引言

在快速城镇化的时代背景下，乡村振兴已成为推动社会均衡发展的重要战略。然而，位于大遗址保护区内的村庄，其发展却长期面临保护与开发的两难困境。本研究正是在此背景下，以西安市汉长安城大遗址保护区内的张家巷村为具体案例，探索将智慧农业建筑理念应用于乡村空间更新的设计策略。文章旨在通过跨学科的研究方法，以农业为线索、建筑为载体、科技为动力，寻求一种集“生态农业、产业振兴、文化传承、环境提升”于一体的综合性解决方案，以期为同类大遗址保护区的乡村规划与发展提供可资借鉴的新思路。

一、选题背景与意义

（一）选题背景

近年来，中国城市化率快速提高，城市规模不断扩大，“大城市病”逐步显现，人们对幸福与健康有了更高的追求。当城市发展遇到了瓶颈，乡村便是新的突破口，城市问题的解决，不能仅仅关注于城市本身，还要发掘乡村的发展潜力。

城市化取得了一定进展的同时，还面临着诸多问题，乡村生态环境受破坏，耕地面积减少，大量农民弃耕抛荒，传统农业模式面临巨大压力，粮食安全问题存在隐患，传统农业向智慧农业的转型是必然趋势。

而大遗址保护区内的村庄，受遗址保护相关条例的影响，基础设施建设滞后，村庄产业开发受制约，遗址内外发展极不协调，村民收入明显低于周边地区，村庄的发展面临着多重挑战。

随着中国科学技术与数字化水平持续创新突破，以智能化技术为基础的智慧农业更加成熟，能够实现无人化、自动化、智能化生产管理，具有高效、可持续和环保等特点，成为了解决农业生产面临问题的重要途径。因此智慧农业建筑的设计也成为了相关领域的研究热点。

（二）选题意义

现有的智慧农业技术多应用于温室大棚或是植物工厂，主要服务于生产功能，具有一定的局限性。而对智慧农业建筑的创新型探索不仅使用场景更加多元，还能够弥补智慧农业、室内种植领域的不足，利于村庄的可持续发展。

从农业发展的角度看，可以为乡村振兴赋能。智慧农业建筑的设计与研究旨在将现代科学农业技术应用于建筑，是当前农业发展的重要方向之一，具有广阔的前景。不仅可以提高农业生产效率和土地利用率，保障村民基本生活需要，对现代农业具有示范推广作用，还可以与其他产业相互融合，带动区域发展。

从遗址保护的视角看，为大遗址保护区的乡村发展提供了新思路。智慧农业建筑占地面积小，土地利用率高，不仅使遗址区的闲置土地得到了合理应用，且对土地景观影响小。减少了村庄原有耕地的生产压力，利于还原遗址区原始风貌，促进文物保护与农业生产相互协调、可持续发展。

从城乡联系的方向看，智慧农业建筑不仅能减少“食物里程”，满足周边城乡居民的对健康绿色食物的需求，成为居民的“粮食补给站”，还能为市民提供休闲娱乐的场所，增强村庄与城市的联系。

（图片来源：作者自绘）

二、智慧农业建筑

（一）智慧农业建筑的含义与研究现状

智慧农业是农业生产的高级阶段，经历了萌芽时期、快速发展时期与规模应用时期，是指将现代科学技术与信息技术深度融合，综合运用到传统农业中，对农业生产进行控制，使之更具“智慧”。能够实现远程观测、管理、数据交互等，并且深入应用于全产业链中。未来，大数据、信息技术等将会更为成熟地应用其中。

“建筑-农业一体化”由开普勒（Ted Caplow)提出，是基于微观层面对生态农业与建筑融合的研究，技术实施上以垂直种植、无土栽培、生态循环等技术为主，主要研究方面是表皮种植与垂直农业。这种建筑模式具有高效可持续和绿色生态的特点。国外部分发达国家已多方面进行了相关的研究与实践，例如美国率先开展对垂直农场的研究，日本的植物工厂技术日趋成熟，新加坡的植物与建筑一体化技术越发完善等。笔者对现有案例进行了整理归纳。

（图片来源：作者自绘）

（二）智慧农业建筑的应用领域

经调查总结，国内外智慧农业建筑的应用主要有以下几个领域：

科技观光。以展示创新多样的栽培技术、模式和栽培设施为主，栽培品种以观赏型果蔬、花卉居多，为农业旅游研学和科技展示等提供了场所。

家庭菜园。多直接购买使用设计研发出的智能小型自循环栽培设备，也可以根据需要在阳台、屋顶等空间定制无土栽培系统。体验种植的乐趣的同时也能美化居家环境。

科学研究。智能化种植系统可控性强，便于操作管理，是科学研究的得力助手。

种苗繁育。通过无土栽培等先进技术，更高效地促进种苗繁育。

鱼菜共生。通过自循环和消化系统，在给作物供给水分的同时，将鱼类粪便进行分解，并转化为植物生长的养分。实现了“养鱼不换水，种菜不施肥”的生态种养模式，是真正的有机生产。

