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垂直农场是一种新型室内种植方式，它的出现在于解决资源与充分利用空间，其能有效地扩大农作物生产面积和生产产量。
垂直农业这个专业术语最早是在 20 世纪初由美国地质学家吉尔伯特·埃利斯·贝利提出的，从那以后很多建筑师以及相关领域的研究人员对其进行了长期的探索和研究。2007 年，美国哥伦比亚大学教授迪克森·德波尔最早提出了“垂直农场”这个概念。垂直农场类似于高楼的发展模式，在摩天大楼里通过技术手段模拟农业生物所需的水、阳光以及温度等生长环境，促进农作物的生长。简单的说就是在高楼大厦里进行各种农业生产，充分利用可再生的资源和温室技术，大幅度提高农业产量和土地利用率的一种新型农业发展模式。
垂直农场采用无土溶液栽培方式，可以将污水转化成电力，大大降低能源成本，同时能够提供更多的食物。垂直农场还可以将传统的农场解放出来，用来种植更多树木，从而减少大气中的二氧化碳含量，减缓全球变暖过程。而且，垂直农场本身就在都市，可以直接运往有需要的地方，从而节约运输成本，并减少运输带来的污染。综合起来有以下优点：
（1）可以充分利用土地，节省耕地面积充分利用城市空间。
据调查，一座占地仅仅只有1.3万m2、58层高的“垂直农场”，其产量相当于一个四百多万平方米的传统农场，足够为三四万人提供一年的粮食和蔬菜等。
（2）充分利用各种温室栽培技术，大大提高农作物产量。
垂直农场利用温室栽培的手段可以使农作物在适宜的环境中生长，一年365天，不间断的进行农作物生产，不受干旱、洪水以及害虫等等自然灾害的影响。据相关资料显示，我国每年因干旱、洪涝等自然灾害影响而造成的经济损失多达上万亿元。而通过垂直农场养殖农作物，可以避免自然灾害的侵蚀，摆脱生产土壤、地理气候等等因素的束缚，大大提高了农业生产的质量。
（3）垂直农场可以合理利用有机废物，处理城市污水，提高城市公共卫生。
在垂直农场里，可以利用雨水收集系统、中水系统等先进绿色环保技术，把农作物生产过程中产生的有机废物转化成可以利用的清洁能源。不仅如此，垂直农场还可以调节城市气候，保护城市生态环境，把城市的“钢筋混凝土森林”变成真正的绿色生态森林。
（4）垂直农场可以充分利用大自然可再生能源。
垂直农场是一个独立的绿色生态循环系统，在农场里可以充分利用太阳能、风能等可再生能源，并且能将一些无法利用的农作物通过环保技术做成燃料，为城市提供一些可再生的清洁能源。此外，垂直农业能够减少大气中的二氧化碳含量，对解决全球气候变暖问题有积极地促进作用。
（5）垂直农场可以为城市居民提供大量的休闲空间和就业机会。
一座垂直农场将集农作物生产、养畜、办公休闲于一体，这一种新的农业生产模式，将会成为城市文化的一部分，为城市居民提供大量的休闲空间，解决城市居民的休闲需求。此外，垂直农场可以为城市居民提供大量的就业机会，垂直农场是一个自给自足的生态系统，里面不仅包含农业，还包括电力、机械、建筑等等一系列工程。它的建设需要一大批具有专业技术的建筑师、工程师、城市规划设计师、农业机械技术专家等高技术人才。
自从垂直农业的概念提出来以后，世界上各个国家的相关研究人员都纷纷开始关注“垂直农场”建筑风格的设计。同样是垂直农场，各个国家和地区根据地方特色和城市需求设计了很多各具特色的垂直农场。以下介绍几个相对比较典型的垂直农场设计方案。
1．蜻蜓垂直农场
