垂直綠化技術(shù)在LONG-PLAN 長屋項目生態(tài)建筑的應用探索*

王佳 殷金巖 趙秀芳

城市化進程的快速發(fā)展導致了城市熱島效應、霧霾現(xiàn)象、城市內(nèi)澇等一系列生態(tài)環(huán)境問題。這些越來越嚴重的城市病，使得人們更加重視城市的生活環(huán)境質(zhì)量，“森林城市”的概念也逐漸成為人們關(guān)注的焦點。城市綠化建設(shè)是都市人尋求健康生態(tài)環(huán)境的重要途徑[1]，可以創(chuàng)造舒適安全與健康平衡的生態(tài)環(huán)境，使得城市建筑與自然環(huán)境融合為有機的結(jié)合體，比如：垂直綠化、沿口綠化、立交橋綠化、陽臺綠化、屋頂綠化和室內(nèi)綠化等。

在城市綠地面積被急劇壓縮的發(fā)展現(xiàn)狀下，與傳統(tǒng)平面綠化相比，城市建筑垂直綠化充分利用建（構(gòu)）筑物的內(nèi)外空間進行多層次綠化，具有不直接占用土地、綠化見效快等明顯的優(yōu)點，讓“混凝土森林”變成真正的綠色天然森林，必然會成為現(xiàn)代城市綠化建設(shè)的重點[2]。垂直綠化不僅將綠色景觀引入建筑，美化居住環(huán)境，滿足了使用者希望在建筑中接觸自然的需求，還有利于建筑節(jié)能，在一定程度上改善城市生態(tài)環(huán)境，產(chǎn)生了許多生態(tài)和經(jīng)濟的增值效應[3]。

狹長型住宅來源于歷史，如“小面寬，大進深”的傳統(tǒng)竹筒屋，在嶺南地方的氣候和地域文化上已適應了很長時間[4～5]，竹筒屋創(chuàng)造了較舒適的微氣候環(huán)境，改善了生活品質(zhì)，也為垂直綠化植物提供了良好的生長條件。在借鑒傳統(tǒng)住宅的布局模式基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)代目標客戶的生活需求進行了空間設(shè)計，是一種拒絕千篇一律高層住宅的未來居住模式。在濕熱氣候條件下的高密度城市群中，聯(lián)排別墅往“小面寬，大進深”的方向發(fā)展具有實際意義，例如萬科第五園。狹長型住宅具備開發(fā)的經(jīng)濟價值，可以充分利用老城區(qū)的閑置土地，適應更多人群的居住需求，可以充分發(fā)揮低層住宅的優(yōu)勢，在創(chuàng)造家庭舒適生活的同時，注重打造和諧愉悅的鄰里氛圍，形成社區(qū)充滿活力的人口結(jié)構(gòu)。社區(qū)不僅擁有公共開放的前街，還能組合形成怡人的共享后院，滿足更多元的使用模式。

垂直綠化在狹長型住宅的運用與推廣，可在空間有限的條件下，創(chuàng)造自然的生態(tài)環(huán)境，符合都市人尋求健康生態(tài)環(huán)境的需求，快速提升屋主的生活品質(zhì)。同時傳統(tǒng)的狹長型住宅可以通過改造而創(chuàng)造良好通風和采光等微氣候環(huán)境，利于垂直綠化發(fā)揮更好的景觀效果和生態(tài)效益。

圖1 長屋計劃室外整體效果

圖2 中庭垂直綠墻

1 項目概況

“第十屆國際太陽能十項全能競賽”在山東德州舉行，華南理工大學-都靈理工大學聯(lián)合參賽的LONG-PLAN 長屋項目在室內(nèi)中庭和室內(nèi)廚房預留位置進行垂直綠化，將垂直綠化作為建筑的一個要素設(shè)計納入，展示最新的垂直綠化技術(shù)和成果，并與建筑有機地結(jié)合，成為了項目中最為引人注目的部分，成功展現(xiàn)了人文與自然和諧共容的生態(tài)景觀。項目完工于2018 年8 月，并獲得2018 年中國國際太陽能十項全能競賽的冠軍獎項。

