建筑综合农业 (BIA) 主要使用无土栽培技术，如水耕、水耕或空气运动。 BIA 的好处包括全年生产、提高产量、加强对食品安全和生物安保的控制、大幅度减少供水、杀虫剂、除草剂和肥料的投入，以及通过建立共生关系提高建筑能源效率之间的农场和它的主机建筑。 BIA 系统可以应用于建筑物包络（屋顶或外墙），以充分利用自然光线的可用性，也可以在室内人工光或独立建筑中使用（图 2），并且所有的增长参数都受到控制。 这被称为环境控制农业 (CEA)，它将园艺和工程技能结合起来，以优化作物生产、作物质量和生产效率。

屋顶温室

在多种现有的 BIA 形式中，屋顶温室耕作是最受欢迎的方式之一，因为屋顶代表着相当大的未利用城市面积，轻便的水耕温室并不需要对宿主建筑物进行任何重大的结构加固（[Benis &]（https://reader.elsevier.com/reader/sd/pii/S2211912417301207?token=6DAE54D6115B090A3B62299E941F9CE927791F053727CA0F237AAC750971F446506A464F1B4D126657F6E0AA85F31092) 费朗 2018)。 屋顶是在密集城市中种植植物的理想景观，因为它通常比以下地面更多地接触太阳能。 虽然水栽温室的产量高于露天土壤屋顶农场的产量，但可以种植的蔬菜种类较小，往往仅限于绿叶、微绿、草药、西红柿、黄瓜、茄子、辣椒和草莓（[Buehler & Junge 2016]（https://www.mdpi.com/2071-1050/8/11/1108))。 水培温室通常配备气候控制系统，例如风扇、加热器、蒸发冷却、热屏和可操作的窗户，以便调节室内空气并达到最佳温度、相对湿度和二氧化碳水平，无论外部条件如何。 它们是用天然气或电力加热的，并通过光伏（PV）板进行潜在的后备。 最先进的装置能够从建筑物的暖通空调系统中捕获废热，并可采用太阳能玻璃建造，太阳能玻璃收集特定波长用于发电，同时向温室传送和扩散其他波长（图 3）。

一些北美公司已经证明，全年可以在密集城市环境中未使用的屋顶上为城市居民生产大量粮食，而且可以负担得起的土地是一种罕见的商品。 卢法农场 于 2011 年在加拿大蒙特利尔的工业建筑上建造了世界上第一个商业屋顶温室。 2880 平方米的温 ^室 用于种植各种不同的蔬菜。 此后，他们又建立了两个，一个旨在最大限度地提高番茄产量（3995 平方米 ² ），另一个设计用于种植绿叶蔬菜（5853 平方米 ² ）。 他们的每个温室都装有 NFT 水培系统，其设计不仅要更大，更轻，更便宜，更高效。 在美国 Gotham Greens 在纽约市和芝加哥的 4 个设施中运营着 16,000 平方米的城市屋顶温室，同时还使用 NFT 水栽。 他们的旗舰温室于 2011 年在纽约市建成，是美国第一个商业规模的温室。 这座 1394 平方 ^米 的工厂每年生产超过 45,000 公斤的绿叶蔬菜。 设计和建造以可持续性为前沿，设施的电气需求由 60 kW 的现场太阳能光伏电池板抵消，高效设计功能包括 LED 照明、先进的玻璃窗、被动通风和热窗帘，都有助于减少电气和供暖需求。 屋顶集成进一步减少了能源使用，同时也可以隔离下面的建筑物。 高谭格林斯的第二个温室建于 2013 年，是第一个在超市顶部建造的商业规模温室。 它的面积超过 1858 平方 ^米 ，每年生产超过 90,000 公斤的绿叶蔬菜、草药和西红柿。 ^{它们的第三个也是最大的纽约市温室跨度 5574 平方米，每年种植超过 500 万头绿叶。} 芝加哥温室的面积超过 6968 平方 ^米 ，代表着世界上最大、生产力最高的屋顶农场，种植多达 1000 万头绿叶蔬菜和草药。

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图 3：屋顶温室与宿主建筑物之间水、能源和气体流量的潜在交流（Céron-Palma * 等人 * 2012 年之后）

纽约市还有另外三个水培屋顶温室。 天空蔬菜 种植草药和蔬菜，而 醋厂 种植西红柿、草莓、草药和蔬菜。 最近在纽约市的一个经济适用住房街区 乔木屋 上建造了一个屋顶温室。 ^{这座 929 平方米的水培农场位于低收入人数过多、肥胖、糖尿病和心脏病发病率高的社区，将作为社区支持农业的安排，居民可通过每周购买农产品} 蔬菜盒订阅计划。 大约 40% 的农产品将通过外展到附近的学校、医院和市场，提供给当地社区。 Edenworks 是一个水生屋顶温室农场，也位于纽约市，种植微绿色。

