Abstrak —Peningkatan  populasi  yang  tajam  dari  tahun  ke tahun  telah  mengakibatkan berkurangnya stok makanan dunia, perubahan  iklim,  serta  degradasi  lahan  pertanian  yang berujung  terhadap  isyu  krisis  pangan  global.  Indonesia sebagai negara agraria, tidak luput dari isyu ini. Setelah meninjau lebih dalam,  didapat  bahwa  sebenarnya  akar  permasalahan  dari krisis  pangan  ini  adalah  putusnya  hubungan  antara  produsen dengan  konsumen  makanan,  yang  disebabkan  oleh  panjangnya rantai distribusi dari produsen hingga konsumen.
Vertical  Urban  Farm  ini  dirancang  sebagai  alternatif menanggapi  isyu  diatas  serta  permasalahan  urban  seperti keterbatasan  lahan.  Rancangan  akan  mewadahi  aktivitas  siklus makanan mulai dari makanan ditanam, dipanen, didistribusikan,  dipasarkan, dikonsumsi, dibuang hingga diolah kembali menjadi energi. Untuk mencapai rancangan yang tepat, studi  pembayangan  matahari  diterapkan  sehingga  dapat menentukan area penanaman yang berpengaruh pada rancangan objek dari Vertical Urban Farm.
Kata  Kunci —  Studi  pembayangan  matahari,  Vertical  Urban Farm.

## I. PENDAHULUAN
ERTUMBUHAN  populasi  yang  tidak  terkendali  akan menimbulkan  berbagai  cabang  permasalahan.  Salah satunya  adalah  krisis  pangan.  Pertambahan  penduduk mengikuti  deret  ukur,  sementara  pertambahan  produksi pangan mengikuti deret hitung. [1]
Di  negara  berkembang,  angka  pertumbuhan  populasi meningkat  lebih  tinggi  dibandingkan  di  negara berkembang. Jumlah lahan pertanian yang digunakan pada saat ini adalah setara  dengan  luas  Amerika  Serikat  dan  pada  tahun  2050 dunia akan membutuhkan daratan lain dengan ukuran Brazil untuk  memenuhi  kebutuhan  kalori  setiap  individu  di  dunia [2].  Hal  tersebut  diperkuat  dengan  rujukan  [3]  yang menjelaskan bahwa walaupun dengan upaya mendistribusikan  makanan  secara  merata  diseluruh  dunia pada  tahun  2050,  setiap  individu  akan  masih  kekurangan sekitar 974 kalori lagi.
Urgensitas  dari  permasalahan  ini  ternyata  belum  banyak disadari oleh banyak orang, terutama pada masyarakat urban yang  dalam  kesehariannya  tidak  kesulitan  makanan. Diperoleh  bahwa  terjadi  keterputusan  hubungan  antara konsumen dengan produsen makanan oleh panjangnya rantai distribusi makanan.
Di  perkotaan  padat,  khususnya  Surabaya,  isyu  krisis
pangan  ini  menjadi  sebuah  tantangan  untuk  menciptakan solusi  pangan  berkelanjutan  demi  memenuhi  kebutuhan pangan  mengingat  kebutuhan  pangan  perkotaan  di  masa depan  akan  lebih  tinggi  akibat arus urbanisasi yang semakin tinggi,  namun  tidak  diimbangi  dengan  adanya  ketersediaan lahan pertanian.
Perancangan  Vertikal  Urban  Farm  ini  akan  menjadi alternatif  dalam  konteks  urban  untuk  menghubungkan kembali  konsumen  dengan  produsen  makanan  dalam  1 tempat,  karena  segala  proses  makanan  mulai  dari  proses penanaman, panen, distribusi, penjualan, pengolahan, hingga pembuangan  makanan,  akan  terjadi  dalam  satu  tempat (Gambar 1).
Vertical  Urban  Farm  ini  dirancang  pada  lahan  seluas 5000m2  di  Jl.  Basuki  Rahmat.  Lahan  berada di area Central Business District, dimana aktivitas perkantoran, perdagangan dan  jasa  yang  tercermin  melalui  kehadiran  bangunan  – bangunan  yang  dikembangkan  ke  arah  vertikal  (Gambar  2). Dengan  adanya  Vertical  Farm  ini,  masyarakat  urban Surabaya  akan  memperoleh  banyak  keuntungan,  yaitu:  1) Menghasilkan  produksi  pangan  sekitar  4  –  6  kali  lebih banyak  setiap  are  nya  dibandingkan  dengan  pertanian tradisional.  2)  Menghasilkan  produksipangan  yang  lebih sehat  (bebas  polusi,  pupuk  dan  pestisida).  3)  Lebih menghemat  energi  (re-sirkulasi  air  irigasi,  penggunaan  air yang lebih sedikit dibandingkan dengan pertanian tradisional, dan menghemat biaya proses distribusi).

