董楠楠 吳靜 石鴻 任震

2017年3月，國(guó)務(wù)院參事、中國(guó)城市科學(xué)研究會(huì)理事長(zhǎng)仇保興提出了“立體園林”的重要性與其功能，指出立體園林是高密度城市中改善城市景觀和提高生態(tài)多樣性的有效途徑，是新時(shí)期生態(tài)文明建設(shè)實(shí)施的重要舉措。高密度城市中，城市地面綠地減少，促使綠化向立體空間延伸，屋頂綠化成為增加城市綠化覆蓋率、緩解城市能源和生態(tài)環(huán)境問題的有效措施之一[1-2]。屋頂綠化具有改善城市熱環(huán)境、緩解城市雨洪問題[3]、保護(hù)城市生物多樣性、美化城市等環(huán)境效能[4-5]，同時(shí)研究表明，城市綠色空間降低城市室外溫度的效能作用對(duì)居民健康具有積極影響[6]。

1 SCI文獻(xiàn)的研究方向隨時(shí)間的變化The research area of SCI literature changes over time

2 文獻(xiàn)關(guān)鍵詞數(shù)量分布The quantitative distribution of keywords

3 研究性設(shè)計(jì)的閉合流程圖The closed flow chart for research-oriented design

4 基于效能的風(fēng)景園林全生命周期設(shè)計(jì)流程The life cycle design process of landscape architecture based on environmental efficiency

屋頂綠化建筑節(jié)能、改善城市微氣候等環(huán)境效能與建筑周圍的物理環(huán)境和氣候條件有較強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性[7-8]。為使屋頂綠化更易于適應(yīng)復(fù)雜的城市環(huán)境并盡可能地提升其環(huán)境效能，在屋頂綠化方案設(shè)計(jì)時(shí)引入了研究性的設(shè)計(jì)方法。

1 屋頂綠化研究性設(shè)計(jì)

1.1 研究性設(shè)計(jì)

研究性設(shè)計(jì)是一種借鑒科學(xué)研究模式去完成屋頂綠化設(shè)計(jì)的方法，強(qiáng)調(diào)設(shè)計(jì)過程的邏輯性、合理性[9]。屋頂綠化的研究性設(shè)計(jì)對(duì)于多專業(yè)交叉，尤其是生態(tài)、環(huán)境與工程科學(xué)的交叉提出了較高的要求。

筆者借助科學(xué)引文索引（SCI）數(shù)據(jù)庫(kù)，使用主題詞“green roof”“roof garden”“vertical greenery”“green facade”，檢索國(guó)際上發(fā)表的屋頂綠化英文文獻(xiàn)，文獻(xiàn)分析結(jié)果表明，當(dāng)前屋頂綠化技術(shù)主要依托生態(tài)環(huán)境學(xué)、工程技術(shù)、農(nóng)學(xué)等學(xué)科平臺(tái)，反映出當(dāng)前國(guó)際實(shí)踐前沿領(lǐng)域?qū)τ诔鞘猩鷳B(tài)、綠色技術(shù)和都市農(nóng)業(yè)發(fā)展方向的巨大關(guān)注。

隨著屋頂綠化的廣泛實(shí)踐，工程技術(shù)趨于成熟，對(duì)屋頂綠化的研究重點(diǎn)逐漸轉(zhuǎn)向環(huán)境效能（圖1）。近幾年的研究主題集中于屋頂綠化的環(huán)境效益（圖2），如熱舒適、雨洪調(diào)節(jié)、雨水循環(huán)利用、太陽能利用、生物多樣性等。因此，以提高屋頂綠化環(huán)境效能為目的進(jìn)行研究性設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)基于研究熱點(diǎn)，在屋頂綠化的全生命周期基礎(chǔ)上，加入環(huán)境效能的科學(xué)分析，形成“預(yù)研究、深化設(shè)計(jì)、效能評(píng)估”的設(shè)計(jì)閉環(huán)流程（圖3）。

1.2 全生命周期評(píng)價(jià)

