基于摩西·薩夫迪建筑設(shè)計(jì)理念下的寒地屋頂花園設(shè)計(jì)探索

文／徐強(qiáng) 吉林建筑大學(xué)建筑與規(guī)劃學(xué)院 教 授

方簫嶼 吉林建筑大學(xué)建筑與規(guī)劃學(xué)院 碩士研究生

引言

人們的生活是越來(lái)越好的，那么相應(yīng)的，我們所需的居住以及工作環(huán)境也需要隨之提升，我們對(duì)工作與居住環(huán)境的需求也在增加。因此，增加城市綠地面積，改善日益惡化的生態(tài)環(huán)境勢(shì)在必行。作為城市綠化的主要組成部分屋頂花園，已逐漸成為構(gòu)建城市都市生態(tài)體系的一種重要趨勢(shì)。但是由于北方寒地地區(qū)的特殊氣候的限制，屋頂花園在寒地地區(qū)沒(méi)有普及，本文針對(duì)此現(xiàn)狀與問(wèn)題對(duì)寒地地區(qū)屋頂花園做出設(shè)計(jì)探索。

1 摩西·薩夫迪建筑設(shè)計(jì)基本理念

摩西·薩夫迪（Moshe Safdie，加拿大籍以色列裔建筑師）對(duì)自然和城市歷史文脈的重視也始終反映在他的建筑設(shè)計(jì)中，除此之外，還考慮了社區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及城市規(guī)劃。他表示，在這么多年的發(fā)展中，對(duì)于環(huán)境、城市秩序等方面，人們的重視程度越來(lái)越深，且對(duì)于我們的影響也是越來(lái)越大。所以，薩夫迪所設(shè)計(jì)的建筑作品都秉承著以人為本的設(shè)計(jì)理念，即與自然和諧、與自然結(jié)合。他曾認(rèn)為：“人類(lèi)的理想是回到大自然之中?！盵1]所以在未來(lái)建筑設(shè)計(jì)的過(guò)程中，提出的主要設(shè)計(jì)方案都應(yīng)該綜合場(chǎng)所特點(diǎn)，利用其特點(diǎn)優(yōu)勢(shì)改造劣勢(shì)。

建筑與景觀并非是兩個(gè)孤立的個(gè)體，它們彼此依存、包容、補(bǔ)充。只有通過(guò)二者的融合，他們才能實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)發(fā)展，從而走向?qū)θ藗冏钣欣姆矫?，建筑通過(guò)框柱景觀來(lái)襯托自己，景觀也通過(guò)建筑更加完美[2]。如何把建筑物與自然景觀融合，在中國(guó)古代庭園里也就開(kāi)始有了它自己的手法，人們一方面用人工的方式來(lái)造園，一方面又強(qiáng)調(diào)了大自然，并根據(jù)人類(lèi)的審美觀和思維對(duì)大自然加以再創(chuàng)作。并且，人們?cè)谶x取建筑物的地點(diǎn)之時(shí)，一方面又順應(yīng)了天然地貌及其自然環(huán)境，從而使建筑物和大自然達(dá)到了統(tǒng)一。例如由薩夫迪建筑事務(wù)所設(shè)計(jì)的秦皇島海碧臺(tái)，采用了創(chuàng)新的元素，如空中連接走廊、樓梯退臺(tái)和空洞的建筑，創(chuàng)造了一個(gè)現(xiàn)代、開(kāi)放和多樣化的環(huán)境，讓城市、建筑和景觀緊密結(jié)合。

建筑設(shè)計(jì)和自然景觀融合的主要目的是使建筑設(shè)計(jì)與自然景觀融合在一起，從而創(chuàng)造出更為積極和愉悅的創(chuàng)新環(huán)境，甚至是自然環(huán)境中與人相互依存的創(chuàng)新環(huán)境。建筑的設(shè)計(jì)和自然景觀必須互補(bǔ)、相互參考、相互協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)單體與自然景觀環(huán)境的共存與融合[3]。

