■ 朱振宇

科技應(yīng)用

屋頂空間利用和開發(fā)

■ 朱振宇

隨著新技術(shù)，新材料，新理念的延伸，屋頂空間不再局限于簡單地使用和美觀，在建筑師天馬行空的想象中，屋頂以多功能、多層次、多變化的模式與城市發(fā)展對接，在綜合、立體使用等方面賦予屋頂新的時代語言。

新時期給建筑師提出的新任務(wù)，就是要設(shè)計出參與式、互動式、體驗式、消費式，兼具城市生活與形象的新模式，使屋頂空間成為具有生態(tài)價值、社會價值和經(jīng)濟價值的新載體。

一、屋頂景觀綠化的要點與形式

（一）屋頂綠化首要是承重

1．上世紀 90 年代以前的小區(qū)屋頂荷載差

從設(shè)計上看，20 世紀 90 年代以前的樓房構(gòu)造體系不安全，大部分磚混結(jié)構(gòu)抗震能力都差，預(yù)制板嵌入墻體長度不夠，墻體采用空斗墻，樓板為簡易空心預(yù)制板、砌筑砂漿強度等級很低，施工質(zhì)量差。因為要趕進度又沒有監(jiān)管，使得房屋普遍存在砌筑砂漿及抹灰質(zhì)量差，混凝土因減骨料導(dǎo)致鋼筋銹蝕等隱患，加之房屋使用不當，尤其是人為拆改墻體，和簡易預(yù)制板的應(yīng)用，使屋頂承重普遍小于 200/ 平米的標準。了解這些問題，對我們屋頂綠化的實際操作有一定的指導(dǎo)意義。以簡約式綠化為例，綠化最基本的要求要鋪設(shè)防水層、耐根穿刺層、排水層、基質(zhì)層、植物種植槽等。以基質(zhì)為例，如果在 90 年代以前的屋頂用營養(yǎng)土為基質(zhì)滿鋪，4.21厘米的基質(zhì)層已經(jīng)達到房屋極限，這些靜態(tài)荷載的總重不能超過 100 斤 /平方米，加上灌水、人、動物、植物生長等一系列動態(tài)荷載，在考慮高層風，土壤如何保熵情，營養(yǎng)流失等種植條件后，所有承重以不超過 150 斤 / 平方米最為安全。

2000 年以后的建筑，根據(jù)北京市屋頂綠化規(guī)范要求在綠化面積占綠化屋頂面積≥ 90% 時，就要根據(jù)屋頂?shù)暮奢d，計算混凝土、砂漿、豆石、青石板等施工材料的重量和一次性接納游人的數(shù)量，靜態(tài)荷載應(yīng)大于等于 100 公斤 / 平方米不能再多。也就是說凡是我們能上去的屋頂空間，其承重平均為 150 公斤 / 平方米，基質(zhì)層 1～1.5/ 每立方米，那么，基質(zhì)層厚度在15厘米的時候即達到極限屋頂荷載。

2．屋頂綠化關(guān)鍵是防水

屋頂空間綠化另一個重點是屋頂必須進行二次防水處理，90年前的小區(qū)防水普遍使用瀝青卷材，安全壽命為一年到二年。如果要搞屋頂綠化，一定要考慮防水，按北京市屋頂綠化規(guī)范要求，屋頂綠化防水層要采取二道防水層施工工藝，一道再生橡膠軟膜或聚氨酯膜打底防植物根系穿刺，二道防水主要是防滲漏，其標準必須達到 GC50345-2004《屋面工程技術(shù)規(guī)范》一級防水要求，老舊小區(qū)對所有加之屋頂?shù)牟馁|(zhì)最基本的要求就是荷載輕、無積水。

（二）屋頂綠化形式

1．屋頂綠化（簡約式綠化）

屋頂綠化是一種特殊的，從地面向空間拓展的綠化形式，最大的好處是能減少夏季直接作用于屋頂表面的熱輻射，降低室內(nèi)溫度，通過儲存雨水、自然通風、屋頂綠化等方式，使頂層居室環(huán)境提高舒適度的同時達到節(jié)能環(huán)保。

