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屋顶绿化最新研究进展
来源:微刊  时间:2013-9-13

       绿色植物是人类赖以生存和发展的必不可少的条件,绿色植物与人类互为补充、互为依存达到一个生态平衡。随着现代社会的工业化进程日益加快,城市人口密集, 废气污染、尘埃飞扬、噪声扰人、“热岛效应”等,大都市环境日益恶化,严重损害都市人的身心健康。由此可见,改善日益恶化的城市生态环境,已成为当今城市 问题的当务之急。

       最早的屋顶花园是2500 多年前建在幼发拉底河岸的巴比伦空中花园。自上世纪初,英国、美国、德国、日本等国家建造了大量的屋顶花园。1959 年美国建成的具有高技术含量的奥克兰市凯泽中心屋顶花园,被认为是现代屋顶花园发展史上的一个里程碑。随着建筑工程技术的不断进步、发展,越来越多的新型 建筑材料的开发与应用,使得屋顶花园的建造变得更加轻而易举。

       二十世纪60 年代初,重庆、成都开始出现屋顶花园,至80 年代末,成都市中心有200 多座商住楼屋面绿化率达72%;珠海、深圳都重视美化屋顶,提出“美化建筑第五面”。近年来,上海为了改善城市环境,绿地建设突飞猛进。由于上海是寸土寸 金的国际化大都市,兴建绿地的拆迁成本昂贵,市中心每增添1平方米的绿地就要付出上万元的代价,导致地面绿化的增长空间非常有限。上海共有2 亿平方米的屋顶面积,到2002 年底,申城屋顶绿化面积只有22.29 万平方米,仅利用了0.11%的屋顶进行绿化,至今依然是大片的“空中荒漠”。研究表明粗放型屋顶绿化每平方米的造价在350 元左右,与同等级的地面绿地相差不多,而且屋顶草坪养护费用极低。因此,在不占用土地的情况下,屋顶绿化是改善上海城市环境的最佳方法。

       一 屋顶绿化的生态效益

       随着人类社会的进步和城市化的发展,人们对生活环境的要求也越来越高。一座现代化的城市不仅应有完美的建筑与设施,还应有一个优美的环境以消除疲劳、陶冶 身心,而优美环境的最主要组成部分是绿色植物。据了解,植物能够调节人的神经系统,使紧张疲劳得以缓和消除,使激动情绪恢复平静。从景观角度看,屋 顶作为建筑的第五立面,是城市建设与美化过程中不可忽视的环节。

       1.补偿作用。国际生态和环境组织调查指出:要使城市获得最佳环境,人均占有绿地面积需达到60m2 以上,而统计表明上海现有人均绿地面积仅为9.16m2。上海地价昂贵,建筑密度高,道路密集,高架路、立交桥纵横交错,城内地面大多是人工 化的硬质铺地。如果能充分利用建筑物的屋顶、露台进行绿化,就可以大大提高人均绿地面积,起到很好的补偿作用。

       2. 涵养水土。城市中建筑林立,提供给人们户外活动的开敞空间多是硬质铺地,雨水无法被土壤所涵养、储存,必须急速地由下水道排放。若遇到排 水系统受阻的情况,则会造成一雨成灾。而屋顶绿化可适当缓解这种状况,因其表面的植物、土壤有利于雨水的储存,落到屋顶的雨水仅有1/3排出, 2/3被留在屋面上或蒸发到空气中,从而调节了小气候。屋顶绿化可以减缓温度剧烈变化,使建筑物内部冬暖夏凉,形成舒适的人居环境。

       3.增加空气湿度。由于绿色植物的蒸腾作用和土壤的蒸发会使绿化屋面的水蒸气含量增加,致使绿化屋面空气绝对湿度增加。加上绿化后其温度有所降低,故其相对湿度增加更为明显。可见,屋面绿化对城市的“干岛”有减弱作用。

       4. 降低气温。屋顶绿化还可以改善住宅的室内气温,对改善人居环境及节能大有好处。据测算有绿化的屋面温度可下降3-5℃,室内空调可节电 20%。况且绿地生态效应的有效辐射距离是50m,因此利用住宅建筑屋面布置绿化,更是十分珍贵。由于绿色屋面对阳光的反射率比深色水泥屋面大,加 上绿色植物的遮阳作用和为满足生理所需的同化作用,使绿色屋顶的净辐射热量远小于未绿化的屋顶。同时,绿色屋顶因植物的蒸腾和潮湿土壤的蒸发作用消耗的潜 热明显比未绿化的屋面大,导致绿色屋顶面的贮热量减少,绿化屋顶空气获得的热量也减少,热效应降低,从而减弱了城市的 “热岛”效应。

