城市建筑屋顶绿化探讨

　　摘 要：屋顶绿化作为立体绿化的主要模式, 已成为国内外城市生态环境治理和城市园林绿化建设的新亮点。城市建筑屋顶绿化有简易地毯式、花坛造景式、花园游憩式、瓜果园艺式4种常见模式。具体绿化实践中必须本着系统、安全、实用、精美、经济的基本原则, 解决好建筑屋顶荷载、屋顶防水、屋顶排水、种植土调配、植物配置5方面的关键性技术问题, 以确保屋顶绿化能够普及推广并发挥最大的生态效益、社会效益、景观效益。

　　基金： 2016年度湖南省教育高校科学研究项目 (16C1354);Received： 2017-10-20屋顶绿化泛指一切不与大地土壤直接连接的绿化种植技术。包括在各类建筑物与构筑物、城墙、立交桥梁等的屋顶、天台、阳台、露台或大型人工假山山体上进行人工造园, 种植各种花草树木的统称[1]。而本文探讨的是狭义的屋顶绿化, 专指利用建筑的屋顶顶部平台来营造园林景观的一种空间绿化美化形式[2]。随着城市化的快速发展, 大量钢筋混凝土建筑拔地而起, 利用被称为“第五立面”的建筑屋顶进行绿化, 因其具有不占用城市宝贵地面土地资源的显著优势而成为当下破解城市呼唤绿色与绿化用地紧张矛盾的有效手段。对拓展城市绿化空间资源、改善城市绿色生态环境、缓解城市热岛效应、丰富城市物种种质资源、延长屋顶使用寿命、有效提高城市绿地率等方面发挥着积极而重要的作用[3-4]。

　　一、城市建筑屋顶绿化国内外发展概况

　　在国外, 屋顶绿化最早可以追溯到公元前2000年左右, 古代苏美尔人在幼发拉底河下游地区 (即现今的伊拉克) 建造的花园式亚述古庙塔但誉为真正意义的屋顶绿化鼻祖是前6世纪巴比伦国王为其患思乡病的王妃在其皇宫修建的“空中花园”。花园城市新加坡, 屋顶绿化让建筑物淹没在一片绿色之中。德国的屋顶绿化研究与推广工作一直走在了世界的最前列, 是屋顶绿化技术最先进的国家。早在19世纪就开始对“建筑物大面积植被化”进行探讨, 并在植物选择、种植技术及政策等方面进行了深入研究, 加上政府的强制与鼓励, 德国的屋顶绿化率达到了81%[5]。早在1959年美国就已认识到屋顶绿化的独特作用, 芝加哥的屋顶花园十分普及, 是由其环境部设计建造, 通过在屋顶花园中种植各种植物, 每年可节省下的4 000万美元降温费用于建筑新屋顶, 其寿命较传统屋顶长一半;1991年, 日本东京都政府就颁发了城市绿化法律, 法律规定在设计大楼时必须提出绿化计划书, 1992年又制定了“都市建筑物绿化计划指南”, 使城市绿化更为具体, 并于2001年开始强制推广屋顶绿化;近几十年, 屋顶绿化在英国、瑞士、法国、挪威等国家也得到了很好的推广和普及[6]。我国自20世纪60年代才开始研究屋顶绿化技术, 开展最早的是四川省, 60年代初, 成都、重庆等一些城市的办公楼、工厂车间、仓库等建筑, 利用平屋顶的空地开展农副生产, 种植瓜果、蔬菜[7]。