屋頂綠化全生命周期評(píng)價(jià)是以控制成本、提高效益為目的，以全生命周期優(yōu)化理論和方法為主要依據(jù)，協(xié)調(diào)組合項(xiàng)目各種要素，實(shí)現(xiàn)增加屋頂綠化的環(huán)境效益以補(bǔ)償成本[10]。筆者將屋頂綠化項(xiàng)目的全生命周期過程分為初步方案設(shè)計(jì)、深化設(shè)計(jì)、施工、維護(hù)管理和效能評(píng)估5個(gè)階段，在初步方案設(shè)計(jì)階段充分考慮并利用環(huán)境因素，確保施工和運(yùn)行維護(hù)過程中對(duì)建筑的影響最小，屋頂綠化的活動(dòng)空間和種植區(qū)布局合理，以及運(yùn)行階段的環(huán)境效能盡可能高。

眾多研究表明，屋頂綠化可以延長(zhǎng)屋頂壽命[11-12]，一般認(rèn)為，綠屋頂?shù)钠骄鶋勖莻鹘y(tǒng)屋頂?shù)膬杀禰12]22。國(guó)外研究一般將綠屋頂?shù)娜芷诩俣?0～50年，如Susana Saiz[13]、Sproul Julian[12]22、Nyuk Hien Wong[14]等以40～50年為屋頂綠化的全生命周期，分析其經(jīng)濟(jì)效益。筆者取其綜合水平，假定綠屋頂?shù)娜芷跒?0年，以分析評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)方案中綠屋頂?shù)沫h(huán)境效能和綜合成本。

2 研究性設(shè)計(jì)方法

方案設(shè)計(jì)階段，在效能層面進(jìn)行的現(xiàn)狀分析能合理指導(dǎo)初步方案設(shè)計(jì)和方案優(yōu)化。經(jīng)過修正之后，得到盡可能最優(yōu)的初步方案，為后續(xù)的詳細(xì)設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)（圖4）。

2.1 預(yù)研究

預(yù)研究是在掌握設(shè)計(jì)建筑屋頂情況之后，對(duì)設(shè)計(jì)中的限制條件做出專項(xiàng)研究與分析，進(jìn)而提出解決方案的過程。屋頂?shù)牧⒌貤l件是決定屋頂綠化功能分區(qū)和植物選擇的限制因素。與地面綠化相比，屋頂綠化除了景觀和植物栽植外，還需考慮屋面荷載和防水、排水等設(shè)計(jì)施工[15-16]，和防風(fēng)固定、日照、灌溉等植物生長(zhǎng)環(huán)境等問題。在確定屋頂荷載和屋面防水滿足建設(shè)要求后，利用軟件模擬建筑屋頂物理環(huán)境，以指導(dǎo)屋頂綠化的植物分區(qū)和景觀布局。

2.1.1 場(chǎng)地現(xiàn)狀分析

1）屋面荷載。預(yù)先調(diào)查或測(cè)試建筑屋頂荷載，根據(jù)屋面荷載，將屋頂綠化類型分為草坪式、花園式和組合式。精確計(jì)算出屋頂綠化所增加的荷載值，包括屋頂綠化防水層、排（蓄）水層、過濾層、種植基質(zhì)和植被層[17]。此外，還須注意植物生長(zhǎng)所增加的荷載，降雨后屋頂綠化蓄水所增加的荷載，以及上人后增加的荷載等。

2）屋面防水。屋面防水是決定屋頂綠化成敗的至關(guān)重要的因素。一旦屋頂發(fā)生滲漏，則會(huì)直接影響建筑安全。根據(jù)《種植屋面工程技術(shù)規(guī)程》（JGJ155—2013）和《屋面工程技術(shù)規(guī)范》（GB50345—2012），屋頂綠化防水層應(yīng)滿足一級(jí)防水設(shè)防要求，且需進(jìn)行二次防水處理，即在普通防水層基礎(chǔ)上增加耐根穿刺防水層。

2.1.2 初步方案設(shè)計(jì)

1）風(fēng)環(huán)境模擬。風(fēng)速與屋頂?shù)奈恢门c其周圍環(huán)境有關(guān)，尤其是屋頂?shù)倪吘壓臀蓓數(shù)慕锹洌率咕植繀^(qū)域的風(fēng)力分布相差大，植物受風(fēng)的影響程度相差也較為懸殊。通過模擬屋頂風(fēng)環(huán)境，得知空間整體或某區(qū)域的風(fēng)環(huán)境條件，從而合理地進(jìn)行植物配置（如風(fēng)速大的地方不宜栽種易倒伏或淺根系植物，或者栽種抗風(fēng)性強(qiáng)的植物等），以及合理地組織功能空間（如避免使用者在體感不舒適的區(qū)域停留，或者通過設(shè)計(jì)擋風(fēng)/引風(fēng)等）。

