中埃兩國垂直綠化研究的比較回顧

Mohamed Elsadek 董楠楠 李屹楠,2 陳芃序 張德順*

（1.同濟(jì)大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院；高密度人居環(huán)境生態(tài)與節(jié)能教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200092；2.安徽新華學(xué)院城市建設(shè)學(xué)院，合肥 230088；3.華中科技大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院，武漢 430074）

垂直綠化作為改善人類生活境域、優(yōu)化人居環(huán)境的重要手段，有著悠久的歷史，是城市精神文明的重要象征。中國和埃及兩個(gè)文明古國既是垂直綠化的發(fā)源地，也是現(xiàn)代垂直綠化的實(shí)踐者和先行者，研究綜述了2010-2023年間兩國在該主題研究的進(jìn)展。垂直綠化具有跨學(xué)科研究的特點(diǎn)，包括能源效率、碳減排、感知和恢復(fù)、戶外熱舒適性和生態(tài)影響等幾個(gè)方面。中埃兩國的研究主要關(guān)注應(yīng)對(duì)城市問題的挑戰(zhàn)，內(nèi)容從節(jié)能減排、提高公眾福祉到可持續(xù)發(fā)展。同時(shí)，在面臨日益嚴(yán)峻的城市環(huán)境問題時(shí)，垂直綠化還是延展綠色空間、增強(qiáng)生態(tài)系統(tǒng)韌性、維護(hù)生態(tài)平衡的有效對(duì)策。加強(qiáng)兩國交流可以為跨學(xué)科、跨國家解決各自面臨的問題提供技術(shù)路徑。

垂直綠化；綠色立面；綠色墻；中國；埃及

垂直綠化是中、埃乃至世界范圍下悠久歷史、燦爛文化和人類文明的象征，從中國戰(zhàn)國時(shí)期吳王夫差在南京城墻種植植物，希臘神話春季植物之神阿多尼斯，到《圣經(jīng)》古巴比倫花園等，無不印證這一觀點(diǎn)。近幾十年來，中國城市化和發(fā)展的步伐前所未有，快速的城市建設(shè)和更新項(xiàng)目改變了天際線和城市景觀，以垂直綠化加強(qiáng)綠色生態(tài)環(huán)境的環(huán)保舉措，符合降低環(huán)境影響和增強(qiáng)城市復(fù)原力的廣泛戰(zhàn)略。埃及也一直積極參與城市建設(shè)和振興工作，在現(xiàn)代化和可持續(xù)的城市環(huán)境中，實(shí)施了多項(xiàng)加強(qiáng)綠地和應(yīng)對(duì)環(huán)境挑戰(zhàn)的垂直綠化項(xiàng)目。垂直綠化與城市景觀的融合受到城市建設(shè)和再開發(fā)獨(dú)特軌跡的影響，并且已成為解決世界各地城市面臨緊迫挑戰(zhàn)的關(guān)鍵解決方案之一。由于能夠同時(shí)提高環(huán)境質(zhì)量和城市美學(xué)，垂直綠化和綠色外墻的融合受到了持續(xù)的關(guān)注和廣泛的贊譽(yù)。

本文綜述了城市環(huán)境中垂直綠化發(fā)展的探索，同時(shí)對(duì)中國和埃及的垂直綠化應(yīng)用進(jìn)行比較。氣候影響是城市環(huán)境發(fā)展研究中必不可少的思考著力點(diǎn)，盡管中國和埃及具有獨(dú)特的氣候和城市特征（圖1），但在垂直綠化領(lǐng)域仍有較多合作機(jī)會(huì)，可以促進(jìn)城市可持續(xù)發(fā)展。從可持續(xù)城市規(guī)劃、氣候適宜策略、生物多樣性保護(hù)、專業(yè)知識(shí)交流等方面應(yīng)對(duì)共同的環(huán)境挑戰(zhàn)和分享專業(yè)知識(shí)，達(dá)到互惠共贏。研究旨在緊跟世界發(fā)展趨勢，提升解決城市化問題和增進(jìn)民生福祉的技術(shù)對(duì)策。

圖1 中國與埃及氣候特征比較分析Fig.1 Comparative analysis of climate characteristics between China and Egypt

1 城市垂直綠化

城市化的激增加劇了采取可持續(xù)解決方案應(yīng)對(duì)環(huán)境挑戰(zhàn)的必要性。本研究概述了垂直綠化的全球意義及其在促進(jìn)可持續(xù)城市發(fā)展中的關(guān)鍵作用，包括美學(xué)增強(qiáng)、空氣質(zhì)量改善和生物多樣性保護(hù)。垂直綠化屬于立體綠化中的一種形式，是充分利用立地空間，在墻壁、陽臺(tái)、窗臺(tái)、棚架等處栽種攀緣植物或者植物模塊以增加綠化覆蓋率，改善居住環(huán)境的一種綠化方式。其通常以在建筑物和構(gòu)筑物的垂直表面種植植被為特征，可有效增加人口稠密地區(qū)的空間綠量，改善空氣質(zhì)量、調(diào)節(jié)溫度濕度、助力節(jié)能減排、優(yōu)化市容環(huán)境和提升城市顏值。近年來，垂直綠化已成為應(yīng)對(duì)全球緊迫城市挑戰(zhàn)的關(guān)鍵解決方案。生態(tài)綠墻和綠色外墻的融合因其具有同時(shí)提高環(huán)境質(zhì)量和城市美學(xué)的獨(dú)特能力而備受關(guān)注。