2 國(guó)內(nèi)外屋頂花園的發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 國(guó)外屋頂花園的發(fā)展歷史及現(xiàn)狀

在國(guó)外，屋頂花園早在公元前2000 年左右時(shí)就已經(jīng)出現(xiàn)。亞述古廟塔的建造者為古代蘇美爾人，建造位置是幼發(fā)拉底河，這個(gè)塔又被稱(chēng)之為“大廟塔”，因?yàn)榛ɑ茉苑N在塔體而不是塔“頂”上，這就是將其作為國(guó)外屋頂花園起源的原因。古巴比倫的“空中花園”是我們所認(rèn)為的名副其實(shí)的屋頂花園，這是在約公元前500 年的時(shí)候發(fā)現(xiàn)的。在之后，國(guó)外屋頂花園得到持續(xù)發(fā)展，如德國(guó)、日本在近半個(gè)世紀(jì)關(guān)于屋頂花園的技術(shù)提升以及植物栽種方面有了較大的突破，并建立了較為系統(tǒng)、精湛的體系，成為了全球屋頂花園的領(lǐng)頭羊[4]。

2.2 國(guó)內(nèi)屋頂花園的發(fā)展歷史及現(xiàn)狀

我國(guó)屋頂花園的興起時(shí)間較晚，因?yàn)橹袊?guó)古代建筑物一般為木質(zhì)坡屋結(jié)構(gòu)而不容易進(jìn)行綠化栽植，再加上木結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)以及對(duì)土質(zhì)和花卉的承重又成為了古代屋頂花園施工的一個(gè)難點(diǎn)。所以，在中國(guó)古代營(yíng)建屋頂花園的情況極少。在春秋時(shí)代，吳王夫差就派人在臺(tái)湖邊地區(qū)修建了高度可以上人的姑蘇臺(tái)（圖1）；從《古今圖書(shū)集成》中我們可以了解到，針對(duì)植物的栽種，早在古代南京的城垣就已有記錄，明朝時(shí)在山海關(guān)種植了松樹(shù)和橡樹(shù)；清朝乾隆二十年（公元1755 年），將一些花卉種植在了河北承德普寧寺大乘閣的平臺(tái)上，這些平臺(tái)的建筑結(jié)構(gòu)為磚石，對(duì)于我國(guó)古代的屋頂花園，可將此看作是雛形。

近年來(lái)，由于經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和相關(guān)的城市環(huán)境問(wèn)題，越來(lái)越多的人意識(shí)到創(chuàng)造可持續(xù)景觀的重要性，提高人們的生活質(zhì)量、改善城市環(huán)境、維護(hù)生態(tài)環(huán)境逐漸成為屋頂綠化的目標(biāo)，生態(tài)技術(shù)和措施開(kāi)始在中國(guó)被采用，對(duì)利用屋頂空間進(jìn)行了相關(guān)研究，其中北京、上海實(shí)施得較早，之后，其他一線城市也陸續(xù)開(kāi)始屋頂花園的實(shí)施。

3 屋頂花園的作用與效果

3.1 促進(jìn)建筑節(jié)能

在北方，作為夏季節(jié)能高效隔熱方法的屋頂花園能夠降低到達(dá)屋頂?shù)奶?yáng)輻射強(qiáng)度，使室內(nèi)的熱量能夠相應(yīng)的減少，以下各項(xiàng)因素能夠?qū)ξ蓓斀邮芴?yáng)熱量造成影響：（1）屋頂植物葉子的大??；（2）所用土的厚度。在這個(gè)階段，國(guó)內(nèi)和國(guó)際的共識(shí)是植物所吸收的陽(yáng)光的熱量是綠色屋頂對(duì)結(jié)構(gòu)層的主要熱保護(hù)[5]。在冬季，尤其是北方這種寒地地區(qū)，屋頂花園的綠化可以很有效地對(duì)室內(nèi)進(jìn)行隔冷、保暖，對(duì)消減寒冷起到極大作用。因此，屋頂花園可以對(duì)建筑設(shè)備和室內(nèi)環(huán)境的能源效率作出重大貢獻(xiàn)。

