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周博士考察拾零（一百） 从引进到自主创新——记兴邦（漳州）温室制造有限公司的创新之路 提起兴邦（漳州）温室制造有限公司（以下简称兴邦温室公司）可能熟悉的人不多， 但作为兴邦温室公司的创始人，也就是公司董事长的刘文兴先生或许业内有很多人都认识。笔者与刘文兴先生相识似乎可以追溯到 20 世纪 90 年代，也就是我国大规模引进国外温室的第二次高潮期间（第一次引进温室的高潮是在改革开放后的 20 世纪 80 年代，当时主要从日本、罗马尼亚、保加利亚等国引进）。 1990 年，刘文兴先生在香港代办处作为荷兰DALSEM 温室公司的亚太经理，引进了中国大陆的第一栋荷兰玻璃温室，建设在福建省农业科学院，用于试验研究。1997 年，又是他第一次把西班牙的塑料薄膜温室引进国内，建设在宁波奥力孚农业有限公司。由于看到西班牙温室在中国的推广前景，2000 年刘文兴先生与西班牙 ACM 公司合资成立了“西奥温室设备有限公司”，并在上海青浦设立了温室加工工厂。2002 年成立西班牙 ACM 北京代表处，刘文兴先生从香港到北京任代表处首席代表，全权负责公司在中国大陆市场的开发和西班牙政府贷款温室项目的执行，先后引进建设了一批大型荷兰玻璃温室项目（兰州 7 hm2、 上海孙桥 4 hm2 ）和西班牙塑料薄膜温室及 PC 板温室项目（新疆 3 个 5 hm2 、沈阳 10 hm2 ）。通过 大型温室的现场安装和技术服务，刘文兴先生也培养出了一支以其弟弟刘文彬为首、福建老乡为骨干的温室工程技术团队。 经过 20 多年在温室行业的摸爬滚打，这支技术团队基本掌握了温室工程的设计、制造和安装技术，也为建立自己的温室企业打下了坚实基础。经过一段时间的策划和筹备，2013 年刘文兴先生从北京回老家福建，以上述团队为基础，创办了兴邦（漳州）温室制造有限公司，并结合当地的气候特点将温室建设的重心偏向了沿海抗台风的方向，先后开发了抗台风温室、薄膜温室顶部升降开窗系统和玻璃温室侧墙升降开窗系统等。2014 年后公司产品立足福建，逐渐向沿海其他省份和内陆推广，2016 年后更是出口西班牙、卡塔尔、新加坡、阿拉伯联合酋长国等国家。经过多年的发展，公司产品类型聚焦玻璃温室和连栋塑料薄膜温室，广泛推广应用在蔬菜育苗、蔬菜生产、花卉生产、科研成果展览等领域，真正走出了一条从纯引进到合资办厂学习技术再到自力更生、自主创新的发展之路，供应产品也完成了从纯进口到国内合资生产再到自主设计加工并出口的蜕变，而今公司已成为东南沿海一颗亮丽的新星。 2019 年 5 月 10~12 日应兴邦温室公司刘文兴先生的邀请，笔者赴福建漳州对公司的产品进行了考察学习，现就公司的一些创新技术向大家做一介绍，希望同行们也能从中得到启迪，开发出更多更好的创新产品。屋面开窗是温室降温、排湿和换气的一种最经济有效的方式，现已成为连栋温室的基本标配。但不同的屋面形式，甚至同种形式屋面，所用的开窗方式却有多种选择，由此也带来不同的通风降温效果和安装运行成本的差异。兴邦温室公司在学习荷兰和西班牙温室开窗技术的基础上，结合台风地区温室开窗的要求，针对连栋玻璃温室和塑料薄膜温室，创新性地分别开发出了两种独特的垂直起降开窗系统。圆拱屋面（含桃形屋面）连栋塑料薄膜温室传统的屋面开窗方式按照传动机构不同有齿轮齿条开窗系统和卷膜开窗系统，其中齿轮齿条开窗系统又根据齿条的形状不同分为直齿条开窗系统和弧形齿条开窗系统；按照开窗位置不同分为靠近屋脊部位的开窗（称为屋脊侧开窗）和靠近天沟部位的开窗（称为天沟侧开窗），也有在屋面中部开窗的，但用量很少；按照同一屋面上开窗的数量不同分为屋面单侧开窗和屋面双侧开窗，如图 1 和图 2。图1 圆拱屋面塑料薄膜温室屋脊单侧齿轮齿条开窗系统