本文對(duì)城市環(huán)境中的垂直綠化進(jìn)行全面探索，特別關(guān)注中國和埃及該領(lǐng)域的發(fā)展及應(yīng)用，探討兩國致力于采用垂直綠化作為城市可持續(xù)建設(shè)解決方案的實(shí)踐情況。作為四大文明古國，中國和埃及的風(fēng)景園林歷史悠久，但由于歷史、文化、氣候、地理、教育、經(jīng)濟(jì)的差距，兩國的研究水平和實(shí)施力度還存在較大差異（表1）。

表1 中國和埃及垂直綠化研究數(shù)據(jù)的比較分析（2010-2023年）Tab.1 Comparative analysis of vertical greenery research data: China and Egypt (2010-2023)

2 中國垂直綠化的研究狀況

使用特定的關(guān)鍵字和布爾運(yùn)算符對(duì)Scopus數(shù)據(jù)庫進(jìn)行全面搜索，結(jié)果如表1所示。2010-2023年間發(fā)表的94篇文獻(xiàn)，包括74篇論文、11篇會(huì)議論文、4篇綜述文章、3本書章節(jié)、1篇社論和1篇簡短調(diào)查。文獻(xiàn)是研究的數(shù)據(jù)源，在檢索到的文獻(xiàn)中，82篇是英文文獻(xiàn)，12篇是中文文獻(xiàn)，豐富的文獻(xiàn)為綜述奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。發(fā)表論文涉及多個(gè)學(xué)科，包括環(huán)境科學(xué)、工程、農(nóng)林科學(xué)、社會(huì)科學(xué)、地球與行星科學(xué)、能源、計(jì)算機(jī)科學(xué)、交叉學(xué)科、藝術(shù)與人文、生物化學(xué)、遺傳學(xué)和分子生物學(xué)。對(duì)出版趨勢的分析顯示，這些年來論文數(shù)量穩(wěn)步增加。文獻(xiàn)最高數(shù)量出現(xiàn)在2022年，共發(fā)表了18篇論文，這表明人們對(duì)這一主題的興趣越來越大。2010-2023年間在中國進(jìn)行的主要研究聚焦在應(yīng)用、效益和生態(tài)影響等方面[1]，隨著垂直綠化系統(tǒng)（VGS）的跨學(xué)科研究的不斷發(fā)展，這種上升趨勢預(yù)計(jì)將持續(xù)下去。

Liu等[2]最新貢獻(xiàn)中重點(diǎn)評(píng)估了不同的綠化覆蓋類型，如屋頂綠化、垂直綠化和地面樹木對(duì)西安城市綠色基礎(chǔ)設(shè)施的影響，目的是通過數(shù)值模擬來檢驗(yàn)冷島效應(yīng)與當(dāng)?shù)貧夂騾^(qū)（LCZ）之間的關(guān)系?？偟膩碚f，這些發(fā)現(xiàn)為城市設(shè)計(jì)師提供了有價(jià)值的見解，使他們能夠在設(shè)計(jì)不同LCZ的城市綠色基礎(chǔ)設(shè)施時(shí)考慮冷島強(qiáng)度的時(shí)空模式。

從Scopus發(fā)表的文獻(xiàn)看，在中國進(jìn)行的研究集中在以下幾個(gè)關(guān)鍵的應(yīng)用領(lǐng)域：

2.1 綠色共生，節(jié)能增效

作為一個(gè)快速城市化的國家，中國面臨著在提高城市可持續(xù)性的同時(shí)減少建筑能耗的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。在可持續(xù)建筑和城市發(fā)展領(lǐng)域獲得關(guān)注的創(chuàng)新戰(zhàn)略之一是實(shí)施垂直植被系統(tǒng)。這些垂直植被系統(tǒng)提供了多方面的益處，重點(diǎn)是節(jié)能。

在夏熱冬冷地區(qū)，制冷需求拉升了建筑物的能耗。2016年Wong和Baldwin[3]在香港高層建筑中的研究展示了垂直綠色立面的節(jié)能潛力，為高密度城市地區(qū)提供了顯著的平衡舉措。此外，Pan和Chu[4]的研究發(fā)現(xiàn)，在炎熱潮濕的夏季，公共住宅區(qū)8.22 m2的垂直綠化系統(tǒng)（VGS）可將制冷用電量減少16%，并估計(jì)VGS的環(huán)境影響有20年的恢復(fù)期，使其成為傳統(tǒng)景觀空間有限的城市地區(qū)中有效、環(huán)保的解決方案。2018年，Zhang等[5]評(píng)估了中國北方學(xué)校的綠色干預(yù)措施：綠色屋頂、綠色外墻、植樹和草地人行道。植樹造林是減少不適時(shí)間和制冷需求的最有效策略，而綠色屋頂和外墻也減少了制冷需求，天然草地路面對(duì)舒適度和制冷需求都有輕微影響。此外，2019年，Lee等[6]對(duì)輻射特性和節(jié)能的研究證明了攀爬綠色墻的顯著功效，強(qiáng)調(diào)了綠色墻壁遮陽能有效抵消城市熱島效應(yīng)并節(jié)約能源。同年，Chen等[7]引入了一種為生態(tài)垂直綠墻設(shè)計(jì)的精確太陽輻射模型，將葉片傾角和葉面積指數(shù)考慮在內(nèi)，以更準(zhǔn)確地評(píng)估垂直冠層的影響，這種模式有助于提高建筑能效。

