玻璃大棚的设计与建造——以国家农业科学龙州观测实验站建设项目为例.pdf

01 2025 12 BIM and Industrial Building BIM 与工业化建筑 测监测 服务于农业科学研究和农业发展的科技创新平台 此项目的玻璃大棚安装了相关环境控制仪器设备 配合物 联网环控系统 智能灌溉系统和湿帘风机强制降温系统等 可以全面 准确 及时地对研究区域内农作物的基本科学 数据与资料进行系统 连续的采集和积累 从而持续进行 农业科技创新建设 2 前期设计和建造方式 玻璃大棚作为国家农业科学龙州观测实验站建设项目 实施科研实验观测活动的重要设施平台 目的是为农业科 学研究提供长期 稳定 系统的观测条件 2 1 设计年限和材料选取 普通温室根据覆盖材料的不同可以分为以下几类 普通 玻璃温室 塑料薄膜温室 聚碳酸酯板温室等 根据项目实 际需求和经济 适用等原则来选择最适合的温室类型 不同的温室类型具有不同的设计使用年限 我国国家 标准规定不同类型温室的设计使用年限分别为 玻璃温室 和聚碳酸酯板温室的设计使用年限为20年 塑料薄膜温 室的设计使用年限为15年 日光温室和塑料大棚的设计 使用年限为10年 1 本项目作为国家级科研项目 其温 室大棚主要用于农业科学研究 需采集相关科研数据和资 料 安装相关配套设备系统 因此采用高水平的设计标准 和建造模式 温室大棚选取了减反射玻璃 中空玻璃和热 镀锌碳素钢作为主体结构和围护材料 设计使用年限为25 年 远超设计规范要求 2 2 项目选址和场地平整 项目建设地点位于广西西南边陲地区 地势相对平坦 建设用地供电 通信 交通等基础设施建设完备 能够满 足项目建设需求 摘要 随着现代农业技术的发展 玻璃大棚作为高效农业设施 之一 在农业生产中扮演着越来越重要的角色 文章以国家 农业科学龙州观测实验站建设项目中的玻璃大棚作为研究对 象 探讨玻璃大棚与传统温室的区别 阐述了其在现代农业 科研平台中的应用 并分析了其设计要点和建设标准 关键词 玻璃大棚 现代农业 设计 建造 中图分类号 TU261 文献标识码 A 基金项目 广西农业科学院基本科研业务专项 桂农科 2025YP062 DOI 10 19892 ki csjz 2025 12 01 Abstract With the development of modern agricultural technology glass greenhouse as one of the e cient agricultural facilities plays an increasingly important role in agricultural production This paper takes the glass greenhouse in the construction project of Longzhou Observation Experimental Station of the National Agricultural Sciences as the research object discusses the difference between the glass greenhouse and the traditional greenhouse expounds its application in the modern agricultural scienti c research platform and analyzes its key design points and construction methods Key words glass greenhouse modern agriculture design construction 0 引言 传统农业科研实践基本在露天种植 无法有效控制阳 光 温度 空气成分 湿度等 而设施种植可通过智能环 境控制系统来控制作物生长环境 便于观测作物 采集相 应数据和资料 玻璃大棚以其透光率高 环境控制能力强 抗风雪能力强等优势 在现代农业生产 科研观测和植物 栽培中具有广泛的应用 1 项目背景 国家农业科学龙州观测实验站是实施农业科研数据观 作者简介 屈永坚 1989 男 工程师 从事工作 