①通风口的大小，通风口面积越大通风量越大，全开屋面温室的通风量最大；②通风口的位置，进风口位置和出风口位置之间的高度差越大通风量越大；③通风口的阻力，通风口阻力越小通风量越大，阻力大小取决于通风口形状以及通风口安装的防虫网的目数及积尘情况。
从通风口大小看，传统的齿轮齿条开窗系统由于受齿条标准长度的限制，相应其通风口开口面积一般总是要小于卷膜开窗系统，而且由于前者造价较后者高，从经济有效的角度考虑，大部分圆拱屋面塑料薄膜温室都选择采用屋面卷膜通风开窗系统。但屋面卷膜开窗通风系统，一是卷膜口塑料薄膜由于经常卷放，常出现表面褶皱和积尘，严重影响薄膜的透光性能；二是下雨期间如果打开窗口，雨水将会直接进入温室；三是卷膜杆也可能会成为下雨期间阻挡屋面水流的障碍，造成屋面排水不畅并可能在屋面塑料薄膜上形成水兜，不仅增大温室的屋面荷载，而且会影响屋面塑料薄膜的使用寿命。所以，对性能要求较高的温室大多选择安装在屋脊侧的齿轮齿条开窗系统。从通风口的位置看，一般屋面通风口总是和墙面通风口配套设置（对于大面积的连栋温室有的也可能不设置墙面通风口，此时屋面通风口自身自动形成进排风口），在墙面通风口大小和位置确定的情况下，屋面通风口的位置越高，温室热压通风的通风量就越大，通风效率也将越高。从这个角度看，屋脊侧通风窗的通风量较相同面积的天沟侧通风口的通风量要大，而且屋脊侧通风口能够将集聚在温室内最高处的热空气全部排除，不会形成对室内作物的二次辐射，所以，从增大通风量和提高降温效率的角度考虑，在相同条件下应优先选择屋脊侧通风。为防止卷膜杆在屋面阻水，屋脊侧通风窗常用齿轮齿条开窗系统，而且为了节省成本，多数温室仅在温室屋面的一侧设置通风口（图 1）。对屋脊单侧设置通风窗的温室，一般要求通风口应设置在温室建设地区主导风向的下风向，以防止风压大于热压时出现室外空气向室内“倒灌”影响温室排热。由于我国大部分地区夏季主导风向和冬季主导风向并不一致，或者主导风向在全年的占比并不太高，尤其在一些山地区域，风向变化可能受山形影响难以准确判定，为了保证温室的通风，大多温室建设者选择采用保守的屋脊双侧开窗的办法，并分别独立控制两侧窗扇的启闭，以适应随时变化的风向。但双侧开窗需要两套齿轮齿条，而且为了增强开窗通风的灵活性，大都采用两套减速电机和传动系统，这样势必会增加温室的建设和运行成本。为了在不影响通风量的条件下降低温室的建设和运行成本，兴邦温室公司在西班牙推杆式升降屋脊窗的基础上开发了一种直齿条升降屋脊窗（图 3），并获得了国家实用新型专利 。这种开窗系统的窗扇是一条弧形带，通风口关闭时，窗扇紧压在温室屋脊，与温室屋面严密密封；通风口打开时，在屋脊两侧形成通风口，一是通风口开口面积大，二是不受风向影响，三是通风口位于温室的最高处，四是出风口流道短、阻力小，可以说这是一种通风效率最高的通风口设置方法。通风窗扇连接一根（套）直齿条，在电机减速机的驱动下上下直线运动即可实现通风口的垂直启闭，安装和运行成本都较低，而且与自动控制系统连接后，可根据温室通风量的要求，随时关停驱动电机，将通风窗停留在整个行程的任何位置，对温室通风量进行精准控制。应该说这套开窗系统为连栋塑料薄膜温室屋面通风开辟了一条新途径，而且具有良好的性价比，未来将具有良好的推广应用前景。