3.2 改善環(huán)境

屋頂花園從許多不同的角度和方式來(lái)改善城市和環(huán)境，但主要有以下幾個(gè)方面：

（1）緩解城市熱島效應(yīng)，在大規(guī)模城市中，路面以及建筑堅(jiān)硬物料的表層將會(huì)吸附更多的太陽(yáng)輻射，排放在城市環(huán)境中，再加上建筑區(qū)域較密集的建筑影響了室內(nèi)空氣流通，從而降低了熱能轉(zhuǎn)換，因此易于產(chǎn)生熱島效應(yīng)。在中國(guó)，都市屋頂部分也是一個(gè)尚未被開(kāi)發(fā)利用的重要空氣資源區(qū)，對(duì)都市環(huán)境和城市交通的熱島效應(yīng)形成了重要的影響。在任何一座中大型都市修建屋頂花園，都將會(huì)增加20%左右的植物綠化面積，也就等于提高了很多暴露在屋外的植物綠化比例，從而提高了都市吸納陽(yáng)光熱量的能力，都市植被面積平均每提高約10%，熱島效應(yīng)溫度就會(huì)平均下降約0.6℃，極大地緩解了城市熱島效應(yīng)。

（2）降溫增濕，改善周?chē)h(huán)境。天臺(tái)花園在夏季時(shí)能夠明顯降低鋼筋水泥構(gòu)造和磚石構(gòu)造等建筑房頂?shù)臅円箿囟?，進(jìn)而減少因建筑外墻熱脹冷縮所產(chǎn)生的龜裂，因此天臺(tái)花園對(duì)降低附近建筑環(huán)境的溫度效應(yīng)尤其顯著。而按照屋頂花園的設(shè)計(jì)規(guī)格以及當(dāng)?shù)氐臍夂蚯闆r，這種降溫效果通常能夠做到在零下5℃～4℃左右，綠色植物可以通過(guò)遮擋陽(yáng)光曝曬、提供濃蔭以及將自身水份揮發(fā)來(lái)降低附近溫度。水蒸發(fā)的效果在下午、晚上和清晨最大。植物進(jìn)入休眠期時(shí)出現(xiàn)的熱應(yīng)力也會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生重大的負(fù)面影響。因此植物夜晚的降溫效果非常重要。

城市的重要大氣環(huán)境污染，如（PM2.5）、可吸收粒子（PM10）、二氧化硫（SO2）、二氧化氮（NO2）、臭氧（O3）、一氧化碳（CO）等大多來(lái)源于城市工業(yè)生產(chǎn)和交通運(yùn)輸，長(zhǎng)時(shí)間接觸此類(lèi)氣體可引起肺部問(wèn)題和心血管疾病。屋頂花園中的小花草，具有滯留室內(nèi)空氣中的灰塵、殺菌、吸收有害氣體、提高空氣負(fù)離子能力、降低噪音等功能，讓城市居民的健康指數(shù)顯著提高。

（3）城市的生物種類(lèi)因屋頂花園而更加豐富，有利于鳥(niǎo)類(lèi)等的棲息，為保護(hù)生物多樣性作出貢獻(xiàn)。

3.3 蓄積雨水

中國(guó)城市水資源環(huán)境問(wèn)題為資源匱乏、水旱災(zāi)害頻發(fā)，城市水資源主要來(lái)自于大氣降水，盡管城市水資源數(shù)量相當(dāng)充足，位居全球第六。但是由于中國(guó)人口眾多，平均占有的水資源量?jī)H有2300m2，遠(yuǎn)達(dá)不到全球平均占有水量的四分之一，被評(píng)為貧水資源大國(guó)，特別是中國(guó)北方地區(qū)耕地較多，水量不足，而這些地方60%～80%的降雨量都集中于夏季，因此，洪水和干旱等自然災(zāi)害頻繁發(fā)生。