       5.形成生物气候缓冲带。屋顶花园涵养充分的水土能形成人工建筑与自然之间的生物气候缓冲带,为建筑系统提供良好的微气候环境,尽量满足居民的各种生活舒适标准;提高建筑系统生物组成的多样性,为鸟语花香提供现实的土壤,实现人与自然的和谐共处。

       6. 净化空气、降低噪音。一个人每天要吸收0.75 公斤氧气,呼出0.9 公斤二氧化碳,而自然界中唯一能制造氧气是植物的光合作用,由此推算出每人至少要拥有10-15 平方米森林或25-30 平方米草坪才能获得足够的新鲜空气。加上工业、交通运输的耗氧量远远大于人,这就要求拥有更多的人均绿地才能满足空气成分平衡的需要。植物还能吸收人类生 产活动过程中产生大量废气如NOx、SO2 等有害气体和滞留灰尘微粒等。据估算,如果大城市1%的建筑物建成屋顶花园,则城市大气中二氧化碳和硫化物可减少一半。一个城市如果把屋顶都利用起来进行 绿化,那么这个城市中的CO2 较之没有绿化前要少85%[16]。因此屋顶花园可降低空气中的CO2 浓度和飘尘含量,提高大气中氧浓度,清新空气。绿色植物除了可以减轻大气污染,还可以阻挡、吸收、滞留和过滤空气中的噪声,减轻城市噪声污染,对改善和保 护城市环境很有益处。

       7.有效保护屋顶、延长建筑物寿命。由于夏冬温差大和干燥收缩产生屋面板体积的变化,夏季高温易引起沥青流淌和卷材层下滑,可使屋面丧失防水功 能。另外,屋面在紫外线的照射下,随着时间的增加,会引起沥青材料及其它密封材料老化,使屋面寿命减短。而屋顶绿化使屋面和大气隔离开来,屋面内外表面的 温度波动小,减小了由于温度应力而产生裂缝的可能性。隔阻了空气,使屋面不直接接受太阳光的直射,延长了各种密封材料的老化,增加了屋面的使用寿命。

       8.减缓风速、调节风向。屋面绿化,增加了屋顶粗糙度,增大摩擦使风速减少,同时也使风向发生偏转。另外,由于绿地降温消弱了“热岛”效应,从而也在一定程度上减弱了“热岛环流”,减小了风速。

       9. 影响云、雾和降水。城市人口密集,工业集中,能耗大,废气、废渣和废水排放多,凝结核充沛。再加上“热岛环流” 的作用,使城区的云、雾和降水比郊区多,具有“雾岛”和“雨岛”特征。城市平顶屋面绿化后,对云、雾和降水的影响视不同的情况而异。当前者的影响大于后者 时,则云、雾和降水减少,反之增加。而这两种不同的影响又取决于城市的具体情况(如城市性质、规模、布局、密度、绿被率等。

       由此可见,如果能很好地利用和推广屋顶绿化,形成城市的空中绿化系统,对城市环境的改善作用是不可估量的。

       2 屋顶绿化的设计

        整个屋顶绿化层包括保温隔热层、防水层、排水层、过滤层、栽培基质层、植物层等。

       1.保温隔热层可采用聚苯乙烯泡沫板,铺设时要注意上下找平密接。

       2. 防水层采用柔性(油毯卷材)防水层、刚性防水层或新材料(如三元乙丙防水布等),但目前使用最多的是柔性防水层,如高弹性防水涂料,防水性能好,使用 寿命长;国外还有采用硬塑料做防水层的实例。屋顶绿化后,防水层应绝对避免出现渗漏现象,最好设计成复合防水层。在柔性防水层与防根系保 护层之间应加设隔离层,隔离层可用中性材料。

       3.排水层(蓄水层)设在防水层上,过滤层之下。其作用是排除上层积水和过滤水,但又储存部分水分供植物生长之用 。可与屋顶雨水管道相结合,将过多水分排出,以减轻防水层的负担。排水系统由排水层、排水管、排水口、排水沟等组成。小面积屋顶花 园,一般通过屋顶坡度外排水方式排水;面积较大的屋顶花园要采用较大管径的排水管来排水,以免积水而造成植物烂根。灌溉系统有人工浇灌、自动喷灌、低压滴 灌等多种,所用管道应是轻质管如塑料管。可用材料主要有陶粒(100k-200mm 厚)、砾石(100k-200mm 厚)、焦碴(50mm 厚)和疏水板等轻质材料[21]。

