摘 要：屋頂綠化作為立體綠化的主要模式, 已成為國內外城市生態環境治理和城市園林綠化建設的新亮點。城市建筑屋頂綠化有簡易地毯式、花壇造景式、花園游憩式、瓜果園藝式4種常見模式。具體綠化實踐中必須本著系統、安全、實用、精美、經濟的基本原則, 解決好建筑屋頂荷載、屋頂防水、屋頂排水、種植土調配、植物配置5方面的關鍵性技術問題, 以確保屋頂綠化能夠普及推廣并發揮最大的生態效益、社會效益、景觀效益。
基金： 2016年度湖南省教育高?？茖W研究項目 (16C1354);Received： 2017-10-20屋頂綠化泛指一切不與大地土壤直接連接的綠化種植技術。包括在各類建筑物與構筑物、城墻、立交橋梁等的屋頂、天臺、陽臺、露臺或大型人工假山山體上進行人工造園, 種植各種花草樹木的統稱[1]。而本文探討的是狹義的屋頂綠化, 專指利用建筑的屋頂頂部平臺來營造園林景觀的一種空間綠化美化形式[2]。隨著城市化的快速發展, 大量鋼筋混凝土建筑拔地而起, 利用被稱為“第五立面”的建筑屋頂進行綠化, 因其具有不占用城市寶貴地面土地資源的顯著優勢而成為當下破解城市呼喚綠色與綠化用地緊張矛盾的有效手段。對拓展城市綠化空間資源、改善城市綠色生態環境、緩解城市熱島效應、豐富城市物種種質資源、延長屋頂使用壽命、有效提高城市綠地率等方面發揮著積極而重要的作用[3-4]。
一、城市建筑屋頂綠化國內外發展概況
在國外, 屋頂綠化最早可以追溯到公元前2000年左右, 古代蘇美爾人在幼發拉底河下游地區 (即現今的伊拉克) 建造的花園式亞述古廟塔但譽為真正意義的屋頂綠化鼻祖是前6世紀巴比倫國王為其患思鄉病的王妃在其皇宮修建的“空中花園”。花園城市新加坡, 屋頂綠化讓建筑物淹沒在一片綠色之中。德國的屋頂綠化研究與推廣工作一直走在了世界的最前列, 是屋頂綠化技術最先進的國家。早在19世紀就開始對“建筑物大面積植被化”進行探討, 并在植物選擇、種植技術及政策等方面進行了深入研究, 加上政府的強制與鼓勵, 德國的屋頂綠化率達到了81%[5]。早在1959年美國就已認識到屋頂綠化的獨特作用, 芝加哥的屋頂花園十分普及, 是由其環境部設計建造, 通過在屋頂花園中種植各種植物, 每年可節省下的4 000萬美元降溫費用于建筑新屋頂, 其壽命較傳統屋頂長一半;1991年, 日本東京都政府就頒發了城市綠化法律, 法律規定在設計大樓時必須提出綠化計劃書, 1992年又制定了“都市建筑物綠化計劃指南”, 使城市綠化更為具體, 并于2001年開始強制推廣屋頂綠化;近幾十年, 屋頂綠化在英國、瑞士、法國、挪威等國家也得到了很好的推廣和普及[6]。我國自20世紀60年代才開始研究屋頂綠化技術, 開展最早的是四川省, 60年代初, 成都、重慶等一些城市的辦公樓、工廠車間、倉庫等建筑, 利用平屋頂的空地開展農副生產, 種植瓜果、蔬菜[7]。