## II. METODA PERANCANGAN
Dalam  merumuskan  permasalahan  hingga  menemukan kriteria  desain,  penulis  menggunakan  metoda  Programming and Designing dari William M. Pena dan Steven A. Pharsall (1969)  [5].  Metoda  ini  menitikberatkan  bahwa  Design Process  as  a  Problem  Solving.  Fokus  dari  metoda  desain  ini ada  pada  bagaimana  perancang  menjabarkan  masalah  apa saja  yang  akan  dihadapi  dalam  merancang  bangunan berdasarkan fakta-fakta yang ada, sehingga masalah-masalah tersebut  yang  dapat  difokuskan  untuk  mencari  solusi  yang benar-benar sesuai.
Metode  Programming  and  Designing  terdapat  3  tahap, yaitu:

## Studi Bayangan Matahari pada Rancangan Vertical Farm dalam Konteks Urban
Gisela Titania Kristi, dan Murtijas Sulistijowati
Arsitektur, Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS)
Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 Indonesia
e-mail : murtijas@arch.its.ac.id
P

## A. Problem Seeking,
Tahap  programming.  Yaitu  sebuah  proses  menuju pernyataan  dari  masalah  arsitektur  dan  persyaratan  yang harus  dipenuhi  dalam  menawarkan  solusi.  Pada  tahap  ini, problem  seeking  termasuk  bagian  analysis.  Maksudnya adalah  pada  bagian  ini,  design  problem  yang  ada  dipisah- pisah dalam beberapa bagian untuk diidentifikasi secara lebih lanjut.
Pada  proses  desain  yang  pertama,  yaitu  problem  seeking/ programming/ analysing, terdapat 5 langkah, yaitu:
1. Establish Goals/ Menyusun tujuan
2. Collect  and  analyze  facts  /  Mengumpulkan  dan
Gambar 2. Alur proses makanan
Gambar 2. Rencana Tapak
Gambar 3. Poin pertimbangan
3. menganalisa fakta
4. Uncover and test concepts/ Pengujian konsep
5. Determine needs/ Menentukan kebutuhan
6. State the problem/ Menyatakan permasalahan
Gambar 4. Jenis – jenis tanaman
Gambar 5. Organisasi ruang
5  tahapan  tersebut  dapat  digunakan  dalam  mendesain  tidak hanya  arsitektur,  tetapi  jika  dalam  konteks  arsitektur,  maka tahapan  Problem  Seeking  mempunyai  batasa-batasan  sendiri yang harus digunakan, yaitu :
Function, form, economy, time.
Pertimbangan  tentang  rancangan  yang  terpengaruh  dari masa lampau, sekarangdan masa depan
Singkatnya, keempat pertimbangan ini memberikan:
1. Sebuah format untuk mengumpulkan informasi pemrograman.
2. Klasifikasi untuk mengorganisir informasi tersebut.
3. Kriteria  untuk  mengevaluasi  hasil  program  dan  desain.
LAHAN
Gambar 6. Studi pembayangan matahari selama 1 tahun
Gambar 7. Penumpukan bayangan selama 1 tahun
Gambar  8.  Analisa  bayangan  matahari  menjadi  dasar  perolehan bentuk
Gambar 9. Zona penanaman Gambar 10. Zona sirkulasi lantai 1 Gambar 11. Zona sirkulasi lantai 2 Gambar 12. Sistem struktur dan sistem fasad Area C Area B Area A Area pinggir Area tengah
Gambar  13.  Penghawaan  alami  menggunakan  monsson windows
Gambar 14. Sistem irigasi
Gambar 15. Potongan Gambar 16. Perspektif eksterior
Gambar 17. Rencana tapak

