日光温室如何改造最省成本？一起来看看这种神操作吧！
周博士考察拾零（八十四）
一种保留骨架翻修墙体的日光温室改造方案
中国从温室以来，各地每年都在不断建设新的日20世纪80年代开始研究和建设日光光温室，同时也在不断淘汰和改造老旧日光温室。目前日光温室建设的区域已经从传统的“三北”地区（东北、西北和华北）拓展推广到西南（如西藏、云南等地）和长江流域（如湖北、江苏、安徽等地），日光温室已经成为中国园艺产品重要的生产设施形式。由于中国日光温室地域分布广、存量面积大，而且在很多地区，建设跨越的时间都远远超越了日光温室的实际设计和使用寿命。同时，随着科技水平的不断提高以及实践创新的不断涌现，十几二十年前建造的日光温室，其性能已远远不能适应当前农业生产和发展的需要，甚至几年前仿造前期温室建设经验建造的温室，其性能也已经迈入淘汰的行列。因此，大量现存的日光温室急需改造翻新，以提升性能，增强抗灾、防灾能力。
面对这一急迫而又巨大的社会需求，科研和技术推广部门的科学研究和技术储备显然不够，标准化的日光温室改造技术和规范定额远远滞后于社会和生产需求。与此相反，民间对日光温室改造和翻新的创新方案却一直层出不群。笔者在调研考察中也看到过一些非常典型且有推广价值的日光温室改造方案，并就这些改造方案进行过报道。
从笔者之前看到或报道过的日光温室改造方案看，大都是保留日光温室墙体，更新日光温室骨架、改造日光温室后屋面。这些改造方案也确实是当前日光温室改造中最值得推广的一种方案。在笔者的脑海里一直有一种理念：认为没有了墙体，日光温室将没有可改造的内容了，改造日光温室墙体和新建一栋日光温室，从造价上看没有什么两样，而且新建日光温室还可应用最新的研究成果，使其性能一跃达到现代最高水平。
这种理论的思维或许每个人都有，但现实生产中，建设费用却是制约这种理论思维成为现实的最大瓶颈。在目前日光温室生产比较效益每况愈下的条件下，节约每一分成本（包括建设成本和生产成本）都将直接影响生产者的效益。在这种客观现实的背景下，即使其温室的墙体已经出现了整体变形或局部倒塌等严重影响安全生产的问题，一些温室生产者考虑到经过多年使用的温室骨架通过局部改造还能继续使用的现实，还是选择了保留温室骨架而翻修温室墙体的改造方案。
2018年5月1日，利用“五一”假期时间，笔者和北京卧龙农林科技有限公司总经理李晓明先生一同来到了位于北京市昌平区的四季青山有机农业园，考察了这里正在改造翻新中的日光温室施工现场。这里的温室改造现场正是笔者所说的保留骨架、翻修温室墙体的温室改造方案。
走进园区后，园区的总经理隋士华先生热情接待了我们，并带领我们参观了正在改造建设中的和已经改造建设完成的温室。这就让我们跟随隋先生的脚步去探访一下这种温室改造的具体细节吧。
据隋先生介绍，园区占地面积近300亩（20hm2），建设有120栋日光温室，目前主要生产草莓和各类蔬菜。整个园区分东、西两个片区，两个片区的温室均为统一规格的双层砖墙内夹保温板的结构形式，温室跨度8m，脊高3.3m，后墙高2.25m。目前已经改造和正在改造的温室有10多栋。
改造前温室的现状
改造温室建设于2008年，是北京市政府引导大规模集中建设日光温室中首批建造的温室，距今已经运行了10年。从使用时间看，温室也差不多到了设计使用寿命，确实也需要改造翻新了。事实上，从北京市2008~2012年政府补贴建设的这批日光温室看，总体建设质量不高，普遍存在更新改造的需求。