20世紀70年代, 廣州東方賓館在第十層屋頂上建造了我國第一個與建筑物同步建成的具有嶺南園林風格的屋頂花園[8], 緊接著國家機關與企事業單位辦公樓、商業設施和居民住宅小區均較好地實施了屋頂綠化。2005年, 《北京市屋頂綠化標準》正式出臺。上海市政府從2003年開始制定屋頂綠化實施計劃, 并將屋頂綠化相關內容編入《上海市綠化管理條例》, 在以“城市, 讓生活更美好”為主題的2010年上海世博會近240個場館中, 80%都做了屋頂綠化、室內綠化、垂直綠化等形式多樣的立體綠化, 為世博園的生態環境做出重要貢獻。成都市規定, 凡市區范圍內建筑竣工時間在近20年以內、產權明晰、滿足房屋建筑安全要求的建筑均可實施屋頂綠化;與此同時, 成都市還鼓勵已完工或在建筑物屋頂進行綠化改造。同時, 國內部分城市有制定相關財政補貼政策鼓勵發展屋頂綠化。如成都武侯區政府, 對屋頂綠化按照50元/m2進行補貼;鄭州市自2008年起, 對于申請屋頂綠化的單位或個人, 驗收合格后, 財政補貼50~100元/m2[9]。近10年來, 國內越來越重視屋頂綠化, 已經成為破解城市熱島效應、降低能耗、緩解綠化用需矛盾、營造低碳生態城市的重要舉措。
二、城市建筑屋頂綠化常見模式
(一) 簡易地毯式屋頂綠化模式
此種類型的屋頂綠化主要以種植草本植物 (包括草坪和草花植物) 為主, 因選用的植物較為低矮, 在屋頂形成一種類似于綠色地毯的綠化效果。由于種植草本植物只需較薄的土層厚度, 對屋頂所增加的荷載量較小, 因此, 這種綠化模式具有技術要求不低、管理方便、建設成本低的明顯優勢。特別是在我國南方地區, 由于區域氣溫適當, 降水量普遍也較多, 植物全年均能較好地保持正常生長, 這種模式已被大面積推廣應用且效果較好。
(二) 花壇造景式屋頂綠化模式
這種綠化模式的主要特點是在屋頂呈分散狀或組合狀地布置一些規則式種植池, 植物選擇以觀花觀葉植物為主, 在外觀上類似于地面的花壇綠化。種植的花卉可以隨時更換, 觀賞價值較高, 但在管理上地工作量相對較大, 常用一些觀葉草本植物代替草花植物以延長觀賞期, 還可以用一些花期較長的、低矮的草本花卉種植其中。由于這一模式通常將綠化植物布置成精美的圖案紋樣, 營造出一種整齊美觀精致的景觀, 特別是在較低層的屋頂上應用, 從高處俯看效果更佳。
(三) 花園游憩式屋頂綠化模式
這種模式被稱為真正意義上的屋頂花園。它可以說是將地面上的公園或花園綠化各造園要素搬到屋頂上進行綠化的一種類型。因此, 這種屋頂綠化模式除植物的選擇可以隨心所欲地選用低矮的灌木、鮮艷的草本花卉、高大的喬木外, 還可布置園路、營造運動休閑場地、水池噴泉、兒童游樂場地、亭廊花架等觀賞游樂休憩設施。當然。其對營造技術與養護管理水平也相對要求較高。
(四) 瓜果園藝式屋頂綠化模式
顧名思義, 這種屋頂綠化模式就是在屋頂上種植蔬菜和水果等瓜果園藝植物為主, 一般不營造園林建筑與小品, 強調經濟實用, 多見于中小城市住宅小區和私家別墅建筑屋頂。
三、城市建筑屋頂綠化基本原則
系統原則。屋頂綠化切忌主觀隨意, 必須以園林生態學、園林美學和人性化設計理念為指導進行統一規劃布局, 突出植物景觀營造為主, 充分考慮屋頂特定場所特征, 在確保植物種植成活和建筑結構安全的基礎上追求良好的生態效益、社會效益、經濟效益。安全原則。主要包括屋頂防水層、建筑荷載、女兒墻等的結構安全以及所種植的植物、布置的園林建筑小品等在屋頂強風暴雨惡劣環境條件下的安全[10]。安全原則是關系到能否進行屋頂綠化的先決條件, 也是開展屋頂綠化的基本要求與必要保證。實用原則。要使屋頂綠化生態效益良好, 必須突出植物種植為主?？梢哉f, 實用是開展屋頂綠化的最終目的, 而植物是屋頂綠化實用原則體現的基本保證。