对玻璃温室侧墙的开窗系统，尽管也开发了很多开窗形式，有推拉窗、提拉窗、平开窗、上悬窗等 ，但传统上仍多用齿轮齿条驱动的上悬窗，其中上悬窗又根据启闭窗扇动力作用方式不同分为内推开窗和外拉开窗两种形式（图 4a、 图 4b）。相比提拉窗和平开窗，这种开窗方式，一是内推开窗窗扇如果安装位置偏低（与屋面通风窗结合通风效率高），齿条会影响温室室内生产作业，而安装位置偏高（图 4a），温室的通风效率又低；二是外拉开窗要求齿条长度长，且系统安装占地面积大；三是通风口空气流动流道长，风口面积小。为增强温室侧窗的通风效率，兴邦温室公司开发了一种侧墙垂直起降的开窗系统（图 4c），并获得了国家实用新型专利 。这种开窗系统，如同塑料薄膜温室侧墙卷膜开窗，能够将侧墙通风口全部打开，空气流动几乎没有流道障碍，开窗面积大，孔口阻力小，而且密封严密，占用温室建设面积小，自身结构强度大、抗风能力强，尤其适合在温室侧墙外空间狭小的情况下使用，也更适合在大风地区使用。传统上连栋温室的内保温系统多用闭孔的遮阳网或保温幕以及高透光率的塑料薄膜通过压低温室的保温空间并在温室中形成两层空间，利用遮阳网或保温幕与温室外围护透光覆盖材料之间的空气间层形成隔热层来提高温室的保温性能。随着国家环保政策的不断落实，传统的低成本、高污染的化石能源越来越受到限制，而清洁的新能源供应渠道和供应价格又严重限制了其在广大的农村地区推广使用，为此广大的温室生产者对温室节能的要求越来越高，而且也越来越迫切，仅靠传统的保温幕保温已经远远不能满足用户对温室节能的要求。北方地区的节能日光温室，在不加温或少加温的条件下已经在大部分地区实现了喜温果菜的越冬生产，很好地解决了北方地区冬季蔬菜供应的问题。但这种温室占地面积大，土地利用率低；室内操作空间小，不便于机械化作业；室内温度分布不均、昼夜湿度大，作物病害严重，产品商品化率低；主要适合日照强度高，室外温度低的地区，对广大的南方地区不适用。为了解决日光温室上述局限，人们对塑料大棚和连栋温室的保温技术开展了大量研究，相应提出了外保温和内保温等多种措施 。其中温室和大棚的外保温基本都模仿了日光温室卷被外保温的方法，由于外保温系统保温被的保温性能和使用寿命受室外天气条件的影响很大，而内保温系统如果采用外保温系统的保温被材料，由于保温被厚度大，保温被收拢后体积大，会在温室中形成较大的阴影带影响作物采光，因此连栋温室的保温系统大都还停留在使用较薄的保温幕材料上，尽管研究人员对保温幕材料附加了表面反光膜来减小辐射传热，也增加了材料和系统的密封性来减小对流传热，但由于保温幕材料自身热阻较小，对温室整体的保温能力仍显不足。用自身热阻较大的厚保温被替代传统热阻较小的薄保温幕来提高连栋温室的保温性能是提高温室节能水平的一种有效措施，但选择什么样的保温被材料，采用什么样的传动方式来驱动保温被的开合是推广和应用这种保温系统的技术瓶颈。兴邦温室公司应时代要求，积极探索，采用了轻质、多孔的腈纶棉高保温材料做保温被，墙面垂直方向采用卷被启闭（图 5a）或自然下垂与屋面水平保温被同步启闭（图 5b），而屋面水平保温被采用水平拉被启闭（图 5c）的形式，所有保温被连接处均采用搭接连接的形式（图 5），不仅解决了厚保温被的卷放问题，而且也解决了保温被之间搭接密封的问题，为我国连栋温室节能技术的推广又增添了一种新的选择。天沟托架是连栋温室结构中连接天沟、立柱和屋面拱架的重要承力构件。其设计的好坏直接影响结构的整体强度和连接构件的局部强度及其稳定性。