摘要：城市屋頂菜園是在屋頂花園基礎(chǔ)上衍生的新興產(chǎn)物。結(jié)合華南地區(qū)屋頂菜園的建設(shè)現(xiàn)狀，以廣東農(nóng)工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院屋頂菜園工程建造和蔬菜適生性試驗(yàn)為例，從功能分區(qū)、適種品種、屋面結(jié)構(gòu)、承重荷載、給排水技術(shù)、防風(fēng)技術(shù)等層面入手，歸納出一套適宜華南地區(qū)屋頂菜園設(shè)計(jì)及建造的關(guān)鍵技術(shù)，以期為該區(qū)域屋頂菜園建設(shè)和發(fā)展做一些基礎(chǔ)性工作。

關(guān)鍵詞：屋頂菜園；屋頂花園；華南地區(qū)；設(shè)計(jì)；建造

文章編號(hào)：1671-2641（2015）04-0016-05

中圖分類號(hào)：TU986

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

屋頂菜園是城市綠化及都市農(nóng)業(yè)的結(jié)合，是在屋頂花園基礎(chǔ)上衍生而來的新興產(chǎn)物，能極大緩解我國城市用地緊張的局面，同時(shí)提高城市綠化水平。國外較早開展對屋頂花園的研究，在建設(shè)理念 ，工程技術(shù) ，植物選擇 等方面取得了一系列研究成果，這些理念影響著我國城市建設(shè)。在屋頂花園快速發(fā)展的過程中，逐步出現(xiàn)將城市農(nóng)業(yè)與屋頂花園結(jié)合的屋頂菜園 ，例如：1919年建成的，位于美國紐約市一棟6層倉庫上的布魯克林農(nóng)莊就是屋頂菜園的成功案例，對世界屋頂菜園的建設(shè)影響巨大。近年來，上海市和南京市等地的創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)園區(qū)與高新技術(shù)園區(qū)也陸續(xù)出現(xiàn)了屋頂菜園的成功案例 ，并且有范圍逐步擴(kuò)大的趨勢。本文在總結(jié)屋頂菜園工程建設(shè)案例及日常管養(yǎng)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)華南地區(qū)的建筑條件、氣候特點(diǎn)、屋頂菜園設(shè)計(jì)理念及關(guān)鍵工程技術(shù)人手，歸納總結(jié)出一套屋頂菜園設(shè)計(jì)及建造的關(guān)鍵技術(shù)，以期為該區(qū)域的屋頂菜園建設(shè)和發(fā)展做一些基礎(chǔ)性的工作。

1 建設(shè)屋頂菜園的意義

屋頂菜園除具有一般屋頂花園減緩城市熱島效應(yīng)、增加城市綠化面積、改善城市生態(tài)環(huán)境、降低建筑溫度、延長建筑壽命等優(yōu)點(diǎn)外，還具有以下意義：

l）充分利用城市空間，提高城市農(nóng)業(yè)用地面積；

2）增加城市蔬菜和家畜的產(chǎn)出，提高城市糧食生產(chǎn)量；

3）滿足人們對安全食品的需求 ；

4）提供體育鍛煉及農(nóng)耕勞作空間，作為城市活動(dòng)設(shè)施的有效補(bǔ)充；

5）填補(bǔ)都市人對田園農(nóng)業(yè)的追求，建設(shè)城市農(nóng)業(yè)教育教學(xué)基地。

因此，本文提及的屋頂菜園，是指為城市居民及建筑住戶提供休閑活動(dòng)及農(nóng)耕體驗(yàn)的園林式、非生產(chǎn)型屋頂菜園，該類屋頂菜園將是未來城市綠化的重要發(fā)展方向。