解決中國(guó)城市環(huán)境中的內(nèi)澇問(wèn)題，節(jié)流才是重點(diǎn)。屋頂花園在不同時(shí)節(jié)吸納雨水的性能也有所不同，在夏季時(shí)近100%的雨水都能被吸納，在春秋二季時(shí)只有40%～50%，而在冬季時(shí)則只有10%～20%的雨水被吸取，已經(jīng)大大超過(guò)了傳統(tǒng)建筑中接近于零的吸收系數(shù)。

4 屋頂花園在寒地普及過(guò)程中所面臨的問(wèn)題

4.1 屋面荷載

屋頂花園首先要滿足的是安全問(wèn)題，其次才是效果以及美化，屋頂花園需要滿足人群活動(dòng)、屋頂防水保溫層、雨雪堆積和各類(lèi)景觀小品的承重，如雕塑、植物、鋪裝、景觀池等等，一般屋頂花園的荷載應(yīng)≧6.0KN/m2。北方寒地地區(qū)老建筑材料比較多，在當(dāng)初的建筑設(shè)計(jì)工作領(lǐng)域方面并未充分考慮將來(lái)建造屋頂花園的需要，所以既無(wú)法達(dá)到大型建筑物屋頂花園的設(shè)計(jì)荷載條件，而且要對(duì)這種老舊建筑加以改裝的成本費(fèi)用也過(guò)高，這都形成了不利于推行屋頂花園發(fā)展的因素。

4.2 屋面防、排水

防水層、排水系統(tǒng)是建造屋頂花園的關(guān)鍵，尤其是在寒地地區(qū)，冬季降雪量大，防水層以及排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是個(gè)難題，由于這些原因，在寒地地區(qū)結(jié)構(gòu)層的建造要比南方地區(qū)更加苛刻。

4.3 植物的選擇與栽種

因?yàn)樵诒狈降貐^(qū)屋面影響著植物生長(zhǎng)發(fā)育的自然環(huán)境條件也比較多，比如空氣成分、光線、氣溫、風(fēng)速等生態(tài)因子都很大地影響著植株的生長(zhǎng)選擇，以及景觀觀賞性，而且土壤的深度可能無(wú)法提供大樹(shù)生長(zhǎng)的自然環(huán)境，景觀設(shè)計(jì)可能導(dǎo)致屋頂負(fù)荷和排水問(wèn)題。因此，選擇最適合北方景觀特點(diǎn)的綠色植物很重要[6]。

4.4 四季屋頂景觀的創(chuàng)造

北方地區(qū)四季差距很大，尤其是冬季植被景觀消退，人流急劇下降，呈現(xiàn)出靜態(tài)景觀，如何在寒冷的氣候條件下豐富冬季景觀，創(chuàng)造有吸引力的場(chǎng)所，是寒冷屋頂花園景觀的區(qū)域特征的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。

4.5 缺乏強(qiáng)制性政策法規(guī)

目前，有關(guān)屋頂花園相關(guān)方面的國(guó)家政策性文件已經(jīng)在各地方均有頒布。比如，上海地區(qū)市于2007 年1 月頒布的《上海地區(qū)市園林綠化管理?xiàng)l例》是目前為止國(guó)內(nèi)唯一將屋頂花園載入地區(qū)性政策的法規(guī)；另外《上海市節(jié)能省地型住房適宜科技發(fā)展指引》將屋頂花園、垂直綠化等列入了項(xiàng)目計(jì)劃層次。在市一級(jí)層次，上海市靜安區(qū)人民政府發(fā)出《對(duì)于上海市靜安區(qū)樓頂園林綠化具體實(shí)施若干意見(jiàn)（試用）的通告》；2010 年，廣西壯族自治區(qū)政府頒布《有關(guān)落實(shí)“綠滿八桂”造林綠化方案的若干意見(jiàn)》；2011 年，北京市政府發(fā)布《有關(guān)開(kāi)展城市空間立體綠化工程建設(shè)的若干意見(jiàn)》；還有成都市下發(fā)的《成大都市樓頂園林綠化及垂直園林綠化技術(shù)導(dǎo)則》[7]。不過(guò)在寒地地區(qū)這一類(lèi)規(guī)定相對(duì)較少，且相較于地面園林綠化，屋頂花園的各個(gè)方面都相當(dāng)高，包括施工、運(yùn)營(yíng)等，因此屋頂花園的落實(shí)是較難的。