就该园区目前现存温室看，包括温室后墙、温室后屋面以及温室骨架都出现了不同程度的变形或锈蚀，存在严重的安全隐患，翻新改造已是迫在眉睫。
首先从墙体看，温室后墙为双层240mm厚砖墙内夹聚苯板保温层的三层复合墙体（图1）。由于墙体基础不均匀沉降以及内外两层墙体之间缺少拉结（双层墙体完全是两层独立的墙体），温室的外层墙体发生严重变形，生产中为了安全，温室管理者几年前已经在后墙外砌筑了间隔不等的砖跺（图2），用于抵御后墙向外的倾覆。即使如此，后墙倒塌的危险仍然随时存在。
再来看温室的屋面，从破坏后屋面的剖面看，温室后屋面的做法从内向外依次为聚苯板保温层→炉灰渣填充层→水泥砂浆罩面防水层（图3a）。从室内看温室后屋面，可以明显地看到后屋面的聚苯板保温层向下滑移（图3b），造成温室屋脊处保温聚苯板与屋脊梁压板脱离（图3c）。发生这种破坏可以直观的推断是由于后墙的外层墙体下沉或向外位移牵动温室屋面保温板位移而造成的结果。由于后屋面板滑移，造成温室后屋面出现裂缝，除了安全因素外，保温、防水的问题也已经成为了需要急迫解决的问题。
从温室骨架看，在骨架的端部与后墙圈梁相接触的地方已经发生严重锈蚀（图4）。这种锈蚀将直接导致温室骨架承载的失效，严重的在遇到恶劣天气条件时随时都可能引起温室前屋面坍塌。此外，从翻修温室的现场还可以看到，温室后屋面上支撑和固定保温聚苯板的角钢和扁钢也都发生了严重的锈蚀，有的已经断裂（图5a），有的完全锈蚀（图5b），已经失去了其支撑和承载的能力。可以看出，这些钢构件在建设时防锈问题就没有得到良好处理，在长期的使用过程中，由于温室内高温高湿更加速了这些钢构件的锈蚀。此外，钢构件与混凝土长期接触，水泥对钢构件的腐蚀作用也不可忽视。由此，也再次提醒我们，在温室建设中对所有钢构件均应做好防腐处理，对预埋在钢筋混凝土中的钢构件，要么对混凝土圈梁中使用的水泥应选择腐蚀性小的品种，要么对埋入圈梁中的钢构件应进行局部加强防腐处理。从使用效果看，目前的热浸镀锌仍然是钢构件表面防腐的一种比较理想的方法。
温室骨架的改造方法
温室骨架除了与后墙连接处发生严重锈蚀外，其他部位也有不同程度的锈蚀。但考虑到更换全部骨架的费用问题，园区生产者还是选择了一种过渡性的改造方案，即加固局部节点，保留整体骨架。
事实上，日光温室骨架在墙体上固定处的锈蚀问题是一个普遍问题，笔者2015年曾就同样问题进行加固的方法介绍过一些案例。该温室工程改造中，采用了局部替代的方法，用一段约50cm长的热浸镀锌钢管焊接在温室的骨架端部更换腐蚀部位的钢管，使骨架的内力通过新的替代钢管传递到温室墙体，如图6所示。实践中采用了2种方法，一种是截去骨架端部锈蚀的部分，用同种规格的镀锌钢管替代后再重新对接焊接到受力骨架上（图6a），称为“断肢再生”，这种做法不改变骨架原有的设计传力模式，结构承力的安全性较高，也更适合于翻新屋面的改造温室；另一种是保留原有已锈蚀的骨架，在骨架的端部重新焊接一根新的钢管，称为“搭桥”，其中有沿原骨架位置平行焊接的（图6b），称为“原路搭桥”，也有在骨架上下弦杆间焊接的（图6c），称为“旁路搭桥”，这种做法可能会改变原设计骨架的传力路径，有一定的安全隐患，尤其是“旁路搭桥”安全隐患更大，这种方法更适合于不翻新温室屋面的温室骨架加固。不截断或去除原有腐蚀的局部钢管，可节约改造用工，降低改造成本，虽然会影响温室结构的美观，但不会影响温室结构的使用性能，所以，在实际生产中还是一种可接受的方案。
