，形象生动展示人类与自然、动植物的关系;⑤新价值，成为北京植物园（南区）地域标志，体现文明进步，提升绿色、生态的理念。

温室造型与平面布局

《论语·雍也篇》有云：“子曰：知者乐水，仁者乐山。”意为智者之乐，就像流水一样，阅尽世间万物，悠然，淡泊;仁者之乐，就像大山一样，岿然矗立，崇高，安宁。

展览温室设计理念取自“乐山”之意，在这里，整座温室便是容纳百山奇花异草的载体。观者乐游其中，感受大千世界物种的奇特变幻，同时穿梭于贯通的空间，步移景异，体验“坐地日行八万里”的奇妙感。

在温室整体造型和平面布局上，也充分用建筑的语言诠释了“山”的含义。展览温室采用简洁的钢框架作为主要支撑骨架，整体由多个（9～13 m）大跨度门式钢骨架相互穿插叠加而成，建筑的每个部分在功能和美学上都可以成为一个独立的结构体系，并进行逐步构造叠加。中部屋脊高度10 m，向东西两端有规律的递减至8 m和6 m，从南侧主立面望去，犹如叠嶂起伏的山峦，传达出结构的力量感与韵律感。

展览温室平面由南至北呈倒“山”字形，结合地块北侧保留建筑、原址用地形态及平面功能分区等诸多因素考虑，采用了跨度不尽相同的多个长方形平面中轴对称的布局方式，灵活地围合出或半开敞、或封闭的内庭院，使温室的内外景致得以延展和呼应（图2）。

展览温室主入口设于中部南侧，按植物种植气候区划分各植物展区，依游览路线以串联的方式依次为：四季花厅、棕榈室、多肉植物室、水生植物室、菩提室、阴生植物室、果树室、裸子植物室8个区域，并在温室东南角位置以“套娃”的方式保留了一间老温室做为历史遗迹，展示食虫植物。总建筑面积2430 m2，各区间以通透的钢化玻璃隔断分隔，布局清晰连贯，各功能分区主题鲜明而富有特色（图3）。

步入展览温室最先映入眼帘的是四季花厅，这里四季鲜花盛开，是用于展示时令花卉和举办特色植物展览的场所。展室正中是一座椰树环绕的小型音乐喷泉，上方悬挂大型花球，整个空间高大明亮，是温室整体造型上的视觉中心（图4）。

穿过四季花厅，就来到了位于展览温室中央位置的棕榈室，这里种植的棕榈科植物姿态优美，是热带、亚热带地区的著名风景树种，漫步其中，仿佛置身于旖旎的南国风情之中（图5）。棕榈室西侧是多肉植物室，它分为非洲多肉植物区、美洲多肉植物区、亚洲多肉植物区3个区域，共展出三百余种多肉植物。

与多肉植物室相邻的菩提室，因保存着一株珍贵的菩提树而得名。此间栽植的菩提树是从当年佛祖释迦牟尼坐禅得道的菩提树上取枝条繁殖而成，是20世纪50年代印度总理尼赫鲁赠给毛泽东主席和周恩来总理的国礼植物，满载着植物园人的历史记忆。在施工过程中，此树是为数不多的几株受到施工现场精心保护的地埋原根树种之一，见证了温室重建的全过程。

展览温室最西侧的水生植物室分南北两部分，设置不同的温度和水深。南侧温度较低，展示睡莲属植物为主，北侧温度较高，展示叶片巨大的王莲属植物，可在冬季展现王莲盛开的美景。从棕榈室向东是阴生植物室，收集和展示蕨类植物门的植物。展室采用多种栽培方式，模拟阴生环境特征，彰显出蕨类植物顽强的生命力和阴生植物的多样性。

阴生植物室东南侧紧邻的是裸子植物室，收集原产自亚热带和热带的裸子植物种类。观者步行其中，仿佛在跨越亿万年的时空隧道，沿着生命之树体验植物的进化历史。裸子植物室南侧以“套娃”的形式保留了一间老温室作为历史遗迹，功能为食虫植物室，用于展示生动的“吃虫”植物。在这个斑驳的原貌空间里，几代人都可以找到属于自己的那份珍贵记忆。阴生植物室西南侧紧邻的是果树室，此区域收集展示了三十余种果树，在收获的季节这里瓜果飘香，令人心旷神怡。

温室覆盖材料

由于温室类建筑的特殊性，国内目前并没有相应的节能规范。温室建筑需要大面积使用玻璃、阳光板等透明的建筑围护材料，传热系数大，产生巨大的能耗。

原温室通体采用单层4 mm厚浮法玻璃，保温性和安全性均不理想，年经日久，侧墙和屋面玻璃均有不同程度的破损，存在巨大的安全隐患。新建展览温室从透光率、保温性、安全性及使用年限等诸多因素，综合考虑选择温室的覆盖材料。温室外墙面主要选用5 mm+9A+5 mm双钢化隐框中空玻璃幕墙（9A表示空腔间隔宽9 mm），传热系数3.0 W/（m2·K），在保证透光率的同时尽量减小围护体系的传热系数。

屋面选用5 mm+1.14P+5 mm钢化夹层玻璃采光屋面，既减轻了大跨度屋面荷载，又提高了采光屋面的安全性能;展览温室立面玻璃幕墙及安全玻璃采光屋面使室内植物能够充分沐浴在自然光下，同时还兼顾渗透室外庭院景观，降低电力照明的能源消耗。在立面装饰细部设计上，门头、檐口及局部立柱部位采用3 mm厚白色铝板装饰幕墙，勾勒出醒目的欧式线脚符号，结合大面积通透的玻璃幕墙，起到画龙点睛的作用，使外立面整体表现出简洁典雅的简欧风格（图6）。