2 屋頂菜園的建設(shè)理念

屋頂菜園的設(shè)計(jì)應(yīng)緊扣其服務(wù)對象及功能定位：

1）依托屋頂構(gòu)造。大多數(shù)屋頂菜園是對原有屋面改造建設(shè)，必須充分考慮承重、排水、防水等要求。

2）與園林造景緊密結(jié)合。城市屋頂應(yīng)優(yōu)先建成園林式、蔬菜主題式屋頂菜園，并控制種植區(qū)域面積。

3）滿足農(nóng)耕體驗(yàn)需求。結(jié)合園林造景規(guī)劃各類農(nóng)業(yè)種植形式及配套設(shè)施，滿足都市人的體驗(yàn)需求。

4）配套附屬設(shè)施?！俺鞘修r(nóng)夫”（指在屋頂菜園開展種植體驗(yàn)的城市居民）缺乏種植經(jīng)驗(yàn)，難以定時(shí)管養(yǎng)，但求知欲和學(xué)習(xí)能力較強(qiáng)，故宜引入自動(dòng)化或半自動(dòng)化設(shè)備。

3 屋頂菜園的功能分區(qū)及品種選擇

3.1 功能分區(qū)

3.1.1 育苗區(qū)

屋頂菜園種植的瓜果蔬菜多以一、二年生短周期作物為主，期間需多次育苗。菜苗相對園林植物幼苗更嬌嫩，更容易遭受環(huán)境及病蟲害的影響。育苗前營養(yǎng)土一般要采取藥土消毒、福爾馬林熏蒸消毒或藥液消毒等方式進(jìn)行消毒處理，以殺滅土中的病菌、蟲卵和草籽。因此，需預(yù)留出一個(gè)相對獨(dú)立的育苗區(qū)域。隨著當(dāng)前設(shè)施園藝的快速發(fā)展，一些組合式種植盆架可以根據(jù)使用者的需要拼接成不同形狀，也可用此類設(shè)施育苗。

3.1.2 堆肥區(qū)（堆肥設(shè)施）

居民生活產(chǎn)生大量廚余廢棄物，屋頂菜園管養(yǎng)過程中也會(huì)產(chǎn)生大量可利用廢棄物。當(dāng)前，肥料生產(chǎn)行業(yè)高度重視餐廚垃圾和綠化廢棄物這兩類資源型廢棄物的開發(fā)利用，堆肥方式被公認(rèn)為是以上2種廢棄物有效利用的最佳方式。堆肥設(shè)施視屋頂菜園的規(guī)模而定，簡易設(shè)施可將廢菜葉、瓜果皮、剩飯碎骨加入少許舊營養(yǎng)土，裝入袋中并噴上殺蟲劑后密封，放入幾個(gè)塑料桶中，經(jīng)過約2～3個(gè)月的發(fā)酵至無臭即可，溫度較高季節(jié)可縮短發(fā)酵時(shí)間。生產(chǎn)的有機(jī)肥容易被植物吸收，并且能改良土壤，保障食品安全。

3.1.3 種植區(qū)

種植區(qū)是屋頂菜園的核心區(qū)域，也是建造最關(guān)鍵、最復(fù)雜的區(qū)域，影響建筑的使用壽命，需周全設(shè)計(jì)并謹(jǐn)慎施工。此外，要合理控制種植槽寬度，預(yù)留作業(yè)空間，便于使用者進(jìn)入勞作。種植槽下宜細(xì)分若干種植格（圖1），每個(gè)寬1.0～1.2m，兩側(cè)可砌筑0.2～0.3m的分隔步道，起分隔及供人踩踏用。種植土控制在30～50cm厚之間，盡量選擇輕基質(zhì)，底層做好排水及防水處理。當(dāng)前大量針對舊式建筑屋頂?shù)墓こ谈脑焓菍⒎N植區(qū)墊高后做排水及防水處理（圖2）。

3.1.4 工具房

“城市農(nóng)夫”生活水平較高，會(huì)配備大量精美和昂貴的耕作工具，故宜配套工具存放設(shè)施。同時(shí)，工具房的建設(shè)能防止臺(tái)風(fēng)或大風(fēng)將農(nóng)用設(shè)施吹飛或吹落，極大消除高空墜物的潛在威脅。