该改造工程，没有对骨架在温室前沿部位进行局部改造，对骨架的整体结构也没有改动，有的只是局部进行了防锈处理，这里不多赘述。
温室墙体的改造方法
温室后墙由于外层沉降和变形严重，改造中将其彻底拆除，包括在温室后墙外临时砌筑的墙垛也一并拆除。由于温室后墙的内层结构基本完好，在本次改造中完全保留了内层墙体。事实上，墙体改造过程中，两层墙体之间的保温层也进行了更换。从保留墙体内层结构的角度看，这种温室改造还不能称之为完全的拆除并更新后墙的日光温室改造方案。
施工中，首先拆除温室墙体的外层结构，重新夯实和平整墙体地基（图7a），然后按照原设计方案重新砌筑后墙（重新砌筑的后墙如图7b），并在新旧两层墙体之间填塞聚苯板保温层（图7c）。这种改造方案完全保留了原设计方案，包括温室的总体尺寸和建筑构造均完全得到保留。由此也可以推断，这种温室的性能也基本保持了原有温室的性能。
需要指出的是，在后墙改造的过程中，由于拆除了外层墙体，温室结构的所有荷载将全部支撑在温室的内层墙体结构上。为了结构的安全以及施工过程中施工的安全，应对温室保留内墙进行局部支撑或加固。另外，为了避免施工过程中雨水将温室墙体内层结构淋湿，影响温室墙体的保温，施工中应用塑料薄膜等防水材料包裹墙体的对外表面，如图8。
由于施工过程主要在温室外作业，基本不影响温室内的生产，所以该温室在改造过程中温室内的种植还在正常进行。园区管理者选择在4月份的季节改造温室，估计也是考虑到这个时间北京室外的夜间温度也不会太低，即使是单层的墙体或者甚至短时间拆除后屋面也不会影响温室内的温度。从这个角度看，选择在4~5月份进行温室改造，可以达到温室改造与温室生产两不误的效果。
从温室改造的效果看，虽然完全地将温室后墙中存在安全隐患的外层结构进行了成功更换，但由于墙体内外两层结构缺少相互的拉结，墙体结构仍然是“两张皮”结构，整体承载能力仍然不足。所以，这也是一种不彻底的改造方案，过渡使用3~5年可能没有问题，但正常使用8~10年或许还存在隐患。对于双层夹心墙体的改造笔者建议最好还是能够在两层墙体之间形成拉结，这种拉结可以是砖拉结，也可以是钢筋拉结（或许钢筋拉结的方案在本改造方案中更具操作性）。
从最新日光温室墙体保温的研究理论看，三层结构中间保温的建设方案已经是一种过时的建设方案。从保温储热的角度看，内层墙体为储热放热层，中间的保温层主要阻止内层墙体内热量的外传，两层结构已经完全能够实现温室墙体被动储放热的功能，而且内层结构为承力结构，温室的结构安全也能得到保证，所以，外层的砖墙功能似乎只剩下围护中间保温层的作用了。根据日光温室墙体被动储放热理论研究成果，对类似温室的墙体改造，可以直接在温室内墙外侧外贴保温板，并将保温板的外表面做防水处理即可。这样可大大节省建筑材料和建筑用工，从而降低改造成本。当然，如果经过计算校核认为240mm厚的内层砖墙承载能力不够，一是可以将240mm厚砖墙加厚到370mm或490mm，并用钢筋拉结将其形成一体化承力体；二是可以在内墙内侧增设壁柱来提高内墙的承载能力。这种方案无论是结构的承载能力还是温室的保温性能都将得到显著提升。
相信民间的创新能力会更强，相同的问题，或许有更多的答案或解决方案，请大家献计献策，共享成果，为中国日光温室的更新改造提出更多、更好的优化解决方案。
后屋面的改造方法
由于温室后屋面的保温板随着温室后墙外层结构的位移而发生滑动，该温室改造必须整体更换温室屋面。施工中更换屋面和加固温室骨架是同步完成的。
