裝配式屋頂菜園結(jié)構(gòu)與技術(shù)

李宏彬 羅文新 郭春華 劉瑩瑩

摘要：指出了裝配式屋頂菜園采用堅(jiān)固、耐久、抗腐蝕的圍合材料，通過簡易的裝配方式，形成輕便的作物種植區(qū)，具有施工方便、養(yǎng)護(hù)簡單、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的特點(diǎn)，并且利用節(jié)水灌溉技術(shù)，是一種具有技術(shù)創(chuàng)新的，高效、低耗的新型屋頂菜園方式，值得發(fā)展與推廣。

關(guān)鍵詞：裝配式種植池;貯水槽;節(jié)水技術(shù)

中圈分類號(hào)：TU231 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-9944（2019）19-0018-03

1引言

隨著人們生活水平的逐漸提高，對于生態(tài)環(huán)境和綠色蔬菜有了很高的關(guān)注，追求環(huán)保、綠色、天然、低碳已經(jīng)成為當(dāng)今的一種潮流。新的屋頂綠色體系——屋頂菜園近年來備受大家的關(guān)注，它將生態(tài)環(huán)境保護(hù)，農(nóng)作物生產(chǎn)和景觀休閑非常融洽地結(jié)合在一起，對于城鎮(zhèn)居民有很大的吸引力。但是目前屋頂菜園技術(shù)上還存在一些問題：家庭式屋頂菜園采用種植盆種植作物，空間太小，管理困難，而公共屋頂大面積種植主要使用磚砌圍護(hù)結(jié)構(gòu)，成本較高，自重較大，極大地增加了屋頂荷載，且施工工期較長，對環(huán)境影響大。因此，探索施工簡便、高效，生態(tài)化的屋頂菜園形式極為必要。

2種植池結(jié)構(gòu)與技術(shù)

2.1材料

裝配式屋頂菜園采用板式結(jié)構(gòu)的種植池，輕便、簡單。選用圍護(hù)板材需滿足以下要求：①圍護(hù)材料承受著種植基質(zhì)與植物的壓力，應(yīng)有足夠強(qiáng)度，堅(jiān)固不變形;②板材與種植基質(zhì)直接接觸，需耐水濕，并能抵抗酸雨腐蝕、化肥腐蝕、植物與昆蟲分泌液腐蝕等;③室外屋頂溫度晴朗夏季能達(dá)到80℃，北方地區(qū)冬天室外溫度能長期低于20℃，板材應(yīng)具有耐高溫、耐嚴(yán)寒特性;④板材常年暴曬于陽光之下，紫外線輻射強(qiáng)烈，需抗曬而不易老化，以延長使用年限。因此，裝配式屋頂菜園選用的板材主要有以下幾種。

（1）塑木板。塑木板為近年在全球新興的工程材料，通過將植物纖維與塑料高分子材料結(jié)合而成。具有質(zhì)堅(jiān)、量輕、防腐蝕、耐潮濕、防蟲蛀、耐酸堿、防火、防水、保溫、無毒害、無污染、不長真菌等特性。

（2）硬聚氯乙烯板。具有質(zhì)堅(jiān)、量輕、耐腐蝕、耐火阻燃、較耐熱、防紫外線、絕緣、吸水率低、不變形、易加工、抗拉、抗彎、抗壓和抗沖擊等特性。

（3）不銹鋼板。具有塑性好、韌性好、耐腐蝕、耐酸堿、耐高溫、抗氧化、機(jī)械強(qiáng)度大、不易生銹等特性。

（4）耐候鋼板。耐候鋼板近年在戶外景觀工程中應(yīng)用廣泛，其施工工藝、相關(guān)特性等均與普通鋼板相近。由于有表面致密的氧化物膜的保護(hù)，不需進(jìn)行防銹和除銹的相關(guān)工序，施工維護(hù)簡便;相對于不銹鋼，其成本更低。耐候鋼板自然的銹色和獨(dú)特的紋理，具有特殊的藝術(shù)效果。

2.2結(jié)構(gòu)

裝配式種植池有2種結(jié)構(gòu)形式（圖1、2）。

2.2.1“墩一板”形式

利用厚重的石墩固定圍護(hù)板形成種植池（圖la），石墩選用花崗巖等石材，其質(zhì)地堅(jiān)硬、強(qiáng)度高、抗風(fēng)化、耐腐蝕、吸水性低。石墩的側(cè)面設(shè)置鑿槽，鑿槽內(nèi)插入圍護(hù)板。安裝時(shí)將石墩擺放于指定位置，石墩通過自重穩(wěn)定于屋頂表面，將圍護(hù)板從上往下插入槽中。為了加強(qiáng)防水效果，也可于種植池底部均勻鋪設(shè)防水膜，將防水膜邊緣拉直緊貼圍護(hù)板內(nèi)側(cè)。