在欧洲，瑞士初创企业城市农民安置了他们的试点商业水生养殖场，UF001 Lokdepot, 在一个屋顶温室在巴塞尔。 260 平方 ^米 的生长空间有 5000 公斤蔬菜的年产能，而水产养殖系统的鱼类容量为 800 公斤。

位于柏林的初创企业 ECF 农场系统 建造了两座水生屋顶温室。 Eco Jäger, 于 2016 年在瑞士巴特拉格斯开业，为餐厅、酒店和餐饮公司种植生菜、草药和鳟鱼。 BIGH 于 2018 年在布鲁塞尔开业，为餐馆、食品零售市场和直销农场生产生菜、草药和杂交条纹低音。 法国第一个城市屋顶温室将于 2019 年开业。 ^{Toit Tout Vert 位于巴黎的一个住宅部分，从 1400 平方米的生长空间的农产品将在当地的商店出售。}

独立温室

空置的城市地块也为独立温室提供了机会。 大都会农场 位于芝加哥的一个前停车场。 水生温室生产生菜、罗勒和罗非鱼，通过农贸市场、当地食品合作社和特色杂货店出售。 在欧洲，环保基金农场系统在柏林市中心经营着一个水生温室。 ECF 柏林农场 于 2015 年开业，占地 1800 米 ² ，用于种植罗勒和鲈鱼，目的是食品零售市场。

垂直农场和工厂

2010 年，迪克森·德 ^斯 波米尔在他的著作《垂直农场：21 世纪喂养世界》中介绍了 “垂直农场” 的概念。 垂直农场可以位于温室或建筑物内，并使用各种不同的技术在垂直平面上种植植物，以便在生产单位表面积方面最大限度地提高产量（见 第 14 章了解这些垂直生长系统技术的详细信息）。 理论上，垂直农场也可以以垂直综合温室 (VIG) 的形式放置在建筑物的外墙上，该温室由双层建筑外墙和水培系统组成。 然而，虽然 VIG 已被开发为一个概念并获得专利，但尚未建成任何一个。 垂直农场也可以在专门建造的摩天大楼的形式（有时称为 “空中农场”）。 同样，这种乌托邦式的愿景尚未取得成果。 这在很大程度上是由于这些项目在经济上不可行。

总部位于斯德哥尔摩的 Plantagon 为空中农场获得了许多设计专利。 世界粮食大厦（图 4）是一座 60 米高的办公大楼，作为一个垂直农场，于 2012 年在瑞典的林雪平镇开始施工，预计于 2020 年竣工。 这座价值 4000 万美元的建筑旨在展示该公司在城市建筑方面的方法，它称之为 “农业技术” —— 一个将农业、技术和建筑等术语结合在一起的 Portmanteau 词汇。 建筑物朝北的一侧将有 17 层办公空间，而一个倾斜的玻璃门面将覆盖南侧，以便最大限度的阳光通过到农业区。 附近的废物焚烧和生物气体厂将为大楼提供暖气和粮食生产燃料，然后温室的废物将送往沼气厂堆肥，从而形成能源循环流动。 然而，该公司于 2019 年破产，这引起了世界粮食大厦的建设是否会完成的问题。

天空农场最有可能首先在亚洲的特大城市，如新加坡和上海。 作为一个仅 750 平方 ^公 里的小岛屿和 500 多万人口，新加坡面临着潜在的粮食安全问题。 由于土地有价值，岛上只有 0.9% 的土地专门从事农业，只生产 7% 的食物。 剩下的需求是来自世界各地的粮食进口提供的。 然而，粮食运输成本越来越高，出于这些原因，新加坡一直认真对待垂直耕作。 该市第一个农场 天空绿色 于 2012 年开始生产，垂直农场的数量从 2016 年的 6 个增加到 2018 年的 26 个（Wei 2018）。

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图 4：瑞典林雪平世界粮食大厦的绘图 www.plantagon.com