## B. Problem Solving
Tahap  design.  Merupakan  penelusuran  masalah  kemudian melakukan analisis untuk menemukan solusi atau pemecahan masalah.  Pada  tahap  ini,  problem  seeking  termasuk  bagian synthesis.  Karena  pada  bagian  ini  permasalahan  yang terpisah-pisah  digabungkan  kembali  dengan  kondisi  yang telah disesuaikan.
Pada  tahap  ini,  penulis  menggunakan  studi  bayangan matahari  [6]  untuk  menentukan  area  penanaman  yang berpengaruh  pada  bentuk  rancangan  objek  dan  pembagian zonasi  pada  objek  rancangan.  Analisa  bayangan  matahari bergantung  pada  konteks  lahan  yang  dipilih.  Orientasi  dan kondisi lingkungan sekitar menjadi faktor yang mempengaruhi analisa.
C. Model of Solution.
Berikut  ini  adalah  tahap  terakhir  yang  merupakan  bentuk obyek terakhir yang terbentuk sebagai pemecah masalah yang dibahas sebelumnya.

## III. EKSPLORASI

## A. Problem seeking
Sebelum  memperoleh  konsep,  diperlukan  analisa  terlebih dahulu untuk memperoleh beberapa rumusan masalah dengan meninjau  berbagai  aspek  seperti  yang  dijelaskan  pada  bab  II
(Gambar 3).
Setelah mengintegrasikan tujuan, mengumpulkan  fakta,  menentukan  kebutuhan,  sehingga diperoleh berbagai permasalahan sebagai berikut:
a. Bagaimana  bangunan  dapat  memberikan  pemahaman/ mengedukasi,  meningkatkan  kesadaran  mengenai  isyu krisis pangan ini ditengah keterbatasan lahan?
b. Bagaimana  bangunan  dapat  meminimalisir  dampak negatif bangunan terhadap lingkungan sekitar?
Dari  kriteria  desain  yang  ada,  dapat  diperoleh  kriteria desain  (KD)  yang  akan  mengarahkan  kepada  konsep  desain sebagai berikut:
KD  1.  Rancangan  dapat  mempresentasikan  keunikan visual,  khususnya  pada  konteks  lahan  yang  menggambarkan fungsi rancang bangunan.
Bangunan  vertikal:  diantara  bangunan  sekitar  yang  hanya 2-5  lantai,  sehingga  terlihat  berbeda  di  kawasan  Basuki Rahmat.  Selain  itu,  pertanian  disusun  secara  vertikal  untuk memaksimalkan perolehan luas lahan pertanian.
Double green facade
Bangunan  terdapat  aksen  –  aksen  hijau  vegetasi,  selain sebagai bentuk ventilasi alami pada bangunan, aksen tersebut akan menciptakan keunikan visual pada bangunan  – berbeda dengan bangnan – bangunan sekitar
KD  2.  Memberi  pengalaman  ruang  yang  mendukung kegiatan  pertanian  dan  sekaligus  dapat  menunjang  pesan edukatif di dalamnya.
Visibilitas  ruang:  Menggabung  proses  makanan  dalam  1 bangunan. Program ruang mencakup semua proses kehidupan tanam (Gambar 5)
Visibilitas  ruang  (bangunan  tidak  tersekat  – sekat dinding masif)  pada  bangunan  mengakibatkan  transparansi  aktivitas sehingga  dapat  memberi  pesan  edukatif  pada  pengunjung, megundang  rasa  ingin  untuk  melihat-  lihat  kemudian bertanya
Split  level:  Sebagai  salah  satu  strategi  untuk  visibilitas ruang, Pengguna bangunan dapat melihat aktivitas – aktivitas satu  sama  lain,  antara  petani  dengan  semua  pelaku  aktivitas dalam bangunan.
KD  3.  Objek  rancang  memberi  dampak negatif seminimal mungkin terhadap lingkungan.
1. Conserving energy
2. Photovoltaic
3. Rainwater harvesting
4. Natural lighting (Void, material transparan)
5. Working with climate
6. Shadow study – building orientation
7. Ventilasi alami
8. Minimazing new resources
9. Resirkulasi air menggunakan hydroponic
10. Reduce – reuse recyle water
11. Waste  management  –  biodigester  sampah  organik  – sampah non organik
Rencana kapasitas, sistem dan jenis tanaman: Menggunakan sistem pertanian hidroponik, karena:
1. Penggunaan lahan lebih efisien
2. Tanaman berproduksi tanpa menggunakan tanah
3. Kuantitas  dan  kualitas  produksi  lebih  tinggi  dan  lebih bersih
4. Penggunaan pupuk dan air lebih efisien
5. Pengendalian hama dan penyakit lebih mudah
Kapasitas tanaman: 56 ton sayuran/  tahun (ditanam dalam 18 lantai)
Jenis  tanaman  yang  akan  ditanam  adalah  jenis  tanaman impor  tropis  (gambar  4)  dan  tanaman  lokal  (selada,  bayam, sawi,  kangkung,  mentimun,  tomat,  kentang,  wortel,  daun bawang, bunga maar, cabe).