2 設(shè)計思路

LONG-PLAN 長屋項目關(guān)注城市舊區(qū)高密度居住環(huán)境問題，以廣州傳統(tǒng)竹筒屋為代表的狹長式住宅作為設(shè)計原型進行體系整合等改良，提倡“重拾自然”的生活理念，將空氣、水分、陽光、土壤、生物引入房屋，使原本封閉陰暗的空間變成舒適而宜居的場所，讓生態(tài)、人文、科技的生活回歸城市，營造富于活力的集合共享社區(qū)，是針對年輕家庭推出的舒適、低層、高密度、低能耗的住宅（圖1）。垂直綠化在該項目的巧妙運用，使得建筑空間與生態(tài)系統(tǒng)碰撞成功，很好地展現(xiàn)了項目的設(shè)計理念，成為綠色建筑發(fā)展不可忽視的補充力量。

深圳市鐵漢一方環(huán)境科技有限公司（以下簡稱“鐵漢一方”）參與了項目的中庭垂直綠墻（約27 m2）和魚菜共生綠墻（約8 m2）建設(shè)。半室外的中庭垂直綠墻采用布袋式工藝做法，將雨水回收利用于定時灌溉的自動灌溉裝置，同時充分利用室內(nèi)良好的通風與自然采光條件，實現(xiàn)植物正常生長（圖2）。為家庭飲食健康提供服務(wù)的魚菜共生綠墻采用種植杯式模塊工藝做法，以水培的形式來預培和栽植蔬果、藥草和花卉等植物，這種水培形式采用循環(huán)供水，從魚缸內(nèi)抽水至植物墻頂部，用于植物灌溉，經(jīng)過每層植物充分吸收后，從綠墻底部再流入魚缸，形成水循環(huán)。

3 項目建造的垂直綠化關(guān)鍵技術(shù)要點

3.1 綠化工藝的選擇

中庭垂直綠墻以“四水歸堂”為設(shè)計理念，以綠墻的靈動感與藝術(shù)感，表現(xiàn)流暢的豎向線條和起伏的高低線條。為了更好地實現(xiàn)景觀效果，項目選用了鐵漢一方的口袋式工藝（圖3），口袋定制尺寸主要為150 mm×120 mm，由超細纖維布特制成，固定在PVC 發(fā)泡板上，提前預培植物在其內(nèi)，于施工現(xiàn)場固定安裝。超細纖維布具有超強的吸水性、均勻的擴散性以及良好的持水能力，可給植物提供生長必須的水分。該工藝施工簡單靈活，種養(yǎng)方便，成本低，使用廣泛，可以創(chuàng)造更為自然生態(tài)的植物景觀，植物也有足夠的生長空間，生長更為穩(wěn)定。

圖3 口袋式工藝

圖4 種植杯

魚菜共生綠墻選用了鐵漢一方的規(guī)格為508 mm×187 mm×120 mm種植杯容器[6]（圖4），此工藝構(gòu)件主要由PP+UV 材質(zhì)的種植籃和種植底殼組成，并直接安裝在鋼承載骨架結(jié)構(gòu)上，其材質(zhì)能防紫外線和防老化，且施工見效快，更換方便。模塊作防沉降設(shè)計且具有一定的儲排水功能，非常適合用于家居室內(nèi)水培種植，干凈無土，與魚缸系統(tǒng)結(jié)合，可以實現(xiàn)水循環(huán)和營養(yǎng)互給。

3.2 承載結(jié)構(gòu)