　　20世纪70年代, 广州东方宾馆在第十层屋顶上建造了我国第一个与建筑物同步建成的具有岭南园林风格的屋顶花园[8], 紧接着国家机关与企事业单位办公楼、商业设施和居民住宅小区均较好地实施了屋顶绿化。2005年, 《北京市屋顶绿化标准》正式出台。上海市政府从2003年开始制定屋顶绿化实施计划, 并将屋顶绿化相关内容编入《上海市绿化管理条例》, 在以“城市, 让生活更美好”为主题的2010年上海世博会近240个场馆中, 80%都做了屋顶绿化、室内绿化、垂直绿化等形式多样的立体绿化, 为世博园的生态环境做出重要贡献。成都市规定, 凡市区范围内建筑竣工时间在近20年以内、产权明晰、满足房屋建筑安全要求的建筑均可实施屋顶绿化;与此同时, 成都市还鼓励已完工或在建筑物屋顶进行绿化改造。同时, 国内部分城市有制定相关财政补贴政策鼓励发展屋顶绿化。如成都武侯区政府, 对屋顶绿化按照50元/m2进行补贴;郑州市自2008年起, 对于申请屋顶绿化的单位或个人, 验收合格后, 财政补贴50~100元/m2[9]。近10年来, 国内越来越重视屋顶绿化, 已经成为破解城市热岛效应、降低能耗、缓解绿化用需矛盾、营造低碳生态城市的重要举措。

　　二、城市建筑屋顶绿化常见模式

　　(一) 简易地毯式屋顶绿化模式

　　此种类型的屋顶绿化主要以种植草本植物 (包括草坪和草花植物) 为主, 因选用的植物较为低矮, 在屋顶形成一种类似于绿色地毯的绿化效果。由于种植草本植物只需较薄的土层厚度, 对屋顶所增加的荷载量较小, 因此, 这种绿化模式具有技术要求不低、管理方便、建设成本低的明显优势。特别是在我国南方地区, 由于区域气温适当, 降水量普遍也较多, 植物全年均能较好地保持正常生长, 这种模式已被大面积推广应用且效果较好。

　　(二) 花坛造景式屋顶绿化模式

　　这种绿化模式的主要特点是在屋顶呈分散状或组合状地布置一些规则式种植池, 植物选择以观花观叶植物为主, 在外观上类似于地面的花坛绿化。种植的花卉可以随时更换, 观赏价值较高, 但在管理上地工作量相对较大, 常用一些观叶草本植物代替草花植物以延长观赏期, 还可以用一些花期较长的、低矮的草本花卉种植其中。由于这一模式通常将绿化植物布置成精美的图案纹样, 营造出一种整齐美观精致的景观, 特别是在较低层的屋顶上应用, 从高处俯看效果更佳。

　　(三) 花园游憩式屋顶绿化模式

　　这种模式被称为真正意义上的屋顶花园。它可以说是将地面上的公园或花园绿化各造园要素搬到屋顶上进行绿化的一种类型。因此, 这种屋顶绿化模式除植物的选择可以随心所欲地选用低矮的灌木、鲜艳的草本花卉、高大的乔木外, 还可布置园路、营造运动休闲场地、水池喷泉、儿童游乐场地、亭廊花架等观赏游乐休憩设施。当然。其对营造技术与养护管理水平也相对要求较高。

　　(四) 瓜果园艺式屋顶绿化模式

　　顾名思义, 这种屋顶绿化模式就是在屋顶上种植蔬菜和水果等瓜果园艺植物为主, 一般不营造园林建筑与小品, 强调经济实用, 多见于中小城市住宅小区和私家别墅建筑屋顶。

　　三、城市建筑屋顶绿化基本原则

　　系统原则。屋顶绿化切忌主观随意, 必须以园林生态学、园林美学和人性化设计理念为指导进行统一规划布局, 突出植物景观营造为主, 充分考虑屋顶特定场所特征, 在确保植物种植成活和建筑结构安全的基础上追求良好的生态效益、社会效益、经济效益。安全原则。主要包括屋顶防水层、建筑荷载、女儿墙等的结构安全以及所种植的植物、布置的园林建筑小品等在屋顶强风暴雨恶劣环境条件下的安全[10]。安全原则是关系到能否进行屋顶绿化的先决条件, 也是开展屋顶绿化的基本要求与必要保证。实用原则。要使屋顶绿化生态效益良好, 必须突出植物种植为主。可以说, 实用是开展屋顶绿化的最终目的, 而植物是屋顶绿化实用原则体现的基本保证。