## B. Problem solving
Gambar  6  -  9  menunjukkan  studi  pembayangan  matahari. Hal  ini  dapat  berpengaruh  terhadap  perletakan  area  urban farm  yang  paling  potensial. Dan dapat diperoleh pula, tipe  – tipe tanaman jenis apa yang lebih baik ditanam.
Jika ditumpuk dalam 1 layer bayangan dalam 1 tahun akan menjadi seperti pada gambar 7. Dan dapat di peroleh, warna yang  paling  gelap  (Area  A)  berarti    adalah  area  yang jarang disinari  oleh  matahari  dalam  1  tahun,  sehingga  tidak berpotensi untuk difungsikan menjadi area tanam. Sementara warna  abu  –  abu  muda  (Area  B)  berarti  kira  –  kira  area tersinari  matahari  sekitar  2-  5  jam.  Sementara  warna  yang mendekati putih (Area C) berarti area tersinari matahari 5- 8 jam,  area  inilah  yang  paling  berpotensi  untuk  difungsikan sebagai area tanam.
Penjelasan gambar 8:
Gambar 7 dijadikan dasar perolehan bentuk dan zona Lantai 1  – 3 dialokasikan untuk aktivitas manusia (kantor, parkir mobil/ motor, lobi, galeri, dll) memprioritaskan alokasi cahaya matahari untuk tanaman pada lantai diatasnya.
3- 4 Bangunan ditumpuk keatas dengan menyusutkan luas area untuk mendapatkan cahaya matahari
Pada 1 titik, diberi void sebagai lubang cahaya Bangunan diatas semakin dikerucutkan untuk memperoleh cahaya matahari.
Konsekuensi terhadap tipe sayuran:
Pada  area  B  (paparan  sinar  sebanyak  2-  5  jam)  sehingga sayuran yang cocok ditanam di area tersebut adalah sayur tipe daun seperti bayam, pakchoy, sawi, kembang kol dll.
Pada  area  C  (paparan  sinar  sebanyak  5  –  8  jam)  cocok untuk  sayuran  yang  membuutuhkan  sinar  matahari  lebih lama seperti sayuran  rerambatan.
Pada ruang dalam khususnya pada bagian tengah (Gambar 9)  akan  lebih  sedikit  memperoleh  cahaya  matahari  akibat penumpukan  bidang  lantai  secara  vertikal,  sehingga  cahaya buatan  diperlukan  sebagai  sumber  pencahayaan  untuk tanaman. Pada area tengah akan digunakan lampu LED lebih banyak  dan  intens  dibanding  dengan  area  pinggir  sebagai penunjang fotosintesis.