選定綠化工藝后，垂直綠化建造的第一步是承載結(jié)構(gòu)建造及其荷載核算。這是非常重要的一步，為保證項目的安全穩(wěn)定性，必須核算承重結(jié)構(gòu)，確保在建筑結(jié)構(gòu)荷載的范圍內(nèi)[7]。中庭垂直綠墻采用40 403 mm和40 202 mm 熱鍍鋅鋼管，鋼管安裝間距1 225 mm。魚菜共生綠墻采用50 504mm 和30 202 mm 熱鍍鋅方管，據(jù)對應安裝的種植杯容器尺寸，定位鋼管安裝間距，采用M8不銹鋼膨脹螺栓固定。項目鋼骨架結(jié)構(gòu)的恒荷載和活荷載經(jīng)多次嚴格測算，為0.3 KN/m2，在安全范圍內(nèi)。鋼結(jié)構(gòu)安裝焊接滿足《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收范圍》[8]等相關(guān)要求，所有焊接點均采用滿焊、除渣、防銹處理，確保設(shè)計年限滿足要求。

防水處理是垂直綠化建造非常重要的第二步，以防對原建筑結(jié)構(gòu)的腐蝕，確保項目的使用年限。中庭垂直綠墻在鋼骨架結(jié)構(gòu)安裝完成后，安裝厚20 mm 的PVC 發(fā)泡板作為種植口袋的承載結(jié)構(gòu)，規(guī)格為1 250 mm×500 mm，自下而上搭接，接縫處用工程膠密封，達到 II 級防水要求。采用涂膜防水直接在種植墻面進行魚菜共生綠墻的防水處理，防水層厚度須達到 1 mm 以上，滿足《屋面工程技術(shù)規(guī)范》[9]要求的II 級防水標準。

3.3 節(jié)水灌溉系統(tǒng)

灌溉系統(tǒng)為植物提供必不可少的水分和養(yǎng)分，項目運用了2 種節(jié)水灌溉技術(shù)，包括管網(wǎng)滴灌灌溉系統(tǒng)和循環(huán)水灌溉系統(tǒng)，除了確保灌溉均勻度達到85%以上和具備精準節(jié)水灌溉的特征外，還保證用水安全，杜絕網(wǎng)管滴漏、回灌和管網(wǎng)污染。尤其通過灌溉控制系統(tǒng)，實現(xiàn)灌溉控制高性能，使得養(yǎng)護便捷和高效。

中庭垂直綠墻采用了以色列耐特菲姆全自動灌溉設(shè)備，整套灌溉系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，由供水管、穩(wěn)壓閥、止回閥、水壓表、3/4 接口過濾器、施肥泵、干電池電磁閥、智能控制器、PE 滴灌管件（圖5）組成[10]。根據(jù)季節(jié)、地域差異以及植物的特性狀態(tài)，人為調(diào)節(jié)并設(shè)置灌溉量和灌溉周期，系統(tǒng)根據(jù)所設(shè)參數(shù)定時灌溉，保證植物正常生長。灌溉系統(tǒng)的工作原理為De25 給水管從房屋系統(tǒng)在綠墻附近預留的給水口接入，經(jīng)過濾器過濾較大顆粒物保證水質(zhì)干凈，由自動控制器發(fā)送指令信號將電磁閥打開后，通過橫向布置的PE 滴灌管向種植袋表層均勻供水。

魚菜共生綠墻采用了循環(huán)水灌溉系統(tǒng)，不僅保證灌溉均勻度，還可以給植物生長提供養(yǎng)分。灌溉系統(tǒng)的水泵將魚缸里富有魚類糞便的營養(yǎng)水源泵入綠墻頂部，通過輸配水管道，對綠墻植物進行澆灌，經(jīng)過每層植物吸收后，水份從綠墻底部再引流返回至魚缸。相比室外綠化，室內(nèi)環(huán)境清潔干凈、氣候相對穩(wěn)定，植物病蟲害種類少、發(fā)病頻率低，病蟲害防治難度較低，可通過增加光照和通風提升植物光合作用率等方式，或使用家居型低毒或無毒化學藥劑進行防治，回流至魚缸的水分并不會對魚類的健康造成影響。

