屋頂綠化的技術(shù)、類型與設(shè)計(jì)特點(diǎn)

喬 峙，周 曦

根據(jù)《風(fēng)景園林基本術(shù)語標(biāo)準(zhǔn)》[1]，屋頂綠化(Roof Greening)的概念是：“在各類建筑物和構(gòu)筑物頂面的綠化”。隨著工程技術(shù)的發(fā)展，屋頂綠化應(yīng)用范圍越來越廣闊，衍生出多種屋頂綠化類型。在建筑設(shè)計(jì)、園林景觀設(shè)計(jì)中占有一席之地。本文結(jié)合日常設(shè)計(jì)工作中的一些工程實(shí)踐，搜集整理了一些屋頂綠化方面的案例、技術(shù)、類型等資料，梳理歸納、總結(jié)成文方便設(shè)計(jì)中參考使用。

1 屋頂綠化的技術(shù)優(yōu)勢

1.1 改善建筑的物理環(huán)境

(1)減少水土流失，發(fā)揮海綿城市的作用

屋頂綠化有如一個(gè)巨大的海綿，具有一定的蓄水功能，雨后建筑能保持水分50%～90%[2]，緩解了雨水短時(shí)間內(nèi)由屋頂進(jìn)入城市下水管網(wǎng)的問題，減輕了城市排水系統(tǒng)的壓力，體現(xiàn)了海綿城市的作用。另一方面，土壤吸收的水分為植物所利用，變相地增加了城市中水的利用程度，而水分又通過蒸騰作用進(jìn)入大氣，改善了城市建筑的微環(huán)境。

(2)凈化空氣，減少揚(yáng)塵

城市中人口稠密，產(chǎn)生大量廢氣，植物綠化具有顯著的凈化空氣的作用。此外大量城市塵埃堆積在建筑屋頂，遇到大風(fēng)揚(yáng)起粉塵造成空氣污染。經(jīng)測算采用屋頂綠化可以減少揚(yáng)塵20%。相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示：當(dāng)一個(gè)城市屋頂綠化面積達(dá)到70%，該城市上空二氧化硫的含量將降低80%[2]，效果顯著。

(3)增強(qiáng)建筑的隔音性能

屋頂綠化還可以顯著地減輕城市噪音污染，可以減少約3dB的噪音①。對諸如機(jī)場、火車站、高架橋、商業(yè)區(qū)周邊的建筑隔聲是一種非常有效的方法[2]。

(4)增強(qiáng)建筑的保溫效能

植物與種植土共同形成的微氣候增加了建筑的保溫隔熱效能，最多可以增加建筑50%的保溫能力。夏季植物葉片可以減少太陽直射，據(jù)測定，有植物遮陰的建筑屋頂光照強(qiáng)度僅為直射的幾十分之一甚至百分之一，可使屋頂表面溫度降低至25℃。同時(shí)，植物覆蓋建筑表面后空氣濕度可以提高10%～20%[2]，在炎熱夏季可明顯提高人們的舒適感。

1.2 創(chuàng)造宜人的活動(dòng)環(huán)境

屋頂綠化不僅改善建筑的物理環(huán)境，還能營造無法用金錢或其他數(shù)據(jù)來衡量的綠色環(huán)境。在鋼筋混凝土的現(xiàn)代城市中，建筑屋頂呈現(xiàn)出的綠意盎然景象必將提升城市宜居度。一些較大屋頂綠化形成城市公園，為居民提供休憩游玩場所，如瑞士首都伯爾尼市的格羅斯·尚斯公園[3]，建造在四層建筑物之上。屋頂綠化還能為城市中小生物如鳥類、昆蟲等營造生存、繁衍、休憩場地，形成一個(gè)微型生態(tài)圈。

1.3 具備一定的經(jīng)濟(jì)效益

屋頂綠化的營造勢必會(huì)增加建筑的造價(jià)，增加日后的維護(hù)成本，短期來看似乎經(jīng)濟(jì)上是不劃算的。但是如果設(shè)計(jì)合理、管理得當(dāng)，從長期來看具備一定的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

(1)延長建筑屋頂防水和保溫材料的使用壽命

建筑屋頂表面防水與保溫材料夏季受高溫烘烤，冬季嚴(yán)寒收縮，材料易發(fā)生老化而失效。采用屋頂綠化以后，由于植物遮蔽和種植土層熱容較大，屋頂表面溫差大幅降低，屋頂壽命可以延長到原來的2倍，可減少維護(hù)和翻修費(fèi)用[2]。

(2)降低建筑運(yùn)行能耗

通過屋頂植物與覆土共同作用，可以顯著地降低室內(nèi)溫度波動(dòng)，實(shí)現(xiàn)冬暖夏涼的效果，降低空調(diào)和采暖設(shè)施的運(yùn)行能耗，從而減少能耗費(fèi)用。