　　精美原则。精美是体现屋顶绿化特色的重要原则。在布置主体景观、规划游憩道路、营造建筑小品等方面, 对其位置、比例、尺度、色彩均应该仔细推敲, 植物的选择与搭配更要注重突出意境, 达到寄情于景, 情景交融的效果。经济原则。权衡一个园林绿化工程优劣与否不仅要看其整体景观效果如何, 还要切实考虑其建设投资的可行性与可能性。再好的设计方案如果没有经济条件做保障就只会是一纸空文而无法“落地生根”。这就要求设计方灵活结合场地实际情况量体裁衣, 精打细算, 利用与分配好所需资金, 科学合理选用屋顶绿化材料与施工工艺, 同时立足长远, 充分考虑后期养护管理的经济实惠。

　　四、城市建筑屋顶绿化应该解决好的关键性技术问题

　　(一) 尽量减轻屋顶荷载, 确保其承重安全

　　屋顶荷载是衡量单位面积屋顶能够承载重量的指标, 是屋顶绿化建设能否成功的重要保障。花园式屋顶绿化原则上要求提供350 kg/m2以上的外加荷载能力, 基于这一要求, 开展屋顶绿化时, 造园材料的选择要求尽量选用轻型材质, 如建造亭、廊、花架、水体等选择竹类、木质类、玻璃钢及轻型管材, 假山置石采用人工塑石石材, 植物种植基质选用泥炭土、腐殖土混合珍珠岩、蛭石、糠灰等进行混合调配。同时。由于建筑不同部位其承载力也不同, 设计时要求将重量较大的景观如假山、亭、廊、水池、花坛等放在承重结构或跨度较小的位置上。当然, 经济条件许可时建议采用隔热防渗透水材料制成的生态屋顶块更好[11], 以保证屋顶允许承载的重量大于屋顶绿化后的荷载重量。只有遵循这一基本要求, 才能确保屋顶的承重安全。

　　(二) 严格做好屋顶防水, 防止其发生渗水漏水

　　屋顶渗漏直接影响到房屋的使用效果与用户的安全。目前屋顶防水处理方法主要有刚、柔之分。其中刚性防水处理主要是在屋面板上铺筑45~50 mm厚细石混凝土, 内中放一层φ4@200的双向钢筋网片 (即纵横两个方向均每隔200 mm安放直径为4 mm的钢筋) , 同时为提高屋面的抗渗抗裂性能, 在混凝土中可加入少许防水剂、微膨胀剂、减水剂等, 这种防水处理较为坚硬, 能较好的防止植物根系穿透屋面, 起到保护屋顶的作用, 但导致屋顶的自重也较大;柔性防水处理是采用“二毡三油”或“三毡四油”结合聚氯乙烯涂料进行处理, 因其自重轻, 在屋顶绿化时更多的被采用。随着新材料新技术的涌现, 近年来, 三元乙丙防水布等新型防水材料已投入屋顶防水施工作业中且使用效果较好。不管采用哪种防水处理方法, 在当前防水材料市场鱼龙混杂的情况下, 首先必须严把防水材料质量关, 对进入施工现场的防水材料, 不仅要符合国家或行业标准, 有出厂合格证和材料准用证;同时也要把好防水层的施工质量关。必须由经过专业技术培训, 熟悉屋顶绿化施工规范和防水材料性能特点及适用范围的训练有素的专业防水施工队伍, 进行施工。