       4.为防止种植土中小颗粒及养料随水而流失,且堵塞排水管道,需在种植基质层下铺设过滤层。过滤层采用稻草层、玻璃纤维布或粗沙层(50mm 厚)、炉碴层、玻璃纤维布、稻草(30mm 厚),所要达到的质量要求是:既可通畅排灌又可防止颗料渗漏。

       5.种植层一般多采用无土基质,以蛭石、珍珠岩、泥炭、草炭土等轻质材料配制而成。

       屋顶花园的设计应服从于建筑设计。设计屋顶花园前,首先要了解建筑 的结构类型,如砖木结构、钢结构屋面是不允许建屋顶花园的。混合结构的平屋面、混凝土结构的平屋面、坡屋面才允许建造屋顶花园。同时园林设计人员也要把屋 顶花园设计提供给建筑、结构、水电设计人员,使园林设计的特殊要求能够在房屋设计中得到综合处理,完美结合。园林工程的一切预埋件、排水孔、水管电缆预 埋,必须与屋面工程施工一同进行,尽量避免二次浇注,造成屋面渗漏的隐患。安全问题是屋顶花园成败的关键,其中屋顶的荷载校核与屋面的防水安全是屋顶花园建设的关键性因素。安全应贯穿屋顶花园造园的全过程,使设计出来的屋顶花园对整个房屋建筑传力明确,结构体系达到安全、经济、合理。绿化屋顶结构增加的附加荷 载,包括植物生长层、排水层等自重;植物生长后的重量;以及上人荷载。屋面假山、水池的设置,高大乔木的种植及土坡造型的整理,亭、廊、花架等小型建筑原 则上都应尽量地规划到承重的梁、柱、墙上,使荷载合理分散,同时防止植物根系损害屋面防水层。针对某一层次的特定群体,确定设计风格,并使其贯穿始终,确保某种特定内涵和品位 。根据屋顶花园的大小,合理的设置活动区域、场地及设施的位置和空间大小,使之符合人的行为模式,以方便使用者的使用。因“顶”制宜,在园 路的组织、建筑小品的位置与尺度、地形的处理及植物的选择等方面,以精美为特色。适当利用“障景”、“对景”等手法,达到小中见大,意犹未尽的视 觉、感官效果。由于屋顶高层变化甚微,充分利用台阶、水池、花台、堆土等进行竖向设计,形成微小的地形变化,丰富造园层次。植物配置宜选用小乔木、灌木、 花草等,构成层次丰富、四季变化的景观。注重选择建筑周围、屋顶花园以外的景观,“佳则收之”、“俗则屏之”,用“借景”手法使其内外结合、融为 一体。利用景墙装饰、植物、山石、小品遮挡的方法,对屋顶花园周边的女儿墙进行淡化处理,使人感到亲切、自然。

       3 屋顶绿化的类型

       屋面绿化的布置形式,可以说是多种多样,主要依据业主的要求来设计。一般屋顶花园的建设形式分为三种:一是地毯式屋顶绿化,即在建筑负载能 力较差层面上先在屋顶铺一层整块滤水板,再加上一层无纺布,然后在上面覆盖相适应的薄土层,种植屋顶草皮和地被植物,形成地毯式成片布置。二是花园式,多 用于服务性建筑物如宾馆、酒楼等,能为客人提供游憩空间。花园式屋顶绿化可做成小游园的形式服务于游人,小游园应有适当起伏的地貌,配以小型亭、花架等园 林建筑小品,并点缀以山石。有的可以采取现代的手法,用草坪、地被植物组成流畅的图案,其中点缀小水池、小喷泉及雕塑,使之充满时代气息;也可以采取自然 的手法,以草坪为基底,根据生态群落组织植物景观,加假山、置石等小品,使之充满温馨情趣;也可以利用植物、花草、树木精心培育修剪成姿态各异、气韵生动 的艺术形象。三是组合式屋顶花园,即沿屋顶有墙角和承重墙的地方,通过盆栽和缸栽组合成一个别具一格的屋顶花园。