(3)直接生產(chǎn)農(nóng)產(chǎn)品

有些屋頂花園被開發(fā)出來種植經(jīng)濟(jì)作物，不啻為一片小型農(nóng)場。業(yè)主通過種植水果、花卉、蔬菜甚至水稻、小麥，可以直接提供日常所需。日本東京保圣那集團(tuán)總部大樓屋頂種植的蔬菜，可供公司食堂烹飪[4]。

2 屋頂綠化的類型

屋頂綠化的分類標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)引進(jìn)技術(shù)的國家不同而不盡相同。其中德國屋頂綠化技術(shù)發(fā)展較為完善，德國景觀研究發(fā)展與建設(shè)學(xué)會(huì)(The Landscape Research Development &Construction Society)標(biāo)準(zhǔn)[5]中將其分為：①拓展型(Extensive green roof)、②半密集型(Semi-intensive green roof)、③密集型(Intensive green roof)。我國城市規(guī)劃和園林綠化管理中尚無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，一般習(xí)慣性地區(qū)分為：植草屋頂綠化、灌木型屋頂綠化、花園型屋頂綠化。分別大致對應(yīng)拓展型、半密集型、密集型屋頂綠化(圖1)。

圖1 各型屋頂綠化示意圖片(圖片來源：德國金科有限公司)

總體來說，由拓展型(植草型)、半密集型(灌木型)到密集型(花園型)屋頂綠化，覆土層越來越厚，儲(chǔ)備營養(yǎng)和水分的能力逐漸升高，可選擇植物的種類增多，景觀效果越好；但是荷載越重，養(yǎng)護(hù)越加困難，構(gòu)造越加復(fù)雜(表1)。

表1 屋頂綠化各類型的技術(shù)特點(diǎn)

2.1 拓展型——植草型屋頂綠化

拓展型，也稱為植草型，指屋頂綠化以草坪、苔蘚類等為主，植物能自我生長。這一類型屋頂綠化幾乎不需要管理養(yǎng)護(hù)，不需要人工灌溉，不需要修剪，需要的覆土層厚度較薄。植物在屋頂上能自我發(fā)展，自我維持，一年四季中隨季節(jié)呈現(xiàn)不同的面貌。此型屋頂綠化的功能以節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境、延長屋頂使用壽命為主。生長成型后高度在2.5英寸～8英寸(6cm～20cm)，荷載10lb/sqft～30lb/sqft(49kg/m2～146kg/m2)，保持水分能力約23L/m2。

2.2 半密集型——灌木型屋頂綠化

半密集型(灌木型)屋頂綠化介于拓展型(植草型)與密集型(花園型)兩者之間。需要定期養(yǎng)護(hù)，定期灌溉?？梢苑N植從草坪到灌木的植物類型，生長成型后植物高度在5英寸～10英寸(13cm～25cm)，荷載30lb/sqft～40lb/sqft(146kg/m2～195kg/m2)，保持水分能力約53L/m2。

2.3 密集型——花園型屋頂綠化

密集型(花園型)屋頂綠化的綠化與景觀效果類似于地面花園。這類型屋頂綠化需要精心養(yǎng)護(hù)與灌溉。需要的覆土層較厚，因此對屋頂結(jié)構(gòu)要求較高，不適合舊建筑改建。可選用的植物類型也較多，從草坪到灌木、喬木均可以。綠化生長成型后高度在6英寸～>40英寸(15cm～>100cm)，荷載30lb/sqft～>100lb/sqft(146kg/m2～>489kg/m2)，保持水分能力約140L/m2。

3 屋頂綠化的構(gòu)造

為滿足建筑屋頂植物生長，屋頂綠化的構(gòu)造比較復(fù)雜，并要求安全可靠。經(jīng)過長期技術(shù)經(jīng)驗(yàn)積累，目前構(gòu)造技術(shù)已比較成熟，按自上而下的順序(圖2)包括[6]：

圖2 建筑頂面綠地構(gòu)造示意(圖片來源:德國金科有限公司)

3.1 植物生長基質(zhì)

植物生長基質(zhì)簡單講就是種植土層。屋頂綠化因各方面條件限制，植物種植土層厚度、重量受到嚴(yán)格限制，不能簡單采用地面土壤搬到屋頂上去。目前一般采用改良土壤或者新型超輕基質(zhì)作為植物生長基質(zhì)。如一種新型人造土壤以人造纖維聚丙腈和奧龍等經(jīng)過加工后生產(chǎn)成絮狀顆粒物。含水后重量僅為普通土壤的1/5，干重為土壤的1/10～1/15。有時(shí)在種植土壤上還增加了一層護(hù)根層，由多孔網(wǎng)狀材料構(gòu)成，主要作用是防止土壤飛揚(yáng)。