一提到农场，人们通常都会联想到一大片土地，但“蜻蜓垂直农场”的出现打破了人们传统的观念，让人们对农场有了新的认识。蜻蜓垂直农场可以使农场在建筑物中垂直分布，整座建筑物的外形看起来就像两片叠合着的蜻蜓翅膀，旁边还“长着”两根高高的“触角”。蜻蜓垂直农场是在2009年由比利时一位杰出的建筑师文森特·卡勒鲍特设计的。农场共有132层，两边的“触角”达700m以上，农场最高建筑达600多米。该农场的动力来源完全由风能和太阳能提供，冬天的时候，两扇“翅膀”间的热空气可以为农作物提供保暖；夏天的时候，农场通过自然通风和植物的蒸腾作用来调节建筑物内的温度，使农场内达到冬暖夏凉的效果。除此之外，农场内还设有住宅区、办公室等供居民休闲娱乐，人们可以在工作之余，种些自己喜欢的植物，体验多元化的生活。
2．迪拜“绿洲大厦”垂直农场
随着迪拜旅游业的兴起，全世界越来越多的人开始来到这座城市，使得迪拜本来就紧张的农业用地愈显不足，急需一个能够解决居民不断增长的食物需求和可用农业土地不断缩小的矛盾的方案。面对这个棘手的问题，合成设计工作室（SynthesisDesignStudio）的拉胡尔·苏林想出了一个解决问题的办法——在城市建立垂直农场“绿洲大厦”，让土地纵向发展，节约土地成本。“绿洲大厦”位于迪拜的Zabeel公园，它的外部包裹有ETFE氟塑料，能够充分吸收光能，为农作物的生长提供必要的能量需求。它的内部主要种植粮食作物，有些楼层还可以作为居住空间。据统计，绿洲大厦的产量可以满足多达4万人一年的粮食需求。
3．新加坡热带地区生态设计大厦
一提到新加坡的垂直农场，最典型的莫过于新加坡热带地区生态设计大厦。该农场由建筑设计者TRHamzah&Yean设计、新加坡国立大学资助。这栋外表被绿色植物覆盖的生态大厦共有26个楼层，外面一半以上的面积被当地品种的植物覆盖。为了充分吸收太阳能，建筑物表面覆盖有855m2的太阳能电池板，这些太阳能电池板每天产生的电量能够满足大厦至少40%的用电需求。为了达到节能环保的目的，生态设计大厦的建材均选用回收材料或者可回收材料。不仅如此，大厦还运用多种环保技术，如雨水收集回收处理系统、中水系统等，有效解决大厦一半以上的用水需求。
（一）“垂直农业”设想本身的问题
在迪克森教授的描述中，一座占地只有一亩、30层高的垂直农场，可以为5万人提供一年的食物和饮用水。而中国目前产量最高的粮食作物，是根据农业部验收组2011年9月19日公布的数据显示的，袁隆平指导的“Y两优2号”超级杂交稻，平均亩产926.6公斤。如果按照正常情况下，一个人每年平均要消化1吨的食物与饮用水，5万人一年的需求是5万吨粮食，所需要的耕地面积是50000÷0.9266=53960亩。而迪克森教授的农场建筑只有30亩，在建筑设计面积达到最大的情况下，种植目前中国亩产最高产量的作物，一年只能提供30×0.9266=27.79吨粮食，仅能满足27.79人一年的粮食需要。如果要养活广州市1400万人，需要50万座30层楼高的垂直农场。而养活中国14亿人则需要5000万座垂直农场。假设农业发展水平极高，构想的垂直农场确实能养活5万人，由于人消耗的粮食不会有太大波动，所以5万人仍然需要5万吨粮食，那么垂直农场的亩产量必须要达到50000÷30=166吨，是中国目前最高粮食亩产量0.9266吨的179倍。在目前的科技条件下，几乎是不可能实现的事情。
（二）技术的问题
（1）中国农业规模化和机械化生产方面还是处于初级阶段，与欧美等发达国家相比，中国农业机械自动化设备落后，农业生产形不成规模化。而垂直农场采用的是工业化和自动化控制、可循环的能源利用技术和温室技术，这也将制约垂直农场在中国的发展。
（2）垂直农场的建设需要一大批具有专业技术的建筑师、工程师、农艺学家和城市规划者，将高科技农业技术同最新建筑技术完美结合起来。中国目前缺乏精英人才和高端垂直农场建设技术，这个问题在短期内很难解决。如果垂直农场要在中国落户，就要依赖国外的技术和科技人才的支撑，进口成本必将又是巨大的。