       4 屋顶绿化的特点

       屋顶位于空中,与大地不再相连,使其生境与地面差别很大,其对绿化有利的因素有:

       (1)与地面相比,屋顶处光照强度大、光照时间长,有利于促进植物光合作用。

       (2)受建筑的影响,屋顶吸热快,散热快,昼夜温差大,有利于植物的营养积累,也有利于植物的生长。

       (3)屋顶上气流通畅清新,污染明显减少,受外界影响小;相对隔离,病虫害不易传播,有利于园内病虫害防治,有利于植物的生长和保护。

       不利因素有:

       (1)湿度条件差。因屋顶位于高处,四周相对空旷,风速比地面大,水分蒸发快。

       (2)土温、气温变化较大,对植物生长不利。

       (3)屋顶风力一般比地面大。

       (4)和地面相比,屋顶花园增加了承重和防水投资,施工和养护的困难和投资也加大。

       (5)对造园及植物选择有一定的局限性。因屋顶承重能力的限制,因此在设计时应避免地貌高差过大,在植物的选择上一般应避免采用深根系或生长迅速的高大乔木。边界规整屋顶形状一般为规则的几何形状且多重复出现,设计时应注意协调统一又富于变化,形成韵律。

       5 屋顶绿化植物与栽培基质的选择

       根据屋顶特殊生境的特点,选择喜光、耐旱、耐寒、耐贫瘠、抗风、根系浅并且水平根发达生长缓慢、姿态优美、低矮的植物,如小乔木、花灌木和球根花卉及竹 类、草坪等,尤其以乡土植被为佳,这样可降低养护费。移栽的小乔木、花灌木最好是“熟活”植物,其根系抱土紧密,存活率高。因为荷载 过重,深根系乔木在住宅建筑屋面一般不被考虑。考虑到土层较薄、楼顶风力大等因素,屋顶绿化植物高度应不超过2.5 米,种植后最好能保持“两到三季常绿”。

       在实施经济粗放型屋顶绿化工程时,可以选择一些较矮植株。它们繁殖能力强、扩张速度快、有良好的耐旱性,无须过多灌溉、施肥以及修剪处理,又具备减低噪 音、减小污染等功能。如狼牙草,叶丛低矮、整齐均匀、适应性强,覆盖面可达90%以上;与杂草竞争能力强,生长迅速,易繁殖;能抗寒、抗风、耐 旱、耐瘠薄、耐盐碱、抗二氧化硫等污染气体以及能在粉尘、飘尘等严重危害的环境中照常生长;对光照不敏感,在蔽荫度大的乔木下绿化效果也较好。佛甲草需要 的土层薄,重量很轻,不会影响屋顶结构且有耐干旱、抗严寒、四季常绿、管理粗放的特点,是屋顶绿化较理想的植物材料。为使植物生长良好,又尽量减轻屋顶的附加荷载,种植土一般不采用普通的土壤,而是采用含各种植物生长所需元素,又比自然土壤容重更小的介质材料。如以泥 炭、堆腐的木屑、谷壳、蛭石、膨胀珍珠岩、粉煤灰等配制的栽培基质,容重控制在1000~1500kg/m3。对于荷载能力差的屋顶绿化,目前还可以采用 无土草坪技术,用织物加多种营养物质形成培养基质,同时加入保水剂,减少浇水次数和浇水量,一举多得。在选择栽培基质时,尽量减少栽培基质更换次数,厚度 要控制在最低限度,尽可能减少荷载。屋顶花园绿化植物正常生长要求的最小土层厚度分别为:草坪土层厚度为10- 15cm,低矮的草花需20-30cm,灌木需40-50cm,小乔木需65-70cm。