2）日照模擬。日照是影響植物生長(zhǎng)的重要因素。光照強(qiáng)度和光周期深刻影響著植物的生長(zhǎng)發(fā)育，根據(jù)屋頂光照條件合理選擇植物類型，包括陽性植物、陰性植物和耐陰植物[18]。部分屋頂位于高層建筑屋頂，直接暴露在日照環(huán)境中；有些屋頂位于低、多層建筑或裙樓之上，與周邊建筑鄰近，日照時(shí)數(shù)有限。通過日照模擬，得出屋頂不同時(shí)節(jié)中日平均輻射情況，指導(dǎo)種植空間布局和植物種類選擇（如在相應(yīng)的位置選擇喜陽/耐陰植物），以及安排活動(dòng)空間功能（如避免使用者在烈日下暴曬，或設(shè)計(jì)遮陰設(shè)施）。此外，通過對(duì)日照模擬分析，可直接利用陽光進(jìn)行造景設(shè)計(jì)。

2.2 深化設(shè)計(jì)

深化設(shè)計(jì)是在基于現(xiàn)狀和景觀布局之上，對(duì)景觀元素細(xì)節(jié)進(jìn)行專項(xiàng)設(shè)計(jì)。除關(guān)注工程上的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)、保證方案的合理性和實(shí)施性以外，還要從環(huán)境效能出發(fā)，考慮屋頂綠化對(duì)城市生態(tài)的改善作用，并進(jìn)行水系統(tǒng)設(shè)計(jì)、種植設(shè)計(jì)和建筑節(jié)能設(shè)計(jì)等專項(xiàng)設(shè)計(jì)。

2.2.1 建筑節(jié)能設(shè)計(jì)

綠屋頂由于其基質(zhì)層和植物的共同作用而具有保溫隔熱效果，從而降低了建筑能耗?；|(zhì)層厚度和植物的葉面積指數(shù)是影響節(jié)能效果的主要因素，通過屋頂種植設(shè)計(jì)，選擇適宜的植物、增加土壤厚度，有利于提高建筑的節(jié)能效果。此外，在屋頂上增加太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，可進(jìn)一步降低建筑的能耗。

2.2.2 雨洪調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)

屋頂綠化可吸收和滯留部分雨水，延遲雨水在地面的匯聚時(shí)間，從而減少城市管網(wǎng)的瞬時(shí)徑流壓力。根據(jù)所在地區(qū)的降水?dāng)?shù)據(jù)和屋頂?shù)呐潘到y(tǒng)模擬屋頂?shù)慕邓獜搅髂Ｐ?，基于模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行合理的鋪地設(shè)計(jì)和種植設(shè)計(jì)，加強(qiáng)屋頂綠化對(duì)雨水的截留作用。除此之外，利用豎向設(shè)計(jì)引導(dǎo)屋面徑流，可提高排水效率；完善蓄排水系統(tǒng)，可使屋面雨水能有效地循環(huán)再利用。

2.2.3 生物多樣性設(shè)計(jì)

城市化是生物多樣性降低、外來物種入侵和本地物種滅絕的重要原因，城市的快速發(fā)展改變了生物多樣性的分布格局和功能。在深化設(shè)計(jì)階段，綜合考慮建筑高度、灌草面積、綠化開放度、植物復(fù)雜性等[19]，結(jié)合屋頂綠化的立地條件分析研究與效能研究，搭配適宜的植物種類，建造屋頂綠化，擴(kuò)大潛在棲息地并加強(qiáng)其連通性，以便于最大限度地提高屋頂綠化的生物多樣性。

2.3 效能評(píng)估

效能評(píng)估是景觀可持續(xù)的一個(gè)環(huán)節(jié)，是檢驗(yàn)設(shè)計(jì)目標(biāo)效能優(yōu)化結(jié)果的步驟，是對(duì)景觀更新設(shè)計(jì)的前期分析。在屋頂綠化建成之后，利用模擬或?qū)崪y(cè)手段評(píng)估屋頂綠化的環(huán)境效能，如調(diào)節(jié)雨洪、改善城市微氣候、建筑節(jié)能等，評(píng)估結(jié)果為后續(xù)的景觀植物更新與布局優(yōu)化提供依據(jù)。