5 屋頂花園在寒地普及中問(wèn)題的解決方法

5.1 減輕荷載與合理布局

在進(jìn)行建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之前，就應(yīng)當(dāng)優(yōu)先考慮屋頂構(gòu)造，因?yàn)椴煌慕ㄖ?gòu)造、屋頂形式所能承擔(dān)的負(fù)荷都是不同的，所以在進(jìn)行屋頂花園設(shè)計(jì)中的整體負(fù)荷分析時(shí)，就必須要針對(duì)實(shí)際狀況測(cè)算出屋頂?shù)娜控?fù)荷，包括屋頂構(gòu)造墻體自重、防水涂料、找平層、保溫隔熱層和屋面場(chǎng)地鋪裝等。此外，景觀設(shè)計(jì)應(yīng)以減少屋頂?shù)某休d力為原則，例如，在植物環(huán)境和建筑元素中使用輕質(zhì)和堅(jiān)固的建筑材料。而且，水體的設(shè)計(jì)需要減少水體的體積，使水體的深度變淺，減少水的積聚。當(dāng)景觀設(shè)計(jì)遇到不可避免的過(guò)度集中負(fù)荷時(shí)，應(yīng)考慮對(duì)現(xiàn)有建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃，把較重要的物件設(shè)置在建筑主梁、柱子、承重墻等主體承載結(jié)構(gòu)上，或是在這些主體承載結(jié)構(gòu)的周?chē)?，以增加安全系?shù)。

5.2 有效的防排水措施

種植屋面的各結(jié)構(gòu)等級(jí)一般分為：植物層、隔根、保濕、過(guò)濾、種植層、防滲層、原建筑頂（圖2）。在屋頂花園結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)復(fù)雜的主要是防水層和排水層。

5.2.1 防水

國(guó)家在《種植屋面工程技術(shù)規(guī)程》中規(guī)定，屋頂花園的防水層應(yīng)至少由兩層組成，最頂層的防水對(duì)植物根系是不滲透的。兩個(gè)防水涂料之間須相連，與用于防水工程的材質(zhì)也必須兼容。這是因?yàn)橹参锏母捣浅?jiān)韌，具有強(qiáng)大的滲透力。因此，除了正常的防水措施之外，還需要有一個(gè)抗根穿透的防水工序。防水是屋頂花園的技術(shù)關(guān)鍵。目前，中國(guó)大多數(shù)建筑物屋頂?shù)姆浪こ坦卜秩N，分別是柔性卷材防水、剛性建筑防水和涂膜防水工程。

柔性卷料防水屋面是用防水卷料和黏連劑組合在一起，以產(chǎn)生連接緊密的結(jié)構(gòu)面層，從而實(shí)現(xiàn)了屋頂防水的目的，而柔性卷料防水屋面的好處則是可以應(yīng)對(duì)高溫、震動(dòng)、不平衡沉降等各種因素的變化。最適合的防水級(jí)別為Ⅰ-Ⅳ層（表1）的屋面防水，但阻根效果不理想。