在追求能源效率的過程中，He等[8]用3D打印的垂直混凝土綠墻系統(tǒng)（簡稱3D VtGW）徹底改變了建筑設(shè)計(jì)。這項(xiàng)位于中國南京的建筑創(chuàng)新通過植物遮陰、蒸發(fā)蒸騰和土壤儲(chǔ)熱來優(yōu)化能源效率，大幅節(jié)約能源并提高了熱舒適性。此外，Tan等[9]在2020年揭示了中國夏熱冬冷地區(qū)垂直綠化的節(jié)能能力，垂直綠化解決了綠地稀缺、空氣質(zhì)量退化和城市熱島問題。結(jié)果顯示與非綠色建筑相比，綠色建筑冬季節(jié)能18%，夏季節(jié)能25%。這也是垂直綠化和能源效率研究的令人信服的案例。

2021年，Madushika等[10]提供了一個(gè)全球視角，比較了不同氣候下綠色墻的節(jié)能影響，強(qiáng)調(diào)了氣候和區(qū)位造成的差異。研究提到，在斯里蘭卡，綠色墻的能源效率研究中，80%的綠色墻壁實(shí)現(xiàn)了自然通風(fēng)節(jié)能。2022年，Zhang等[11]和Zhao等[12]在垂直綠色立面（VGF）動(dòng)態(tài)傳熱模型方面取得了重大進(jìn)展。這些研究強(qiáng)調(diào)了精確的聯(lián)合模擬方法和紅外輻射特性的重要性，為建筑師和工程師提供了有效衡量和優(yōu)化建筑能源使用的工具。研究結(jié)果強(qiáng)調(diào)了VGF在減少室內(nèi)冷負(fù)荷方面的變革性影響，特別是在炎熱的夏季或溫暖的冬季地區(qū)，研究結(jié)果十分顯著。

總之，在2010-2023年間，中國的研究闡明了垂直綠化和綠色外墻的節(jié)能能力。這些發(fā)現(xiàn)闡釋了其對(duì)能耗的變革性影響，為建筑決策提供了重要的參考，并提供了多種優(yōu)化選擇，包括能源效率、美學(xué)、環(huán)境效益和增強(qiáng)舒適度，成為可持續(xù)城市發(fā)展的基礎(chǔ)支撐。

2.2 固碳釋氧，助力減排

隨著應(yīng)對(duì)氣候變化的緊迫性加劇，節(jié)能減排成為風(fēng)景園林和建筑規(guī)劃設(shè)計(jì)的中心議題。在中國，許多研究調(diào)查了綠色建筑特征，尤其是外墻和屋頂對(duì)碳減排和環(huán)境可持續(xù)性的影響。

2022年，F(xiàn)eng等[13]采用生命周期方法來衡量建筑內(nèi)開放式公共空間（開放式屋頂、開放式垂直花園、開放式底層）對(duì)上海經(jīng)濟(jì)適用房碳排放的影響，揭示這些空間的碳效應(yīng)是其目標(biāo)。該研究揭示了大量的碳減排主要是由于用戶運(yùn)輸，極大超過了建筑以及正在進(jìn)行的運(yùn)營排放量。這突出了開放式公共空間在實(shí)現(xiàn)顯著碳減排方面的關(guān)鍵作用，并強(qiáng)調(diào)了可持續(xù)建筑設(shè)計(jì)綜合方法的必要性。2023年，Jiang等[14]探索了中國亞熱帶氣候下的綠色外墻和屋頂?shù)臒嵝阅芗捌涔烫紳摿?。值得注意的是，綠色屋頂?shù)墓?jié)能量因植被而異（529.6 ～2 936.3 kW·h），而單位面積的固碳量也不盡相同：綠色外墻為1.4 kg/m2，綠色屋頂（各種蔬菜）為0.88～2.21 kg/m2。這些結(jié)果強(qiáng)調(diào)了開放式公共空間在減少碳排方面的重要作用，強(qiáng)調(diào)了可持續(xù)建筑與綠化共生的必要性。