工程项目设计 招标 建设与管理 通信作者 蒙福山 1983 男 农业经济师 从事工作 财务和项目设计管理 作者单位 1 广西南亚热带农业科学研究所 2 广西壮族自治区农业科学院 玻璃大棚的设计与建造 以国家农业科学龙州观测实验站建设项目为例 The Design and Construction of Glass Greenhouse A Case of the Construction Project of Longzhou Observation Experimental Station of the National Agricultural Sciences 屈永坚 1 蒙福山 1 樊灵丹 1 屈婷婷 2 陆朝照 1 欧思思 1 陈 璇 1 Qu Yongjian 1 Meng Fushan 1 Fan Lingdan 1 Qu Tingting 2 Lu Chaozhao 1 Ou Sisi 1 Chen Xuan 1 02 城市建筑 Urbanism and Architecture 2025 12 项目正式施工前 施工场地进行了场地平整 见图1 场地平整后从地表土壤下挖了1 m至持力层 见图2 并未发现软弱地基 地基承载力符合设计要求 2 3 施工建造方式 项目采取装配式的施工建造方式 利用BIM技术对玻 璃大棚进行设计建模 由工厂生产预制构件 运输到现场 后进行装配式安装和信息化管理 2 见图3 图4 现 场施工可采用BIM技术进行辅助管理 装配式建筑除施工 速度快 质量有保障外 重要的是利用BIM技术和预制构 件的标准化生产 减少现场施工中的物料浪费 减少建筑 垃圾的产生 避免对周边农业用地造成污染 减少现场施 工中的噪声 扬尘 以及污水等污染物的排放 保护环境 而且装配式施工可以尽量避免对结构镀锌层的破坏 延长 主体结构使用寿命 3 玻璃大棚与传统温室的区别 玻璃大棚与传统温室在多个方面存在显著区别 玻璃 大棚在抗风能力 透光性 耐久性和技术应用等方面均展 现出相对于传统温室的显著优势 不过传统温室在特定条 件下仍具有其应用价值 如在某些地区或对于某些作物而 言 传统温室可能更加经济实用 因此在选择使用哪种温 室时 应根据实际情况进行综合考虑 以下是对两者的主 要区别进行的详细分析 3 1 建造材料和结构造价 玻璃大棚与传统温室在框架材料和覆盖材料上有显著 区别 传统的低成本温室可使用当地的材料如竹子 木材 铁圆管等用于框架建造 表面覆盖塑料薄膜即聚乙烯薄 膜或PVC薄膜等 这种类型的温室没有环境控制系统及 相关智能化设备 每平方米造价从50元到300元不等 3 见图5 图6 中等成本的温室框架材料可选择镀锌 铁或低碳钢管 表面可覆盖双层聚乙烯片 聚氯乙烯硬 质板或聚碳酸酯板等轻型材料 可配置简易的通风降温 系统 保温设施 灌溉系统等 土建成本加上设备安装 成本 每平方米造价从500元到1 200元不等 3 见图 7 图8 高成本的温室多采用铝合金 不锈钢管或热 镀锌碳素钢作为温室的框架结构材料 表面采用普通钢 化玻璃 减反射玻璃或双层中空玻璃进行建造 温室内 的环境完全受控 采用物联网环控系统和智能灌溉系统 具有空气温度 湿度和土壤湿度的传感器和控制器等 土建成本加上设备安装成本 每平方米造价从1 500元 到2 500元不等 3 见如图9 图 10 国家农业科学龙州观测实验站建设项目的玻璃大棚每 平方米造价2 450元 采取了高标准的设计和建造模式 主体框架采用了热浸镀锌碳素钢 屋架结构是由钢桁架支 撑 跨度12 m 四周柱距2 m 中部柱距4 m 大棚所有 立柱均采用140 mm 80 mm 4 mm的矩形钢管 屋面 桁架弦杆采用60 mm 40 mm 2 mm的矩形钢管 腹杆 采用25 mm 25 mm 1 5 mm的矩形钢管 中撑管采用 60 mm 40 mm 2 mm的矩形钢管 桁架端部设置跨度 梁钢夹板进行加强连接 钢管连接采用直角扣弯头和高强 螺栓 确保可靠传力 大棚屋面采用4 mm的单层减反射 玻璃 每间隔4 m设置2 m 1 m的可开启天窗 采用电 动传动启闭 四周覆盖5 6A 5双层中空钢化玻璃 考虑 到当地夏季炎热的气候 南立面每个12 m的跨度中设置 了三台轴流风机 用于通风 在北面每个12 