生態(tài)城市建設(shè)中的綠色屋頂在城市防洪中應(yīng)用研究

路立新

（長江工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 湖北省武漢市 430212）

目前看來，人類的生存環(huán)境日益惡化，作為人類聚居地的城市受到生產(chǎn)生活等人類活動的影響，普遍存在包括城市建設(shè)而使自然土地及植被覆蓋率降低，廢氣排放污染導(dǎo)致的熱島效應(yīng)，排水系統(tǒng)建設(shè)不善導(dǎo)致的城市內(nèi)澇，沙塵暴、揚(yáng)塵大風(fēng)天氣多發(fā)等問題，如何改善人類生存環(huán)境，建設(shè)社會經(jīng)濟(jì)與自然環(huán)境和諧發(fā)展的新型社會關(guān)系，使經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、社會繁榮、人民安居、生態(tài)良好等現(xiàn)實(shí)目標(biāo)達(dá)成高度協(xié)調(diào)統(tǒng)一，重新激發(fā)城市活力，提高城市文明程度，成為世界各國關(guān)心和急需解決的問題。

1 綠色屋頂概述

我國自60年代起開始研究建造綠色屋頂，隨著改革開放進(jìn)程的加快，在旅游業(yè)蓬勃發(fā)展的歷史階段，我國的綠色屋頂研究及建造事業(yè)也迎來巨大發(fā)展，但發(fā)展只是停留在理論研究方面，具體應(yīng)用效果不佳。以首都北京為例，從20世紀(jì)80年代出現(xiàn)第一座屋頂花園至今，北京建有綠色屋頂?shù)慕ㄖ坏匠鞘薪ㄖ倲?shù)的1%，面積約為60萬m2。相比之下，日本東京的綠色屋頂建設(shè)率已經(jīng)達(dá)到城市建筑總數(shù)的14%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過北京。

作為綠色屋頂建造業(yè)的開創(chuàng)者，德國在1975年成立專門研究組織，“園林綠化研究、發(fā)展與建設(shè)組織”，研究了一系列綠色屋頂建造技術(shù)，并制定了詳盡的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，到2002年時(shí)，德國的103座城市已經(jīng)制定出臺推進(jìn)綠色屋頂建造的規(guī)定，到2004年時(shí)，德國的綠色屋頂已占全國建筑總數(shù)的14%，并且這個(gè)比例還在激勵補(bǔ)貼措施的實(shí)行推動下以每年12%左右的速度持續(xù)增長。

根據(jù)聯(lián)合國環(huán)境署的研究報(bào)告顯示，當(dāng)一個(gè)城市的綠色屋頂建造總量達(dá)到城市建筑總數(shù)的70%時(shí)，該城市夏天的氣溫將下降5～12℃，熱島效應(yīng)得到大幅緩解甚至解除，同樣是這個(gè)比例，每平方綠色屋頂每年可以截留雨水0.43t，有效起到蓄水保濕，緩解城市內(nèi)澇情況的產(chǎn)生。

在城市土地類型發(fā)生巨大轉(zhuǎn)變的當(dāng)下，下墊面透水面積被大量硬質(zhì)鋪裝的不透水下墊面所取代，這是導(dǎo)致城市內(nèi)澇問題出現(xiàn)的主要原因。而城市建筑屋頂約占到了不透水下墊面總面積的50%，如何利用先進(jìn)的種植技術(shù)綠化好這一城市的“第五立面”，起到一定的蓄水排澇作用，成為城市防洪管理的重要課題及全新研究領(lǐng)域。

綠色屋頂發(fā)揮防洪的作用，主要是通過調(diào)控雨水徑流實(shí)現(xiàn)，這是因?yàn)橐环矫婢G色屋頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)保證其對雨水有一定的蓄水和滯緩作用，另一方面植物在進(jìn)行生命活動時(shí)會吸收或蒸發(fā)一定的水量，當(dāng)綠色屋頂建造面積達(dá)到一定規(guī)模時(shí)，就可以有效實(shí)現(xiàn)城市防洪作用。

2 生態(tài)城市建設(shè)中綠色屋頂?shù)姆诸惣敖Y(jié)構(gòu)解析

綠色屋頂之所以可以在生態(tài)城市建設(shè)中起到防洪作用，是因?yàn)榫G色屋頂增加了城市的透水性面積，其自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)具有一定的滲透性和蓄水功能，這就減弱了城市的雨水徑流情況，從而起到防洪作用。

