与农业共生的摩天楼——从历年eVolo竞赛解析高层建筑与农业一体化

中图分类号 TU-023 文献标识码 A 文章编号 1003-739X （2021）11-0060-06 收稿日期 2020-04-17
摘 要 现代城市正以环境污染、资源浪费和生态破坏为代价换取过度发展。

为此，“城市农业”逐渐为人们所重视并在人居环境领域得到实践，以缓解城市发展过程中的种种弊病。

摩天楼是现代城市中最为常见的建筑形式，在高层建筑中引入农业要素是一种更为理想、高效的城市农业生产手段。

该文分析了历年eVolo摩天楼设计竞赛中高层建筑与农业共生的获奖案例，解读并总结其设计思想、发展趋势及形式与技术特征，探寻建筑与社会、环境和谐共存的可持续发展新模式。

关键词 高层建筑与农业一体化 eVolo竞赛 城市农业 自给自足 立体农场
Abstract With the development of urbanization, cities are overdeveloped at the cost of ecological damage such as environmental pollution, resource waste and food shortage. Therefore, the concept of "urban agriculture" was proposed and practiced in the field of architecture to alleviate the contradiction between city and ecological environment. The introduction of agricultural elements into high-rise buildings is a more ideal and efficient means of agricultural production in the concept of "urban agriculture". In this paper we summarize the award-winning cases of skyscrapers related to agriculture in the eVolo skyscraper competition. By analyzing and summarizing relevant works, we attempt to interpret the architectural characteristics and development trend of high-rise buildings and agricultural integration. In the face of various possible crisis in the future, seeking a new model of sustainable development in which architecture, society and ecology coexist harmoniously.
Keywords Agriculture-integrated skyscraper, eVolo competition, Urban agriculture, Self-sufficiency, Vertical farm
刘长安 | Liu Chang'an 姜玉莹 | Jiang Yuying 张 甲 | Zhang Jia 赵继龙 | Zhao Jilong
与农业共生的摩天楼
——从历年eVolo竞赛解析高层建筑与农业一体化
Agriculture-integrated Skyscraper：An Analysis of the Integration of High-rise Buildings and Agriculture from eVolo Competition Winning Works
1 研究背景
现代城市正面临着土地资源稀缺、空间活力丧失、生态环境退化、食物里程冗长等诸多问题的挑战，人类正以损害健康和破坏生态为代价以换取城市的过度发展。

具有多重效益的“城市农业”（Urban agriculture ）正是应对当前挑战的上佳策略之一[1]。

以社区农园、屋顶农场、阳台农业等作为主要形式的城市农业现象，近年来陆续重现于城市空间中，
越来越多的城市居民接受了这一可持续理念
并自发参与农作物种植活动。

建筑与农业一体化是农业融入城市空间的重要形态。

然而就目前现状而言，城市农业与建筑的结合主要以现存多层建筑的阳台和屋顶空间利用为主，总体呈现出效率低、养分循环难以闭合以及形象不佳等问题，难以实现城市空间与资源的集约化利用。

因此，在寸土寸金、高楼林立的现代城市，将城市农业与高层建筑相结合未尝不是一个更适应现代城市需求的解决方案。

相比当下较为常见的水
平向发展的城市农业形式，将农业要素向城市垂直空间寻求发展，可以显著减少对城市土地的占用，提高农业产量，也更有利于新型种植和循环技术的介入。

当前高层建筑与农业一体化的建成案例还相对较少，但相关构想却早已出现。

柯布西
耶就曾针对霍华德的“田园城市”[2]
提出“垂
直田园城市”的概念，认为这种新的向高空拓展、辅以垂直循环系统的发展模式，能够解决田园城市土地利用率低、农业污染等问题[3]。

. All Rights Reserved.
1999年，美国哥伦比亚大学教授戴斯帕米尔
（Dickson Despommier）与建筑师首次联
合提出“垂直农场”（Vetical Farm）的概念，
产生了广泛影响[4]。