m的跨度中 设置尺寸为11 m 1 8 m 0 15 m的湿帘 用于夏季降温 并配备湿帘外翻窗电动开启装置 4 3 2 透光性 传统温室大棚通常使用塑料薄膜或其他材料 透光率 较低 且无法选择性地过滤或增强某些波长的光线 可能 图 1 场地平整 图片来源 作者自摄 图 3 装配式安装 图片来源 作者自摄 图 2 地基下挖 图片来源 作者自摄 图 5 简易遮阳大棚 图片来源 作者自摄 图 6 简易薄膜大棚 图片来源 作者自摄 图 4 吊装主桁架 图片来源 作者自摄 03 2025 12 BIM and Industrial Building BIM 与工业化建筑 影响某些作物的生长 5 相较于传统的塑料温室大棚 玻 璃大棚透光性能极佳 具有更好的采光性能 阳光能更充 分地进入大棚内部 为植物提供充足的光照 确保农作物 均匀接受光照 促进光合作用 本项目的减反射玻璃透光 率高达95 以上 反射率仅为1 3 3 耐久性 传统塑料温室的框架材料很少做耐腐蚀处理 骨架与 基础连接部位易锈蚀断裂 桁架或拱架结构易出现杆件锈 蚀 连接件锈蚀断裂等情况 其塑料薄膜等材料容易老化 破损 需要频繁更换 容易受到风雨等外界腐蚀 甚至在 火灾时可能直接燃烧并遭到彻底破坏 而玻璃大棚的框架 材料和覆盖材料基本做了耐腐蚀的处理 相较于传统塑料 温室更为坚固 结实 耐用 其使用寿命更长 维护成本 相对较低 能更好地抵挡风雨等恶劣气候的侵袭 保护室 内农作物 3 4 技术应用 传统温室的技术应用相对较少 主要依赖人工管理和 经验进行种植 科研人员在田间需要花费大量时间进行作 物观测和数据采集 这种方式易受外界环境和气温影响 玻璃大棚则可以配备先进的光转换技术 智能灌溉系统 水培技术和滴灌系统等 以提高资源利用效率 降低生产 成本 并提升作物的产量和质量 还可以加装物联网环控 系统 实现数据和资料的自动化采集和积累 为科研提供 更为便利的研究环境和科研条件 6 4 玻璃大棚的建设标准 相比传统的温室建造设计 采用新技术 新材料 新 设备和新建造模式的玻璃大棚需严格按规范要求进行设计 和建造 可以从前期准备 设计要点及控制系统安装三个 方面来详细探讨其建设标准 4 1 前期准备 4 1 1 地质勘察 在建设玻璃大棚之前 必须进行详细的地质勘察 包 括地质勘察报告 施工现场测试等 以确保基础设计的 稳定性和安全性 基础设计不仅要满足强度要求 还要 具有足够的稳定性和抵抗不均匀沉降的能力 4 1 2 施工场地选择 应选择地势开阔 场地平整 地质形态稳定且地下水 源丰富的位置 避免低洼位置和山谷风口位置 降低自然 灾害的风险 并远离污染源和遮挡物 保证通风和采光 4 1 3 体型分类 温室大棚通常选择矩形平面布置 其跨度和开间应根 据实际种植需要和场地条件来确定 多采用三角形的双坡 屋面或者多跨双坡屋面 朝向的选择应考虑光照 通风和 降温系统的有效性 以确保作物的生长环境和大棚的空间 利用率 温室的体型可根据屋面的形式基本分为四类 拱形屋面 单坡屋面 双坡屋面 不规则屋面 如锯齿形屋面 拱坡结 合屋面等 见图11 温室要根据当地气候条件 光照朝向 使用功能及台风气象灾害等合理选择屋面的形式 7 4 2 设计要点 4 2 1 基础分类与主体结构 玻璃大棚的基础分为独立柱基础和条形基础两种类 型 应根据具体情况选择合适的基础类型 基础设计时应 考虑地质条件 稳定性要求 不均匀沉降等因素 确保基 础的可靠性和耐久性 4 2 2 四周玻璃尺寸的划分 玻璃安装采用高质量的钢化玻璃或其他专用玻璃安装 密封 具有良好的透光性和保温性 四周玻璃的宽度和高 度应根据抗风性 推拉性和安装方便性等因素进行合理划 分 在玻璃大棚的四角地方 玻璃尺寸应适当减小 以提 高抗风性和安装便捷性 4 2 3 主体钢结构设计 玻璃大棚的主体钢结构包括承重结构和保证结构稳定 图 10 玻璃大棚室内 图片来源 作者自摄 图 9 玻璃大棚室外 图片来源 作者自摄 图 7 聚碳酸酯板大棚 图片来源 作者自摄 图 8 薄膜大棚 图片来源 作者自摄 04 城市建筑 Urbanism and Architecture 2025 12 性所设的支撑件 连接件 坚固件等部分 一般采用框架 结构 大跨度的主梁采用桁架支撑 所有结构构件均应在 