由于没有规范统一的连接方法，不同的温室企业在处理天沟与立柱和拱杆的连接中都有不同的做法，但多数的做法是屋面拱杆连接在天沟侧壁，立柱连接在天沟底面。这种做法实际上使天沟成为了立柱和屋面拱杆的连接构件。由于大部分的天沟都是开口构件，屋面拱杆的作用力很容易引起天沟截面变形，不仅影响天沟自身的承载能力，而且由于天沟是温室结构的主要承力构件，天沟承载力的下降将直接影响温室的整体结构强度，此外，天沟变形不仅影响温室屋面的排水，而且会影响温室整体屋面的变形，最终可能会影响温室结构的稳定性。为了消除作为承力构件的天沟不再承担屋面拱杆和立柱之间构件连接件的功能，很多温室公司也在探索研发专用的一体化天沟托架，使天沟、屋面拱杆和立柱全部连接在天沟托架上，以保证各承力构件受力明确、传力清晰。兴邦温室公司就是这种连栋温室专用托架的开发者之一。按照功能要求，兴邦温室公司开发了一套一体化的天沟托架（图 6），主要包括两种规格：一种是通用天沟托架，主要用于温室中柱处连接立柱、天沟和屋面拱杆（图 6a）及温室中部天沟下无立柱时天沟和屋面拱杆的连接（图6b）、立柱和屋面拱杆的连接；另一种是用于温室侧墙边柱位置天沟、立柱和屋面拱杆之间的连接（图 6c）。和其他温室公司开发的一副双板一体化托架（即用两块反对称结构的单板，实际上是同一规格的连接板，反扣贴合在一起用螺栓将立柱、天沟和屋面拱杆连接在一起，这种做法连接牢固、构件规格少）不同，兴邦温室公司开发的天沟托架采用了主 - 副板结构，即连接主板为一块单板，其上压制了连接立柱和屋面拱杆的凹槽以及承托天沟的顶面折翼，对应屋面拱杆和立柱的连接处又分别开发了分离的 Ω 和 π形抱箍，形成了一主多副的托架结构，每个连接点只用 1 块主板，根据有无立柱以及拱杆多少（中部天沟托架为 2 个屋面拱杆，侧墙天沟托架为 1个屋面拱杆）配套相应规格和数量的抱箍。这种做法虽然托架连接件的规格和数量增加了不少，但总体来讲，材料用量减少了，相应温室的建设成本也降低了。从生产实践看，这种连接方式还是有效的，在大风作用下也没有发现天沟托架连接失效的案例，总体看是一种成功的天沟、立柱和屋面拱杆的连接方式。 图 6 天沟托架的创新（上下两图分别为托架的正方两面）
在温室和大棚的结构设计中，系杆是连接立柱和拱杆等承力构件的结构构件，而卡槽则是用于固定塑料薄膜的非结构构件。二者功能不同，截面形状和结构强度也不同，规范也明确规定了卡槽不得代替系杆使用。一般系杆多用圆管、方管、槽钢、C 形钢或角钢等，而卡槽则有铝合金型材或镀锌钢板压制成型的多种规格。为了减少构件的规格、简化安装程序，兴邦温室公司采用将系杆和卡槽二合一的设计理念，用镀锌钢板一次成型，在 C 形钢系杆的背面辊压出固定塑料薄膜的卡槽外形，从而在基本不增加用钢量的基础上将系杆和卡槽的双重功能集合在了一个构件上（图 7a、图 7b），这种复合功能的构件，不仅省去了专用卡槽及其连接附件，而且也增大了构件的净截面面积和截面模量，对提高构件的承载能力，尤其是抗压能力，具有非常积极的作用。为方便复合构件的连接，兴邦温室公司还开发了一套专用连接件，包括构件内嵌连接件（ 图 7c）、构件外贴连接件和抱箍（图 8）。内嵌连接件为槽形连接片，其上预开了螺栓连接孔，连接时，内嵌连接件暗藏在复合系杆构件内，其两边槽帮正好扣压到复合系杆 C 形钢的两个内卷边上（图 8a），用螺栓连接构件内嵌连接件和外贴连接件，即可将复合系杆连接到所要连接的构件上。构件外贴连接件，根据被连接构件的形状和位置有不同的形式，如系杆之间“丁”字形部位连接采用“L”形连接件（图 8b），系杆与立柱之间垂直连接采用抱箍连接件等（图 8c）。