2.3 激發(fā)感知，平衡身心

綠色建筑特征的影響超出了量化指標(biāo)，還包括感知和修復(fù)效益。2019年，Elsadek等[15]研究了綠色外墻景觀對(duì)生理和心理健康的影響。結(jié)果表明，在觀看綠色外墻時(shí)，相對(duì)波（α）顯著增加，副交感神經(jīng)活動(dòng)增強(qiáng)，皮膚電導(dǎo)降低，情緒狀態(tài)改善。這項(xiàng)研究揭示了綠色外墻是應(yīng)對(duì)城市化和高密度城市綠地缺乏帶來挑戰(zhàn)的一種解決方案。2020年，Zhang等[16]調(diào)查了公眾對(duì)廣州小型城市綠色基礎(chǔ)設(shè)施的看法。約80%的受訪者愿意資助城市綠色基礎(chǔ)設(shè)施（UGI）維護(hù)，且收入較低的年輕參與者表現(xiàn)出更強(qiáng)的捐款愿意，結(jié)果顯示空氣污染是緊要問題，大眾強(qiáng)烈傾向于在空氣質(zhì)量監(jiān)管方面增加投資。2022年，Liu等[17]和Hui等[18]分別深入探討了北京和香港居民對(duì)城市綠地（UGS）及綠色屋頂和綠色墻壁（GRGW）的態(tài)度，為符合公民偏好和社會(huì)文化背景的定制推廣策略提供了有價(jià)值的指導(dǎo)。此外，2022年，Xiao等[19]將室內(nèi)垂直綠化與恢復(fù)效益和視覺滿意度聯(lián)系起來。發(fā)現(xiàn)這對(duì)恢復(fù)身心、激發(fā)感知有積極影響，關(guān)鍵因素“遠(yuǎn)離”“魅力和兼容性”以及修復(fù)程度與視覺滿意度密切相關(guān)，其中“魅力和兼容性”尤為重要。室內(nèi)綠化的視覺滿意度有助于身心恢復(fù)，這體現(xiàn)了恢復(fù)效益和視覺滿意度之間的互惠關(guān)系。

2.4 調(diào)控小氣候，改善熱舒適性

戶外熱舒適性在建筑、城規(guī)和園林規(guī)劃設(shè)計(jì)中不可忽略，其能確保人們?cè)跍囟?、濕度、風(fēng)和太陽輻射等因素的影響下獲得愉快的戶外體驗(yàn)，在應(yīng)對(duì)氣候變化、熱島效應(yīng)和下墊面性質(zhì)退化方面有重要意義。中國近年的研究，揭示了提高戶外舒適度和抵御極端氣候的創(chuàng)新策略和技術(shù)。

2013年，Chen等[20]研究了濕熱氣候下的生態(tài)綠墻系統(tǒng)（LWS），揭示了其對(duì)墻面和室內(nèi)空間的顯著降溫影響。LWS內(nèi)的密封空氣層被證明比自然通風(fēng)更有效地冷卻墻壁，減少墻壁植被距離（w-v-d）提高了空氣溫濕度的舒適性。2017年，Lee等[21]研究了亞熱帶潮濕氣候下的鋼絲繩形式的綠色墻壁，降溫效應(yīng)隨天氣條件和墻壁方向而變化。這項(xiàng)研究強(qiáng)調(diào)全面了解綠色墻壁設(shè)計(jì)的必要性，以實(shí)現(xiàn)有效的熱調(diào)控。同年，Yin等[22]研究了炎熱夏季的純綠色外墻，發(fā)現(xiàn)表面溫度大幅下降，峰值下降4.67℃。降溫效果在中午最為明顯，在夜間減弱。該研究強(qiáng)調(diào)了植被特征，如覆蓋率和植物厚度對(duì)降溫效果的影響，以及直接綠色立面（DGF）設(shè)計(jì)提高熱舒適性和能源效率的潛力。2018年，Lin等[23]研究了中國廣州一個(gè)濕熱氣候區(qū)高層住宅的綠色外墻（GFs）。評(píng)估了GFs的遮陽和熱反射性能。結(jié)果顯示，在晴天GFs將空氣溫度降低了3.8℃，表面溫度降低了4.7℃，使整個(gè)立面的平均溫度降低了3 ～4℃，該研究詮釋了GFs在炎熱潮濕氣候中節(jié)能和改善城市熱環(huán)境的潛力。

2019年，Zhang等[24]在中國廣州探索了垂直綠色外墻（VGF），評(píng)估了其對(duì)室內(nèi)外溫度的影響。研究表明，VGF顯著減少了建筑能源使用，通過測量植物凈光合和蒸騰作用，推算了VGF的熱效應(yīng)。在室內(nèi)，VGF降低了氣溫3.6℃。在室外，由于遮陰和蒸騰，VGF將濕球球體溫度（WBGT）降低了2.7℃。這些發(fā)現(xiàn)不僅擴(kuò)大了VGF在冷卻之外的應(yīng)用，還展示了其緩解城市熱島效應(yīng)的潛力。同年，Lin等[25]對(duì)濕熱氣候下的綠色外墻進(jìn)行了研究?，F(xiàn)場測量顯示，GFs將平均生理等效溫度（PET）降低了2.54℃。流體力學(xué)模擬確定了夏季熱調(diào)節(jié)中更有效的GFs類型，為改善人們舒適度提供了思路。此外，Li等[26]還研究了中國“夏熱冬冷”氣候區(qū)庭院水平（綠色屋頂）和垂直綠化對(duì)公共建筑的影響，結(jié)合寧波的計(jì)算機(jī)模擬和世界公開數(shù)據(jù)，表明綠化顯著降低了氣溫和供暖負(fù)荷。綠化前后的實(shí)際能耗大幅下降，突顯出在這種充滿挑戰(zhàn)的氣候下，垂直綠化對(duì)公共建筑的正向影響。