3 同濟(jì)大學(xué)Joy Garden屋頂實(shí)驗(yàn)花園

3.1 案例簡(jiǎn)介

Joy Garden屋頂試驗(yàn)花園建成于2016年，是屋頂綠化研究性設(shè)計(jì)的實(shí)踐成果，其位于同濟(jì)大學(xué)南校區(qū)一棟3層建筑的屋頂（圖5），四周被高層建筑包圍，距離地面高度約11 m，地上一層為餐廳，地上二三層為商務(wù)辦公區(qū)。屋頂可使用面積為150 m2，長(zhǎng)23 m，最寬處8.22 m，最窄處4.47 m，形狀為不規(guī)則的長(zhǎng)方形（圖6）。

3.2 項(xiàng)目預(yù)研究

1）項(xiàng)目所在建筑屋頂為可上人屋頂，項(xiàng)目功能需求包括休憩活動(dòng)、教學(xué)參觀、實(shí)驗(yàn)研究等。根據(jù)荷載測(cè)試結(jié)果，其可建屋頂綠化類型包括組合式和草坪式。2）按照屋頂綠化相關(guān)規(guī)范要求來設(shè)計(jì)防水層、蓄排水層和過濾層等結(jié)構(gòu)層，在保證屋面防水和排水安全的前提下進(jìn)行屋頂花園的預(yù)研究，包括風(fēng)環(huán)境、日照條件模擬與其設(shè)計(jì)策略。3）基于預(yù)研究的設(shè)計(jì)策略初步設(shè)計(jì)出3個(gè)方案并進(jìn)行方案評(píng)價(jià)與決策。

3.2.1 風(fēng)環(huán)境模擬與設(shè)計(jì)策略

為了能夠精確了解屋頂?shù)娘L(fēng)環(huán)境，在設(shè)計(jì)之前利用WindPerfectDX軟件進(jìn)行風(fēng)環(huán)境模擬，還原現(xiàn)場(chǎng)條件。首先，對(duì)屋頂花園所在建筑圈定一個(gè)范圍，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)踏勘，將建筑實(shí)際的布局和高度反映到模型中（圖7），模型區(qū)域?yàn)?14 m×266 m×88 m（x，y，z），根據(jù)《綠色建筑評(píng)價(jià)技術(shù)細(xì)則（2015）》相關(guān)要求，確定模擬邊界計(jì)算尺寸為1 370 m×13 70 m×600 m（x，y，z），中心區(qū)域網(wǎng)格尺寸設(shè)置為2 m×2 m×1 m（x，y，z），網(wǎng)格數(shù)量超過500萬。上海屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，3—8月盛行東南風(fēng)，風(fēng)力普遍在3～5級(jí)，但也會(huì)受到沿海臺(tái)風(fēng)影響，風(fēng)力最大達(dá)到8級(jí)；9—10月盛行東北風(fēng)，風(fēng)力基本維持在3～5級(jí)。11月至次年2月盛行西北偏北風(fēng)，風(fēng)力約為3～6級(jí)。因此，利用WindPerfectDX模擬的區(qū)域最大風(fēng)速為17 m/s（8級(jí)），屋頂花園所處環(huán)境風(fēng)速均低于5 m/s，因此，以最大風(fēng)速5 m/s的西北風(fēng)模擬實(shí)際項(xiàng)目風(fēng)環(huán)境（圖8）。

屋頂風(fēng)環(huán)境模擬結(jié)果表明，周邊建筑對(duì)項(xiàng)目所在屋頂起到了擋風(fēng)墻的作用，特別是西側(cè)建筑于冬季阻擋了大部分西北風(fēng)。根據(jù)風(fēng)環(huán)境模擬結(jié)果，將西側(cè)作為使用者活動(dòng)區(qū)域（圖9），以便于最大限度地降低大風(fēng)對(duì)人的影響；屋頂其余區(qū)域則作為景觀種植區(qū)域。

3.2.2 日照模擬與設(shè)計(jì)策略

5 項(xiàng)目基本情況The basic situation of the project

6 項(xiàng)目屋頂輪廓平面圖The roof plan of the project

7 建筑布局模型Building layout model

8 區(qū)域風(fēng)速分布圖Regional wind speed distributing map

9 屋頂花園風(fēng)環(huán)境模擬與功能分區(qū)Wind environment simulation and functional division of roof garden