福建是我国的沿海省份，每年都有多次的台风登陆，给当地的设施农业生产带来很大的威胁。为了增强温室的抗风能力，兴邦温室公司在连栋温室的设计中也独具匠心，提出了很多具有广泛推广价值的实用创新技术，非常值得大家学习和借鉴。为了提高温室结构的整体承载能力，兴邦温室公司有多种措施。一是将传统的圆拱屋面塑料薄膜温室结构中跨度方向连接柱顶的水平弦杆改变成了水平桁架（图 9a），这种做法不仅加强了温室的整体结构强度，而且桁架结构也为室内保温幕、遮阳网以及喷灌车、作物吊挂等提供了有效支撑，可谓是一种一举多得的举措；二是将群体温室通过侧墙柱顶连杆连接成为一体（图9b），相互支撑、共同承力，使本该被“各个击破”的单体温室形成了“团结协作”的整体温室，有效提高了外围温室的承载能力，从而降低了个体温室对抗风的要求；三是在温室侧墙顶面与温室外遮阳网之间增设导流风障（图 9c），减小大风对外遮阳网的直接吹袭，从而也减小了大风作用下外遮阳立柱对温室天沟的弯矩，使温室结构的整体承力荷载得到减轻。除了上述温室结构上的加强外，兴邦温室公司还特别重视在温室结构构造方面的处理。一是改进天沟托架（前已叙及），这种措施大大提高了温室主要承力构件之间连接的强度和可靠度；二是加强结构斜撑的设置，重点是加强温室排架方向的相互连接以及温室边跨和端部开间的斜撑设置（图 10）。沿温室开间方向（即结构排架方向），除了按照常规设置屋面水平纵向系杆外，还对无立柱拱杆增设了空间斜支撑（图 10a），将无立柱拱杆的脊部与连接立柱的桁架上弦杆相连（桁架连接有立柱拱杆和立柱），从而将全部屋面拱杆形成空间承力体系，可同时抵抗来自温室侧墙和山墙两个方向的风力。对温室边跨结构的加强，除了上述排架方向拱杆屋脊与桁架上弦之间的斜撑外，还将传统的连接屋面拱杆与桁架下弦杆的垂直吊杆也进行了加强连接，即用斜撑将屋面拱杆中吊杆两侧的两根侧吊杆上端（吊杆与屋面拱杆连接端）与中吊杆下端（中吊杆与桁架上弦连接端）相连，使传统的屋架“川”字形吊杆结构加强成了“M”形吊杆结构（图 10b），不仅增加了屋面拱杆向桁架的传力途径，而且也大大增强了两者之间的传力能力。对温室端部开间结构的加强，主要采用空间斜撑（图 10c），一是将外墙屋面拱杆与天沟连接（在屋面拱杆侧吊杆上端位置与开间方向第二根拱杆所在位置的天沟处设置斜撑）；二是将外墙屋面拱杆与开间第二根拱杆连接（在屋面拱杆侧吊杆上端位置与开间方向第二根拱杆脊部之间设置斜撑）；三是将开间方向第二根拱杆与山墙立柱相连接（在开间方向第二根拱杆脊部与山墙立柱在天沟高度位置设置斜撑）。通过上述的空间斜撑，将温室山墙立柱和山墙屋面拱杆与开间方向第二根屋面拱杆实现了牢固连接，使山墙的荷载能够多途径高效地传递到温室屋面承力构件，从而分担了山墙立柱荷载，有效降低了温室山墙破坏的几率。应该说斜撑是温室结构构造中不可或缺的结构承力构件，虽然在结构强度计算模型中大都没有涉及，但合理设置斜撑对提高温室结构的整体承载能力具有非常重要的作用。兴邦温室公司吸收国外设计理念，经过多年的实践和改进，给我们提供了一套比较全面的温室整体结构抗风设计和斜撑设置方案，可供广大的温室结构设计者学习和借鉴。作者：周长吉（农业农村部规划设计研究院） 本公众号欢迎分享，凡转载文章，除了为作者署名外，还请在文章最前或者最后注明：本文转载自：温室园艺农业工程技术公众号。
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