2020年，Peng等[27]評(píng)估了城市街區(qū)大規(guī)模立面綠化的降溫效果，分析了降溫強(qiáng)度與城市形態(tài)之間的關(guān)系。結(jié)果表明，降溫強(qiáng)度隨海拔和風(fēng)向的變化而變化，其中下風(fēng)側(cè)地面空間的降溫效果最強(qiáng)。研究強(qiáng)調(diào)將不同的策略結(jié)合起來對(duì)熱調(diào)節(jié)有更大的積極影響。Hao等[28]發(fā)現(xiàn)，在“夏熱冬冷”的氣候背景，結(jié)合垂直綠化系統(tǒng)（VGS）和綠色屋頂（GR）可將室內(nèi)運(yùn)行溫度降低2.1℃。這些系統(tǒng)還穩(wěn)定了溫度，實(shí)現(xiàn)了更高的設(shè)置點(diǎn)和同等的舒適度，節(jié)省了能源。Nan等[29]在寒冷潮濕的冬季對(duì)杭州的外墻系統(tǒng)進(jìn)行了研究。土壤填充花盆和LWS植物都能增強(qiáng)室內(nèi)隔熱效果，花盆表現(xiàn)出更一致的效果，強(qiáng)調(diào)了植物綠墻的節(jié)能優(yōu)勢，在使用竹子和其他隔熱植物時(shí)效果尤其顯著。

2021年，Zhu等[30]比較了高層住宅區(qū)綠色外墻、綠色屋頂和涼爽路面的降溫效果，發(fā)現(xiàn)綠色屋頂可冷卻屋頂，綠色外墻可冷卻建筑外部，綜合實(shí)施可有效解決城市熱島的負(fù)面影響。2022年，Ren等[31]研究了亞熱帶氣候下陽臺(tái)花園的日間降溫影響，其降低了窗格玻璃的溫度，改善了室內(nèi)舒適度，使用土壤溫度傳感器控制智能滴灌系統(tǒng)來強(qiáng)化降溫效果。同年，Hao等[32]研究了綠色屋頂和綠色墻壁等綠化系統(tǒng)對(duì)過渡季節(jié)室內(nèi)熱條件的影響。綠色系統(tǒng)（GS）最大限度地降低了溫度波動(dòng)，延長了舒適期，減少了空調(diào)的使用，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排的目標(biāo)。2023年，楊等[33]在常州，通過垂直綠化系統(tǒng)優(yōu)化了建筑的綠色性能。綠色認(rèn)證建筑的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和監(jiān)測顯示，溫度降低、舒適度提高、空氣更清潔、能源使用率降低。該研究強(qiáng)調(diào)了垂直綠化對(duì)建筑參數(shù)的顯著積極影響，提高了可持續(xù)性。同年Tang等[34]建議對(duì)廣州的傳統(tǒng)建筑進(jìn)行VGS改造，以抵消城市熱島效應(yīng)。利用數(shù)字孿生（DT）技術(shù)，通過對(duì)VGS建筑和灌溉進(jìn)行建模，研究了各種綠色類型和立面的能源使用情況。該研究建議，改變西墻和南墻是最有效的選擇，推進(jìn)老式拱廊住宅的綠化，強(qiáng)調(diào)了VGS和DT在可持續(xù)城市改造方面的潛力。Zheng等[35]評(píng)估了VGS對(duì)廣州街道峽谷縱橫比（H/W）對(duì)熱環(huán)境的影響，在炎熱的日子里，VGS顯著降低了H/W=1峽谷的38.0%和H/W=2峽谷的21.0%的風(fēng)速和氣溫，包括墻壁、地面和空氣溫度。例如，在H/W=1和2的峽谷中，朝西壁溫度的最大下降幅度分別為20.3℃和16.8℃，H/W=2的峽谷由于風(fēng)速較低和反射率較高而表現(xiàn)出更顯著的冷卻，揭示了VGS在改善城市街道峽谷熱環(huán)境作用。

2.5 植物修復(fù)，綠色環(huán)保

2019年，Pettit等[36]測試了在環(huán)境中控制空氣污染的植物修復(fù)方法，在悉尼和北京進(jìn)行試驗(yàn)，使用盆栽、被動(dòng)綠墻和主動(dòng)綠墻（AGW）。在北京的一間教室里，與沒有綠色墻壁和過濾暖通空調(diào)系統(tǒng)的條件相比，AGW在20 min的測試中將總揮發(fā)性有機(jī)化合物水平降低了約28%。此外，AGW顯著降低了42.6%的環(huán)境PM水平，改善了室內(nèi)空氣質(zhì)量。2023年，Wang等[37]研究了廣州垂直綠化系統(tǒng)中不同植物PM的滯留效果，發(fā)現(xiàn)VGS特別是紫露草，可以有效地捕獲PM2.5。滯塵中含有自然和車輛排放重金屬，顯示了VGS對(duì)降低城市空氣污染的貢獻(xiàn)。