2000年，MVRDV建筑事
务所改变传统养殖模式，构想了向空中垂直
发展的“猪之城”（Pig City）[5]。

随后，许多
知名建筑师和事务所，包括Richard Meier、
SOA、Vincent Callebaut、Kiss+Cathcart、
WORKac等，都对农业要素与高层建筑的结
合表现出了浓厚的兴趣，并提出了一系列设
计方案，如“2020塔”、“生命之塔”、“绿色
收获计划”[6]、“蜻蜓农场”和“仙人掌农场”
等，进一步推动了高层建筑与农业一体化思
想的发展[7]。

国内学者近年来也开始对相关
领域开展探索与实践，天津大学的张玉坤团
队[8]和山东建筑大学的赵继龙、刘长安团队[9]
均通过研究性设计对城市农业与高层建筑的
结合进行过积极探索。

此外，随着高层建筑与农业一体化的逐
渐升温，国内外建筑师和学者致力于为高层
建筑与城市农业的和谐共存探索更加可持
续的实现方式，各类建筑设计竞赛中也涌现
出越来越多的相关作品，甚至出现了建筑与
农业一体化的专题竞赛，如北方工业大学从
2013年开始举办的“城市立体农场国际大学
生建筑设计竞赛”等[10]这些竞赛作品立足当
下、展望未来，鼓励人们重新思考农业与建筑
乃至城市的关系。

2 历年eVolo竞赛中的农业要素
美国建筑杂志 eVolo举办的摩天楼竞赛
始于2006年，是影响甚著的高层建筑设计赛
事，鼓励人们以创新的空间形式和技术手段
去探索在有限的城市土地上垂直发展建筑空
间来来解决社会、经济、文化和生态等诸多
层面的“城市病”[11]。

经对2006年至2019年
历届eVolo摩天楼设计竞赛进行整理和统计，
其涉及建筑与农业共生的获奖作品共计30个
（表1）。

考虑农业要素介入的设计方案在最
初几届较少，近年来有所增加且数量稳定，也
从一定程度上反映出建筑界对高层建筑与农
业一体化关注度的变化趋势。

表2从竞赛获奖作品中选取了21个与农
业共生的摩天楼典型案例，并对其建筑功能、
农业目的、技术类型等要素进行了汇总。

从表
中可以看出，eVolo竞赛获奖作品的设计师关
注城市化在资源、生态、食物等多方面的消极
影响，不约而同地选择城市农业作为设计的
入手点或者重要支点，并通过农业要素连接
其他生态技术系统，展现了多样化的建筑形
式与创新理念，对城市面临的种种困境做出
了回应。