按照空間格局、綠化方式、基質(zhì)厚度等標(biāo)準(zhǔn)，可將綠色屋頂進(jìn)行如下分類，見表1。

表1 綠色屋頂?shù)姆诸?/p>

特別需要注意的是，目前國際上是按照基質(zhì)厚度對綠色屋頂進(jìn)行分類，標(biāo)準(zhǔn)界限為150mm。粗放式和精細(xì)式的綠色屋頂也是目前世界通用的形制，前者建造簡單、造價(jià)較低、養(yǎng)護(hù)容易，后者結(jié)構(gòu)復(fù)雜、美觀度高、植被種類多、使用壽命長，二者各有利弊，適用于不同的情況。

組合式綠色屋頂多被應(yīng)用于旅游業(yè)發(fā)達(dá)的城市，這是由于組合式綠色屋頂選用植被種類多，可形成錯落有致的景觀，能夠更好地實(shí)現(xiàn)美化城市的作用，目前在我國的上海、深圳、杭州、重慶等地市，多采用此類型。

不管綠色屋頂按照何種標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分類，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)都有一定的相通性，由上到下可包括植被、基質(zhì)、蓄水、過濾、排水、根阻、防水等，各層作用及材料見表2。

表2 綠色屋頂結(jié)構(gòu)

由表2可以看出，綠色屋頂在設(shè)計(jì)階段，既充分考慮到植物生長，控制雨水徑流，避免建構(gòu)筑物損壞等問題，兼顧城市美化及凈化空氣、防洪蓄水等實(shí)際功效，如此科學(xué)的設(shè)計(jì)，充分體現(xiàn)了在生態(tài)城市建設(shè)中，綠色屋頂可以有效實(shí)社會效益、經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益的相互統(tǒng)一，是推動生態(tài)城市建設(shè)的重要舉措。

3 城市防洪中綠色屋頂?shù)年P(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用

綠色屋頂?shù)慕ㄔ炀哂锌茖W(xué)與規(guī)范性，有系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)及工程規(guī)范作為施工依據(jù)，只有建造達(dá)到要求，才能保證綠色屋頂發(fā)揮作用。

綠色屋頂發(fā)揮防洪的作用，主要是通過調(diào)控雨水徑流實(shí)現(xiàn)，它對于控制徑流量、峰值時(shí)量有著顯著的效果，研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)綠色屋頂建造數(shù)量占城市總建筑數(shù)量的50%時(shí)，對于雨水徑流的削弱可以達(dá)到60%的效果，當(dāng)設(shè)置蓄水層時(shí)，這一效果還會提高。

綠色屋頂設(shè)計(jì)要考慮多方面因素，既包括技術(shù)因素，也包括生物因素，具體來說要考慮建材是否輕便，易于安裝搬運(yùn)；要考慮現(xiàn)有建筑物屋頂架構(gòu)條件，避免或較少改動及破壞；要考慮保護(hù)當(dāng)?shù)匚锓N，防止物種入侵；要考慮如何實(shí)現(xiàn)屋頂范圍內(nèi)的生態(tài)平衡，通過科學(xué)配比，實(shí)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)的生物多樣性。基于這些因素，下文選擇部分綠色屋頂建造中的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)進(jìn)行論述。

3.1 植被選擇問題

植被層是綠色屋頂結(jié)構(gòu)中最為重要的一層，改善空氣質(zhì)量，控制雨水徑流的作用基本是靠植被層實(shí)現(xiàn)。在選擇植被時(shí)主要有三方面的考慮，首先是選擇本地植物，防止外來物種入侵；其次是選擇耐旱、抗風(fēng)、常綠、生長速度快的植物；最后是選擇根系淺的植物。

綜合這三方面考慮，矮小、根淺、抗風(fēng)能力出色的花灌木、小喬木、球根類花卉成為宜選對象，目前應(yīng)用比較廣泛的有佛甲草、臥莖佛甲草等，個(gè)別地區(qū)還會根據(jù)具體情況采用連翹、金銀花等中藥材進(jìn)行種植。