循環(huán)水灌溉系統(tǒng)包括魚缸、水泵、水位傳感器、控制器、輸配水管、管件和灌水器。其中，水位傳感器可以保護水泵并提供魚缸缺水信號。

節(jié)水灌溉系統(tǒng)的供水水源是整個建筑的雨水回收池，雨水經(jīng)處理后，用于植物灌溉。中庭垂直綠墻和魚菜共生綠墻的灌溉采用“干則澆水，澆則澆透”的原則，一般1周灌溉1 次。整個灌溉系統(tǒng)和建筑的雨水回收和中水回收措施搭接，灌溉后多余的水份會再回流至雨水回收池，節(jié)水環(huán)保，在立體綠化行業(yè)起到一定范式作用。

圖5 滴灌系統(tǒng)設(shè)備示意圖

圖6 一樓魚菜共生綠墻植物

3.4 種植基質(zhì)篩選

配制滿足保水透氣、無病蟲害殘留、輕質(zhì)環(huán)保要求的基質(zhì)，使得供水水源經(jīng)過垂直綠化系統(tǒng)后，少量余水可不經(jīng)處理直接回流至整個建筑的雨水回收池。中庭垂直綠墻主要選用水苔，其保水透氣，偏弱酸，且干凈無病蟲卵，是很好的天然基質(zhì)。綠墻底層適當減少水苔的比例，墊鋪陶粒，以提高綠墻下層的透氣排水功能。魚菜共生綠墻主要選用水苔和火山巖，比例為1:3，保證植物的生長。為了滿足裝配式建筑的需求，配合一體化設(shè)計的進度，提前更換基質(zhì)，預培植物，以確保更好地展現(xiàn)景觀效果。項目在施工前1～2 月，便將植物更換到種植基質(zhì)內(nèi)預培，以保證現(xiàn)場植物成活率，降低養(yǎng)護成本；綠墻在施工前1～2 日，進行植物殺菌除蟲和修剪黃葉處理。

3.5 植物選擇

植物的色彩、質(zhì)感、大小、形狀、季相變化和生命周期變化等特性，都是影響垂直綠化景觀效果的重要因素。項目整體從安全性、藝術(shù)性和生態(tài)性的設(shè)計原則出發(fā)，用植物的景觀效果去傳達“讓綠色走進室內(nèi)，讓人們擁抱自然”的生態(tài)建筑理念。

中庭垂直綠墻共設(shè)計有12 種植物，如高大腎蕨（波士頓蕨）Nephrolepis exaltata、龜背竹Monstera deliciosa、 銀邊吊蘭Chlorophytum capense、紅粗肋草Aglaonema commutatum、蝴蝶蘭Phalaenopsis aphrodite、石斛Dendrobium nobile、油點木Dracaena surculosa‘Maculata’、鵝 掌藤Schefflera arboricola、骨碎補Davallia mariesii、八角金盤Fatsia japonica、花葉絡(luò)石Trachelospermum jasminoides、巢蕨Asplenium nidus，大多數(shù)是從華南地區(qū)篩選出的抗性強、耐修剪、觀賞特性穩(wěn)定的耐陰植物。提前1～2 個月預培植物，為其適應環(huán)境提供了充足的時間。故即便在高溫高濕的7 月，也能保證室內(nèi)呈現(xiàn)色彩豐富、層次分明的綠化景觀效果。后期養(yǎng)護采用全自動滴灌裝置，人為干預少，室內(nèi)自然采光好，植物整體表現(xiàn)優(yōu)良。

魚菜共生綠墻采用自然式的設(shè)計手法，植物以團聚狀布置，兼具觀賞和實用價值，以常見植物為基底，展示特色蔬果藥用植物。共設(shè)計有11種植物，如白苞蒿Artemisia lactiflora、蕺菜（魚腥草）Houttuynia cordata、落葵（木耳菜）Basella alba、珊瑚櫻Solanum pseudocapsicum、錦繡莧Alternanthera bettzickiana、德國鳶尾Iris germanica、車前草Plantago asiatica、虎耳草Saxifraga stolonifera、迷迭香Rosmarinus officinalis、薄荷Mentha canadensis、山麥冬Liriope spicata，種類豐富且均為華南地區(qū)適生的藥用和香草植物，以滿足面積不大的嶺南家庭的功能使用需求（圖6）。