（3）垂直农场自身就是一个独立的系统，但是这个庞大的系统是否合理，是否能够正常运作，包括内部空气质量，各种循环系统的设计能否满足需求，产品的质量是否合格等，都需要一系列实验才能得出结论。
（三）效益的问题
按照2013年市场价格，每平米的钢筋混凝土塔楼的造价是人民币1383.46元左右[4]，建设一栋建筑面积为30亩的垂直农场，需要花费1383.46×30×666.7=2767万左右，如果加上地价和设备费用，这个价格还会更高。而在广州郊区租一块地，1亩地每年租价是1000～2000元，30亩是3万～6万元，两者的价格相差400倍以上。如果只是单纯地种植作物，那么垂直农场的种植成本将是一个“天价”。在系统启动以及后期维持运行的过程中，垂直农场需要的资金支持也是一笔很庞大的账目。作为新兴的农业形式，垂直农场所带来的经济效益、社会效益尚未明确，垂直农场比传统农场的优越性究竟有多大，还是一个问号。至少在目前，在摩天大楼里设置办公室带来的效益可能会比建设农场要大。
（四）认知度的问题
社会的认知度：垂直农场作为一种新生事物，要想取得社会认知度，必须要有足够的经济和社会效益。按照上述的分析，建造这个农场的投入和产出完全不成比例，要获得社会认可的可能性微乎其微。要想获得社会认同，唯一途径就是解决前述一系列矛盾，降低垂直农场的建造和运行成本，增加社会功能，提高效益。群众的认知度：随着时代的发展和进步，人们的观念也日益开放，乐于接受新生事物，但总的来说，中国人更容易接受天然种植的食物，垂直农场中的作物可能更有营养价值、更安全，但是人们可能会觉得吃的是“实验室中的实验品”的感觉，要人们完全接受还需要时间。
（五）政策问题
垂直农场是一个新兴的概念，在发展的过程中，是否符合国家与城市的政策对于其能否顺利发展至关重要。首先，垂直农场必须要给城市发展带来足够的好处和变化，才能取得政府支持；其次，如果垂直农场能顺利进入城市，城市规划必定会发生巨大的改变，即是选择市中心还是郊区建设，是在原有的高楼中改造，或是与城中村改造结合，与周边建筑的关系如何协调，交通如何协调等等都需要城市规划者慎重考虑；再次，垂直农场的建立必将导致城市产业结构的变化，造成社会不稳定。
（六）污染问题
农业生产会带来许多污染，比如农药、化肥、除草剂、牲畜产生的粪便等，如果处理不当的话，会对城市造成不良的影响。另一方面，垂直农场是通过光周期控制达到对植物生长控制的，有可能在整个晚上都进行人工照明，必定给周围居民带来光污染困扰。中国城市发展建设城市垂直农场的策略虽然到目前为止，垂直农场的设想还存在很多问题，但其优点和缺点一样明显，我们可以利用其长处，尽量避免其劣势，让它在我们的生态环境建设中发挥最大力量。
（一）建设“第五代卫星城”
自1924年荷兰阿姆斯特丹召开的国际城市会议上提出建设卫星城市以来，得到各国响应，至今已发展了四代。第一代到第三代卫星城完成了由单一的居住功能到复合型功能的转变，而第四代卫星城为多中心敞开式的，用高速交通线把卫星城和主城联系起来，主城的功能扩散到卫星城中去。
建设卫星城的主要目的是为了控制大城市人口过分膨胀，疏散大城市的部分工业和人口，抵消大城市对周围地区的人口吸引力。但是中国的卫星城大多只是原有城市功能的再延续，其本质仍然是城市摊大饼式的向外扩展，根本达不到疏散人口和产业的目的，在蚕食城市周边的农业用地的过程中，促使人口还在不断向城市集中，违背了“卫星”的初衷。