高科技工厂化生产。包括垂直农场、植物工厂等，数字化程度高，具有高投入、高效率、高收入的特点，主要应用于大都市中心。

一般温室设施。主要以基质栽培中的有机生态型无土栽培为主，投入少，产量高，品质好，管理简单，是一般生产种植者的首选，主要应用于设施农业中的栽培基地。

特殊领域应用，主要包括集装箱无土栽培、太空农业等，应用形式是满足特殊情况下的应用需要，造价和生产成本高，主要追求解决特殊食材问题或者科研价值。

（三）智慧农业建筑的技术要素

智慧农业建筑的技术要素主要包括垂直种植技术、无土栽培技术、数字信息技术、设施农业技术、生物循环技术和新能源技术。

垂直种植技术是指利用立体空间栽培植物，例如在建筑表皮、立面或是利用立体栽培架种植植物，特点是对资源和空间的充分利用。

无土栽培技术是指用营养液或固体基质代替天然土壤栽培作物的方法，具体包括固体基质栽培和非固体基质栽培，其中水培和气雾式栽培的方法最为常见，具有清洁、高产、节水节肥的特点，扩展了植物种植的空间，给建筑空间栽培植物奠定了基础。

数字信息化技术和设施农业技术都是现代化农业技术中的重要组成部分，它们使建筑内高密度的立体种植成为了可能，利于节省人工成本，便于标准化生产管理，数字信息化还使农业的发展增添了更多可能性，例如AI交互等。

生物循环技术包括对可再生能源和垃圾废物的循环利用，节省建筑耗能，减少了垃圾运输，利于环境保护。

新能源技术主要是对太阳能和风能的利用，能够缓解城市能源压力，现已成熟运用于绿色建筑和都市农业中。

（图片来源：作者自绘）

（四）智慧农业建筑的展望

随着新技术的不断涌现和应用，智慧农业建筑的设计将会进一步发展和创新。以下是几个可能的趋势：

更加完善的智慧农业建筑体系。智慧农业建筑设计在未来将逐步实现全流程的智能化控制和管理，通过AI技术提供精准的农业建议和预测，利用大数据分析、机器学习等手段，将农业和建筑进行更加有机地结合，使建筑的建设更加标准化、体系化、灵活化。

更加可持续化的设计理念。随着人们对可持续发展和环境保护的重视程度不断提高，未来智慧农业建筑的设计将更加注重绿色环保、节能降耗、资源循环利用等方面的考虑。

更加多样化的应用场景。未来，智慧农业建筑将不仅仅局限于种植、养殖等领域，还将在文创旅行、虚拟宇宙等领域得到应用，形成多元化的农业文化产业。

更加开放式的创新模式。未来，智慧农业建筑将逐渐实现与科技企业、设计机构、金融机构等多方面的合作，形成开放式的创新模式，推动农业产业的升级和转型。

三、拟采用的研究方法

（一）文献研究法

对有关智慧农业建筑的文献资料进行分析整理与归纳，为论文提供理论框架，为进一步研究奠定了基础，让写作思路更加清晰明确。

（二）案例分析法

通过对智慧农业建筑典型案例的研究与分析，汲取相关经验，了解实践过程中的可能会遇到问题，使理论与实践更好地相结。

（三）跨学科研究法

运用智慧农业技术、农业生态建筑、智慧建筑、都市农业等相关学科的理念、方法和成果对智慧农业建筑的设计进行综合研究，从而形成一个较为完善、统一的逻辑系统。

（四）比较调查法

在研究西安市大遗址保护区智慧农业建筑的基础上，通过对其他地方大遗址保护区的发展策略，以及国内外有关智慧农业建筑的现状调查进行对比研究，并得出相关结论。

（五）理论分析法

对本文用到的理论进行剖析与与归纳，并且结合实际情况，整理出一套符合西安市大遗址保护区智慧农业建筑设计的优化策略。

（六）实地调研法

笔者亲自到汉长安城遗址区、张家巷村，进行实地调研，为本次论文的实践设计提供保障。

四、场地概况

（一）汉长安城遗址保护区概况

汉长安城遗址区位于陕西省西安市的西北方向，核心城址区约36平方千米，是我国现存的规模最大的统一王朝的都城遗址。遗址多存于地下，地上较少，以汉代遗存为主，还存在后续多个年代的遗址，遗迹丰富。第38届世界遗产大会上，汉长安城未央宫遗址被正式列入《世界遗产名录》。由于其独特的文化意义和历史价值，受到了社会的广泛关注。但长安城遗址区的保护利用依旧面临着诸多挑战。