3.2 隔離過濾層

隔離過濾層主要功能是防止植物生長基質(zhì)隨雨水或灌溉沖刷流失，堵塞排水管道造成漫灌。材料可采用玻璃纖維、尼龍布、金屬絲網(wǎng)、無紡布等。過濾層應(yīng)有良好的透水性，又要能阻隔種植土層的流失。

3.3 排水層

排水層的作用是在降雨和灌溉中讓土壤中不能保持的水分排走，防止積水和漫灌，同時(shí)需要能夠支撐上面的種植介質(zhì)的重量。排水層的材料種類很豐富，常見的有松散材料，如砂礫、陶粒、碎石等顆粒塊狀材料；或者格板材料，如各種泡沫平板、異型硬質(zhì)板等。

3.4 阻根防護(hù)層

阻根防護(hù)層的作用是防止植物根系穿透防水層造成屋面漏水。植物根系的生長能力很強(qiáng)，會(huì)穿透隔離過濾層、排水板甚至建筑防水層、樓板的縫隙，造成嚴(yán)重破壞。所以需要設(shè)置阻根層來隔絕植物根系穿透。一般采用合金板、橡膠、聚乙烯等材料。

3.5 防水層、保溫層、建筑結(jié)構(gòu)層

防水層作用是防止水滲透進(jìn)入建筑物內(nèi)。保溫層一般做在防水層下，其下為建筑結(jié)構(gòu)層。這些構(gòu)造層都屬于建筑屋頂構(gòu)造范圍，構(gòu)造方式與一般的屋頂構(gòu)造做法無異。新建項(xiàng)目根據(jù)屋頂綠化的類型，計(jì)算覆土所需厚度與荷載，需要加強(qiáng)屋頂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；如果是改建項(xiàng)目則必須要控制屋頂綠化的荷載，采用盆栽與植草等方式減輕屋頂綠化重量。

4 屋頂綠化的設(shè)計(jì)特點(diǎn)

屋頂綠化雖然綠化量能達(dá)到地面綠地的標(biāo)準(zhǔn)，但是其仍然與地面綠地存在一些差異，在建筑設(shè)計(jì)中要充分認(rèn)識(shí)到這些問題，并采取相應(yīng)措施方便屋頂綠化的使用[7]。

4.1 生態(tài)角度

從生態(tài)角度來看，屋頂綠化的綠量控制暫無標(biāo)準(zhǔn)，各種設(shè)計(jì)中屋頂綠化的綠量相差很大：如福岡國際大廈[5]屋頂綠化綠量達(dá)到了很高的水準(zhǔn)，階梯狀的平臺(tái)幾乎為郁郁蔥蔥的綠化所覆蓋；而劍橋中心屋頂綠化[5]則采用了花壇、花架的輕質(zhì)綠化方式，綠化量很小，整個(gè)屋頂還呈現(xiàn)裸露的狀態(tài)。

因此，屋頂綠化需要達(dá)到一定的綠化量才能納入設(shè)計(jì)指標(biāo)體系。參照《公園設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB51192-2016)的有關(guān)規(guī)定中小型綠地的綠化用地比例，建筑屋頂綠化比例應(yīng)達(dá)到65%～70%以上為宜。

4.2 活動(dòng)角度

從人的活動(dòng)角度來看，屋頂綠地與地面綠地最大的不同之處在于綠化層的標(biāo)高不同。地面綠地方便人員出入，而屋頂綠化高于地面數(shù)米到數(shù)十米，進(jìn)入屋頂綠地的途徑是限定的，如樓梯、自動(dòng)扶梯、電梯等，進(jìn)入方式比較繁瑣，會(huì)對人的使用熱情產(chǎn)生影響，有些人嫌麻煩不愿意前往。

“如果需要穿過一道堅(jiān)固的防火門，走過一個(gè)昏暗而冷清的走廊，才能抵達(dá)花園入口，即便是設(shè)計(jì)一流的花園也會(huì)冷冷清清”[3]。如美國洛杉磯聯(lián)邦銀行廣場，位于洛杉磯市中心一個(gè)大型停車場屋頂，面積達(dá)150000平方英尺(13935平方米)。雖然屋頂綠化且周邊辦公大樓有大量工作人員，但是廣場的使用效率卻不高，即使是午餐時(shí)間使用者也寥寥，主要是因?yàn)閺V場缺少與周邊大廈直接相連的入口，降低了人群前往的熱情。

在設(shè)計(jì)中，如果屋頂綠地的使用對象主要面對內(nèi)部使用人群，屋頂綠地應(yīng)與建筑的公共空間和垂直交通部分緊密聯(lián)系；如果屋頂綠地還需要服務(wù)外部的公共人群，其出入口宜布置醒目的大踏步和自動(dòng)扶梯，方便人員出入；此外，還需要注意殘疾人、老幼人員的無障礙設(shè)計(jì)，增設(shè)坡道、升降平臺(tái)、電梯等設(shè)施連接屋頂綠地[9]。