3.2 蔬菜品種選擇及其適應(yīng)性研究

屋頂菜園光照條件充足，晝夜溫差較大，病蟲害相對較少等條件有利于蔬菜的生產(chǎn)，但其高溫、干旱、土層較薄、烏食為害等不利條件也對部分蔬菜的種植產(chǎn)生較大制約。

3.2.1 不同類別蔬菜種植的特性

按蔬菜食用部位來劃分，各類蔬菜在屋頂菜園種植時(shí)應(yīng)充分考慮其適生環(huán)境：

1）葉菜類：種植條件要求相對較高，需及時(shí)澆灌。屋頂種植葉菜應(yīng)優(yōu)先選擇全日照、喜光、耐高溫、耐旱品種。在樓面的女兒墻，電梯房，樓梯間等周邊半遮陽區(qū)域，選擇范圍可稍擴(kuò)大至喜半陰品種。根據(jù)位于廣州市增城區(qū)廣東農(nóng)工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院屋頂菜園管養(yǎng)情況，半遮陽環(huán)境較全陽環(huán)境種植的葉菜長勢更佳。此外，屋頂葉菜種植還需注意鳥類為害（圖3）。

2）根菜類：要求種植土層較厚。土層厚意味著屋頂承重提高，必然對建筑結(jié)構(gòu)提出更高要求，且該類蔬菜多喜溫和冷涼及半濕條件，并非屋頂菜園首選類型。

3）莖菜類：受土層厚度限制，優(yōu)先選擇地上莖類或地下莖較小的品種。此外，該類植物也多喜溫和、冷涼、半濕條件。

4）花菜類：從植物生命周期而言，生殖階段是抗逆性最差的脆弱階段。花菜類蔬菜在生長發(fā)育階段較難抵御高溫、干旱、霜凍等不良環(huán)境，難以適應(yīng)屋頂菜園相對惡劣的生長條件。

5）果菜類：多以藤本或半藤本類植物為主，攀援習(xí)性是植物為獲得陽光長期進(jìn)化的結(jié)果。該類果菜類蔬菜多喜光、喜熱，較適應(yīng)屋頂環(huán)境。將該類植物結(jié)合廊架造景，生態(tài)與景觀效果俱佳。

綜上所述，屋頂菜園蔬菜品種的選擇，宜優(yōu)先從果菜類、葉菜類中挑選。

3.2.2 華南常見蔬菜品種的適應(yīng)性

項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)于2013～2015年在廣東農(nóng)工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院增城校區(qū)實(shí)驗(yàn)樓7樓屋頂菜園開展依季節(jié)種植蔬菜試驗(yàn)。試驗(yàn)地位于廣州市增城區(qū)23°28′N、113°61′E，屬熱帶與亞熱帶過渡氣候，全年平均溫度22.2℃，1月平均氣溫12℃，7月平均氣溫28℃，寒暑溫差不大，雨量充沛，年平均降雨量為1870mm，3～8月為雨季，平均無霜期346d，與廣東絕大部分地區(qū)氣候條件相似。試驗(yàn)地光照充足，1/3區(qū)域有圍墻及樓梯間對日照進(jìn)行半途擋，其余區(qū)域?yàn)槿照窄h(huán)境。菜園采用約30cm厚輕基質(zhì)土露地栽培，配備灌溉設(shè)備，日常給予常規(guī)水肥管理。

此外，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)還對廣州市及周邊居民區(qū)自建屋頂菜園進(jìn)行開展調(diào)查。綜合試驗(yàn)數(shù)據(jù)及調(diào)查結(jié)果，華南地區(qū)屋頂菜園主栽蔬菜品種及其栽植適宜度如表l所示。

4 屋頂菜園施工的技術(shù)要點(diǎn)