上海是另一个垂直农业的理想城市。 由于将近 2 400 万居民需要养活，农业用地的供应和质量下降，土地价格高昂使向上建筑比向外建筑更具经济可行性。 城市规划师佐佐木协会制定了 [松桥城市农业区] 的总体规划。 ^{( http://www.sasaki.com/project/417/sunqiao-urban-agricultural-district/) 位于主要国际机场和市中心之间，占地 100 公顷的地区将包括 66,611 平方米的住房、12 820 平方米的商业空间、69 956 平方米的垂直农场和 79 525 平方米的 2 平方米} 公共空间。 佐佐木的愿景主要应对地区日益增长的农业需求，将城市农业作为创新、互动和教育的活力实验室，并采用各种适合城市的农业技术，如藻类农场、浮动温室、垂直种子库以及水耕和水下垂直农场, 这些农场将用于满足典型的上海饮食中对绿叶蔬菜的需求 (图 5 和图 6). 佐佐木批准计划的规模表明中国农业部门的价值有所提高。 中国是世界上最大的农产品消费者和出口国，该行业提供了全国 22% 的就业机会，占其国内生产总值的 13%。 因此，中国政府热衷于保护、现代化和展示一个有助于显著降低贫困率的行业。 该区的建设工程于 2018 年展开，预计于 2038 年竣工。

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图 5：上海市松桥城市农业区的模拟 < http://www.sasaki.com/project/417/sunqiao-urban-agricultural-district/ >

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图 6：上海市松桥城市农业区的模拟 < http://www.sasaki.com/project/417/sunqiao-urban-agricultural-district/ >

虽然空中农场仍然是未来的愿景，但在北美、欧洲、东亚和中东的农村和城市地区，商业设备工厂正在运行。 植物工厂是一种封闭式工厂生产系统，其中通风保持在最低限度，人工光被用作植物生长的唯一光源。 无论天气如何，环境都可以根据需要进行精确控制。 除了水培系统中的循环营养液之外，植物流出的水可以在空调机的冷却面板上冷凝并收集，然后再循环用于灌溉。 通常，工厂工厂由 6 个主要组成部分组成：热绝缘和几乎密闭的仓库式不透明结构；4 至 20 层垂直堆叠水培养床，配备荧光灯或 LED 灯；空调（热泵）用于冷却和_{除湿，以消除灯具和水蒸汽产生的热量，以及用于循环空气的风扇，以增强光合作用和蒸腾，实现均匀的空间分布；二氧化碳供应装置将 二 氧化碳浓度保持在 1000 左右} 用于增强光合作用的 Mmol/L；配有水泵的营养液供应装置；环境控制装置包括电导率 (EC) 和 pH 控制器，用于营养液。 虽然荧光灯由于尺寸紧凑，但由于灯泡表面温度低、光线使用效率高、光谱宽等原因，LED 的使用越来越多。 最新的工厂工厂采用先进的机器人技术，包括遥感、图像处理、智能机器人手、云计算、大数据分析和三维建模（[Kozai 2013]（https://www.researchgate.net/publication/260871244_Plant_Factory_in_Japan_-_Current_situation_and_perspectives））。

植物工厂生长的植物需要短于 30 厘米左右的高度，因为垂直层之间的距离通常为 40 厘米左右，这是最大限度地利用空间的最佳高度。 适合使用植物工厂进行商业生产的植物是那些在相对较低的光强度下生长良好、在高种植密度下茁壮成长、快速增长（移植后 10-30 天可收割），而且大多数部件（新鲜重量为 85%）都可以食用和价格高销售的植物。 因此，在日本和其他亚洲国家，植物工厂被用于绿叶蔬菜、草药、药用植物和移植的商业生产。 面积仅为 15-100 m² 的小型植物工厂也广泛用于日本的幼苗的商业生产，因为幼苗可以在短时间内生产，在高种植密度的情况下生产。 西红柿、黄瓜、茄子、菠菜幼苗、水培培养生菜，以及高价值观赏植物的幼苗和切割，都是在这些小型植物工厂商业生产的（[Kozai 2013]）（https://www.researchgate.net/publication/260871244_Plant_Factory_in_Japan_-_Current_situation_and_perspectives); 古西 * 等 * al. 2016).

在北美 丰富, 种植, 绿洲生物技术, FreshBox 农场 和 我们的根源 经营城市工厂厂在以前的仓库, 而 [AeroFarm](https://freshboxfarms.com/https://aerofarms.com/）是在一家前钢铁厂。 新鲜冲击 农场 位于郊区购物中心内，而 农场一号 位于餐厅的地下室。https://farm.one/ 在欧洲，位于荷兰海尔托亨博斯的 PlantLab 是一座 ² 万平方米的工厂和研发设施，位于空置工厂和仓库空间。 农场采用先进的 LED 技术，根据精确的需求校准光成分和强度，并采用自动化系统来监控和控制 80 多种不同的变量，包括湿度、CO ₂ 、光强度、光色、空气速度、灌溉、营养价值和空气温度，以提高植物产量和质量。 GrowX 在阿姆斯特丹的一个仓库里种植微蔬菜、草药和生菜，这些收获为精英餐厅订购。 在伦敦 GrowUp 城市农场 在一个仓库中经营一个商业水上养殖场，地下生长 在第二次世界大战防空洞中种植微绿色。 La Caverne 是巴黎停车场的一个地下农场，种植蘑菇、嫩草和微绿。