3.6 景觀補光系統(tǒng)

光照是植物生長的關(guān)鍵因素之一，對垂直綠化的景觀效果也起到重要的渲染烘托作用。為了減少能源消耗，垂直綠化最好設(shè)置在室內(nèi)光線充足或能進入自然光的位置，如果現(xiàn)有條件不能滿足植物墻生長需求，則需要人工光源補光，否則植物會因為長期光照不足而生長不良影響景觀效果，甚至死亡[11]。

項目的建筑設(shè)計初期考慮了植物生長所需的光線和通風，充分利用建筑的天窗和中庭天井，將自然光線引入，讓植物得以充分生長。嶺南建筑的重要元素—天井的應用，很好地解決了室內(nèi)的人居和植物的通風需求。因此中庭垂直綠墻和二樓魚菜共生垂直綠墻的燈光系統(tǒng)主要滿足景觀渲染的功能；而一樓魚菜共生綠墻處于廚房的倉儲間，自然采光不佳，白天光線平均處于1 000 Lux 以下，需設(shè)置補光系統(tǒng)，其含植物生長所需的紅橙光和藍紫光光譜，80% 接近自然光，400～840 nm 全光譜區(qū)間具備連續(xù)穩(wěn)定的高輸出，有效輻射率高，色溫4000～5000 k，顯色為自然白光，補光時間保證在8 h以上，每平方米（m2）功率在30 W 以上，可滿足大部分耐陰植物的正常生長。

4 討論與建議

4.1 建筑立體綠化一體化設(shè)計

在本項目中，為了更好地實現(xiàn)建筑和立體綠化的一體化設(shè)計，從建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計階段開始，立體綠化技術(shù)人員便與建筑設(shè)計師溝通確認垂直綠化的前期結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)、工藝選擇、設(shè)計理念，微環(huán)境的打造等，為垂直綠化工程預留了工藝空間，確定走水位置和方式，工藝穩(wěn)定的基礎(chǔ)設(shè)施等。因此，建筑立體綠化一體化設(shè)計可充分利用建筑內(nèi)空間，創(chuàng)造植物所需的生長條件，生態(tài)節(jié)能，降低養(yǎng)護難度，實現(xiàn)“懶人養(yǎng)護”。同時，可使項目效果更為穩(wěn)健，和整體風格協(xié)調(diào)呼應。

為了更好地推廣建筑立體綠化建設(shè)，政府可以主導編制建筑立體綠化技術(shù)規(guī)程，提出鼓勵發(fā)展建筑立體綠化的相關(guān)政策，使建筑立體綠化有法可依。比如：在新建、改建建筑的設(shè)計、施工、驗收的同時，審查建筑立體綠化設(shè)計，監(jiān)理建筑立體綠化施工，驗收建筑立體綠化效果等。

4.2 優(yōu)化植物種類選擇

項目地址位于山東德州，夏熱冬冷，空氣濕度低，盡管項目室內(nèi)環(huán)境條件與華南地區(qū)差異較小，且已進行了1 個月以上的植物預培，少部分植物種類仍出現(xiàn)了生長不良的現(xiàn)象。因此，需要根據(jù)地域調(diào)研選擇項目所在地的優(yōu)勢植物，繼續(xù)篩選更多的抗逆性強、有觀賞價值的植物，在兼顧植物生長特性和景觀效果前提下，最大限度發(fā)揮植物的生態(tài)功能。還可根據(jù)條件使用藤本植物，其具有成本低、效果穩(wěn)定且方便維護的優(yōu)點。