屋頂綠化在國際上的定義為一切脫離了自然土壤接觸的種植技術(shù)，是人們根據(jù)屋頂?shù)慕ㄖ?gòu)造、荷載和屋頂環(huán)境，選擇與之相匹配的植物，通過人為干涉、培育在建筑物的頂部營造綠色景觀的形式。對擴大城市綠化面積，調(diào)節(jié)城市氣候，緩解城市熱島效應(yīng)，降塵、降噪以及調(diào)節(jié)人們的心理都有極其重要的作用。同時，以等面積的綠化來償還建筑物所占的地面，在保持建筑內(nèi)部溫度的同時，還能減少極端高溫和極端低溫的產(chǎn)生，建立可持續(xù)發(fā)展的屋頂綠化，對提高城市綠化面積無疑是一個好的范例。

節(jié)能是屋頂綠化的主要動力，在城市熱島效應(yīng)帶來環(huán)境災(zāi)害的今天，綠化屋頂由政府推動已提上日程。近年來我國很多城市在夏季都出現(xiàn) 40℃以上的高溫天氣，且出現(xiàn)的頻率及范圍呈遞增趨勢。與自然不同的是，城市建筑物與道路的熱容量極大，它們白天吸收熱量夜間釋放回大氣，是熱島效應(yīng)的直接成因。而屋頂所用的建筑水泥、瀝青以及磚石的吸熱性與城市道路近似，因此，每一個屋頂就好比一塊人工沙漠，對頂層居民的居室在加熱和冷卻方面有強調(diào)作用。因此，屋頂綠化不僅可以減少屋頂?shù)膬嵝?yīng)，對改善室內(nèi)能耗也有相當大的作用。1996 年，國家出臺了民用建筑節(jié)能設(shè)計規(guī)范明確規(guī)定屋頂?shù)膫鳠嵯禂?shù)當小于等于4層時，小于 0.4，說明我國很早就意識到用法律條文來強制實行建筑的節(jié)能環(huán)保。

一線城市屋頂面積大部分占城市總面積的 40%以上，設(shè)若我們在屋頂建造簡約、半簡約的人工濕地，耗水量是巨大的，可達到森林的4倍，草地的8倍。但耗水量越大蒸騰作用和光合作用越大，降溫、產(chǎn)生氧氣的能力就越大，相當于將沙漠直接變成濕地，其生態(tài)貢獻是可想而知的。

2．屋頂農(nóng)場（半簡約式綠化）

屋頂農(nóng)場是把生產(chǎn)、食品安全、環(huán)保、生態(tài)、科普等有機覆蓋的新技術(shù)，是一種多功能、持久減少土壤蒸發(fā)降低霧霾危害的有效措施，城市沙塵 81% 來自城市揚塵，利用屋頂空間種植作物使城市綠化達到 30% 時，可減少土壤侵蝕79%。研究表明綠色植物可以黏附塵埃，并通過雨水附著于地表，既可以凈化環(huán)境又可以減少太陽輻射，調(diào)節(jié)氣溫，使夏季頂層居室高溫時室內(nèi)氣溫可以降低 5～6℃，冬季低溫時頂層居室室內(nèi)溫度可提高2～3℃。所以在屋頂種植農(nóng)作物，一方面提高了城市居民的生活質(zhì)量，讓城市居民多了一個休閑的去處，又能帶來一定的經(jīng)濟效益。

屋頂農(nóng)場對土壤要求較高，在安全荷載的基礎(chǔ)下，要考慮富含有機質(zhì)的土壤，利用改良土和超輕量基質(zhì)兩種類型為主，以改良土為例，主要材料配制比例，基質(zhì)濕容重一般為干容重的 1.2 倍～1.5 倍。也就是說，田園圖和輕質(zhì)骨料比1∶11200；輕砂壤土，腐殖土，珍珠巖，蛭石 2.5∶5∶2∶0.51100等等。最近流行一種中藥渣混合土基質(zhì)，因其微量元素含量和重量更輕，而且干凈、保水、保肥、價廉、無病蟲害，保熵性更好，得到屋頂農(nóng)場主的追捧。