植被的選擇除了考慮植物自身特性之外，還可根據(jù)基質(zhì)層的厚度進(jìn)行選擇，一般厚度達(dá)到100～70cm時(shí)可選擇小喬木，70～50cmm時(shí)可種植灌木，50～30cm時(shí)則可選擇種植中藥材、蔬菜等一年生草本。

3.2 基質(zhì)配置問題

配置綠色屋頂基質(zhì)，應(yīng)考慮三方面問題：①基質(zhì)的量級要輕，理化性質(zhì)穩(wěn)定，不易蒸發(fā)沸燃；②保持水土能力強(qiáng)；③有一定的透水性，保證屋頂正常排水。

目前常用的基質(zhì)包括以田園土為代表的天然表層土，以混合材料為代表的改良土，以天然礦物質(zhì)為代表的人工土。由于屋頂是露天設(shè)計(jì)環(huán)境復(fù)雜，加之建筑材料類型繁多，為了適應(yīng)不同的環(huán)境變化及適應(yīng)各種理化需要，一般選擇按照科學(xué)的比例將三種基質(zhì)混合使用。

3.3 防水排水問題

綠色屋頂防水排水設(shè)計(jì)要與原始屋頂設(shè)計(jì)相結(jié)合，避免阻滯情況，有效實(shí)現(xiàn)減緩雨水徑流，為城市排水爭取時(shí)間，實(shí)現(xiàn)蓄水保濕，為植物生長提供必要的元素，實(shí)現(xiàn)快速排水，防止屋頂積水或植物根莖受淹等情況。

目前在綠色屋頂建造中，多采用專業(yè)的排水板，這類專用建材，充分考慮了上述問題，具有排水、蓄水等功效，被廣泛應(yīng)用。

3.4 根阻層設(shè)計(jì)問題

根阻層存在的意義在于隔離植物根系與屋頂構(gòu)件，防止植物根系穿刺屋頂?shù)膯栴}發(fā)生。一旦植物根系生長過于發(fā)達(dá)，而根阻層設(shè)計(jì)不利，就會導(dǎo)致植物根系刺破屋頂防水層及結(jié)構(gòu)層，從而導(dǎo)致漏水問題的發(fā)生，維修工作量大，難度高，耗費(fèi)成本大，這也是要選擇根系淺，并在結(jié)構(gòu)中設(shè)置根阻層的原因，根阻層一般情況設(shè)計(jì)厚度為0.05～0.1cm，多選用低密度聚乙烯、聚乙烯、聚丙烯或部分理化性質(zhì)穩(wěn)定的化學(xué)材料。

3.5 新材料嘗試應(yīng)用

綠色屋頂建造材料要符合綠色環(huán)保理念，清潔無污染，基于這一根本要求，近年來，世界各國對綠色屋頂建造材料的研究有所突破，開發(fā)并應(yīng)用了很多新的建造材料，對于我國的綠色屋頂研究及建造事業(yè)具有很強(qiáng)的參考意義，比如玻璃輕石、農(nóng)用巖棉、綠地貼、寶綠素等，這些材料都具有量級輕、理化性質(zhì)穩(wěn)定、保水能力強(qiáng)、環(huán)?？稍偕忍攸c(diǎn)，能夠有效提升城市防洪的工作效率，滿足生態(tài)城市建設(shè)各項(xiàng)要求。

4 結(jié)語

按照我國住建部的規(guī)劃，我國要加快生態(tài)城市建設(shè)，從質(zhì)和量上實(shí)現(xiàn)綠色建筑整體的飛躍性發(fā)展。作為生態(tài)城市建設(shè)中城市防洪管理的重要舉措，對于綠色屋頂?shù)难芯颗c應(yīng)用，已經(jīng)進(jìn)入到社會關(guān)注，國家重視，全民參與的新時(shí)代，本文通過綠色屋頂概述，綠色屋頂分類及結(jié)構(gòu)，綠色屋頂建造關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用等方面的闡述，不僅說明了綠色屋頂?shù)某鞘蟹篮樽饔?，更說明了綠色屋頂?shù)目茖W(xué)性及規(guī)范性，說明了其在我國推動現(xiàn)代城市化進(jìn)程，打造全新的生產(chǎn)與生活方式中所扮演的關(guān)鍵性角色。