圍護(hù)板高度根據(jù)種植基質(zhì)的厚度確定，因此固定圍護(hù)板的石墩亦按高度分為3個(gè)級別：小石墩高300～400mm，長寬均為200mm×200mm;中石墩高400～500mm，長寬均為250mm×250mm;大石墩高600mm，長寬均為300mm×300mm。為保證穩(wěn)定，石墩高寬比不超過2。用切機(jī)在石墩上鑿槽，槽寬根據(jù)所用圍護(hù)板厚度而定，一般25mm，槽深為30mm，槽長等同于石墩高度。石墩的表面可根據(jù)設(shè)計(jì)需要進(jìn)行火燒、拋光、錘擊等不同處理，形成不同外觀效果。圍護(hù)板采用各種耐久性好的板材，各種板材使用規(guī)格為：塑木板長500～1500mm，寬100～150mm，厚25mm;硬聚乙烯板長500～1500mm，寬250～900mm，厚25mm。

2.2.2“板一板”形式

利用各種板材通過焊接或螺栓（圖lb）、卡口（圖2）連接方式形成種植池。

焊接或螺栓連接所用圍護(hù)板一般用金屬板，板材厚度一般選用5～10mm，可根據(jù)實(shí)際工程需要切割出所需尺寸。焊接方式結(jié)構(gòu)簡單，直接在板材交接處電焊連接牢固;“角鋼+螺栓”的連接方式要求角鋼兩邊寬度為100mm，厚為5～10mm，縱向長度等于所用鋼板寬度，角度根據(jù)種植區(qū)板材相接角度而變，在角鋼上鉆間隔約200mm，直徑為16mm的孔，采用8.8級M16公制六角頭螺栓穿過與C級M16六角螺母連接。不銹鋼板或耐候鋼板可直接使用，也可將板材表面進(jìn)行處理。不銹鋼板表面可使用化學(xué)法進(jìn)行本色白化處理和著色處理。耐候鋼板表面可采用耐候性涂膜、氧化物涂膜、帶銹涂層氮化及新型表面處理劑等處理方式，使耐候鋼板盡早形成氧化物膜。

卡口連接方式所用圍護(hù)板一般用150mm寬、25mm厚的塑木板，根據(jù)所種植作物的需要，豎向上以2～4塊板搭接至300～600mm高度。種植池和屋頂板之間設(shè)有蓄排水板，蓄排水板上鋪設(shè)無紡布，種植池內(nèi)填種植土。種植池由垂直相交的2塊塑木板分別開上、下槽口相互卡接。種植池4個(gè)角外側(cè)分別用加固方木條固定上下板。

2.3節(jié)水技術(shù)

為了節(jié)約用水，在種植池中可以加設(shè)貯水槽，貯水槽間隔設(shè)置于種植池中，將種植池分為種植區(qū)域和貯水區(qū)域（即貯水槽）。貯水槽的底部和側(cè)壁貼附防水布，其下部填摻有有機(jī)肥的泥炭土，上部填種植土。貯水槽能將降水和澆灌的多余水分儲(chǔ)存在貯水區(qū)，當(dāng)種植池土壤干燥時(shí)，貯水槽內(nèi)水分通過其中的泥炭土和上部種植土的毛細(xì)管，不斷地滲潤到種植池的種植土中，使種植池土壤長期保持濕潤。由于貯水槽中泥炭土摻有有機(jī)肥，在其水分向種植池滲潤過程中，也將有機(jī)肥中養(yǎng)分補(bǔ)充到種植土中，起到長效緩釋肥的作用。

屋頂菜園的作物和土壤能夠?qū)τ晁鸬竭^濾作用，還可有效截留雨水，減少雨水徑流，減輕城市水澇壓力。屋頂菜園還可設(shè)計(jì)雨水利用灌溉系統(tǒng)進(jìn)行雨水的收集與再利用，為屋頂作物生長提供水資源。該系統(tǒng)包括屋頂雨水收集、沉淀和過濾等環(huán)節(jié)，最終將清潔的雨水儲(chǔ)存在清水池中以供作物灌概、地面沖灑等使用。在私人種植的屋頂菜園灌溉時(shí)，還可以將生活用水二次利用，如洗菜水、淘米水等用于灌溉，使水資源得到多次利用，減少了建筑供水，同時(shí)節(jié)約了一系列的能源消耗。