温室节能设计

除了直观的“崭新形象其外”，同时“技术硬核其中”也是温室类工程设计的又一重点。“好不好用”是对一个温室最直白的评价。在温室节能设计环节，采用符合气候条件的适宜技术手段使温室四季如春，同时又能有效降低建造成本和运行成本，是设计的目标。

北京地区四季分明，春季多风，夏季多雨，秋季晴朗温和，冬季干燥寒冷，全年平均气温10～12℃。出于对日照和气候环境的考虑，本项目着重突出以下几项节能设计：开窗通风系统、内外遮阳系统、风机-湿帘通风降温系统及智能化控制系统。

开窗通风系统

由于温室效应的存在，日间在太阳辐射下，温室室温升高较快，利用自然通风可以有效排出室内过热空气，有效减少温室能耗。相对于其他的降温方式，在温室类建筑中应用自然通风方式会明显体现出其经济优势。

展览温室在各区域外墙下部设置手动开启扇，上部屋脊處及四季花厅高侧处设置电动开启扇，在过渡季节，将上下部通风窗开启，由下部进风，上部排风，利用热压实现温室内外的空气交换，降低室内温度和湿度（图7）。

内外遮阳系统

北京的气候特点是夏季炎热，白天日照强烈，太阳辐射热较高，仅仅利用通风不能够实现理想降温，温室内的高温、低湿环境对植物的生长不利，需要设计配备遮阳系统。

展览温室屋面设计外遮阳系统可以很好的将光线阻隔在室外，直接有效地起到遮阳降温的作用。同时对外遮阳系统进行电动控制，调节阳光射入量，以达到控制光照、温度的目的。外遮阳网采用高密度聚乙烯材料，经紫外线稳定剂及防氧化处理后制作而成，遮光率达70%以上。外遮阳钢结构骨架完美贴合屋面结构坡度设计，既不影响立面轮廓，又做到了最大限度的遮阳，减少风荷载的侵扰。主入口处四季花厅屋顶设置装饰内遮阳系统，高大通透的空间可通过内遮阳系统来调节光线，营造温度、光线舒适的环境。

风机-湿帘通风降温系统

风机-湿帘降温系统是温室夏季强制降温的一种常用手段，因其低能耗、低成本的优点被温室建筑广泛使用。降温系统的核心是让水均匀地淋湿整个降温湿帘墙，空气穿透湿帘介质时，与湿润介质表面进行的水气交换，通过蒸发降温实现对温室的加湿与降温。水分蒸发的多少与空气的饱和蒸汽压差成正比关系。空气越干燥，温度越高，经过湿帘的空气降温幅度越大。夏季高温天气，空气通过湿帘后一般可降低4～5℃。

展览温室的湿帘墙均设置在内庭院一侧，以减少对外侧立面通透性的影响，湿帘墙外设防虫网和手动开启扇，内庭院里设置循环集水池。湿帘系统工作时，通过潜水泵、供水主管等设备将水从集水池供给湿帘，再通过集水系统的集水槽、回水管等设备排至集水池，如此循环往复。根据每个区域根据面积大小，在高侧处对应设置轴流风机，以减少人眼视觉高度范围内的立面影响（图8）。

智能化控制系统

展览温室设置先进的智能化控制系统。各区域自成独立的控制单元，独立设定并控制温度、湿度、光照、通风等。控制系统包括控制计算机、显示器、室外气象传感器（温度、湿度、雨量、风速、风向、光照）、室内传感器（温度、湿度、光照）、控制连线及接口等，据室内外温度、湿度、光照、CO2浓度等环境参数的变化，按照设定的条件实现对开窗、遮阳、风机、湿帘水泵、加热、灌溉等设备的自动控制。可实现对温室各项数据的监控、储存和分析，实现科学、高效的管理，提高温室的经济效益（图9）。

节能设计的显著成效

通过上述的技术应用，与原温室相比，新展览温室冬季保温性能大幅度提高，热量损耗减少量超过50%;夏季降温效果显著，外遮阳系统节能率达到30%;利用风机湿帘系统降温与常规的空调降温方式相比，节约电能约70%;智能化控制系统的应用大大节约了人力资源成本，提高了设备管理运行效率。

温室建筑的设计壁垒

温室建筑作为一种特殊类型建筑，在工程设计依据中没有明确的防火和节能设计规范。防火设计只能参照GB 50016-2014《建筑设计防火规范》相关条文执行，应注重一系列民用建筑设计中常见的防火问题，如防火等级的确定、承重钢构件喷涂防火涂料、划分防火分区、配置室内外消火栓等。

参照执行设计时，对规范的适度把握是关键所在。在本次设计中，首先明确了工程性质为植物物种保育温室，其次针对此使用功能作如下设计：设置室内软管卷盘、安全疏散指示灯、满足疏散宽度及疏散距离的安全出口、温室内遮阳幕选用阻燃型等，从而在适度的范围内消除安全隐患，加大温室运行的安全系数。

总结

2019年4月，展览温室以崭新的形象重新回到大众视野。新建展览温室具备安全稳定的主体结构、良好的透光性和保温性，各系统运行正常，能够依据不同植物的生长需要，营造出不同的环境条件，植物多样性保育和展示的能力大大提升，对植物多样性的研究利用、迁地保育和科普教育具有重要意义。

作者简介：王秀（1979-），女，河北沧州人，高级工程师，主要从事建筑与规划工作，对各类专项温室有深入的研究。

[引用信息]王秀，王夺，贺静.中科院植物研究所北京植物园展览温室重生记[J].农业工程技术，2020，40（22）：49-53.