因此，在“第四代卫星城”的基础上，笔者提出“第五代卫星城”的概念，即卫星城的建设要尊重当地原有的文化、环境和功能，要考虑与当地原有功能相结合，成为具有独立功能、人尽其才、地尽其利、人和自然协调发展，生态良性循环的“生态卫星城”。例如卫星城建设的地址原来是一片农业区那么该卫星城可以考虑以农业生产为主要城市功能，尽可能不破坏原有的生态系统。目前环渤海京津冀地区、长江三角洲地区、珠江三角洲地区正加紧城际轨道交通网的规划建设，致力于构建区域内“1～2小时交通圈”。垂直农场可以利用这一形势，在大城市周围地区，新建或改建具有相对独立性的垂直农场群，成为“第五代卫星城”。既可以对涌入大城市的人口起到截流作用、疏散大城市的人口和产业，又可以发展新的农业和与之配套的第三产业，提供就业机会。
（二）建设“复合功能型”的高层农场建筑
目前中国正以惊人的速度建造更多的高层建筑。在拥挤的一线城市，对空间的需求推动了高层建筑的发展。2012年，中国的高层建筑占据世界百座最高楼中的34座，占据比例为三成。而且中国的高层建筑越来越向“功能复合型”方向发展，这对垂直农场在中国的发展来说是一种机遇。例如设计高度为208.8米的深圳“绿美人”摩天塔，朝向太阳的一面将种植蔬菜、花卉、药材以及家畜养殖等，而背阳的一面将开发空中花园酒店、空中餐饮、商务会所、绿色会议厅等，将各方功能有机结合，使其具有多功能整合资源、多业态抵御风险的投资价值。
垂直农场和高层建筑有着许多共同点；
所以，垂直农场能否在众多的高层建筑中获取一席之地是关键，而更理想的状态是，垂直农场能够与各类型高层建筑结合发展。在现有高层建筑上装上某些装置，可以是一些结构模块之类的东西，让它们“附在”现有高层的表皮上，形成新的表皮，这样既可以利用现有资源发展垂直农场，更加为城市增加生态和绿色。
（三）与城中村改造结合
在城中村里，居民的生活方式和劳作方式依然保留着此前的农村模式，在现代化的大城市中显得格格不入，城中村的改造势在必行。但是城中村的改造是城市规划中面临的一个比较头疼的问题：如何改造？改造后如何安置村民？改造后村民如何谋生？把原来较为落后的城中村改造成繁华城市的一部分是我们共同的意愿，不过不能一味改造，该保留的还是应该保留。
目前解决城中村问题的最佳模式，就是把城中村改造成集居住和现代化生产结合的垂直农场。在原来城中村的基础上，建成一栋栋立体农场，又能居住又能生产。既解决了村民安置的问题，又能使他们发挥一技之长，找到就业途径，同时还能为城市居民提供新鲜的农副产品，改善城市环境。还可以把农家旅游和农业生产、住宿结合起来，形成多功能的垂直农场。达到经济效益和社会效益的最大化。
（四）与房地产开发结合
在房地产开发的过程中，可以在楼层的公共区域或者套型内预留小块的种植用地，分租给居民们种植容易打理、利于存活的蔬菜、水果等。可由市民自主经营或者委托专门人员进行管理，收获的农产品可提供自家食用，也可以交换或出售。让市民们在家门口就能够体验到农业的生活方式，达到放松身心、休闲娱乐的目的，同时获得新鲜、无污染的绿色产品。
（五）充分利用当地的绿色资源
垂直农场要充分发挥生态优势，尽量利用当地的可循环资源进行能源供给。例如位于冰岛、意大利、新西兰、南加州以及东非一些地方的垂直农场采用了当地丰富的地热资源。光照强烈的沙漠地区（如美国西南部、中东地区、中亚大部分地区）的垂直农场充分利用自然光源进行作物生长和增强光电转换能力。
而中国大部分地区都有丰富的可再生资源，比如西部的太阳能资源、风能资源，南方地区丰富的太阳能资源、水利资源，沿海城市的风能资源等。而在中国的许多大城市，因为各种原因，对于绿色能源的利用还处于空白和起步阶段。如果在中国大城市发展生态的垂直农场的话，可以起到示范和引导作用，从而拉动太阳能等绿色能源在城市的发展，为节能减排做出巨大贡献。例如深圳“绿美人”垂直农场的设计方案，引入风能、太阳能、地热能、无土栽培、雨水收集等13项全球最新的绿色能源成果，是中国高层摩天楼能源利用的典范。