4.3 灌溉系統(tǒng)實時遠程監(jiān)控

植物成活率的高低決定于生長環(huán)境的溫光水氣，前文中提到，整個建筑充分考慮植物的生長習性且為植物創(chuàng)造了適宜的光照、溫度、水分和通風的生長條件，其中，項目使用的灌溉控制設(shè)備可靠穩(wěn)定且簡單易行，可保證系統(tǒng)供水的穩(wěn)定和滿足非專業(yè)人士簡便的植物養(yǎng)護需求。中庭垂直綠墻處具有供水水源，通過交流電控制器去控制灌溉設(shè)備，設(shè)定好灌溉和補光程序即自動運行，穩(wěn)定均勻。魚菜共生綠墻處無供水水源，采用循環(huán)水系統(tǒng)，通過時控開關(guān)去控制灌溉設(shè)備，設(shè)定灌溉時間和灌溉周期。

但是，目前項目使用的灌溉控制器，需要根據(jù)經(jīng)驗判斷植物的水分吸收情況來設(shè)定灌溉參數(shù)，可能存在不精準的情況，無系統(tǒng)執(zhí)行情況監(jiān)控功能，需要人工定期檢查及維護灌溉系統(tǒng)。當出現(xiàn)缺水斷電等異常情況，無預警功能協(xié)助人工及時進行系統(tǒng)維護和調(diào)整養(yǎng)護方案，亟需更為智能便捷化的灌溉控制系統(tǒng)，來幫助非專業(yè)人士實現(xiàn)遠程養(yǎng)護。

隨著近年來互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，智能控制系統(tǒng)可以解決這些痛點問題，其可以遠程實時監(jiān)控、管理綠墻的滴灌、施肥、補光、通風執(zhí)行情況，有澆水記錄、報警、數(shù)據(jù)報表等功能[12]。

4.4 維護效率低

項目結(jié)束后，施工人員會設(shè)定好光照、灌溉的時間和周期等，調(diào)試系統(tǒng)至穩(wěn)定后，向非專業(yè)人士進行維護技術(shù)交底。只要使用者按照要求，定期進行簡單的檢查和維護，植物的生長情況便可以得到很好的保證，養(yǎng)護人員也會定期回訪，確保植物生長狀況。

但是由于建筑內(nèi)部空間狹小且綠墻設(shè)計層高較高，盡管可使用腳手架，但并不與狹小空間匹配，在現(xiàn)場植物種植及植物修剪養(yǎng)護中，操作耗時較長且不方便。因此，針對空間有限的家居環(huán)境，亟需選擇或開發(fā)匹配的高效率施工和養(yǎng)護配套設(shè)施，提高工作效率，及時保證景觀效果。

5 結(jié)語

在舊城改造過程中，狹長型低層高密度住宅是亟需研究改造的對象，建筑垂直綠化是該種住宅可突破的生態(tài)契機。但是目前市場上多數(shù)的垂直綠化項目是在建筑建成后才設(shè)計建造，需要重新搭建鋼承載結(jié)構(gòu)和人為創(chuàng)造生態(tài)微環(huán)境等，因而面臨項目成本高居不下卻收效甚微的現(xiàn)狀問題。LONG-PLAN 長屋項目是一個很好的嶺南建筑示范項目，滿足了生活、娛樂、休閑、交流、自然教育等多項使用功能，垂直綠化在建筑建造中的一體化設(shè)計、施工、管理，是多個新技術(shù)成果的集中展現(xiàn)。該項目的獲獎，意味著采用的技術(shù)得到各專業(yè)人群的認可，因此這些技術(shù)將會有深遠的發(fā)展、應用前景。

將建筑立體綠化納入到城市未來發(fā)展的各個層面，其必將受到越來越多的重視，未來也仍有很多內(nèi)容有待深入索探，例如植物在建筑中具體產(chǎn)生的生態(tài)效益，新型基質(zhì)的開發(fā)與應用，裝配式建筑立體綠化工藝技術(shù)，建筑立體綠化植物的篩選與應用等。

致謝：感謝深圳市鐵漢一方環(huán)境科技有限公司溫庚金、劉春常、李悅寧、羅旭榮、蔣慧在此項目中給予的資金投入和技術(shù)支持，感謝華南理工大學蕭蕾、許安江、薛加偉的工作付出。

注：圖1～5 由徐嘉迅拍攝，圖 6 由許安江拍攝。