在風(fēng)環(huán)境模擬基礎(chǔ)條件下，利用Sketchup進(jìn)行日照模擬分析。春分、秋分、夏至和冬至是一年中日照發(fā)生變化的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，其中夏至和冬至分別代表了一年中日照時(shí)間最長(zhǎng)和最短的一天，因此利用Sketchup對(duì)2016年的春分、秋分、夏至和冬至進(jìn)行日照模擬，模擬時(shí)段設(shè)定為06：00—18：00（圖10）。

項(xiàng)目所在建筑均低于東西兩側(cè)的建筑，且建筑之間的間距較小，較大地影響了屋頂?shù)娜粘２晒?。根?jù)日照模擬結(jié)果將區(qū)域劃分為光照區(qū)和陰影區(qū)。結(jié)合風(fēng)環(huán)境模擬結(jié)果，將光照較好的區(qū)域作為活動(dòng)空間，種植設(shè)計(jì)時(shí)考慮喜陽植物，增加花園入口的色彩感；將光照不好的區(qū)域作為通行道路以及功能區(qū)，設(shè)置園路、工具箱等設(shè)施，種植設(shè)計(jì)時(shí)，考慮耐陰植物，保證區(qū)域的綠量和層次感。

3.2.3 方案評(píng)價(jià)與決策

結(jié)合屋頂風(fēng)環(huán)境和日照模擬結(jié)果，以及屋頂花園的功能性，將種植區(qū)域定為70 m2。一般而言，綠屋頂?shù)慕ㄖ?jié)能和雨水滯蓄作用等環(huán)境效能是基質(zhì)層和植被共同作用的結(jié)果，基于此，本文筆者初步設(shè)計(jì)出3種方案（圖11）。方案A：基質(zhì)層厚度達(dá)30 cm，種植植物以小灌木為主，輔以草本植物；方案B：基質(zhì)層厚度為18 cm，植物以草本為主，輔以宿根花卉；方案C：基質(zhì)層厚度為10 cm，主要種植景天科草本植物。

1）從屋頂荷載來看，3種方案的荷載由小到大依次為方案C＜方案B＜方案A。屋頂荷載安全是首要考慮的因素，考慮到屋頂花園的功能需求，方案A存在較大安全隱患，不符合項(xiàng)目實(shí)際需求。

2）從綠屋頂?shù)纳鷳B(tài)效益分析，增加基質(zhì)層厚度可有效延緩初始徑流時(shí)間和徑流洪峰峰值[20]、增加蓄水總量。據(jù)肖敏的研究結(jié)論[21]，當(dāng)土壤厚度小于30 cm時(shí)，隨著土壤厚度的增加，綠屋頂?shù)母魺峁?jié)能效果增加較為明顯，此外，灌木比草本類植物的隔熱降溫效果更好，其節(jié)能效果也更強(qiáng)。因此，3種方案的節(jié)能效果和雨水滯蓄性能由強(qiáng)到弱依次為：方案A＞方案B＞方案C。從生物多樣性考慮，方案B的植物種類和復(fù)雜性高于方案A和方案C。此外，方案B的觀賞性強(qiáng)于其余方案。

3）從全生命周期角度分析，方案A的建設(shè)成本稍高于方案B和方案C。方案B和方案C以草本植物為主，養(yǎng)護(hù)簡(jiǎn)單；方案A的植被為灌木，其需要投入更多的養(yǎng)護(hù)時(shí)間和成本。因此，綜合成本由高到低依次為方案A＞方案B≈方案C。上海尚未征收雨水排水費(fèi)，目前綠屋頂?shù)慕?jīng)濟(jì)效益主要為建筑節(jié)能效益，依次為方案A＞方案B＞方案C。

綜上所述，方案A的安全隱患較高，不適用于本項(xiàng)目；全生命周期內(nèi)方案B的環(huán)境效能高于方案C，且其觀賞性優(yōu)于方案C。因此，項(xiàng)目方案最終定為方案B。

3.3 項(xiàng)目深化設(shè)計(jì)

3.3.1 建筑節(jié)能設(shè)計(jì)