精美原則。精美是體現屋頂綠化特色的重要原則。在布置主體景觀、規劃游憩道路、營造建筑小品等方面, 對其位置、比例、尺度、色彩均應該仔細推敲, 植物的選擇與搭配更要注重突出意境, 達到寄情于景, 情景交融的效果。經濟原則。權衡一個園林綠化工程優劣與否不僅要看其整體景觀效果如何, 還要切實考慮其建設投資的可行性與可能性。再好的設計方案如果沒有經濟條件做保障就只會是一紙空文而無法“落地生根”。這就要求設計方靈活結合場地實際情況量體裁衣, 精打細算, 利用與分配好所需資金, 科學合理選用屋頂綠化材料與施工工藝, 同時立足長遠, 充分考慮后期養護管理的經濟實惠。
四、城市建筑屋頂綠化應該解決好的關鍵性技術問題
(一) 盡量減輕屋頂荷載, 確保其承重安全
屋頂荷載是衡量單位面積屋頂能夠承載重量的指標, 是屋頂綠化建設能否成功的重要保障?；▓@式屋頂綠化原則上要求提供350 kg/m2以上的外加荷載能力, 基于這一要求, 開展屋頂綠化時, 造園材料的選擇要求盡量選用輕型材質, 如建造亭、廊、花架、水體等選擇竹類、木質類、玻璃鋼及輕型管材, 假山置石采用人工塑石石材, 植物種植基質選用泥炭土、腐殖土混合珍珠巖、蛭石、糠灰等進行混合調配。同時。由于建筑不同部位其承載力也不同, 設計時要求將重量較大的景觀如假山、亭、廊、水池、花壇等放在承重結構或跨度較小的位置上。當然, 經濟條件許可時建議采用隔熱防滲透水材料制成的生態屋頂塊更好[11], 以保證屋頂允許承載的重量大于屋頂綠化后的荷載重量。只有遵循這一基本要求, 才能確保屋頂的承重安全。
(二) 嚴格做好屋頂防水, 防止其發生滲水漏水
屋頂滲漏直接影響到房屋的使用效果與用戶的安全。目前屋頂防水處理方法主要有剛、柔之分。其中剛性防水處理主要是在屋面板上鋪筑45~50 mm厚細石混凝土, 內中放一層φ4@200的雙向鋼筋網片 (即縱橫兩個方向均每隔200 mm安放直徑為4 mm的鋼筋) , 同時為提高屋面的抗滲抗裂性能, 在混凝土中可加入少許防水劑、微膨脹劑、減水劑等, 這種防水處理較為堅硬, 能較好的防止植物根系穿透屋面, 起到保護屋頂的作用, 但導致屋頂的自重也較大;柔性防水處理是采用“二氈三油”或“三氈四油”結合聚氯乙烯涂料進行處理, 因其自重輕, 在屋頂綠化時更多的被采用。隨著新材料新技術的涌現, 近年來, 三元乙丙防水布等新型防水材料已投入屋頂防水施工作業中且使用效果較好。不管采用哪種防水處理方法, 在當前防水材料市場魚龍混雜的情況下, 首先必須嚴把防水材料質量關, 對進入施工現場的防水材料, 不僅要符合國家或行業標準, 有出廠合格證和材料準用證;同時也要把好防水層的施工質量關。必須由經過專業技術培訓, 熟悉屋頂綠化施工規范和防水材料性能特點及適用范圍的訓練有素的專業防水施工隊伍, 進行施工。
(三) 合理布置排水系統, 保證屋頂排水通暢
屋頂綠化需要考慮排水問題, 除正常屋面排水外, 還有植物澆水灌溉后多余水分的排水以及噴泉水池的溢水量等。與此同時, 屋頂綠化所排放的污水通常會夾帶一些泥沙、植物枯枝殘葉等雜物, 如果出水口管徑設計不合理, 就會堵塞排水管道, 造成屋面大面積積水, 時間長久會導致屋面發生滲漏。因此合理的解決排水問題至關重要。當然, 對于屋頂綠化來說, 蓄水能力和排水能力同樣重要, 尤其暴雨是對屋頂綠化的最大考驗, 優秀的蓄水能力將能夠減小暴雨對屋面排水系統的巨大壓力, 同時還可以儲存一部分水分滿足植物生長發育對水分的需求, 通?？