2.6 自然生態(tài)，互為借鑒

2018年，Shi等[38]評(píng)估了南京新街口區(qū)的立體綠化，以改善人口稠密、綠地有限地區(qū)的城市環(huán)境。利用GIS和CFD分析了風(fēng)、光和建筑環(huán)境等影響綠色立面發(fā)展的因素，約17.3%的面積和30.8%的12 m以下外墻具有綠色外墻的可能性，限制因素包括陽光和灌溉，以及合適的墻壁位置的特定模式。2022年，Li等[39]于評(píng)估了深圳、香港和新加坡982個(gè)空中花園對(duì)城市可持續(xù)性的影響。該研究采用混合方法，考察了各城市的空間特征，發(fā)現(xiàn)空中花園可為高密度城市地區(qū)公共空間增強(qiáng)可持續(xù)性。

Xu、Wu、Zhou、Zhao、Long等[40-44]研究了五臺(tái)山清水河流域、雅魯藏布大峽谷國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)、施秉喀斯特世界自然遺產(chǎn)區(qū)、太白山自然保護(hù)區(qū)等的植被特征、水文變化、徑流系數(shù)、垂直分布、花粉分類、生物多樣性等，揭示了自然生態(tài)系統(tǒng)可為因地制宜、師法自然的互鑒思路。

3 埃及垂直綠化

埃及垂直綠化的相關(guān)研究分布在工程、環(huán)境科學(xué)和能源三個(gè)領(lǐng)域。自2017年以來，垂直綠化的研究和實(shí)施顯著增加，這表明在城市化挑戰(zhàn)中，人們?cè)絹碓街铝τ诳沙掷m(xù)發(fā)展。目前的狀況反映了一個(gè)充滿活力的景觀，各種項(xiàng)目和舉措有助于垂直綠化運(yùn)動(dòng)。

埃及的快速經(jīng)濟(jì)增長和城市發(fā)展導(dǎo)致環(huán)境挑戰(zhàn)增加，包括能源消耗、污染物增加和綠地減少。來自埃及的相關(guān)研究也正是探索了應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)的創(chuàng)新方法，重點(diǎn)關(guān)注在炎熱干旱地區(qū)生活的綠色墻壁和外墻的效率。

3.1 提綠增效，生態(tài)友好

2015年，Shawket[45]探索立面綠化，特別是陽臺(tái)，作為發(fā)展中地區(qū)的一種性價(jià)比較高的城市發(fā)展方案，建筑外墻上使用綠化來改善城市環(huán)境是簡單易行的。2017年，F(xiàn)ahmy等[46]的研究調(diào)查了埃及城市社區(qū)通過綠色覆蓋應(yīng)用對(duì)氣候變化的適應(yīng)機(jī)會(huì)。以室內(nèi)外耦合模擬揭示了綠色屋頂、立面和城市樹木對(duì)不同氣候區(qū)的小氣候條件和能源效率的影響。2019年，Taleb等[47]以埃及阿斯旺為例，提出了高溫?zé)崂?、干旱少雨地區(qū)移動(dòng)集裝箱房屋的經(jīng)濟(jì)性。綠色屋頂、庭院綠化分別減少了13.5%、3.6%的能源消耗，光伏電池板產(chǎn)生了12.32 MWh的清潔能源。三項(xiàng)已實(shí)施的戰(zhàn)略，包括綠色屋頂和墻壁，表明能源消耗顯著減少。2020年，F(xiàn)ahmy等[48]采用結(jié)合ENVI met和Design Builder的室外—室內(nèi)耦合模擬方法，在埃及亞歷山大的Borg El Arab進(jìn)行，評(píng)估城市雨棚綠化覆蓋對(duì)室內(nèi)熱舒適性和能耗的影響，強(qiáng)調(diào)了以綠色覆蓋指標(biāo)為指導(dǎo)的氣候變化適應(yīng)戰(zhàn)略的潛力。對(duì)比2020年、2050年和2080年期間的結(jié)果，無論是否有城市冠層綠色覆蓋，其都強(qiáng)調(diào)了以室內(nèi)熱舒適指標(biāo)為指導(dǎo)制定氣候變化適應(yīng)策略的可行性。2023年，Ramadhan和Mahmoud[49]調(diào)查了綠色外墻在降低建筑能耗的功效，特別是在埃及炎熱干旱地區(qū)，由于快速城市化和綠地減少，這些地區(qū)面臨著能源使用和碳排增加。用模擬軟件比較了有和沒有綠色外墻的建筑的能耗，結(jié)果表明與類似尺寸的非綠色外墻相比，生活綠色外墻，尤其是帶種植箱的綠色外墻，顯著降低能耗、改善熱舒適性、降低碳排放，實(shí)現(xiàn)了高達(dá)75%的節(jié)能效果。