受文物保护相关规定的影响，遗址区村庄发展明显滞后。如何缓和遗址保护与区域发展之间的矛盾，在符合遗址保护要求、不改变遗址风貌的前提下，推动乡村传统产业更新升级，并以此为依托，增添大遗址保护区的活力，提高其竞争力，重建居民、农业、文化的联系，成为了亟待解决的问题。

（二）张家巷村概况

张家巷村位于西安市长安区，未央宫街道的中部，是汉代丝绸之路的起点。村庄属于汉长安城遗址保护区的保护范围内，在长乐宫遗址的西部，东邻唐家寨村，南邻李下壕村，西邻讲武殿村，北邻罗家寨村，罗高路作为村庄主路南北贯穿村庄。场地拥有较为辽阔的农业景观资源与丰富的地下遗址文化资源。

全村总面积891亩，是典型的农业型农村。村庄约200多户人家，共700多居民常住于此。产业以农业种植和租赁厂房为主，村民人均耕地不到1亩，土壤条件差，农业产值与净利润低，租房平均一平方米20元，居民收入远低周边地区。村子道路狭窄，近年来才通水电，道路等基础设施条件较差。村庄建筑主要为二层及以下的红砖房自建房，沿街立面统一粉刷米黄色墙漆，其他立面多为砖墙和部分厂房的压型钢板墙，乡村缺乏特色景观。随着村庄的人口流失以及对违规建设的整治，闲置用地激增，堆积了大量建筑废料与垃圾，影响乡村风貌。尽管处于文化遗址丰富的保护区，村庄内却无历史痕迹与文化的氛围。

（图片来源：作者自绘）

（三）张家巷村发展智慧农业建筑的可行性

从发展农业的地理要素上看，村庄土地肥力较差，不利于传统农业的持续发展。利用无土栽培技术室内种植既可以使农业生产脱离土壤的束缚，解决农业生产产量、质量的问题，还可以解放村庄大面积耕地，利于其养护以及与景观的融合。西安属于季风气候，雨热同期，四季分明，光热条件少，具有大部分农作物生长的基本条件。但地处内陆，降水较少，加之西安市的用水量较大，水资源较为稀缺，而智慧农业能够智能化的控制植物的生长环境与资源，还可以减少自然灾害对植物的影响。此外，场地地形平坦，符合智慧农业建筑建设的需求。

（图片来源：作者自绘）

从区位角度上看，西安作为旅游城市，遗址区地处西安城的二环以内，道路通畅，有助于农产品的运输，正在修建中的地铁未来将使村庄的交通更加便利，利于游客的游玩。西安人口量大，粮食需求高，智慧农业建筑可以满足人们对绿色健康食品的需求，还可以作为农业技术示范区，吸引游客的到来，缓解西安市区的旅行压力，发展潜力大。

从社会实际的视角出发，村庄闲置用地多且面积大，传统农业急需转型升级，缺乏特色产业，目前村庄的发展没有运用好其蕴藏的文化吸引力。智慧农业建筑的建设不仅可以利用少量闲置用地满足居民粮食需求保障村庄基本的农业产量，利于环境保护和还原遗址区风貌，还可以增添场地文化符号，作为特色产业打造村庄发展的“新名片”，以此带动人们对中国传统田园文化以及汉代农耕文化的兴趣与探索，推进场地基础设施建设与服务功能的完善。

（图片来源：作者自绘）

若将村庄原有建筑拆除，按遗址原貌重建，形成人为的“博物馆式”的观光区，虽然短时间内可能会带来一定的经济效益，却不利于遗址区的长期发展。不仅需要关注历史文物的保护，还要注重居民与周边环境以及与城市之间的关系，才能更好地适应不断发展着的实际需要，促进遗址、乡村、城市的可持续发展。

五、张家巷村智慧农业建筑的设计策略

（一）设计理念

场地整体的设计理念来源于，从村庄原有产业中提炼出来传统农业、草莓采摘体验、遗址观光游览三个要素，并结合村庄资源对其进行产业升级，构建出一个从生产—加工—物流销售的较为丰富完善的产业链。再结合旅行、参观、学习、汉文化体验、新技术示范、住宿餐饮等，打造出一个三产合一的新型智慧农业园区。