屋頂農(nóng)場另一個問題是取水困難，由于屋頂上空的風力一般較之地面大，加上荷載的限制，農(nóng)作物不僅缺少地下水供給，種植土層薄且輕，讓屋頂所栽培的農(nóng)作物抗風性明顯小于地面上自然生長的農(nóng)作物。因而，在高空上種農(nóng)作物需要采取防風措施，還要解決好農(nóng)場灌溉問題，最好采用滴灌、滲灌等灌溉系統(tǒng)。假如可能最好建立屋頂雨水和空調(diào)冷凝水的回收系統(tǒng)，按我國節(jié)水灌溉技術(shù)規(guī)范中說明，當北方大部分地區(qū)雨季平均降水量大于 250mm，采取措施集蓄雨水作為主要灌溉水源則是屋頂農(nóng)場完全可行的。也就是說，在施工初期，把塑料管直接布置在基質(zhì)下，用一個時控開關(guān)通過對電磁閥的控制，可根據(jù)天氣情況來設(shè)定滴灌頻率，讓水或養(yǎng)分通過管上滴頭送到作物根部進行局部灌溉，水的利用率可達到 95%。有了自動滴管系統(tǒng)，讓農(nóng)作物的管理事半功倍，直接給作物根部供水供養(yǎng)，最大程度地解決了作物水源問題。

屋頂綠化構(gòu)造

3．屋頂花園（綜合式綠化）

屋頂花園又叫集約式屋頂綠化，支持喬木、灌木、草皮等所有類型的植物生長，條件允許還能建一些水體。這種綠化可達性強，看上去也非常漂亮。但到今天為止，我們沒有看到真正意義上的屋頂花園，因為造園的假山、亭、廊、水體等造園語言因荷載限制只能少用或不用。如果我們可以恣意造園，那么，我們不僅要使用基本的造園符號，而且一定要理水，讓整個花園在茂密的植被下，池水布滿了綠葉和花朵，在七彩紛呈的天然隔熱屏障中，讓屋頂成為真正的花園。而不是像現(xiàn)在這樣用一些耐旱、矮化的樹木品種，利用顏色差異造出相對立體的屋頂空間。

一個比較成功的屋頂花園，除了要考慮綠化灌溉、排水、頂層建筑頂面防潮等問題，還要考慮建筑成本。利用發(fā)揮好屋頂花園這一特色，不僅可以形成城市屋頂視覺沖擊效果，也為人們提供了舒適的休息環(huán)境。

巨人網(wǎng)絡(luò)上?？偛繄@區(qū)里的主建筑是目前國內(nèi)最大面積的屋頂花園，該建筑屋頂綠化面積達 1.5 萬平方米，栽種了月見草、八寶景天等十幾種綠植，每到5月份就會出現(xiàn)“空中花海”的奇觀。

隨著高密度建筑的出現(xiàn)，城市屋頂花園已經(jīng)成為城市向空間拓展綠化的必由之路，人們認真把生態(tài)、經(jīng)濟、安全以及美觀綜合成一個適合屋頂空間利用的基本準則，是人性與文化在自然面前的最大誠意。

二、屋頂空間的公共使用

（一）屋頂運動空間

屋頂跑道、屋頂足球場、屋頂籃球場、屋頂乒乓球場、屋頂羽毛球場、屋頂網(wǎng)球場、屋頂空中泳池、屋頂陽光浴場等。作為比較集中的屋頂運動場，和傳統(tǒng)的運動場比較，更具有靈活性和自主性，從而變成了現(xiàn)代很多高密度城市的新選擇，孩子們也找到了游戲的場所。比如日本東京的某屋頂足球場，就是由高密度的商業(yè)中心的公共建筑的屋頂改造的，這一改造不僅增加了市民活動的場所空間，還增強了市民的參與程度，據(jù)說這個屋頂足球場，夏天半夜1點依然有人踢球。

屋頂泳池是目前最受歡迎的屋頂空間利用模式之一，它不但可以讓人感受到室外游泳的酣暢，還可以欣賞都市美景，世界上最大的屋頂游泳池是新加坡濱海灣金沙酒店的屋頂泳池，這個泳池大到足以容納三個足球場，需要三座摩天大樓才能將它支撐起來。它矗立在 650 英尺的空中，高達 55 層，在這里你可以俯瞰新加坡。

（二）屋頂酒吧

在城市休閑的理念下，屋頂空間的基本設(shè)計要素也在發(fā)生轉(zhuǎn)變。結(jié)合不同的屋頂空間，設(shè)計原則以營造扣人心弦的感情空間為主。

屋頂空間還可以看作城市里一個巨大的但沒有來得及利用的資源，如果屋頂荷載足夠，可以規(guī)劃為休閑場所，這樣可以避免人們在公共綠地中的一些破壞行為，在一塊相對安全的綠地中休憩，給使用者也增加了安全感。在這種構(gòu)思中，屋頂酒吧、屋頂餐廳、屋頂茶社、屋頂散步等一系列設(shè)計營運而生，最普遍的是屋頂酒吧。