梢赃x擇一些具有良好排水性并且可以儲存一部分水分的排水系統。如平屋頂屋面設計的找坡層為2%左右, 其排水方向垂直于排水溝, 可以在排水溝中放置一些鵝卵石或者珍珠巖 (粒徑約為30~40mm、厚度80 mm左右) 等顆粒性滲水材料, 上面整鋪專用的塑料或橡膠蓄排水盤注意在蓄排水盤遇到排水口時要切割出一個比排水口稍大的洞口以保證排水通暢, 同時在蓄排水盤的上面要設置一個檢查口以便日后對排水口檢查和維修。
(四) 科學調配種植土, 確保種植基質養分充足且輕質
屋頂綠化的重點是種植土。種植基質的選擇從兩個方面考慮:一是要確?；|養分能夠滿足植物生長發育的需求, 二是要充分考慮屋頂荷載有限的問題及屋頂風大、干燥等特殊立地環境條件。這就要求所選用的種植基質不僅具有良好的穩定性、緩沖性與滲水、吸水性能, 而且還要具有重量輕、不易受風力水力侵蝕與雜草侵害等良好性能。建議選用普通種植土混合草炭、細砂、珍珠巖、膨脹蛭石和腐熟的動物糞便等材料一起調配。近年來上海一些工廠的屋頂采用城市垃圾堆肥, 經過嚴格篩選、消毒和腐熟, 混合成具有良好通氣性、排水性與有一定保溫性的輕質種植土, 其密度僅有670 kg/m3, 武漢地區常用的人工種植土采用垃圾土或菜園土與輕質骨科、蛭石、腐熟的鋸屑、粗糠灰等混用, 其密度僅有700~1 000 kg/m3。而泥炭因為容重很小 (干重一般在200~300 kg/m3) , 在屋頂綠化中應用極為普及, 但其抗風固根力不夠強, 建議采用一份泥炭摻入兩份普通種植土同時加入適量的糠灰進行混合調配使用。
(五) 優化植物配置, 保障屋頂綠化效益最大化
植物是屋頂綠化的主體要素, 除能夠制造氧氣、吸滯塵埃、凈化空氣, 調節空氣溫濕度, 起到改善屋頂綠化生態環境的作用外, 它對房屋建筑還具有隔熱保溫、隔聲降噪以及保護防水層、結構層等多重作用;尤其是有些植物還能分泌出殺菌素, 具有殺菌作用, 這對人體健康是十分有利的。但從立地條件分析, 屋頂綠化在風力、溫度、光照、濕度、土壤條件等方面均較地面綠化有較大差別, 在開展屋頂綠化之前必須深入分析這些因素, 根據其特定的生態環境與立地條件來確定適宜的植物種類。
1. 宜優先選用鄉土植物和能夠安全露地越冬的植物
鄉土植物是經過長期自然選擇及物種演替后對某一特定區域具有高度生態適應性的植物物種, 因此, 即使在生態環境相對較為惡劣的屋頂也能具有較好的生存優勢;同時, 開展屋頂綠化, 其后期養護也不容忽視, 選用養護管理較為簡便的植物可以節省一定的養護人力物力費用, 能安全露地越冬的植物無疑是經濟實惠的屋頂綠化首選。如茶梅 (Camellia sasanqua Thunb.) 、金葉女貞 (Ligustrum vicaryi.) 、夏娟 (Rhododendron pulchrum.) 、蚊母 (Distylium racemosum Sieb.et Zucc.) 、月季 (Rosa chinensis Jacq.) 、山茶 (Camellia japonica L.) 在湖南種植表現均較好。
2. 宜選用喜陽、耐瘠薄的淺根性植物