虽然农业要素在设计中所占比重、引
入目的和类型各不相同，但城市农业作为设
计方案中重要的创新点和解决问题的关键因
素之一，均得到了设计师的高度重视。

3 eVolo竞赛高层建筑与农业一体化解析
通览表2可以发现，这些作品引入城市农
业来解决城市面临的种种困境，并因农业要
素的介入而创建了一系列空间、形式和技术年份20062007200820092010201120122013201420152016201720182019合计数量20012525122332
30
表1 eVolo竞赛中与农业共生的获奖作品数量汇总
图1 漂浮城市（2012）
图4 回到自然摩天楼（2016）
图2 2150特大城市（2013）
图5 鱼塔（2011）
图3 可折叠摩天楼（2018）
图6 神社与城市水稻种植摩天楼（2018）
. All Rights Reserved.
年份题目选址设计师/国家奖次项目简介建筑功能农业目的技术类型
2006S t r u c t u r e a n d
Architecture/结构和
建筑
美国费城Carrie Norman/ United
States
特别提名结构集承重、养分运输于
一体，为城市提供食物
市场食物生产、
水循环
室内水培
2010V e r t i c a l P r i s o n
System/垂直监狱
马来西亚C h o w K h o o n T o o n g,
O n g T i e n Y e e,
BehSsiCze/ Malaysia
一等奖利用农场为囚犯提供耕作
机会的监狱
监狱食物生产、
就业
露地种植
Hermit Mountains–
Towers of Ancient
Dreams/梦想之塔
中国桂林H o n g j u n Z h o u,L u
X i o n g/A u s t r a l i a,
China, Japan
特别提名具有农业劳作与居住功能
的可持续塔楼
居住
耕作
食物生产梯田露地种植
2011Rhizome Tower:
A T h o u s a n d
U n d e r g r o u n d
Plateaus/地下根茎塔
-Metarchitects Enrico
T o g n o n i,F e d e r i c o
Tinti, Davide Mariani/
Italy
特别提名充分利用资源，集生产、
居住、农业耕作于一体的
地下城市
居住
工作
食物生产室内温室
Fish Tower/鱼塔-H s i n g-O C h i a n g/
Taiwan
特别提名一座位于水上的垂直养鱼场养鱼场食物生产室内水产养殖
3D Green: Vertical
Farmland Inserted
i n a n E x i s t i n g
Urban Fabric/ 3D绿
色垂直农田
中国上海Yiqing Jiang, Ying Tao/
China, United States
特别提名在高层建筑的缝隙间兼做
城市可食景观的垂直农场
农场
公园
城市景观、
食物生产
室内种植/室
外种植
2012Migrant Skyscraper/
移民摩天楼
-Damian Przybyła, Rafał
Przybyła/ Poland
特别提名可在城市间移动、食物与
能源自给自足的轮胎状绿
色建筑
居住食物生产露地种植、
牲畜养殖
Floating City/
漂浮城市
-Wei Zhao/China特别提名食物自给自足、漂浮在空
中的未来城市
居住工作食物生产露地种植
2013Symbiocity: A New
Prison Typology/
共生：监狱新范式
新加坡KhemAikwanich, Nigel
Westbrook/ Thailand,
Australia
特别提名为囚犯提供耕作机会，自
给自足的垂直监狱
监狱就业、自维持室内栽培、
养殖
Aeroponic Vertical
Farming/
雾培垂直农场
菲律宾Jin Ho Kim/ United
Kingdom
特别提名由平行四边形的竹子组成
模块化的梯田式农场
农场食物生产、
就业
室外雾培
Urban Earth Worm
Skyscraper Cleans
Air and Soil Pollution
in Cities/
城市蠕虫摩天楼
韩国Lee Seungsoo/ South
Korea
特别提名用于清洁城市并提供食物
的蠕虫结构摩天楼
农场食物生产、
废物再利用
露地种植
S p h e r a:2150
Megacity/2150
特大城市
特大城市S a n t i M u s m e c i,
Sebastiano Maccarrone/
China
特别提名利用废弃材料再生重建而
创造出的食物与能源可以
自给自足的城市
城市食物生产、
资源循环代谢
室内
温室
2014Launchspire/
电磁垂直加速器
英国Henry Smith, Adam
W o o d w a r d,P a u l
A t t k i n s/U n i t e d
Kingdom
荣誉奖以电磁垂直加速器为中心
的圆柱形摩天楼，具有居
住、种植与养殖的功能
居住食物生产室内气候控
制、动物养殖
2015Times Squared 3015/
时代广场3015
纽约B l a k e F r e i t a s,
G r a c e C h e n,A l e x i
Kararavokiris/ United
States
荣誉奖具有农场、商业、居住以
及办公等功能的摩天楼
商业
居住
办公
食物生产室内无土栽培
2016Return To Nature
Skyscraper/
回到自然摩天楼
泰国曼谷N a t h a k i t S a e-T a n,
PrapatsornSukkaset/
Thailand
荣誉奖具有森林和农场、生活空
间，加强人与自然的联系
公园
食物库
食物生产露地种植
表2 eVolo竞赛中与农业共生的摩天楼典型案例
. All Rights Reserved.
2017
M a s h a m b a s Skyscraper/马沙姆巴斯摩天楼
东非P a w e l L i p i ńs k i , Mateusz Frankowski/ Poland
一等奖由模块化结构组成的、可生长、可移动的农业培训中心
农业培训中心食物生产、教学室外
Adaptive Capacity: A Socio-ecological Vertical Community in Tanzania/坦桑尼亚垂直社区坦桑尼亚AdriannJeevananthan/ United Kingdom
荣誉奖通过水上农场辅助建立闭环系统，保证贫民窟食物与能源自给自足
垂直村庄食物生产、资源循环代谢
室内温室水产养殖
2018
Skyshelter.zip/可折叠摩天楼
-
Damian Granosik, Jakub Kulisa, Piotr Pańczyk/ Poland
一等奖可折叠、易运输、能够种植作物的灾区救援多用途枢纽
临时居住社区食物生产室内土壤种植
Shinto Shrine Urban R i c e F a r m i n g Skyscraper/
神社与稻田摩天楼
东京Tony Leung/Hong Kong 二等奖
以神社为空间原型的垂直水稻种植园
神社水稻种植
食物生产室外水耕种植
2019
Vertical Sustainable City/垂直可持续城市
美国Jonathan Delcambre 荣誉奖
具备生活、工作、娱乐功能，提供从农场到餐桌体验的垂直可持续城市
垂直城市食物生产露地种植
Level 5 Autonomous G r e e n D o c k Skyscraper/5级自动绿色码头摩天楼
中国香港Tony Leung/Hong kong 荣誉奖
为“移动温室”提供能源与停放空间的可生长垂直停车场
垂直停车食物生产、配送
室内水培
图7 雾培垂直农场（2013）图8 3D绿色垂直农田（2011
）
图9 马沙姆巴斯摩天楼（2017）图10 移民摩天楼（2012）
续表2 eVolo竞赛中与农业共生的摩天楼典型案例
. All Rights Reserved.
逻辑。