上海斯沃琪和平飯店藝術(shù)中心有一個時髦前衛(wèi)的涼臺，其實是上海的第一個屋頂酒吧，盡管從 1908 年營業(yè)到現(xiàn)在經(jīng)過了多次修繕，但是作為老上海代表的那部分被完整地保留了下來。

Flair 在麗思卡爾頓酒店的第 58 層，是上海地標性建筑，也是一個融江景和東方明珠于一體的屋頂露臺酒吧。

這兩個屋頂酒吧的設(shè)計都引入了室內(nèi)設(shè)計元素，所有的戶外空間都被作為室內(nèi)空間的補償和延展，酒吧用最樸素的外觀融入周邊自然的景致，意在打造親近的空間，讓人們在工作之余，能夠在家人親密的陪伴親近中，享受燦爛的陽光和壯闊的風景帶來的快樂，讓享受自然美不再是一句空話。

三、屋頂?shù)男履茉蠢?/h2>

（一）屋頂能源開發(fā)

丹麥設(shè)計師英格斯設(shè)計的能源之塔，是一座在丹麥哥本哈根市中心的垃圾焚燒廠，同時也是市民滑雪攀巖休閑功能的城市公共空間。設(shè)計師賦予一個垃圾處理廠新的外衣，將消極建筑變?yōu)楦臃e極、美觀的建筑。

（二）特殊用途

除了景觀綠化、公共使用、能效利用和環(huán)保節(jié)能可以使屋頂空間這一資源得到良好的利用外，還有屋頂停車場、屋頂直升飛機起降臺、屋頂集水池等特殊用途也同樣可以有效使用屋頂空間。在當前，國外在商業(yè)建筑和辦公建筑的頂層廣泛應(yīng)用的屋頂停車場，就非常科學有效地使用了屋頂空間。

（三）光伏發(fā)電

光伏發(fā)電是利用半導(dǎo)體界面將光能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿募夹g(shù)?，F(xiàn)代工藝主要由透明光伏玻璃和光伏瓷磚等一系列戶外產(chǎn)品加控制器與逆變器三大部分組成。這些新材料新技術(shù)能在減少室內(nèi)太陽輻射的同時產(chǎn)生能量。

太陽能是可再生能源，在屋頂做分布式光伏發(fā)電項目非常方便，只要計算好荷載、用電負荷，考慮好屋頂面積和朝向以及材質(zhì)和使用壽命，施工基本就算完成一半了。以某家庭屋頂光伏發(fā)電為例，屋頂面積 150 米，投資 12.4 萬元，采用模塊組合蓄電池組安裝，這種模式有國家政策扶持，且因其自放電率低，使用壽命長，高強度放電和優(yōu)異的充電效率，每平米發(fā)電 100～130 瓦，后期維護費用低廉，工作溫度范圍寬，投入一次能穩(wěn)定運行 25年左右。

我國大部分平頂屋頂都灌注過瀝青，瀝青能反射更多的熱量，讓太陽能板比草皮上溫度更高，從而增加了電流產(chǎn)出。反過來架空太陽能板為遮擋使綠色植物有了較寬松的生長空間，在同一個屋頂上綠色植物和太陽能板有互補共生。

四、結(jié)語

屋頂?shù)脑倮檬浅鞘谐砷L的新構(gòu)想，以現(xiàn)代技術(shù)為依據(jù)，在錯綜復(fù)雜的城市建設(shè)中，通過創(chuàng)造空中平臺，為城市帶來可觀的綠色資源，即向高處發(fā)展。這項研究實踐在我國已持續(xù)數(shù)年，許多可行性措施使屋頂綠化的各個元素得到清晰表達?，F(xiàn)在的屋頂空間在采光、絕熱、隔聲等方面有著一系列不同提案來表達，盡管如此，他們卻能夠在建筑整體方案中相互協(xié)調(diào)，生態(tài)住宅在空氣、溫度、寧靜、和家庭公共服務(wù)的原則下得到完美的闡釋，不同大小、不同檔次的屋頂空間利用將為城市做出完美的示范。

（作者單位：中旭建筑設(shè)計有限責任公司）