百 万 立 方 未 来 世 界

02

子系统设计

白龙半岛 · 拓荒者社区　科技模块

农业 · 畜牧 · 衣物 · 通信 · 中央监控 · 交通 · 武装与应急　|　v3.0

本册说明

摘　要

本册是科技模块的第二册，逐个子系统确定技术路线、主要参数、资源占用与分期安排，共七个子系统，覆盖食、衣、讯、监、行、防六个方面。

农业采用三条生产线并行的方式：叶菜由人工光植物工厂生产，主粮与果菜由自然光温室生产，蛋白由气体发酵生产。该方式的依据是人工光种植主粮的能量代价超出社区总供给，核算见附录 A.1。全年用工 27 人，占常住人口的 1.35%。

畜牧子系统的定位是改善膳食结构而非承担基础蛋白供给。经核算，农业子系统的发酵蛋白与作物自带蛋白已可满足需求，缺口约为零。故本子系统以有限的体积与能耗提供肉、蛋、乳产品，并承担农业副产物的纤维转化。奶牛与绵羊采用粗饲料饲养，不与人口争粮。

衣物子系统按生物制造、无水染色、可修复、可解聚四项原则设计，通过延长使用寿命与提高修补率将年需求由 20 t 降至 8 t，染色工序采用超临界二氧化碳工艺，全过程不使用水。

通信子系统采用单塔分层配置，各层承担不同覆盖半径与业务类型，按分区方式给出容量承诺。中央监控子系统以数据治理规则为设计前提，确立原始数据不出户、平时仅建议、操作可审计三条规则。交通子系统按四层组织，日常出行以步行与垂直交通为主。武装与应急子系统承担防御、消防、治安与装备管理四项职能，由于电子器件与火工品不具备自制条件，按 100 年用量一次性储备。

目　录

1　农业　2　畜牧　3　衣物　4　通信　5　中央监控　6　交通　7　武装与应急

附录 A　计算书

参考文献

1　农业

农业采用三条生产线并行的方式。该方式的基本依据是人工光种植主粮的能量代价超出社区总供给，核算见附录 A.1。

表 1-1　农业三条生产线

表 1-2　农业主要参数

计量口径：年耗电 2.40 GWh 与 01 册表 3-1 农业科目一致；温室的加温与除湿由核废热承担（1.40 GWhth），不计入电耗；室外温室 4.14 ha 计入场地用地，不计入立方体总量。

用工参照：传统 4,000–5,000 m² 垂直农场需 30–50 人（两班制）。本设计 27 人，主要依靠自动化播种、移栽、采收与营养液闭环控制实现。

2　畜牧

畜牧子系统的定位是改善膳食结构，而非承担基础蛋白供给。经核算，农业子系统的发酵蛋白与作物自带蛋白已可满足 2,000 人的蛋白需求，缺口约为零。因此本子系统的设计目标确定为：以有限的体积与能耗提供肉类、蛋类与乳制品，并承担农业副产物的纤维转化。

表 2-1　养殖品种选择

奶牛与绵羊的设置依据是饲料来源而非转化率。集约化舍饲需消耗玉米、豆粕等精料，与人口争粮；而以秸秆、薯藤、林下草等粗饲料饲养，可将农业副产物转化为乳与肉。本设计采用后者，因此牛羊的饲养规模受限于粗饲料的可获得量（59 t/a），而非受限于养殖设施。

表 2-2　畜牧子系统主要指标

饲料供给结构是本子系统的关键约束。粗饲料 59 t/a 来自农业副产物、林下草与秸秆，成本接近于零；精饲料需求 231 t/a，其中 50 t 由黑水虻虫干提供，其余 181 t 通过气体发酵制备，年耗电 1.20 GWh。采用自种方式需 9 ha 自然光温室，折合 360,000 个立方体，超出可用空间，故不采用。

3　衣物

衣物子系统按生物制造、无水染色、可修复、可解聚四项原则设计。常规人均纤维需求为 10 kg/a，按 3–5 年使用寿命计，2,000 人年需 20 t。本设计通过延长使用寿命至 20 年、提高修补率、采用模块化可替换结构，将年需求降至 8 t。

表 3-1　纤维路线构成

染色工艺采用超临界二氧化碳染色，工作条件为温度高于 31.1 ℃、压力高于 7.38 MPa，全过程不使用水。该工艺在本社区条件下属于必需工艺而非可选工艺。

表 3-2　衣物子系统主要指标

分期安排：一期采用汉麻与亚麻纤维及超临界染色工艺，均为成熟度 9 级技术；二期建设细菌纤维素与菌丝体皮革生产线；三期引入相变调温与自修复面料；二氧化碳基纤维作为远期负碳示范，规模受限，不承担主纤维功能。

4　通信

通信子系统采用单塔分层配置。各层分别承担不同覆盖半径与不同业务类型，按分区方式给出容量承诺，避免以峰值速率替代可持续速率。

表 4-1　通信塔分层配置

表 4-2　通信运行状态与降级指标

容量核算：按 2,000 人、忙时人均 12 Mbps 计，总需求 24 Gbps；三扇区可持续供给 60 Gbps，余量 2.5 倍。若按 2,500 人校核，需求 30 Gbps，余量 2.0 倍。

功率设计：典型工况 5–7 kW，峰值 12–14 kW，峰值占社区平均负荷 1.83 MW 的 0.7%。年耗电按典型工况 6.8 kW 计，为 0.06 GWh。