3.2 綠色轉(zhuǎn)型，降低碳耗

2017年，F(xiàn)ahmy等[46]研究通過城市冠層綠色覆蓋來減少干旱城市環(huán)境中的碳足跡，評(píng)估了埃及干旱吉薩地區(qū)的一個(gè)城市區(qū)域在當(dāng)前和未來氣候條件下的碳匯，提出了城市冠層綠色覆蓋，包括立地樹木、綠色屋頂和綠色墻壁，作為一種適應(yīng)氣候變化的戰(zhàn)略。2021年，Zoklah和Refaat[50]的研究專注于使用綠色外墻系統(tǒng)（GFS）優(yōu)化埃及住宅建筑的能源效率。使用Design Builder進(jìn)行模擬，評(píng)估了GFS對(duì)墻壁的直接影響，即在10月6日城市住宅單元的12 cm厚的墻壁上有60 cm的空氣間隙。結(jié)果表明，東向和西向安裝后顯著節(jié)省了供暖和制冷負(fù)荷以及電力成本，在25 cm厚的墻壁上具有更好的性能。該模擬顯示了對(duì)能源消耗、二氧化碳排放和總體運(yùn)營成本的積極影響。2022年，Aboubakr等[51]重點(diǎn)關(guān)注氣候變化引起的極端降水和溫度。該研究提出了一個(gè)雙框架的動(dòng)態(tài)綠色立面，旨在緩解極端溫度并利用極端降水，開發(fā)了生物—生態(tài)彈性復(fù)合指標(biāo)（BER-CI），評(píng)估了埃及新博格阿拉伯城現(xiàn)有住宅樓的影響。大量的植被覆蓋有效緩解了氣候風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)了可持續(xù)的碳封存，BER-CI得分為21.64。

3.3 恢復(fù)感知，美化環(huán)境

2019年，Elhady等[52]評(píng)估了埃及對(duì)垂直綠色墻的認(rèn)識(shí)和偏好，考察了在人口稠密的城市地區(qū)應(yīng)對(duì)環(huán)境挑戰(zhàn)的感知效應(yīng)，關(guān)注環(huán)境、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)方面，并收集了埃及專家和用戶的問卷調(diào)查。研究發(fā)現(xiàn)了優(yōu)先級(jí)的差異，園林專家重視生態(tài)效益，用戶優(yōu)先考慮美學(xué)特征。2020年，Lotfi等[53]進(jìn)行的“垂直花園作為新開羅城市空間的修復(fù)工具”研究了垂直花園在城市環(huán)境中的修復(fù)可行性。實(shí)驗(yàn)比較了有垂直綠化空間和無垂直綠化空間下受試者的生理記錄，結(jié)果顯示垂直綠化具有更高的恢復(fù)效果和更低的壓力水平，突出了垂直花園在城市環(huán)境建設(shè)中的重要意義。

3.4 小氣候調(diào)控，提高熱舒適性

2019年，Wahab等[54]的題為《干旱氣候下降低空氣溫度和增強(qiáng)戶外熱舒適性的綠色包絡(luò)影響》的研究中，討論了城市能源和環(huán)境挑戰(zhàn)，特別是在干旱氣候下，綠色屋頂將室外氣溫降低10℃，同時(shí)提高了室外熱舒適度，預(yù)測平均投票（PMV）值降低了2%，推理了綠色覆蓋下可緩解城市熱島效應(yīng)和增強(qiáng)干旱地區(qū)城市整體生態(tài)系統(tǒng)韌性。埃及對(duì)垂直綠化研究的興趣越來越大，旨在提高能源效率、減少碳排放、提高公眾意識(shí)和提高戶外熱舒適度。

3.5 模式更新，適應(yīng)環(huán)境

Menshawy等[55]研究了埃及阿斯旺的AASTMT南谷校區(qū)的綠色墻壁系統(tǒng)，探索了突破城市擴(kuò)張引發(fā)種植空間有限的瓶頸。綠色墻壁能有效增加建成環(huán)境綠量，降低能源使用，改善微觀氣候，提高空氣質(zhì)量，提升美感，促進(jìn)生產(chǎn)力和豐富生物多樣性。2022年，Mahrous[56]回顧了埃及炎熱潮濕的氣候中，生物接受性外墻的可行性，這些苔蘚和微生物的生長模塊是傳統(tǒng)綠色墻壁的替代品，它們的低水需求適合埃及的環(huán)境；并確定了有前景的苔蘚種類，用可持續(xù)材料促進(jìn)垂直綠化，減少灌溉，維護(hù)成本低，增強(qiáng)城市綠化對(duì)氣候的適應(yīng)性。

4 討論

4.1 中國

垂直綠化在中國的發(fā)展還有很多挑戰(zhàn)，主要存在于：由于快速的城市化進(jìn)程限制了可用綠化空間，并阻礙了廣泛采用。中國具有多樣化的氣候，從北部的亞北極到南部的熱帶，從潮濕的亞熱帶到干旱地區(qū)的氣候變化；此外，受季風(fēng)和區(qū)域變化的影響，中國的降水模式也多種多樣，了解這些氣候差別對(duì)于成功實(shí)施垂直綠化舉措至關(guān)重要。將綠化融入現(xiàn)有結(jié)構(gòu)需要精心規(guī)劃，以確保結(jié)構(gòu)完整性并克服潛在挑戰(zhàn)。

