基于海綿城市建設(shè)下屋頂綠化設(shè)計(jì)探索
——以西咸新區(qū)灃西新城為例＊

文/北京市園林科學(xué)研究院 王月賓 韓麗莉 曹曉蕾

隨著城市發(fā)展，城市居住、交通壓力與日俱增，生活環(huán)境隨之惡化，綠地不斷被建筑蠶食。對(duì)于裸露于地表的平屋面、坡屋面、地下室頂板等建筑表面，屋頂綠化不僅可增加綠化面積，還可改善城市環(huán)境面貌，緩解城市熱島效應(yīng)，治理大氣污染，提高市民生活和工作環(huán)境質(zhì)量。屋頂作為建筑第五立面，是城市建設(shè)與美化過程中不可忽視的環(huán)節(jié)[1]。屋頂綠化不同于地面綠化，屋頂花園是以建筑為載體且形式較為特殊的綠地[2]，屋頂綠化施工中存在很多細(xì)部處理，需對(duì)原設(shè)計(jì)進(jìn)行更深化、更細(xì)致、更具可操作性的“施工設(shè)計(jì)”。

海綿城市指城市能像海綿一樣，在適應(yīng)環(huán)境變化和應(yīng)對(duì)自然災(zāi)害等方面具有良好的“彈性”，下雨時(shí)吸水、蓄水、滲水、凈水，需要時(shí)將蓄存的水釋放并加以利用。海綿城市建設(shè)應(yīng)遵循生態(tài)優(yōu)先等原則，將自然途徑與人工措施相結(jié)合，在確保城市排水防澇安全的前提下，最大限度地實(shí)現(xiàn)雨水在城市區(qū)域的積存、滲透和凈化，促進(jìn)雨水資源利用與生態(tài)環(huán)境保護(hù)。在海綿城市建設(shè)過程中，應(yīng)統(tǒng)籌自然降水、地表水和地下水的系統(tǒng)性，協(xié)調(diào)給水、排水等水循環(huán)利用環(huán)節(jié)，重視其復(fù)雜性和長(zhǎng)期性。低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)主要應(yīng)對(duì)中小降雨，注重地塊內(nèi)部“滲、透、滯、蓄、用、排”雨水工程的優(yōu)化布局，依托技術(shù)包括屋頂綠化、透水鋪裝、下凹綠地、雨水花園、植草溝、雨水濕地、濕塘、調(diào)節(jié)塘和初期雨水棄流技術(shù)等；雨水管渠系統(tǒng)、超標(biāo)雨水排放系統(tǒng)主要應(yīng)對(duì)中大降雨，需考慮地塊間豎向優(yōu)化布局。

屋頂綠化是海綿城市建設(shè)的重要低影響措施，設(shè)計(jì)合理的屋頂花園不僅具有滯留雨水、錯(cuò)峰排放的作用，還能美化環(huán)境，吸收空氣中的污染氣體，過濾空氣及降塵，提高空氣質(zhì)量，維持城市生態(tài)平衡，緩減城市“熱島效應(yīng)”，延長(zhǎng)屋頂使用壽命，調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度，節(jié)省能源，降低噪聲等。雨水調(diào)蓄與收集利用等措施還可提高雨水積存和蓄滯能力，減少硬化屋面對(duì)水資源環(huán)境的影響，凈化初期降雨污染，錯(cuò)峰排水減輕雨水管網(wǎng)壓力。