華南地區(qū)常見的平屋頂一般結(jié)構(gòu)為基層、絕熱層、找坡（找平）層、防水層、保護(hù)層（面層），舊式建筑在增建屋頂菜園前，應(yīng)先徹底翻修一次屋頂防水層，強(qiáng)化排水層及耐根穿防水層，提高屋頂防水等級(jí)及防水層強(qiáng)度。新建種植屋面可參照以下基本構(gòu)造建設(shè)（圖4～5）：由下往上依次為基層、絕熱層、找坡（找平）層、普通防水層、耐根穿刺防水層、保護(hù)層、排（蓄）水層、過濾層、種植土層和植被層等。

4.1 做好重量預(yù)算及核算

屋頂菜園的建造必須高度重視樓面承重，一旦樓板被壓壞或壓裂，必將破壞樓面防水及排水，嚴(yán)重影響建筑結(jié)構(gòu)，修復(fù)難度巨大。由于我國屋頂綠化發(fā)展緩慢，大部分構(gòu)筑物修建時(shí)并未有屋頂花園計(jì)劃，屋面承重及排水防水能力有限。尤其是舊式建筑技術(shù)較落后，磚混結(jié)構(gòu)等建筑形式更限制著屋頂菜園的建設(shè)。舊屋頂增建屋頂花園的活荷載宜取150kg/m2，即普通上人屋面活荷載取值，不宜在其上進(jìn)行集會(huì)或演出。此外，還應(yīng)對原結(jié)構(gòu)安全性進(jìn)行檢測鑒定，根據(jù)種植屋面的各層進(jìn)行重量預(yù)算，提交建筑設(shè)計(jì)單位或?qū)I(yè)部門核算承重。設(shè)計(jì)師計(jì)算荷載時(shí)，除屋面結(jié)構(gòu)荷載外，還要考慮種質(zhì)基質(zhì)的荷載、初栽植物荷重和植物生長期增加的可變荷載，以確保建筑物使用安全。

4.2 使用輕質(zhì)材料，減少單位壓強(qiáng)

土壤重量是屋頂菜園承重的重要組成部分。自然土壤容重較大，可達(dá)1000kg/m3，在屋頂承重范圍內(nèi)使用自然土壤難以保證足夠的根系生長空間，而輕質(zhì)營養(yǎng)土能在降低重量的基礎(chǔ)上解決這一關(guān)鍵問題。常用的輕基質(zhì)以草炭土、泥炭、腐殖土、珍珠巖、有機(jī)肥、椰糠、木屑、蛭石等為原料，按比例混合成疏松種植土壤。相關(guān)報(bào)道顯示，泥炭在干重時(shí)是普通土壤重的18%～20%，濕重是普通土壤重量的33%，如果建造屋頂花園時(shí)100%用泥炭，可減輕2/3～3/4的靜荷載。除種植土外，在保證強(qiáng)度的基礎(chǔ)上還應(yīng)選擇輕質(zhì)建筑磚、輕型混凝土、鋁材、木、竹、玻璃鋼等輕型材料降低屋面承重。設(shè)施布置上還需減少單位壓強(qiáng)，較重的景觀物或構(gòu)筑物需設(shè)置在承重墻體或梁、柱及廚房、衛(wèi)生間、樓梯間等一些較小開間上，以提高樓面單位承重能力。