3種植池垂直結(jié)構(gòu)

裝配式種植池是作物種植區(qū)域，技術(shù)要求較高，一整套完整的屋頂菜園綠化系統(tǒng)包括植被層、隔離過濾層、排（蓄）水層、隔根層（防穿刺層）、離滑動(dòng)層、防水層等?？紤]蔬菜根系穿透能力不強(qiáng)，蓄排水板可起到隔根層的作用，故種植池內(nèi)部垂直結(jié)構(gòu)在屋面板之上主要包括疏排水層、過濾層、種植土層。

3.1疏排水層

疏排水層的作用是收納基質(zhì)層中滲透下來的水分，將其疏導(dǎo)到屋頂排水系統(tǒng)中。疏排水層為15～20cm厚度的陶粒或碎石等顆粒碎料，要求快速排水時(shí)厚度不小于20cm。陶粒質(zhì)輕，而碎石太重，增加了屋頂荷載，但造價(jià)低。新型的屋頂菜園排水層采用2～4cm厚的蓄排水板，重量輕、厚度小，且板面設(shè)有凹孔，既能做到迅速排水，又有貯水功能，有利于植物生長;另外，還具有阻擋植物根系刺穿的功能。

3.2過濾層

過濾層的作用是通過土工布等材料的過濾作用，將基質(zhì)中的細(xì)小顆粒阻擋，而允許降水或灌溉時(shí)多余水分滲入疏水層中排走，既能保護(hù)基質(zhì)，又能防止排水管被泥沙淤積。

3.3種植土層

屋頂菜園的種植土需要一定的厚度，但又不能給屋頂帶來過大的荷載，所以土層必須具備輕質(zhì)、透氣、保水、保肥等特點(diǎn)，合適的種植土密度為500kg/m³～800kg/m³。用鋸末、廢菌渣、有機(jī)垃圾加1%～2%的復(fù)合肥制成營養(yǎng)土，不僅重量比純泥土輕57.3%，而且比泥土更疏松透氣，有利于使植物根系發(fā)展的更加發(fā)達(dá)。有研究認(rèn)為屋頂休閑菜園種植基質(zhì)建議選用配方為泥炭60%，珍珠巖10%，椰康10%，堆肥20%，安全環(huán)保效果好Ⅲ。南京曉莊學(xué)院附屬中學(xué)體育館屋頂設(shè)計(jì)的科普農(nóng)園，用木板圍合種植圃地，采用30cm厚種植基質(zhì)，配方為東北草炭土、腐熟的鋸屑、微生物有機(jī)肥、珍珠巖按5：3：3：1的比例組合，堆密度為200kg/m³，飽和濕堆密度為450kg/m³。由此可見，輕質(zhì)的泥炭土配合一定比例的有機(jī)肥和珍珠巖等是理想的蔬菜種植基質(zhì)。種植土層厚度取決于種植的作物種類，但從屋頂菜園的種植經(jīng)驗(yàn)來看，30～50cm較為適宜，既能保證植物所需的營養(yǎng)和水分，同時(shí)又不會(huì)增加過多的房屋荷載。

4結(jié)語

屋頂菜園是合理利用資源，自給自足生產(chǎn)，保護(hù)生態(tài)環(huán)境的循環(huán)經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)模式，兼具生產(chǎn)、觀賞、休閑功能于一體，不僅具有傳統(tǒng)屋頂花園的功能，還具有產(chǎn)出蔬果等農(nóng)產(chǎn)品、改善生態(tài)環(huán)境的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，是一種可持續(xù)發(fā)展的綠色模式。屋頂菜園自己種植蔬菜水果，能確保食物的綠色環(huán)保和新鮮的品質(zhì)，滿足城市居民的生活需求，又可以作為休閑娛樂場所，使居民能在城市中享受到農(nóng)耕生活，綜合效益良好。裝配式屋頂菜園采用獨(dú)特的板式圍護(hù)結(jié)構(gòu)，降低了屋頂荷載;“墩一板”式和“板一板”式圍護(hù)結(jié)構(gòu)裝配工藝簡單，施工方便;利用貯水設(shè)計(jì)，可以有效地節(jié)約用水，具有很好的發(fā)展前景。