基于此，主要在以下7個(gè)方面起到改善性促進(jìn)。（1）垂直綠化為緩解城市熱島效應(yīng)提供了可持續(xù)的解決方案，有助于提高戶外舒適度和應(yīng)對(duì)氣候挑戰(zhàn)。（2）綠色系統(tǒng)積極促進(jìn)空氣凈化，對(duì)城市空氣質(zhì)量產(chǎn)生積極影響，促進(jìn)更健康的生活環(huán)境。（3）綠色墻壁和立面提供美觀環(huán)保的建筑解決方案，有助于城市景觀的整體改善。（4）垂直綠化促進(jìn)了城市環(huán)境中的生物多樣性，為各種動(dòng)植物創(chuàng)造了棲息地，并有助于保持生態(tài)平衡。（5）垂直綠化舉措是公眾教育的有力工具，提高了群眾的認(rèn)識(shí)與參與。（6）政府層面的支持政策可以激勵(lì)和加快在城市規(guī)劃和發(fā)展中采用垂直綠化，為可持續(xù)舉措創(chuàng)造有利的環(huán)境。（7）智能技術(shù)和創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法的融合可以提高中國垂直綠化項(xiàng)目的效率、彈性和整體成功率。

4.2 埃及

盡管勢頭積極，但埃及的垂直綠化也面臨挑戰(zhàn)，主要挑戰(zhàn)之一是需要在公眾和相關(guān)利益攸關(guān)方中廣泛認(rèn)識(shí)和理解垂直綠化的好處。有限的資源和資金也可能對(duì)廣泛采用垂直綠化做法構(gòu)成挑戰(zhàn)。此外，埃及干旱的氣候需要有彈性的植物選擇和高效的灌溉系統(tǒng)來維持垂直綠化，面對(duì)水資源缺乏的問題，需要節(jié)水型垂直綠化技術(shù)作為支撐，采用針對(duì)性改造和創(chuàng)新舉措，推進(jìn)埃及垂直綠化的成功和可持續(xù)性。

雖然氣候研究是一個(gè)關(guān)鍵因素，但當(dāng)深入研究垂直綠化的影響時(shí)，兩國都能提供大量交流和具有參考價(jià)值的地區(qū)，其中城市建筑環(huán)境的高密度性和城市化的獨(dú)特性特點(diǎn)則更值得參考。中國特大型城市或經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，如上海、北京和廣州，以快速的城市發(fā)展和多樣化的氣候條件為特征，提供了令人信服的案例研究。同樣，埃及的開羅和亞歷山大等城市中心以獨(dú)特的城市化模式和環(huán)境挑戰(zhàn)為標(biāo)志，為垂直綠化的討論提供了不可或缺的見解。通過將討論重點(diǎn)放在這些特定區(qū)域，未來的研究可以尋求對(duì)不同的城市環(huán)境如何影響垂直綠化實(shí)踐的有效性提供細(xì)致的參照。在城市化挑戰(zhàn)中，垂直綠化的未來有著充滿希望的機(jī)遇。人們對(duì)可持續(xù)性的日益關(guān)注為該領(lǐng)域的進(jìn)一步增長和發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。研究人員、政策制定者和社區(qū)之間的合作為知識(shí)交流和實(shí)施有效的垂直綠化戰(zhàn)略提供了機(jī)會(huì)，利用技術(shù)進(jìn)步和創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法，以垂直綠化做為改善埃及城市環(huán)境方法開辟新的可能性。

基于以上研究進(jìn)行對(duì)比歸納，兩國垂直綠化的發(fā)展主要存在6個(gè)方面的異同（表2）。

表2 中國和埃及垂直綠化發(fā)展異同點(diǎn)比較分析Tab.2 Comparative analysis of similarities and differences in vertical greening development between China and Egypt

本研究的審查主要依靠Scopus作為相關(guān)出版物來源的主要數(shù)據(jù)庫。雖然Scopus是一個(gè)強(qiáng)大且廣泛使用的學(xué)術(shù)數(shù)據(jù)庫，但獨(dú)家使用該平臺(tái)可能會(huì)在研究選擇中引入潛在的偏見，來源其他數(shù)據(jù)庫的某些有價(jià)值的貢獻(xiàn)可能沒有被包括在內(nèi)。未來的研究可以受益于更廣泛的搜索策略，包括多數(shù)據(jù)庫來源，以確保對(duì)現(xiàn)有文獻(xiàn)進(jìn)行更詳盡和公正的表述。

5 結(jié)論

本文綜述了中埃兩國對(duì)垂直綠化日益增長研究趨勢，兩國氣候、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、文化、歷史各不相同，但氣候變化和城市化挑戰(zhàn)是相同的。埃及強(qiáng)調(diào)節(jié)約能源和減少碳排放，中國關(guān)注改善空氣質(zhì)量和民眾的生理心理身心影響。垂直綠化在節(jié)能減排、凈化空氣、降低城市熱島、減緩氣候變化方面具有重大生態(tài)效益的促進(jìn)手段，同時(shí)還是提升景觀水平、增進(jìn)居民福祉的重要方法[57-58]。未來將進(jìn)一步加強(qiáng)中埃全球跨區(qū)域、跨學(xué)校和跨學(xué)科的研究，為日益嚴(yán)峻的碳排壓力、氣候脅迫、環(huán)境問題貢獻(xiàn)節(jié)能減排和可持續(xù)發(fā)展的解決路徑。

注：圖1源自https://climateknowledgeportal.worldbank.org/country，其余圖表均由作者繪制。