垂直养殖场也可以在温室经营，以便利用自然光；因此，环境只是半控制。 例子包括美国的 垂直收获 和新加坡的 天空 绿色。 于 2019 年开业，位于巴黎郊区的罗曼维尔 游览马莱切尔 是一个专门建造的温室，由两个单元组成，其中最高的是 24 米（图 7）。 2060 平方 ^米 的生长空间将每年生产 12 吨的水果、蔬菜、蘑菇和食用花卉，温室将用于展示一个短期的食品生产链，为当地居民提供低生态足迹的新鲜食物，减少对公路运输的使用，来生成作业。

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图 7：巴黎马莱切尔之旅的渲染 < http://ilimelgo.com/fr/projets/tour-maraichere.html >

容器场

城市农业领域的另一个新趋势是集装箱农场，集装箱农场也使用垂直耕作技术。 集装箱农场配备了最先进的气候控制技术和水培种植塔或堆叠式 NFT 渠道，允许全年生产，并可安装在空地或屋顶上。 运输集装箱的优势包括它们的紧凑性和模块化，可用性大，如果使用重新调整的集装箱，成本低。 由于它们是模块化的，它们可以很容易堆叠，所以理论上可以创建一个非常高的密度和高产量的农场，虽然这个机会还没有被接受。 CropBox 系统是一个重新用途的运输集装箱，占地面积为 30 m ² ，使用一系列水平 NFT 通道；它每年可以种植 5445 公斤生菜、3175 公斤草莓或 84 吨微绿菜。 老虎角农场 系统还使用重新调整用途的运输集装箱，但通过使用垂直航空技术在每个生长周期内种植 3800 至 7600 种作物，使其与众不同。 货运农场 最初使用的重新用途集装箱（绿色机器），但现在销售具有改进隔热性和更高效的气候控制系统的专用集装箱（绿化）。 这两个系统都使用垂直生长塔，可容纳多达 4500 个成熟植物。 绿叶绿色机已被北美一些城市农场采用，种植绿叶蔬菜和草药，包括 方根， 角秸秆农场， 亩在一个盒子里， 非常本地绿色， 明亮的绿色 和 开明的作物。 美国第三家公司绿色科技农业公司销售 Growtainer，这是一个定制的容器，有 4 种尺寸：6、12、13.7 和 16 米，并使用专有的轻质铝合金堆栈成长床。 在达拉斯中央市场安装了一个这样的系统，用于种植绿叶蔬菜和草药，然后在超市销售。 这些容器在美国和鹿特丹生产。

在欧洲 农业 使用航运集装箱种植草莓在巴黎。 宜家是全球最大的家具零售商，已开始在瑞典的店铺以外的容器种植生菜，然后在店内餐厅供应（Thomasson 2019），瑞典超市 ICA 马克西已经开始销售在其商店在哈尔姆斯塔德以外的容器种植的绿叶蔬菜和草药 (Jachec 2019）。 比利时初创城市作物解决方案开发了两个集装箱农场系统：FamFlex 和 FamPro。 FarmFlex 是一个需要人工劳动的集装箱农场，而 FarmPro 是完全自动化的，看起来更像是集装箱内的工厂。

城市农民开发了一个城市水生农场系统，由一个容器组成，顶部有一个温室，称为 [UF Box]。 (https://www.flickr.com/photos/127263992%40N08/15300924381/in/photostream/) 这个系统已被英国初创企业 GrowUp 城市农场仿效：成长盒 每年可生产 435 公斤绿色和 150 公斤鱼类。 比利时列日大学 Gembloux 农业生物技术已经试行了类似的系统，PAFF 盒 (植物和鱼类养殖箱) (德莱德 *等人 * 2017)。 在加拿大 波纹农场 使用航运集装箱和屋顶温室系统在多伦多生产罗非鱼，绿色和微绿色。

• 版权所有 © Aqu @teach 项目合作伙伴。 Aqu @teach 是伊拉斯穆斯 + 高等教育战略合作伙伴关系（2017-2020 年），由格林威治大学牵头，与苏黎世应用科学大学（瑞士）、马德里技术大学（西班牙）、卢布尔雅那大学和纳克洛生物技术中心（斯洛文尼亚）合作 。 *