3.1 以社会问题为导向的空间融合
城市化不可避免地带来人口增多、用地紧张、贫困差距加大等社会问题，而更深层次的负面影响则是城市对自然变本加厉的掠夺和破坏，导致多个层面的“城市病”，甚至还会出现食物供应不足等基本生存问题。

而具备多重效益的城市农业正是缓解上述问题的可行策略。

在这些获奖作品中，建筑师关注当前存在的某个或几个社会问题，城市农业普遍作为应对问题的关键策略或重要组成部分引入到设计中，为创造宜居空间、完善物质循环、增加就业岗位、应对突发情况等做出贡献。

例如，针对当前城市用地紧张和食物短缺问题，“漂浮城市”（2012）与“2150特大城市”（2013）两个方案借助农业的介入探索地面以外的生存空间；而“可折叠摩天楼”（2018）则着眼于极端气候与自然灾害等现代城市面临的挑战，建筑的生产空间可为灾民提供生活所需食物。

此外，“回到自然摩天楼”（2016）等方案还借助生产食物、提供就业等优势来帮助社会困难群体，满足居民最低生活保障，使建筑成为城市居民的“避难港”（图1~4）。

3.2 以特定功能为依据的形式创新
建筑形式的最终呈现是功能、形体、结构、空间、材质及光影等多种要素共同作用的结果。

当农业要素介入建筑时，由于农业技术
的特殊性、种植或养殖种类的多样性以及作
物或动物在生长习性方面存在的差异，需要
特定的材料和空间形式来满足生产需求。

因
此，在传统建筑形式要素基础之上，会增加更
多的影响因子，必然会带来相异于常规建筑
的新需求，甚至成为影响建筑形式的新要素，
这也为高层建筑设计带来新的思路。

2011年的“鱼塔”方案是一个位于海上
的垂直养鱼场，设计师根据鱼种的不同习性将
各个独立的养鱼场设计成不同弧度的异形空
间，并对水温和流量进行控制来模拟真实的
海洋环境，形成极具个性的形体特征（图5）。

“神社与稻田摩天楼”（2018）方案则是一个
以日本神社为空间原型的垂直水稻种植园，
作品延续了神社的空间形态与功能，将建筑
形态设计成由众多层叠的坡顶“神社”单元组
成的摩天楼，并利用坡顶上的梯田进行水稻种
植，巧妙地做到了农业、建筑与传统文化的结
合，因而也呈现出耳目一新的新形式（图6）。