表1 屋頂防水等級(jí)劃分（表格來(lái)源：作者自繪）

剛性防水屋面是指在房頂上鋪砌50mm 厚以上的細(xì)石砼，一般內(nèi)置雙向鋼筋直徑，有時(shí)在砼中加入了適量的微膨脹劑、減水劑、保護(hù)劑等外加藥，能夠大大提高耐久性，抗?jié)B透性能，由于剛性防水層較為牢固，因此一般可以避免對(duì)植物根部的水滲入，好處是施工簡(jiǎn)便，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，費(fèi)用也較低廉。缺陷是建筑材料易于斷裂，對(duì)溫度變化的抵抗能力較弱，同時(shí)由于建筑材料本身比重也很大，增加了屋頂自身的比重，因此這種建筑防水屋面通常作為中國(guó)南方地區(qū)建筑防水級(jí)別為Ⅲ層的建筑屋面防水，也可能用作建筑防水級(jí)別為Ⅰ-Ⅱ多層防水工序的其中一層。

屋頂防水材料是應(yīng)用于建筑物屋頂基底的多層防水建筑材料，由建筑材料的天然不滲透性來(lái)保護(hù)干燥和固化。其主要優(yōu)點(diǎn)是防水、粘性強(qiáng)、耐腐蝕、耐老化、延展性高、彈性好、安裝方便。主要用于室外建筑的III、IV 級(jí)防水，也可用于多層I-II 級(jí)防水。在一般層加涂膜的防水層上多采用具有抗植物根系滲透能力的材料[8]。

5.2.2 排水

為了確保水資源的合理使用，屋頂花園內(nèi)必須考慮蓄排水設(shè)施，如果排水系統(tǒng)不夠完善，水量囤積在地表以及植物土壤里，那將直接影響到防水問(wèn)題以及屋頂荷載。所以迅速排澇非常關(guān)鍵，方式通常是利用排水管溝、雨水斗、落水系統(tǒng)或者虹吸排放，也可以采用塑料制品的回蓄排放，這種材料的優(yōu)勢(shì)在于它的高抗壓性和快速排水，以及它的重量輕，可以減少屋頂?shù)呢?fù)荷。除了溢流孔和天線外，還需進(jìn)行排水管和排水溝的設(shè)置，使得有暴雨天氣的情況下所需的要求得到滿足。疏通、清理也需要在一定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行。

5.3 選擇適宜的植物種植

由于寒冷地區(qū)的氣候，有必要選擇適應(yīng)氣候同時(shí)又具有美感的植物。根據(jù)寒地特性選出了幾種適宜的植物：（1）選擇耐寒、耐旱植物；（2）選擇耐風(fēng)和耐水的植物；（3）選擇喜光、根系淺、耐貧瘠土壤的植物；（4）選擇耐修剪、易種植、有良好生存潛力的植物；（5）選擇地域氣息濃厚的植被；（6）選擇能抵抗和吸收空氣污染的植物。建議在女兒墻和景觀墻體的周?chē)苑N攀援花卉，以構(gòu)成綠色立體綠化，如攀爬虎、紫藤、常春藤等[9]。

5.4 提供四季可用的休閑景觀

可以提供適當(dāng)?shù)淖缓图竟?jié)性景觀，并且可以使用低導(dǎo)熱性的材料，作為座位接觸面。在冬季可以發(fā)揮寒地地區(qū)冰雪的藝術(shù)性，如冰燈、冰雕等。

結(jié)語(yǔ)

我國(guó)寒地地區(qū)實(shí)現(xiàn)屋頂花園全面普及是一項(xiàng)漫長(zhǎng)而又繁重的任務(wù)，不僅僅需要民眾的理解與配合，同時(shí)也需要相關(guān)部門(mén)出臺(tái)一系列有效的、易于實(shí)施的政策，培養(yǎng)更多的技術(shù)人才，加強(qiáng)水系統(tǒng)控制管理、植物種類(lèi)的栽培等技術(shù)方面，能讓寒地屋頂花園一開(kāi)始就朝著正確的道路前行，使屋頂花園更好地服務(wù)于人類(lèi)。