温室后屋面改造的过程为首先拆除温室后屋面，露出所有温室后屋面拱架。为了保证施工的安全，在拆除后屋面之前应对温室骨架进行加固或支撑（图9a）。拆除后屋面后，将所有温室拱架在后墙支撑点锈蚀的钢管切除，采用“截肢再生”的方法用同样规格的镀锌钢管更换锈蚀部位钢管，并将其端部焊接到预埋在温室后墙的角钢上（图9b）。待所有温室拱架全部改造完成后，再在拱架上沿温室后屋面坡度方向（温室跨度方向）布置数道沿温室长度方向的屋面支撑（至少4道，包括屋脊部位专用压条一道、骨架与墙体交接处角钢一道、中间扁钢2道），所有屋面支撑构件都应该进行热浸镀锌表面防腐（图9c）。
在改造温室后屋面的过程中，考虑到原来使用的保温板密度小、强度低，在拆除的过程中也有大量损坏（图10a），更新温室后屋面时重新更换了新的屋面保温板（图10b），一是增加了保温板的密度，从而提高了保温板的强度；二是加强了保温板的表面防护，将原来的水泥砂浆表面防护改变成了挂网后白水泥罩面，不仅增强了保温板的表面防护，而且白色还能反射照射到其表面的太阳辐射，增加室内种植作物的光照强度和光照均匀度（图10c），应该说这种改造是成功的，是一种类似改造工程中可以推广应用的技术。
除了更换后屋面保温板之外，温室后屋面改造中考虑到原来设计找平层中使用的炉渣材料目前在北京市场基本没有原料供应，所以，在改造施工中用水泥砂浆直接对保温板进行勾缝后罩面，一是增强后屋面保温板的密封性；二是增强后屋面的表面强度，保证屋面上人工操作的安全性。
结语
该温室通过改造，从表面上看温室结构已经焕然一新（图11），温室内种植的作物也生机盎然，可以说是一种成功的改造，但从生产和技术发展的角度看，这种温室改造方案仍然存在很大的局限性：一是温室的主要建筑做法完全沿用了原设计温室的做法，没有改进就没有温室性能的提升；二是保留骨架实际上是保留了原温室的总体建筑尺寸和采光性能，这种改造只能提高温室结构的安全性，但对温室的温光性能提升影响不大；三是保留骨架虽然在一定程度上节约了温室的改造费用，但总体费用仍然不低。据隋先生粗略估算，这种方案改造的成本每栋温室约4.5万元，如表1（温室长100m，单栋温室面积约800m2），按照温室单位面积计算，改造成本约为54元/m2，如果考虑温室改造由专业施工队施工，改造费用中至少还应增加企业利润和管理成本，按成本价的50%计算，改造总费用将为81元/m2，折合每667m2造价5.4万元。如果改造中更换温室骨架，并适当加高温室墙体，增强温室保温性能，或许多投资3~5万元，但温室的整体性能和使用寿命将会得到大大提升，温室改造的性价比将会显著提高。
由于受温室生产者投资能力的局限，这种改造方案看似是一种节约资源、保护生态的做法（保留了骨架、复用了砖石），但也确实是一种性价比不高的改造方案，或许也是温室生产者经济实力不够而面对现实的一种无奈，也或许是温室生产者根本就没有找到更优化的温室改造方案。建议北京市政府针对2008~2012年政府补贴建设的日光温室进行一次大普查，以提升性能和保证结构安全性为目标，形成一次性整改的技术方案，对整改温室采用奖补政策，按照提升性能、保障10年以上使用寿命改造的温室，通过专家验收后可给以政策性补助，以鼓励温室生产者将温室改造能一次到位，彻底解决管理和生产中的后顾之忧。从整体效益讲，优化的温室改造方案也将会具有更好的社会和生态效益。
作者：周长吉（农业农村部规划设计研究院）