## C. Model of solution
Gambar  10  –  16  merupakan  desain,  sebuah  kesimpulan
dari  proses  problem  seeking  dan  problem  solving  yang  telah dibuat.
1. Struktur dan material (Gambar 12)
2. Struktur: Beton
3. Finishing  beton:  Exposed  concrete  finished  dengan coating warna bertekstur
4. Dinding  indoor:  Dinding  bata  ringan  (sifatnya  yang ringan  dapat  mengurangi  beban  yang  membebani konstruksi  gedung  sehingga  dapa  mengurangi  biaya yang  dikeluarkan  untuk  struktur  bangunan,  dinding kaca
5. Flooring:  non-slip  light  grey  homogeneous  tiles  (untuk memperkecil selip pada bangunan urban farm)
Sistem  penghawaan  menggunakan  penghawaan  alami untuk  menghemat  energi.  Apabila  bangunan  menggunakan AC  buatan,  maka  biaya  yang  dibutuhkan  tidak  sebanding dengan  hasil  produksi  yang  dihasilkan  (gambar  13). Bangunan  ini  menggunakan  monsoon    windows  yang  mana memiliki  keunikan  bukaan  secara  horizontal  sehingga memungkinkan udara untuk masuk, dan air tidak akan masuk saat hujan [8].
Sistem  irigasi,  Sumber  air  irigasi  adalah  berasal  dari  air hujan,  air  olahan  grey  water  treatment  dan  PAM.  Air kemudian  dialirkan  kebawah  dengan  bantuan  pompa  tekan, melalui  shaft  pemipaan.  Lalu  dialirkan  pada  tanaman  – tanaman  per  modul  hidroponik.  Hydroponics  menggunakan sistem NFT, yang sistem irigasinya adalah air yang mengalir. Dengan  gaya  gravitasi,  irgiasi  tanaman  turun  ke  bawah  dan mengalir  ke  bak  nutrisi.  Air  kemudian  teresirkulasi  pada modul  hidroponik  kembali  selama  beberapa  kali  dengan bantuan  timer,  nutrisi  akan  diteteskan  ke  bak  nutrisi  secara berkala. Dan pada suatu titik, air nutrisi harus dibuang akibat kandungannya  sudah  beracun.  Sebelum  dibuang  ke  aliran kota,  air  bekas  irigasi  disalurkan  ke  biotank  terlebih  dahulu agar tidak merusak kualitas air tanah (Gambar 14).

## IV. KESIMPULAN
Dengan  menganalisa  pembayangan  matahari  maka  akan meningkatkan  performa  bangunan  yang  dinamis  dan  estetis serta  penetapan  zona  tanaman  berdasarkan  jenis  tanaman yang  tepat,  kebutuhan  sinar  matahari,  kelembaban  ruang, serta sirkulasi udara.
Pada  penelitian  ilmiah ini, penulis hanya melakukan studi bayangan  matahari  untuk  perolehan  bentuk  bangunan  dan zonasi secara umum. Saran untuk penelitian berikutnya, akan lebih  baik  lagi  apabila  melakukan  studi  pembayangan matahari  pada  setiap  lantai  agar  dapat  menentukan  zona tanaman yang lebih detil.

## UCAP AN TERIMA KASIH
Puji  syukur  kehadirat  Allah  SWT  yang  telah  memberikan berkat  dan  rahmat  –  Nya  selama  proses  penyelesaian penulisan.  Terimakasih  pula  kepada  jurusan  Arsitektur  ITS
dan  semua  pihak  terkait  yang  telah  membantu  memberikan kritik dan saran selama proses penyelesaian jurnal ilmiah ini.
DAFTAR PUSTAKA
[1] Malthus, Thomas (1798). Essay on the Principle of Population.
[2] Dickson  Despommier,  The  Vertical  Farm:  Feeding  the  World  in  he  21st Century,  2nd  ed.  (New  York:  Thomas  Dunne  Books/  St.  Martin’s  Press, 2010), 195
[3] Spector, Kaye. 2013. 18 Graphics That Explain the Global Food Crisis and How  to  Solve  it.  Diambil  dari:  http://ecowatch.com/2013/12/03/18- graphics-global-food-crisis-how-to-solve/ . (6 Oktober 2015).
[4] Corpsreview.  2016.  The  Arguments  in  Favor  of  Vertical Frams. Diambil dari: http://www.cropsreview.com/vertical-farms.html. (25 Juli 2016).
[5] Pena,  William  M  dan  Parshall,  Steven  A.  2012.  Problem  Seeking:  An Architectural  Programming  Primer  5th  Edition.  (New  York:  Wiley  and Sons)
[6] Ellis,  Jon. 2012. Agricultural Transparency: Reconnecting Urban Centres With Food Thesis.
[7] Parwita, Adi. 2015. Preseden Arsitektur. Diambil dari: https://www.scribd.com/doc/165416927/Preseden-Arsitektur  .  (25  Juli 2016).
[8] Wong,  Mun  Summ.  (2009).  “Tall  bBuilding  in  Southeast  Asia-  A Humanist Approach for Tropical High Rise”.  Journal of Architecture.