建筑屋頂從早到晚基本上均有太陽照射且光照強度也較大, 故屋頂綠化植物應該選擇喜陽植物為主, 當然在亭、廊、花架下或靠女兒墻的地方也可適當種植喜半陽的植物, 以豐富屋頂綠化的植物種類或品種;同時, 由于屋頂綠化的種植基質較薄, 為防止植物根系侵蝕屋頂建筑結構且要考慮屋頂所能承載的荷載, 屋頂綠化應選用耐瘠薄的淺根性植物。如紫葉小檗 (F.atropu Tpurea.) 、三角梅 (Bougainvillea spectabilis willd.) 、蘇鐵 (Cycas revolute.) 、絲蘭 (Yucca smalliana Fern.) 、火棘 (Pyracantha fortuneana.) 、海棠 (Malus spectabilis.) 、連翹 (Forsythia suspensa.) 等均可。
3. 宜選用抗風、耐積水的低矮灌木和草本植物
屋頂風力一般較地面大, 特別是遇上暴雨和大風天氣對屋頂綠化植物選擇更是考驗, 加上屋頂種植土層較薄, 土壤的蓄排水性能相對較差, 一下暴雨, 極易造成屋面短時積水, 而土壤干燥后又容易被風吹走, 故應盡量選擇一些抗風、能耐積水、便于運輸和栽種、能覆蓋全部土壤的低矮灌木和草本植物。如鋪地柏 (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.) 、絲石竹 (Gypsophila paniculata.) 、紅綠草 (Alternanthera bettzickiana.) 、富貴竹 (Dracaena sanderiana.) 等。
4. 宜選用耐干旱、抗嚴寒的植物
屋頂綠化, 夏季會遇到高溫危害, 冬季會有大風與極端低溫影響, 加之屋頂土層較薄, 土壤保溫保濕性均有限, 不適宜選用對水分要求較高的植物, 宜選擇對干旱、嚴寒有較強抵抗能力的植物種類。如珍珠梅 (Sorbaria sorbifolia) 、變葉木 (Codiaeum variegatum) 、海桐 (Pittosporum tobira) 、丁香 (Syzygium aromaticum) 、迎春 (Jasminum nudiflorum) 、含笑 (Michelia figo) 等能抵抗夏季高溫與冬季嚴寒天氣。
5. 宜選用常綠、生長較慢的植物
屋頂作為綠化美化的“第五立面”, 為增加綠量, 植物選擇宜以株形、葉形、干形較為美觀的常綠灌木、地被和藤蔓類植物為主, 形成觀賞價值較高且四季常青的屋頂綠化景觀。當然, 也可適當栽種一些彩色葉植物與時令花卉, 以豐富屋頂綠化植物種類, 體現季相變化[12];而選用生長較慢植物自然能夠減少養護管理成本且不易受到大風危害。
五、結語
屋頂綠化是城市化進程的必然趨勢, 也是城市生態系統的重要組成部分。隨著生態節約型城市建設理念的不斷推進, 屋頂綠化作為一種脫離地氣、不占用地平面土地的高科技空中綠化形式, 已日益受到人們的關注, 在城市綠地系統中的重要地位也愈加凸顯。它不僅與城市建筑更緊密地融合為一體, 更豐富了城市園林的美感, 為人們提供了景觀更加豐富、視野更加開闊的游憩場所。當然, 相對地面綠化而言, 屋頂綠化是在建筑頂部的有限空間進行造園, 受到自然條件和人工條件的制約也較多, 需要考慮與解決的技術問題也相對復雜, 要使屋頂綠化在我國大江南北普及運用和大面積推廣還需要城市規劃、建筑設計、園林綠化等相關部門及從業人員的共同努力與密切配合。
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