工厂加工后进行防腐处理 通常采用热浸镀锌的方法 以 提高钢结构的耐久性和使用寿命 一般不允许在施工现场 对结构构件进行切割锯焊等操作 避免对防腐层的破坏 即便在施工现场有切割锯焊等操作 也需要进行防腐补强 处理 对加工处或创口处进行喷涂防腐涂料 保证防腐效 果 延长使用寿命 施工过程需严格按照装配式施工规范的要求进行 避 免对主体结构防腐层的破坏 能有效保证施工质量 而传 统温室特别是低成本温室 基本依靠当地施工人员的经验 来进行建造 抗风能力差 施工质量无法有效保障 4 2 4 抗风能力和风荷载计算 正规的玻璃大棚通常由行业专业的设计院或制造厂家 进行设计建造 其荷载都经过专业技术人员的计算和审核 根据温室的使用情况和环境条件 对节点所承受的荷载进 行计算和分析 包括重力荷载 风荷载和雪荷载等 国家农业科学龙州观测实验站建设项目位于广西西南 边陲地区 地处北回归线以南 为明显的热带季风气候 易受台风等强降雨天气影响 作为科研项目实验平台 风 荷载是此项目玻璃大棚计算可变荷载时主要考虑的因素 其基本风压的重现期为25年 对于温室的主体结构 风荷载标准值的计算公式为 1 k s z o 式1 其中 k 为风荷载标准值 KN m 2 s 为风荷载体型系数 z 为风压高度变化系数 o 为基本风压 KN m 2 对于围护结构 风荷载标准值的计算公式为 k s1 z o 式2 其中 s1 为风荷载局部体型系数 由以上计算公式可以看出 风荷载的大小与温室的 体型息息相关 在实际应用中 应根据当地的气候条件 和风荷载计算结果进行合理的设计 以提高温室的抗风 能力 4 3 控制系统安装 4 3 1 环境控制系统 玻璃大棚的环境控制系统由多个精密调控子系统构 成 包括外遮阳系统 内遮阳系统 侧窗通风 冷凝水回收 配电系统 湿帘通风降温系统和多联机组控温系统等 通 过集成化设计实现对温湿度 光照等环境参数的精准控制 以国家农业科学龙州观测实验站的外遮阳系统为例 其采 用双层优质聚酯外用幕线结构 由控制箱驱动电机通过传 动机构带动传动轴运转 进而通过驱动杆实现幕布的平行 展开 收拢 当幕布完全展开时行程限位器自动切断电机 电源 系统配备手动急停按钮与物联网环控系统的双重控 制模式 既可通过现场控制箱进行物理操作 也可依托物 联网平台实现计算机中央控制与手机APP远程监控 8 4 3 2 智能化管理系统 玻璃大棚智能化管理系统 包括智能灌溉 数据采集 远程控制等功能 例如国家农业科学龙州观测实验站玻 璃大棚的智能灌溉系统 其根据检测土壤水分 作物种 类的需肥规律 可设置周期性水肥计划实施轮灌 施肥 机将按照用户设定的配方 灌溉过程参数 自动控制灌 溉量 吸肥量 肥液浓度 酸碱度等水肥过程的重要参数 实现对灌溉 施肥的定时 定量控制 充分提高水肥利 用率 同时实现数据采集存储 远程访问 物联网监控 管理等功能 9 总体来说 玻璃大棚的设计和建造涉及多个方面 包 括建设前的地质勘察 施工场地选择 体型分类 设计时 的基础分类 四周玻璃尺寸的划分和大棚主体钢结构设计 以及安装相应的智能控制系统等 这些建设标准旨在确保 玻璃大棚的稳定性 安全性和高效性 5 结语 玻璃大棚的建设完成 显著改善了国家农业科学龙州 观测实验站的科研设施条件 野外监测能力 促进了科研 实力 研究效果与技术水平的快速提升 通过环境控制系 统 智能灌溉系统 物联网环控系统 智慧农业信息采集 系统等显著提升了研究数据监测 采集与研究分析的效率 和效果 实现了资源基础数据的批量获得与精准分析 促 进了作物资源合理保存与精准鉴定利用研究 为科技支撑 农业发展奠定了良好的基础 玻璃大棚在国家农业科学龙州观测实验站建设项目设 计和施工过程中体现了高标准 严要求的科研设施建设理 念 通过科学的设计与严格的施工管理 项目成功建成了 一个功能齐全 技术先进的农业科研平台 为国家农业科 学研究提供了强有力的支持 并可以作为玻璃温室教学实 训基地 针对规模化连栋温室的生产需求 培养一批懂园 艺 懂工程 懂装备和会管理的综合管理技术人才 为产 业输送农业高技术人才 序号 类型 单跨温室 双跨温室 多跨温室 1 拱形屋面 2 单坡屋面 3 双坡屋面 4 不规则屋面 图 11 四种类型屋面示意图 图片来源 作者自绘 下转第12页 12 