3.3 以高效生产为目的的技术植入
从当前多层建筑与农业一体化的现状来
看，种植与培育方法的技术含量普遍较低，带
来水源浪费、污染严重、效率低下以及形象不
佳等问题。

而在有资金、技术保障的高层建筑
与农业一体化项目中，上述问题均可通过现有
农业与建筑技术加以改善，达到增加产量、提
高效率、构建更为生态可持续的城市环境的
目的。

选址于菲律宾的“雾培垂直农场”
（2013），采用了气雾培法进行种植，借助梯
田阶梯式断面及竹子结构空心特性，为营养液
逐级向下流动传输提供多个连续的灌溉分支
（图7）。

“3D绿色垂直农田”（2011）是一座位
于数栋摩天楼之间的垂直农场，引入了废水再
利用、风力和光伏发电等技术，用于节约资源
并收集风能和太阳能（图8）。

2017年的“马沙
姆巴斯摩天楼”认为熟练掌握各种农业技术
也是提高农业生产力的重要因素之一，因而设
计了一个农场兼农业培训中心，通过进行实践
教学来普及先进农业技术（图9）。

3.4 以生态循环为标准的系统架构
从物质循环的角度看，通过将食物生产、
水循环、养分循环、能量循环等多个系统融入
建筑体系并使之协同运作，形成闭合的物质
代谢系统，有望实现水、能源、食物的部分或
全部自给自足。

农业要素既可以利用光合作
用转化养分，又能通过植物的生长消纳有机
废弃物，因而是养分转化和循环的关键一环，
在循环代谢系统中不可或缺[12]。

在2012年的“移民摩天楼”方案中，设
计师为这一巨型轮胎状的摩天楼配置了作物
种植和动物养殖空间，同时通过环形管道再
利用灰水、垃圾等废弃物。

在农业生产与废
物循环系统协同下，可为居民提供生存所需
的基本食物与水源，尝试建立一个具备循环
代谢系统的新家园（图10）。

同样的策略体现
在2017年的“坦桑尼亚垂直社区”中。

这一建
立在沼泽之上的摩天楼通过引入农业种植和
水产养殖生产食物，并借助太阳能、水能再
利用和堆肥等技术建立了闭环的代谢系统，
为当地贫民设想了一种理想状态下的自治生
活模式（图11）。

结语
eVolo竞赛作为一项世界瞩目的国际建
筑竞赛，近年来涌现了众多农业与高层建筑一
体化的优秀案例，探索了新的建筑形式与技
术，展现了农业与摩天楼结合的多种可能性。

虽然当前与农业共生的摩天楼案例以实验性
方案居多，且多带有乌托邦和理想主义的特
征，但作为一种未来可期的可持续建筑形式，
其在应对当前面临的环境和社会问题、
减少
图11 坦桑尼亚垂直社区（2017）
. All Rights Reserved.
城市化对生态稳定性破坏方面独具优势。

通过对获奖方案的梳理与总结，解析高层建筑与农业一体化的内在机理与重要价值，可以为实现建筑与生态的和谐共生提供更广阔的设计思路，对缓解社会与环境问题具有启示意义，也为我国当前城市可持续发展提供有益参考。

（1）农业与高层建筑具有高度的互补共生性
众多设计师选择城市农业作为缓解社会问题和应对各种危机的有效策略，从侧面说明有关城市农业的多重效益已经得到了多方的认可。

将城市农业与城市中占比更高的高层建筑相结合，将有可能更大限度地推动效益的发挥。

在生产方面，高层建筑与农业一体化可以采用更先进的农业与建筑技术，拥有更多的种植或养殖空间、更为专业的管理与运营团队，因而有着更高的经济效益；在生活方面，城市农业可以与多种类型的高层建筑相结合，通过参与农业生产活动，可以有效缓解诸如工作压力大、精神状态不佳、人际关系淡漠及缺乏运动等“高层综合症”，也为老人、孩子带来更多接触自然和人际交往的机会；在生态方面，除了净化空气、保持水土、减少热岛效应等效益之外，农业与高层建筑结合还更容易实现一体化的循环代谢系统，使建筑不再单向地输出废物，而是担任了代谢系统中的生产者与分解者的双重角色，因而在改善城市资源代谢方面有着特殊的优势，可以有效促进城市的可持续发展。