　　(三) 合理布置排水系统, 保证屋顶排水通畅

　　屋顶绿化需要考虑排水问题, 除正常屋面排水外, 还有植物浇水灌溉后多余水分的排水以及喷泉水池的溢水量等。与此同时, 屋顶绿化所排放的污水通常会夹带一些泥沙、植物枯枝残叶等杂物, 如果出水口管径设计不合理, 就会堵塞排水管道, 造成屋面大面积积水, 时间长久会导致屋面发生渗漏。因此合理的解决排水问题至关重要。当然, 对于屋顶绿化来说, 蓄水能力和排水能力同样重要, 尤其暴雨是对屋顶绿化的最大考验, 优秀的蓄水能力将能够减小暴雨对屋面排水系统的巨大压力, 同时还可以储存一部分水分满足植物生长发育对水分的需求, 通常可以选择一些具有良好排水性并且可以储存一部分水分的排水系统。如平屋顶屋面设计的找坡层为2%左右, 其排水方向垂直于排水沟, 可以在排水沟中放置一些鹅卵石或者珍珠岩 (粒径约为30~40mm、厚度80 mm左右) 等颗粒性渗水材料, 上面整铺专用的塑料或橡胶蓄排水盘注意在蓄排水盘遇到排水口时要切割出一个比排水口稍大的洞口以保证排水通畅, 同时在蓄排水盘的上面要设置一个检查口以便日后对排水口检查和维修。

　　(四) 科学调配种植土, 确保种植基质养分充足且轻质

　　屋顶绿化的重点是种植土。种植基质的选择从两个方面考虑:一是要确保基质养分能够满足植物生长发育的需求, 二是要充分考虑屋顶荷载有限的问题及屋顶风大、干燥等特殊立地环境条件。这就要求所选用的种植基质不仅具有良好的稳定性、缓冲性与渗水、吸水性能, 而且还要具有重量轻、不易受风力水力侵蚀与杂草侵害等良好性能。建议选用普通种植土混合草炭、细砂、珍珠岩、膨胀蛭石和腐熟的动物粪便等材料一起调配。近年来上海一些工厂的屋顶采用城市垃圾堆肥, 经过严格筛选、消毒和腐熟, 混合成具有良好通气性、排水性与有一定保温性的轻质种植土, 其密度仅有670 kg/m3, 武汉地区常用的人工种植土采用垃圾土或菜园土与轻质骨科、蛭石、腐熟的锯屑、粗糠灰等混用, 其密度仅有700~1 000 kg/m3。而泥炭因为容重很小 (干重一般在200~300 kg/m3) , 在屋顶绿化中应用极为普及, 但其抗风固根力不够强, 建议采用一份泥炭掺入两份普通种植土同时加入适量的糠灰进行混合调配使用。

　　(五) 优化植物配置, 保障屋顶绿化效益最大化

　　植物是屋顶绿化的主体要素, 除能够制造氧气、吸滞尘埃、净化空气, 调节空气温湿度, 起到改善屋顶绿化生态环境的作用外, 它对房屋建筑还具有隔热保温、隔声降噪以及保护防水层、结构层等多重作用;尤其是有些植物还能分泌出杀菌素, 具有杀菌作用, 这对人体健康是十分有利的。但从立地条件分析, 屋顶绿化在风力、温度、光照、湿度、土壤条件等方面均较地面绿化有较大差别, 在开展屋顶绿化之前必须深入分析这些因素, 根据其特定的生态环境与立地条件来确定适宜的植物种类。

　　1. 宜优先选用乡土植物和能够安全露地越冬的植物

　　乡土植物是经过长期自然选择及物种演替后对某一特定区域具有高度生态适应性的植物物种, 因此, 即使在生态环境相对较为恶劣的屋顶也能具有较好的生存优势;同时, 开展屋顶绿化, 其后期养护也不容忽视, 选用养护管理较为简便的植物可以节省一定的养护人力物力费用, 能安全露地越冬的植物无疑是经济实惠的屋顶绿化首选。如茶梅 (Camellia sasanqua Thunb.) 、金叶女贞 (Ligustrum vicaryi.) 、夏娟 (Rhododendron pulchrum.) 、蚊母 (Distylium racemosum Sieb.et Zucc.) 、月季 (Rosa chinensis Jacq.) 、山茶 (Camellia japonica L.) 在湖南种植表现均较好。