1 背景

陜西西咸新區(qū)是我國首個(gè)以創(chuàng)新城市發(fā)展為主題的國家級(jí)新區(qū)，承擔(dān)著探索和實(shí)踐以人為核心的中國特色新型城鎮(zhèn)化道路的歷史重任，也被選為我國首批16個(gè)海綿城市試點(diǎn)之一。灃西新城作為西咸新區(qū)五大組團(tuán)之一，位于西安、咸陽建成區(qū)之間，是西安國際化大都市綜合服務(wù)副中心和戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)基地。自灃西新城設(shè)立以來，始終秉承“現(xiàn)代田園城市”建設(shè)理念，堅(jiān)持以“對(duì)歷史負(fù)責(zé)，做世界一流”的態(tài)度，高標(biāo)準(zhǔn)規(guī)劃，大手筆建設(shè)，精細(xì)化管理，努力建設(shè)“品質(zhì)灃西”。瞄準(zhǔn)信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向，最先在國內(nèi)舉起“大數(shù)據(jù)”旗幟，引入中國聯(lián)通、中國移動(dòng)、中國電信、陜西廣電網(wǎng)絡(luò)4大電信運(yùn)營(yíng)商；成功與微軟公司聯(lián)姻，共同建設(shè)微軟在國內(nèi)規(guī)模較大、功能最全、孵化能力和產(chǎn)業(yè)帶動(dòng)能力最強(qiáng)的全產(chǎn)業(yè)鏈項(xiàng)目，建設(shè)全國首個(gè)大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)園區(qū)。被國家發(fā)改委、工信部授予“國家云計(jì)算服務(wù)創(chuàng)新發(fā)展試點(diǎn)示范區(qū)”，被陜西省發(fā)改委批準(zhǔn)為“陜西省云計(jì)算高技術(shù)產(chǎn)業(yè)基地”。灃西新城還是打造海綿城市建設(shè)的先行樣本，廣泛應(yīng)用低影響開發(fā)、綜合管廊、能源綜合利用等技術(shù)，成為全省乃至西北地區(qū)的典范和標(biāo)桿。在灃西新城，傳統(tǒng)“工業(yè)園”將被充滿活力的新城區(qū)所取代，成為一個(gè)適合居住、創(chuàng)業(yè)、學(xué)習(xí)、休閑的活力城市。

本項(xiàng)目是陜西省西咸新區(qū)灃西新城管理委員會(huì)8，3，4，10號(hào)樓及連樓屋頂綠化設(shè)計(jì)，建筑屋面總面積5787.5m2，可綠化面積約5223.3m2。

2 設(shè)計(jì)目標(biāo)

推動(dòng)海綿城市建設(shè)理論和實(shí)踐技術(shù)交流，推廣新材料、新技術(shù)應(yīng)用，著力提升“海綿”型城市建設(shè)相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，打造現(xiàn)代田園生態(tài)城市。項(xiàng)目設(shè)計(jì)以“山水樂活”為主題建造屋頂花園，即仁者樂(yue)山，智者樂（yao）水，行者樂（le）活。整體設(shè)計(jì)圍繞現(xiàn)代生活、傳統(tǒng)文化和生態(tài)城市3大背景進(jìn)行屋頂綠化（見圖1）。

圖1 屋頂設(shè)計(jì)平面

3 植物選擇

3.1 配置原則

1）為防止植物根系穿破建筑防水層，應(yīng)選擇須根發(fā)達(dá)的植物，避免選擇直根系或根系穿刺性較強(qiáng)的植物。

2）選擇易移植、耐修剪、耐粗放管理、生長(zhǎng)緩慢的植物，避免植物逐年加大的活荷載對(duì)建筑靜荷載的影響；選擇抗風(fēng)、耐旱、耐夏季高溫的園林植物。

3）選擇具有耐空氣污染，能吸收有害氣體并滯留污染物的植物。

4）根據(jù)不同植物對(duì)種植基質(zhì)土層厚度要求，將喬木、灌木進(jìn)行樹池栽植或在綠地進(jìn)行局部微地形處理。

3.2 植物配置

本設(shè)計(jì)集中展示適合屋頂綠化栽植的園林植物53種，通過低矮常綠植物、落葉植物、宿根花卉、地被植物進(jìn)行搭配，組團(tuán)式搭配及配合花境種植，根據(jù)場(chǎng)地風(fēng)格、主題內(nèi)容進(jìn)行設(shè)計(jì)。利用鋼板圍邊做高差處理，降低屋頂荷載且簡(jiǎn)約環(huán)保。局部配植觀賞草類植物，不僅具有觀賞性，也可營(yíng)造一種自然環(huán)境。在分析建筑梁柱結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)展設(shè)計(jì)，靈活組合，應(yīng)用覆蓋式綠化、固定種植池等多種綠化形式，適當(dāng)設(shè)置鋪裝、平臺(tái)活動(dòng)區(qū)，并配以豐富的植物種類。通過以上處理方法，在屋頂花園小尺度綠化空間營(yíng)造出精致、細(xì)膩的視覺感受（見圖2）。

圖2 植物精細(xì)配置

4 低影響設(shè)施控制

項(xiàng)目提出綠色屋頂率的低影響開發(fā)為主要控制指標(biāo)之一，“綠色”屋頂在滯留雨水的同時(shí)還可節(jié)能減排、緩解熱島效應(yīng)，既能實(shí)現(xiàn)資源利用最大化，又能發(fā)揮生態(tài)效益最優(yōu)化。