设计主题为“集”。“集”有集会、聚集、集市的意思，本身就连结交织的含义。场地位于汉长安城遗址区，都城是一个朝代物质文明和精神文明的集合地，汉丝绸之路的开辟使不同地域的文明相互碰撞、汇集，促进了世界文明的发展，主题的“集”是对汉代丝绸之路连结起来的繁荣的呼应。

建筑的设计概念是对汉代农耕文明探索的成果。汉代重视农业发展，人们信奉天人合一，注重人与自然的相互协调。于是便以作物的生长作为概念引入。从种子到发芽到生长再到收获，是人们对植物认知、技术发展的过程，反过来便是一个溯源的过程，让人们在游览中感受人与自然融合、回归生命本源这一历程。

（图片来源：作者自绘）

（二）场地选址

选取了村民居住区西北角的废弃用地作为智慧农业区，于是村庄由南至北，游客将会穿越汉长安城遗址、传统农田，逐步到达充满科技元素的智慧农业区，形成了一个“从古至今”的景观流线。

选址这里主要有两方面的原因。从用地属性方面考虑，此处为闲置用地，在此建设智慧农业建筑不仅不破坏村庄原始耕地风貌，还可以提高土地的利用率。从功能角度分析，场地紧邻村庄主干道，并与居住区、景观区相互联系，在便于物流运输、交通出行、村民采购、遥望观光的同时，也不打扰村民居住区内的正常生活。

（图片来源：作者自绘）

（三）建筑功能与布局

根据建筑的设计需求与设计目的，将建筑功能划分为生产、消费、循环三大部分。种植空间生产食物，集市和餐厅消费食物，厌氧消化器回收有机废物，产生生物肥与沼气，再回归种植空间和餐厅被利用，不同功能相互作用形成一个大循环。

（图片来源：作者自绘）

建筑的具体功能区包括生产区、加工区、销售区、观光区、科普区、循环系统以及仓库、设备间、附属用房等。

（图片来源：作者自绘）

结合场地实际，将建筑的生产兼参观游览与消费功能的部分，布局于场地的西部偏南部分，邻近村庄原始农田和村民居住区，既利于游客古今流线的顺畅体验，还增添了村民于工作人员的生活便利性，利于村民的种植活动。将加工与物流部分设置在生产区域的东部偏北部分，靠传送带与生产建筑相互连接，与村庄居住区有试验田与道路相隔，在完善了生产—加工—物流的产业链的同时，减少了对居民正常生活的影响。生产生态循环系统并不单独存在，贯穿于整个建筑体系。本文研究与设计的对象主要是建筑的生产游览部分。

（四）空间规划

在建筑大循环的基础上，根据建筑功能将其划分为四大版块，分别是入口展览馆、栽培室、育苗室和种子塔。四个版块以集市作为核心，相互连接。

（图片来源：作者自绘）

1. 农业生产区：建筑的生产部分主要分为两大区块：育苗室与栽培区。育苗室为半密闭型温室结构，以自然光为主要光源，适当采用人工光源进行补光，内部设置先进设备对种子进行催芽与培育，通过传送设备将供优质幼苗提供给栽培室和试验田。

栽培室由气培区、水培区、综合种植区三部分构成。水培区与气培区主要种植常见果蔬，分别设有封闭式植物工厂，总面积约770平方米，采用立体多层栽培系统自动化培育植物，可实现对光照、水分、温度等农业生产要素的精准调控，保证年计划性的稳定高效生产，能够保障村庄与周边居民的食品安全与基本食物产量。其余空间开敞放置栽培设施种植作物，可供游客近距离参观学习。综合种植区主要种植各种菌菇、食用藻类、药材以及其他特殊品种农作物。

2. 公共游览区

建筑的公共游览区和农业生产区相互融合，人们可以通过游览建筑体验农业科技、学习农业知识、感受农业文化。

建筑内为游客设计了丰富的游览体验。入口展览馆兼具游客指引和展示农业发展进程的功能，在时间的维度上给人以看待农业的宏观视角，引发人们的兴趣，为接下来身临其境的体验做铺垫。