　　2. 宜选用喜阳、耐瘠薄的浅根性植物

　　建筑屋顶从早到晚基本上均有太阳照射且光照强度也较大, 故屋顶绿化植物应该选择喜阳植物为主, 当然在亭、廊、花架下或靠女儿墙的地方也可适当种植喜半阳的植物, 以丰富屋顶绿化的植物种类或品种;同时, 由于屋顶绿化的种植基质较薄, 为防止植物根系侵蚀屋顶建筑结构且要考虑屋顶所能承载的荷载, 屋顶绿化应选用耐瘠薄的浅根性植物。如紫叶小檗 (F.atropu Tpurea.) 、三角梅 (Bougainvillea spectabilis willd.) 、苏铁 (Cycas revolute.) 、丝兰 (Yucca smalliana Fern.) 、火棘 (Pyracantha fortuneana.) 、海棠 (Malus spectabilis.) 、连翘 (Forsythia suspensa.) 等均可。

　　3. 宜选用抗风、耐积水的低矮灌木和草本植物

　　屋顶风力一般较地面大, 特别是遇上暴雨和大风天气对屋顶绿化植物选择更是考验, 加上屋顶种植土层较薄, 土壤的蓄排水性能相对较差, 一下暴雨, 极易造成屋面短时积水, 而土壤干燥后又容易被风吹走, 故应尽量选择一些抗风、能耐积水、便于运输和栽种、能覆盖全部土壤的低矮灌木和草本植物。如铺地柏 (Sabina procumbens.) 、仙人掌 (Opuntia stricta.) 、吉祥草 (Reineckia carnea.) 、高羊茅 (Festuca elata Keng ex E.Alexeev.) 、吊竹梅 (Tradescantia zebrina Bosse.) 、丝石竹 (Gypsophila paniculata.) 、红绿草 (Alternanthera bettzickiana.) 、富贵竹 (Dracaena sanderiana.) 等。

　　4. 宜选用耐干旱、抗严寒的植物

　　屋顶绿化, 夏季会遇到高温危害, 冬季会有大风与极端低温影响, 加之屋顶土层较薄, 土壤保温保湿性均有限, 不适宜选用对水分要求较高的植物, 宜选择对干旱、严寒有较强抵抗能力的植物种类。如珍珠梅 (Sorbaria sorbifolia) 、变叶木 (Codiaeum variegatum) 、海桐 (Pittosporum tobira) 、丁香 (Syzygium aromaticum) 、迎春 (Jasminum nudiflorum) 、含笑 (Michelia figo) 等能抵抗夏季高温与冬季严寒天气。

　　5. 宜选用常绿、生长较慢的植物

　　屋顶作为绿化美化的“第五立面”, 为增加绿量, 植物选择宜以株形、叶形、干形较为美观的常绿灌木、地被和藤蔓类植物为主, 形成观赏价值较高且四季常青的屋顶绿化景观。当然, 也可适当栽种一些彩色叶植物与时令花卉, 以丰富屋顶绿化植物种类, 体现季相变化[12];而选用生长较慢植物自然能够减少养护管理成本且不易受到大风危害。

　　五、结语

　　屋顶绿化是城市化进程的必然趋势, 也是城市生态系统的重要组成部分。随着生态节约型城市建设理念的不断推进, 屋顶绿化作为一种脱离地气、不占用地平面土地的高科技空中绿化形式, 已日益受到人们的关注, 在城市绿地系统中的重要地位也愈加凸显。它不仅与城市建筑更紧密地融合为一体, 更丰富了城市园林的美感, 为人们提供了景观更加丰富、视野更加开阔的游憩场所。当然, 相对地面绿化而言, 屋顶绿化是在建筑顶部的有限空间进行造园, 受到自然条件和人工条件的制约也较多, 需要考虑与解决的技术问题也相对复杂, 要使屋顶绿化在我国大江南北普及运用和大面积推广还需要城市规划、建筑设计、园林绿化等相关部门及从业人员的共同努力与密切配合。

　　参考文献

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