4.1 種植土

根據(jù)建筑荷載及項(xiàng)目需要，本次種植土選用改良土和人工輕量種植基質(zhì)2種類型。改良土是在自然土壤中加入改良材質(zhì)，減輕荷重，提高基質(zhì)保水性和通氣性。采用30%多孔巖、60%土、10%有機(jī)肥的配比換填，局部試用20%多孔巖、60%土、10%椰糠、10%有機(jī)肥。人工輕量種植基質(zhì)由表面覆蓋層、栽植育成層、排水保水層3部分組成。干容重1.2kN/m3，濕容重4.5～6.5kN/m3，具有不破壞自然資源、衛(wèi)生潔凈、重量輕、保護(hù)環(huán)境等特點(diǎn)。在正常狀況下，有機(jī)基質(zhì)截水量比無機(jī)基質(zhì)截水量小，進(jìn)而推斷，無機(jī)基質(zhì)比有機(jī)基質(zhì)截留雨水能力強(qiáng)，對(duì)于緩解城市雨洪作用更大（見表1）。

表1 不同種植土性能指標(biāo)對(duì)比

4.2 低影響開發(fā)設(shè)施

4.2.1 截留雨水

屋頂綠化可有效截留雨水，緩解城市雨洪壓力。研究結(jié)果表明，花園式屋頂綠化可截留雨水64.6%，簡(jiǎn)單式屋頂綠化可截留雨水21.5%。在排水工程中可相應(yīng)減小下水管道、溢洪管及儲(chǔ)水池尺寸，節(jié)省建材費(fèi)用。屋頂綠化與女兒墻間空隙鋪礫石，保護(hù)環(huán)形排水管。保留原有排水系統(tǒng)，原排水槽填充礫石，有利于排水板與排水槽暢通，下水口處直接用礫石填至面層，不回填土，以使地表徑流產(chǎn)生的雨水順利排走。利用樓棟電梯間實(shí)現(xiàn)雨水回用，外掛水箱作為雨水儲(chǔ)存模塊（見圖3，4）。

經(jīng)調(diào)查，咸陽地區(qū)降水量為537～650mm/年，按平均降水量600mm/年測(cè)算，花園式屋頂綠化種植基質(zhì)厚度按300mm、簡(jiǎn)單式按100mm計(jì)算。本次屋頂綠化工程可截留雨水1146.9t/年（見表2）。

圖3 隱藏式儲(chǔ)水容器

圖4 裝飾型儲(chǔ)水容器

表2 屋頂截留雨水總量

4.2.2 滯塵

根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，相較于未綠化的水泥屋頂，簡(jiǎn)單式及花園式屋頂綠化的滯塵效果顯著；多重比較分析表明，花園式屋頂綠化不同部位（高、中、低處）及地塊的簡(jiǎn)式綠化，其相對(duì)應(yīng)的滯塵效果也存在顯著差異。在立地條件基本相同情況下，喬灌草結(jié)合的花園式屋頂綠化滯塵效果優(yōu)于單一植物品種簡(jiǎn)單式屋頂綠化。根據(jù)屋頂綠化植物整個(gè)生長(zhǎng)季節(jié)的滯塵結(jié)果分析，花園式屋頂綠化滯塵量平均為12.3g/m2；佛甲草簡(jiǎn)單式屋頂綠化滯塵量平均為8.5g/m2，由此推斷，本次屋頂綠化工程可滯塵40.3kg/年（見表3）。

表3 屋頂年滯塵量

5 結(jié)語

屋頂綠化作為新形勢(shì)下綠色建筑及海綿城市構(gòu)建的關(guān)鍵要素之一，應(yīng)進(jìn)一步提升其功能和技術(shù)。通過屋頂綠化可緩解城市熱島效應(yīng)，拓展城市綠化空間，豐富城市第五立面。同時(shí)也應(yīng)通過技術(shù)手段增強(qiáng)建筑屋面排蓄水功能，減少空中二次揚(yáng)塵污染。這要求園林設(shè)計(jì)師不僅需考慮意境、構(gòu)成等傳統(tǒng)設(shè)計(jì)手法，還要深入探索海綿城市因素，如雨水徑流量、種植土蓄水能力、凈化能力、排水速率等一系列量化設(shè)計(jì)。作為城市第五立面，屋頂綠化設(shè)計(jì)還需通過園林要素實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代空間感知與文化景觀的對(duì)接與傳承，真正達(dá)到海綿城市建設(shè)中的屋頂景觀設(shè)計(jì)與功能和諧統(tǒng)一。