气培区的入口大厅是人们步入栽培室的第一个空间，将其作为活动展厅，定期举办小型展览，并将游客服务中心设置于此，人们在穿越或是停留的时刻可以获得新鲜的感受。开放式休息室位于气培区通向水培区的交通核附近，同时连接着集市，让人们的行动更加灵活。二层入口大厅连接开放长廊，可以遥望村庄农田，放松了游览节奏。气培和水培导览室负责展示气培和水培的相关知识与技术，供游客了解学习。气培区与水培区的装置互动区分别摆放对应技术的种植设备与栽培装置，人们在互动中，亲身体验智慧农业的多样性。途经植物工厂时，可以透过玻璃看到内部高度自动化、智能化的工作场景。而在空间体验参观区，游客可以参观不同种类的栽培空间，例如种植爬藤蔬菜的桁架空间、种植小型果蔬的种植塔式空间等。建筑二层设有太空种植、海洋种植、沙漠种植、未来家庭种植四个情景体验区，给人们以不同的情景感受。水培区与综合种植区的衔接长廊，可以利用数字化技术时空隧道般地展现农业科技。综合种植区则更加多元地展现了更多种类农作物的不同培育技术。

（图片来源：作者自绘）

育苗室较栽培室由于功能需求，空间更为广阔，一览无余，而空中廊道的观看方式更加突出了这种开阔的感觉。

种子塔是人们认识植物种子，见证植物起源的空间，同时也是建筑的出口空间。

3. 集市

集市是将建筑各部分集合起来的枢纽，是场地无形的“边界”，是整片区域的“公共客厅”。人们在这里汇集，休憩、交流、摆摊、举办活动、采购蔬果食物以及周边创意产品等等。

集市表面上看是农产品及周边的销售空间，是农业爱好者的社交空间，是创意与灵感的交换空间，从其内核上看，这里集结了科技与传统，未来与往昔，希望与本真，是场地乃至村庄的“心脏”，是对村庄源源不断新鲜活力的期待。

（图片来源：作者自绘）

（五）建筑流线与空间体验

建筑流线的规划主要依据是游客的体验感以及工作人员活动的便利性。作为主入口的入口展览馆，顺应村庄游览路线。次入口为场地西北角的停车场，邻近道路，便于大巴车与私家车通行。气培区的入口大厅便位于建筑场地各出入口的交汇点，便于寻找。种子塔是建筑参观线路的出口，位置偏向场地中部，使人们来往于集市、停车场或是村庄更加便利。

人们可以通过入口展览馆进入连通气培室的室外廊道，步入气培室的入口大厅，也可以从停车场通过挑空集市进入气培室的入口大厅，然后经过气培室的U型游览空间来到二楼的水培室，再通过水培室的游览线路到达一楼的综合种植区，游览结束后穿过集市去往育苗室，通过育苗室的空中廊道就来到了种子塔。建筑内部线性的流线有更好的引导效果，人们可以更加完整地游览完农场，更加清晰地了解到农作物生长从成熟至种子的不同阶段。再结合主流线上的次要出入口，也可以自由地来往于各个空间。

栽培室给人以丰富强烈的视觉感受与体验，集市传达着热闹活泼的氛围，育苗室的种植形式更加接近传统农业，让人有种从未来回归现实的“实际感”，而最终进入种子塔之前，需要进入一个低矮的廊道，营造出一种回归本源的感受。

建筑内设备间、仓库等附属用房以及工作人员办公室附近皆设有出入口，并与游客流线互不交错，使工作人员进入工作区域的线路更加简短、便捷。

（图片来源：作者自设）

（六）建筑特点

建筑风格具有轻量化、科技化、环保化、通透化、和谐化的特点。

建筑注重实用性与功能性，结构为桁架结构，采用现代化轻型材料，装配化施工、信息化管理、智能化应用，对地面压迫力小。较之普通农业建筑，在设计上融入了更多的科技元素，如智能化控制系统、自动化生产线、传送带等，更具智慧农业的科技感。建筑设有自循环系统，且有效地利用了自然资源。屋顶可以智能调控进光量，局部设有太阳能发电系统，挑空、通高、天窗、露台等的设计使得建筑结构更加通透，通风良好。立面采取木材等环保材料，注重环保节能、可持续发展。建筑以直线条为主，整体形态简约整洁。种子塔是场地的最高点，作为村庄的地标性建筑，但毫不突兀，建筑鸟瞰与村庄厂房相互呼应，与村庄肌理相互协调，自然地融入了场地里。

（图片来源：作者自设）

六、结语

智慧农业建筑设计是一个具有广阔前景和潜力的领域。以张家巷村为例，以农业为线索，建筑为载体，科技为动力，通过对智慧农业建筑的设计，打造出集提高居民生活质量、推动生态可持续发展、推进遗址区文化发展为一体的新模式，构建出农业富强、产业多元、村民富裕、文化丰富、环境美丽的新型乡村，望此研究能为张家巷村的设计策略能为陕西省关中地区及其他大遗址保护区的乡村发展方向提供一定参考。

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