       6 坡屋顶的绿化

       为使住宅建筑屋面形式多样化,对住宅建筑屋面采取“坡屋面”及各种变形体等传统或现代的建筑艺术处理手法,这是美化城市景观的一个大进步。为了充分利用坡 屋顶,使草皮和低矮的地被植物在倾斜的屋顶上易于固定,应采用一些特殊的措施。例如,在屋顶上铺设木条网格或带钩刺的塑料垫,或使用重量轻、安全性高、便于铺设的材料作为草坪的底层结构。屋顶安装防滑槛,檐口部位装上横梁,防止种植介质滑落。在坡屋顶的植物生长层中应渗入蓄水能力好的材料,而无须铺设排水层。在自然界中,有许多可以作为坡屋顶绿化用的材料。考虑其土层较薄,楼顶风力大等因素, 应选择喜光、耐旱、耐贫瘠、生长缓慢、抗风、耐寒、低矮的浅根系植物,如草皮等。草坪最好采用移植的方法。在植物生长层中间还可以铺设一层塑料网,使植物 的根可以很牢固地扎在生长层中。同时利用生态学原理,形成屋顶绿化多种群落结构,多种草类和多种草花相结合,让屋顶更美丽,更丰富多彩。在斜坡屋顶上应用屋顶绿化滴灌技术,可以减少上人荷载,减轻建筑负担,便于管理。采用微灌,还可调节屋顶的干热气候,降温增湿,对花卉增色效果较好。由于采用小流量出流,不会形成土表径流,避免了土质板结,促进植物根系发育。随着我国城市化的不断发展,混凝土“森林”愈来愈多,人类生存的环境日趋恶化。因此,现代化城市建设不但要充分利用边角露地,以“见缝插绿”的方式增加绿地,并且要充分利用多层建筑物屋顶,建设更多的现代化“空中花园”,为城市增加绿地,构筑优美的城市景观。

       形成生物气候缓冲带

  屋顶花园涵养充分的水土能形成人工建筑与自然之间的生物气候缓冲带,为建筑系统提供良好的微气候环境,尽量满足居民的各种生活舒适标准;提高建筑系统生物组成的多样性,为鸟语花香提供现实的土壤,实现人与自然的和谐共处。

       净化空气、降低噪音

  一个人每天要吸收0.75 公斤氧气,呼出0.9 公斤二氧化碳,而自然界中唯一能制造氧气是植物的光合作用,由此推算出每人至少要拥有10-15 平方米森林或25-30 平方米草坪才能获得足够的新鲜空气。加上工业、交通运输的耗氧量远远大于人,这就要求拥有更多的人均绿地才能满足空气成分平衡的需要。植物还能吸收人类生 产活动过程中产生大量废气如NOx、SO2 等有害气体和滞留灰尘微粒等。据估算,如果大城市1%的建筑物建成屋顶花园,则城市大气中二氧化碳和硫化物可减少一半。一个城市如果把屋顶都利用起来进行 绿化,那么这个城市中的CO2 较之没有绿化前要少85%。因此屋顶花园可降低空气中的CO2 浓度和飘尘含量,提高大气中氧浓度,清新空气。绿色植物除了可以减轻大气污染,还可以阻挡、吸收、滞留和过滤空气中的噪声,减轻城市噪声污染,对改善和保 护城市环境很有益处。

       有效保护屋顶、延长建筑物寿命

  由于夏冬温差大和干燥收缩产生屋面板体积的变化,夏季高温易引起沥青流淌和卷材层下滑,可使屋面丧失防水功 能。另外,屋面在紫外线的照射下,随着时间的增加,会引起沥青材料及其它密封材料老化,使屋面寿命减短。而屋顶绿化使屋面和大气隔离开来,屋面内外表面的 温度波动小,减小了由于温度应力而产生裂缝的可能性。隔阻了空气,使屋面不直接接受太阳光的直射,延长了各种密封材料的老化,增加了屋面的使用寿命。

       减缓风速、调节风向

  屋面绿化,增加了屋顶粗糙度,增大摩擦使风速减少,同时也使风向发生偏转。另外,由于绿地降温消弱了“热岛”效应,从而也在一定程度上减弱了“热岛环流”,减小了风速。

       影响云、雾和降水

  城市人口密集,工业集中,能耗大,废气、废渣和废水排放多,凝结核充沛。再加上“热岛环流”的作用,使城区的 云、雾和降水比郊区多,具有“雾岛”和“雨岛”特征。城市平顶屋面绿化后,对云、雾和降水的影响视不同的情况而异。当前者的影响大于后者时,则云、雾和降 水减少,反之增加。而这两种不同的影响又取决于城市的具体情况(如城市性质、规模、布局、密度、绿被率等。

  由此可见,如果能很好地利用和推广屋顶绿化,形成城市的空中绿化系统,对城市环境的改善作用是不可估量的。

  随着我国城市化的不断发展,混凝土“森林”愈来愈多,人类生存的环境日趋恶化。因此,现代化城市建设不但要充分利用边角露地,以“见缝插绿”的方式增加绿地,并且要充分利用多层建筑物屋顶,建设更多的现代化“空中花园”,为城市增加绿地,构筑优美的城市景观。



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