城市建筑 Urbanism and Architecture 2025 12 助评估不同规划方案对社会结构 社区发展和居民生活的 影响 确保规划方案符合社会发展目标 3 结语 随着3S技术的不断发展 以三维可视化 网络化 智能化为主要特征的3D GIS的应用日趋深入与广泛 本 文以 金塔县房屋建筑和市政设施三维地理信息系统 为 例 基于MapGIS的3D GIS建设融合了信息管理 三维 分析 矢量编辑等功能 该系统以MapGIS平台为基础 运用三维可视化手段 实现城市的发展规划和管理 该系 统可有效推动城市信息化和数字化进程 为城市建设和政 府决策提供科学有效的技术手段 随着现如今科学技术水 平的飞速发展 3D GIS的功能多样化逐渐展现出来 但 该系统在数据采集 数据运算及系统自主开发等方面还有 待提升 未来将并结合BIM 倾斜摄影测量等技术 进一 步推动3D GIS的应用 参考文献 1 吕建军 龚君芳 许勇 等 地理信息系统开发实训平台设计与实 现 J 实验技术与管理 2018 35 05 138 141 2 周哲 孙君顶 三维地理信息系统及数据制作技术 J 地理空间信 息 2014 12 01 68 70 10 3 许王峰 泽城水库三维地理信息系统开发研究 J 水利建设与管理 2017 37 11 87 90 4 柯佳宏 张强 李勇 等 基于SuperMap的矿山三维地理信息系 统的设计与实现 J 地矿测绘 2019 35 01 21 24 5 张唯 郭功举 面向数字化转型的城市全空间三维数据体系建设及 应用研究 J 安徽地质 2022 S2 1 4 6 靳婷 面向数字孪生的二三维一体化地理信息系统建设 J 北京测 绘 2021 35 07 839 843 7 任晓春 王玮 周权 基于BIM GIS的桥梁智慧监测系统设计 J 四川建筑 2023 43 05 72 74 8 于忠金 吴彬 王徐越 基于BIM GIS的拆迁用地管理体系研究 与应用 J 智能建筑与智慧城市 2023 10 76 80 9 王雪丽 倾斜摄影测量技术应用及前景分析 J 西部资源 2023 03 160 162 10 陆士好 倾斜摄影测量实景三维模型的精细化修整 D 徐州 中国 矿业大学 2022 11 白冬皓 三维地理信息融入智慧园区建设的应用研究 J 智能城市 2023 9 09 25 27 12 钮心毅 地理信息系统在城市设计中的应用 J 城市规划汇刊 2002 04 41 45 79 国家农业科学龙州观测实验站建设项目的玻璃大棚设 计案例为现代农业设施建设提供了宝贵的参考 根据实验 站的特点和项目需求 在适用 经济 美观的原则下 结 合新技术 新材料 新设备和新结构设计出满足科研需求 工作需要 管理实用的农业设施 通过材料 构造 形体 设备的合理组织设计 使玻璃大棚的功能与形式有机结合 充分体现既最大限度地满足使用要求 又尽最大可能降低 后期运行费用的目标 参考文献 1 农业部规划设计研究院 农业温室结构荷载规范 GB T 51183 2016 S 北京 中国标准出版社 2017 2 张宁 刘艳萍 浅析BIM技术在日光温室建设中的应用 J 南方 农机 2024 55 19 79 81 88 3 ASHOK A D SUJITHA E Greenhouse structures construction and design J International journal of chemical studies 2020 SP 9 01 40 45 4 王云 安永娥 安雪雪 等 连栋光伏蔬菜大棚结构设计实践与创 新 J 农业开发与装备 2024 06 104 106 5 李军明 智能温室大棚用玻璃 J 玻璃 2022 49 08 54 58 62 6 祖一康 徐妙婧 基于嵌入式的温室大棚环境智能控制系统设计 J 物联网技术 2024 14 12 107 111 7 农业部规划设计研究院 农业温室结构设计标准 GB T 51424 2022 S 北京 中国标准出版社 2022 8 刘宝刚 物联网技术在塑料大棚蔬菜种植中的应用 J 农业工程 技术 2024 44 21 82 83 9 费连望 数字化农业温室管理系统的分析与设计 D 青岛 青岛 大学 2024 上接第04页