4.3 排水和防水

排水及防水嚴(yán)重影響著建筑壽命，屋頂菜園澆水量大且次數(shù)頻繁，長期浸水將加大屋頂漏水風(fēng)險(xiǎn)。新建建筑有屋頂菜園建設(shè)計(jì)劃的，應(yīng)根據(jù)使用需求采用剛性防水的形式加強(qiáng)防水等級(jí)。根據(jù)2013年新修訂的《種植屋面工程技術(shù)規(guī)程（JGJ155-2013）》要求，種植屋面防水層必須滿足一級(jí)防水等級(jí)設(shè)防要求，不少于兩道材料相容、相鄰設(shè)置的防水設(shè)防，上道應(yīng)為耐根穿刺防水材料。例如可采用4mm厚SBS改性瀝青耐根穿刺防水卷材與2mm厚SBS改性瀝青熱熔膠涂層復(fù)合，構(gòu)成雙層防水屏障。如此設(shè)置的主要原因是植物根具有追水特點(diǎn)，為防止耐根穿刺層破損后水繼續(xù)擴(kuò)散，造成大面積根穿刺，兩道防水層應(yīng)相鄰鋪設(shè)，可起到協(xié)防作用。此外，良好的排水處理能進(jìn)一步降低積水威脅及緩解防水壓力（圖6～7）。在舊式建筑加裝構(gòu)筑設(shè)施時(shí)應(yīng)特別注意避免破壞防水層，并優(yōu)先考慮將支撐、連接的受力點(diǎn)設(shè)置在墻體或其余構(gòu)筑物中。

4.4 自動(dòng)噴灌系統(tǒng)

“城市農(nóng)夫”難以按時(shí)澆水，且屋頂高溫、風(fēng)大、陽光猛烈等環(huán)境進(jìn)一步加速蔬菜瓜果的失水。因此，配備自動(dòng)噴灌系統(tǒng)顯得尤為必要（圖8）。自動(dòng)噴灌設(shè)備可在原有噴灌設(shè)備中加入土壤含水量監(jiān)測裝置，依其信息控制控水閥，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)補(bǔ)水。建設(shè)灌溉系統(tǒng)還需進(jìn)一步測算水壓，水壓不足時(shí)應(yīng)增設(shè)增壓泵。隨著科技的發(fā)展，更多新式的自動(dòng)噴灌系統(tǒng)不斷被研發(fā)，例如：現(xiàn)已有利用傳感器技術(shù)實(shí)時(shí)采集空氣溫濕度、土壤水分和光照度等多方面環(huán)境因子，經(jīng)單片機(jī)處理控制執(zhí)行器進(jìn)行自動(dòng)噴灌。

4.5 防風(fēng)處理

現(xiàn)代建筑的防風(fēng)重點(diǎn)放在附著物如廣告、頂層公共空間以及空調(diào)外機(jī)等的管理上，避免大風(fēng)時(shí)出現(xiàn)高空墜物事件。屋頂菜園有大量零散設(shè)備，如發(fā)生高空墜物會(huì)嚴(yán)重威脅城市安全。屋頂菜園中零散設(shè)備應(yīng)及時(shí)歸人工具房，適當(dāng)加高女兒墻的高度，修建大棚、溫室等設(shè)施必須加大鋼骨架的鋼材厚度，并采用膨脹螺絲等高強(qiáng)度固定方式，如條件許可應(yīng)在建筑修建時(shí)與建筑設(shè)計(jì)單位及時(shí)溝通，將基礎(chǔ)及預(yù)埋設(shè)施提前預(yù)埋混凝土中。同時(shí)，在華南地區(qū)這類臺(tái)風(fēng)盛行區(qū)域，宜適當(dāng)調(diào)高抗風(fēng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，并進(jìn)行抗風(fēng)力核算。

5 前景及發(fā)展趨勢

當(dāng)前，新式建筑無論從承重能力，排水防水等級(jí)、防風(fēng)固定等級(jí)、水電供應(yīng)條件等均明顯提高，伴隨雨水回收系統(tǒng)、新型管材、無土栽培、營養(yǎng)液栽培、高標(biāo)準(zhǔn)大棚和可調(diào)控溫室等技術(shù)的逐步引入，可以預(yù)見在不久的將來，屋頂畜牧業(yè)的迅速發(fā)展，諸如反季節(jié)栽培及跨區(qū)域蔬菜種植等的實(shí)現(xiàn)必將進(jìn)一步增強(qiáng)屋頂菜園的活力。