（2）农业与高层建筑结合可以催生新的建筑形式
在与农业共生的摩天楼中，农作物或动物的生长需求是不可忽视的考量因素，在生产所需的特定建筑结构、空间形式、材料等构成要素的共同作用下，将带来特有的高层建筑形式。

除此之外，建筑所特有的文化性与地域性，也会反过来影响和限制农业种植或养殖类型，进而对建筑形式产生作用。

因此，农业与摩天楼的结合，是对建筑形式的新探索，有助于重新塑造城市空间形态，带来新的空间体验。

（3）多学科技术创新与集成有助于推动高层建筑与农业一体化发展
与农业共生的摩天楼在先进技术的辅助下，有助于实现高效的农业生产、安全的食品保障、宜人的城市环境，引领生产、生活、生态一体化城市的构建。

水培、气雾培等农业技术大幅提高了生产效率，又降低了作物对土壤的依赖，使得地面之外的农业空间成为可能；废物与可再生能源再利用等技术则实现了资源的循环利用，减少了不必要的物质消耗。

得益于多学科的技术创新，高层建筑与农业一体化有望实现以更少资源和土地带来更高的经济、
社会和生态效益。

资料来源：
文中图片均来源于；表格均为作者自绘。

参考文献
[1] 刘长安，张玉坤，赵继龙. 基于物质循环代谢的城市“有农社区”研究[J]. 城市规划，2018，42（1）：52-59.
[2] 埃比尼泽·霍华德. 明日的田园城市[M]. 金经元，译. 北京：商务印书馆，2010.
[3] 勒. 柯布西耶. 人类三大聚居地规划[M]. 刘佳燕，译. 北京：中国建筑工业出版社，2009：100.
[4] Despommier D. The Vertical Farm： Feeding the world in the 21st Century [M]. Thomas Dunne Books，2010.
[5] 张睿，吕衍航. 城市中心“农业生态建筑”解读[J]. 建筑学报，2011（6）：114-118.
[6] 刘烨，张玉坤. 垂直农业建筑浅析——以绿色收获计划为例[J]. 新建筑，2012（4）：36-40.
[7] 赵继龙，张玉坤. 西方城市农业与城市空间的整合实验[J]. 新建筑，2012（4）：27-31.
[7] 张玉坤，孙艺冰. 国外的“都市农业”与中国城市生态节地策略[J]. 建筑学报，2010（4）：95-98.
[8] 刘长安，赵继龙. 生产·生活·生态——城市“有农社区”研究[M]. 北京：中国建筑工业出版社，2016.
[9] 罗卿平，周超. 未来城市生活状态的绿色探索——基于北京798艺术区的城市立体农场设计竞赛过程中的思考[J]. 华中建筑，2013，31（8）：47-51.
[10] 郝赤彪，杨明慧. 出乎意料的极光·落叶归根的情愫——eVolo 2015未来摩天楼建筑设计竞赛获奖方案[J]. 建筑技艺，2015（12）：120-122.
[11] 刘长安，赵继龙，高晓明. 养分循环代谢的城市可持续社区探析[J]. 国际城市规划，2018，33（1）：81-85.
基金项目：
国家自然科学基金资助（编号：51778349，51608307），农业农村部华东都市农业重点实验室开放课题（编号：HD201804）
作者信息：
刘长安，博士，山东建筑大学建筑城规学院教授，***************
姜玉莹，济南历下控股集团有限公司高级专员
张 甲，澳大利亚迪肯大学博士研究生
赵继龙，山东建筑大学建筑城规学院教授
. All Rights Reserved.。