5　中央监控

中央监控子系统以数据治理规则为设计前提，规则先行，设备依规则配置。本设计确立三条基本规则：原始数据不出户；平时仅提供建议、应急时方可调度；全部调度操作可审计。

表 5-1　数据分级与授权规则

表 5-2　中央监控设备配置

数据存储量：750 只表计按 1 分钟采样，年数据量约 3.9×10⁸ 条，压缩后约 20 GB/a，100 年累计约 2 TB。

6　交通

交通子系统按四层组织。日常出行以步行与垂直交通为主，微轨承担跨区运输，对外运输由码头承担。按 150 m 平面尺度，平面内对角线长度为 212 m，步行时间约 3 分钟，因此平面内不设交通工具。

表 6-1　四层交通体系

表 6-2　交通子系统体积与能耗

运力核算：微轨配置 6 列，单向运力 1,200 人/h；早高峰按 20% 人口出行计为 400 人/h，运力余量 3 倍。

7　武装与应急

武装与应急子系统承担防御、消防、治安与装备管理四项职能，以无人化装备为主，复用通信子系统的 4.9 GHz 通信感知一体化设施，不另设雷达。

表 7-1　子系统的立方体构成

本子系统的资源结构与其他子系统不同。金属结构件可由金工车间自制，但电子元器件、电机、电池、传感器、光学器件、橡胶制品、发射药、底火与灭火剂均不具备自制条件，须按 100 年用量一次性备足。本设计不作可自行生产的承诺。

能耗 0.21 GWh/a，计入 01 册表 3-1 公共服务科目；用工 15 人。监控范围限于公共区域与周界，不涉及户内。

附录 A　计算书

A.1　农业：人工光种植主粮的能量核算

主粮年需求：1,280 t（马铃薯、甘薯），热值 770 kcal/kg

年热量：1,280,000 kg × 770 kcal/kg = 985 G kcal

人工光能耗（按生菜单耗 10 kWh/kg 类比）：1,280,000 × 10 = 12.8 GWh/a

人工光能耗（按面积法）：42,700 m² × 511 kWh/(m²·a) = 21.8 GWh/a

社区年供电总量：17.73 GWh　→　两式均超过总供给，故主粮不采用人工光

A.2　畜牧：饲料平衡与甲烷排放

粗饲料：牛 44 t ＋ 羊 15 t = 59 t/a（农业副产物 40 ＋ 林下草 9 ＋ 秸秆 15）

精饲料：鸡 117 ＋ 鱼 52 ＋ 猪 33 ＋ 牛 29 = 231 t/a

精饲料缺口：231 － 虫干 50 = 181 t/a　→　气体发酵，耗电 1.20 GWh/a

甲烷排放：牛 10 × 120 ＋ 羊 30 × 15 = 1,650 kg/a ≈ 1.9 t/a ≈ 51 t CO₂e

A.3　通信：容量与年耗电

容量需求：2,000 人 × 12 Mbps = 24 Gbps（按 2,500 人校核为 30 Gbps）

可持续供给：3 扇区 × 20 Gbps = 60 Gbps　→　余量 2.5 倍（按 2,500 人为 2.0 倍）

年耗电：典型功率 6.8 kW × 8,760 h = 59,568 kWh ≈ 0.06 GWh

A.4　交通：微轨几何与运力

平面周长：150 × 4 = 600 m；微轨 600 × 2 = 1,200 m = 1.2 km

微轨体积：1,200 m × 12 m² = 14,400 m³

单向运力：6 列 × 200 人/h = 1,200 人/h；早高峰 2,000 × 20% = 400 人/h　→　余量 3 倍

参考文献

[1] 中华人民共和国住房和城乡建设部. GB 50009—2012 建筑结构荷载规范[S]. 北京: 中国建筑工业出版社, 2012.

[2] 中华人民共和国住房和城乡建设部. GB 50011—2010 建筑抗震设计规范（2016 年版）[S]. 北京: 中国建筑工业出版社, 2016.

[3] 中华人民共和国生态环境部. GB 8702—2014 电磁环境控制限值[S]. 北京: 中国环境科学出版社, 2014.

[4] 中华人民共和国住房和城乡建设部. GB 50015—2019 建筑给水排水设计标准[S]. 北京: 中国计划出版社, 2019.

[5] 中华人民共和国住房和城乡建设部. GB 50736—2012 民用建筑供暖通风与空气调节设计规范[S]. 北京: 中国建筑工业出版社, 2012.

[6] 中华人民共和国住房和城乡建设部. GB 50189—2015 公共建筑节能设计标准[S]. 北京: 中国建筑工业出版社, 2015.

[7] 中华人民共和国住房和城乡建设部. GB 50336—2018 建筑中水设计标准[S]. 北京: 中国建筑工业出版社, 2018.

[8] International Electrotechnical Commission. IEC 62305-1:2010 Protection against lightning — Part 1: General principles[S]. Geneva: IEC, 2010.

[9] International Organization for Standardization. ISO 50001:2018 Energy management systems — Requirements with guidance for use[S]. Geneva: ISO, 2018.

[10] 国家市场监督管理总局, 国家标准化管理委员会. GB/T 7714—2015 信息与文献 参考文献著录规则[S]. 北京: 中国标准出版社, 2015.

[11] Journal of Biotechnology. Performance of a pilot scale pressurized deep-jet gas bioreactor for single cell protein production with Cupriavidus necator H16[J]. 2025. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0168165625002159

说明一：本册引用国家标准 8 项、国际标准 2 项、公开期刊论文 1 项。表 1-1 至表 7-1 所载数据均由第 1 至第 7 章与附录 A 的算式得出。

说明二：各子系统的设备选型依据与试验记录由项目组按专业分册留存，作为本册的技术支撑，不属于公开出版物，故未列入参考文献。