4.3 心理角度

從人的心理角度來看，如果屋頂綠地標(biāo)高過高，屋頂綠地邊緣處高差過大，會(huì)對人的使用心理產(chǎn)生一定影響。據(jù)國外調(diào)查資料顯示，人群中有91%的比例出現(xiàn)過恐高癥狀，其中10%屬臨床性恐高。他們不敢乘透明電梯，不敢站在高層陽臺(tái)邊緣，4樓的高度也難以忍受。如果屋頂綠地標(biāo)高過高，會(huì)造成患有恐高癥的游客不愿意前往，或者不愿意到屋頂綠地的邊緣附近活動(dòng)。

屋頂綠地邊緣的設(shè)計(jì)需要考慮到人使用過程的心理感受。一些設(shè)計(jì)中采用花壇、草坪等裝置隔離人群到屋頂綠地的邊緣，削弱了屋頂綠地高度的感覺。如圖3：圖a在欄桿到邊緣處設(shè)計(jì)了一段花壇，圖b則在欄桿向內(nèi)側(cè)設(shè)計(jì)了一段花壇，這兩種措施使人群遠(yuǎn)離了高差邊緣，緩解恐高人群的緊張心情[3]。

圖3 屋頂綠地邊緣處理方式

4.4 景觀角度

從景觀角度來看，通過屋頂綠化技術(shù)手段，人們在屋頂綠化內(nèi)部活動(dòng)不會(huì)感受到身處空中，但是從外部地面觀察，建筑的體量仍然是難以消除的。人在垂直平面的最佳視區(qū)在水平線以上0°～30°的區(qū)域②。如果屋頂綠地標(biāo)高過高，從外部觀察時(shí)屋頂綠化接近人正常垂直視野范圍邊緣，造成綠化感官的下降(圖4)。

圖4 地面綠化與屋頂綠化外部景觀效果對比

現(xiàn)代屋頂綠地設(shè)計(jì)中，常將屋頂綠地與變化的屋頂結(jié)合起來形成一個(gè)空間組合，往往成為設(shè)計(jì)的精髓所在。如上海世博會(huì)的眾多展館將綠化與建筑體量結(jié)合起來設(shè)計(jì)[8]；如福岡國際大廈、江寧織造博物館案例等，將屋頂綠化布置在多個(gè)標(biāo)高的平臺(tái)上，形成空間層次豐富的臺(tái)地式屋頂綠地；再如新加坡南洋理工大學(xué)藝術(shù)學(xué)院、蘇州彩世界商業(yè)中心等案例[5]，采用傾斜的屋頂綠地形式，降低了建筑體量感，形成了別樣的空間效果。

4 結(jié)語

屋頂綠化有著悠久的發(fā)展歷史，依托于新型建筑工程技術(shù)的提升，與城市發(fā)展相交織，體現(xiàn)出來很多獨(dú)具魅力的優(yōu)勢：首先能改善建筑的物理環(huán)境，減少水土流失，發(fā)揮海綿城市作用；能凈化空氣，減少揚(yáng)塵；能增強(qiáng)建筑的隔音性能和保溫性能；然后能創(chuàng)造宜人有趣的環(huán)境；除此之外，具備一定的經(jīng)濟(jì)效益，如延長建筑屋頂?shù)氖褂脡勖?，降低建筑運(yùn)行的能耗，甚至直接生產(chǎn)農(nóng)產(chǎn)品。

參考國內(nèi)外不同標(biāo)準(zhǔn)，屋頂綠化的類型可以分為：拓展型(植草型)、半密集型(灌木型)到密集型(花園型)屋頂綠化，各自具有不同的技術(shù)特點(diǎn)和景觀特點(diǎn)。屋頂綠地的構(gòu)造已發(fā)展成熟，具有不同層次滿足種植植物的需要。綜合以上技術(shù)特點(diǎn)和類型特征，設(shè)計(jì)需要從生態(tài)角度、活動(dòng)角度、心理角度和景觀角度發(fā)展出有針對性的設(shè)計(jì)手段，最大限度的發(fā)揮屋頂綠化的優(yōu)勢，避免屋頂綠化的缺陷[9]。最終將其與建筑設(shè)計(jì)深度結(jié)合起來，為城市綠化擴(kuò)容、建筑空間增綠開辟一條新的路徑。

[注 釋]

① 根據(jù)覆土層厚度30cm～120cm計(jì)算.

② 根據(jù)http://zhidao.baidu.com/question/41700437.html?fr=qrl整理.