通過預(yù)研究的分析結(jié)果，梳理出初步設(shè)計(jì)方案（圖12）。為節(jié)約電能，該項(xiàng)目在屋頂安裝太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)。結(jié)合屋頂日照模擬結(jié)果，將其置于陽光最為充足的地方，以滿足屋頂花園的用電需求。

3.3.2 雨水滯蓄性能設(shè)計(jì)

由于屋頂花園處于建筑頂部，排水系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立，在深化設(shè)計(jì)中，對(duì)該屋頂花園的雨水收集和處理系統(tǒng)進(jìn)行了專項(xiàng)研究。為了實(shí)現(xiàn)屋頂花園雨水收集與再利用功能，通過場(chǎng)地調(diào)研，初步構(gòu)想雨水儲(chǔ)集箱的位置，并通過豎向設(shè)計(jì)控制屋頂分流和徑流方向，在雨水充沛的時(shí)候充分收集雨水，將多余的雨水通過建筑排水系統(tǒng)排走。利用SWMM（Storm Water Management Model）軟件模擬估算上海降雨條件下雨水收集系統(tǒng)的儲(chǔ)水量，從而合理設(shè)計(jì)儲(chǔ)水箱的尺寸。

10屋頂花園日照模擬結(jié)果Simulation results of sunshine in roof garden

11依據(jù)風(fēng)環(huán)境模擬和日照模擬結(jié)果初步設(shè)計(jì)的3種方案Three design schemes based on wind environment and sunshine simulation results

12屋頂花園初步設(shè)計(jì)方案Preliminary design of the roof garden

13 雨洪模擬SWMM of rainfall flood simulation

14熱成像儀的屋頂花園與周邊屋頂溫度對(duì)比圖Temperature comparison between the roof garden and surrounding roof under the thermography

根據(jù)初步方案的場(chǎng)地設(shè)計(jì)，將屋面按照下墊面材質(zhì)劃分為3個(gè)匯水區(qū)，在SWMM中建立雨水匯集模型，模擬屋頂花園匯水過程（圖13）。模擬的儲(chǔ)水箱深度約為0.9 m[蓄水曲線為Area=Depth(m)]。綜合考慮后，將蓄水的水箱體積定為1.5 m3（共3個(gè)儲(chǔ)水箱，每個(gè)儲(chǔ)水箱規(guī)格為1 m×1 m×0.5 m）。儲(chǔ)水箱和控制箱設(shè)置在室外一樓地面，集成雨水收集、凈化與再利用的自動(dòng)灌溉系統(tǒng)。

3.3.3 生物多樣性設(shè)計(jì)

為吸引蜜蜂蝴蝶等昆蟲，提高屋頂花園的生物多樣性，在方案B的基礎(chǔ)上增加蜜源植物，包括松果菊、藤本月季、波斯菊、風(fēng)車茉莉和八仙花，植物種類由原本的15種增加到20種。

3.4 項(xiàng)目效能評(píng)估

由于前期的預(yù)研究和深化設(shè)計(jì)，Joy Garden結(jié)構(gòu)布局合理，其建成2年多以來，植物適應(yīng)生長(zhǎng)良好，也便于進(jìn)一步評(píng)估其環(huán)境效能，包括調(diào)節(jié)熱環(huán)境、建筑節(jié)能和雨水滯蓄效能等。

3.4.1 調(diào)節(jié)屋頂熱環(huán)境

選擇上海夏天較為炎熱的一天（2017年7月22日）測(cè)量Joy Garden屋頂花園與周邊建筑的屋面溫度，熱像儀選用德國(guó)InfraTec品牌的VarioCAM?hr research科研專家型紅外熱像儀，其可監(jiān)測(cè)光譜范圍是7.5μm～14μm，測(cè)量溫度范圍是－40 ℃～1 200 ℃，當(dāng)監(jiān)測(cè)溫度在0～100 ℃時(shí)，精度為±0.15 K。監(jiān)測(cè)結(jié)果（圖14）表明，與周邊建筑屋面相比，Joy Garden屋頂花園降溫最高達(dá)12.49 ℃，綠化區(qū)域平均降溫10 ℃左右，非綠化區(qū)域仍比周圍屋面低約2 ℃～6 ℃，降溫效果明顯。3.4.2 建筑節(jié)能效益

He Yang等的研究表明，夏天室內(nèi)空調(diào)溫度設(shè)置為26℃時(shí)，上海市綠屋頂和普通屋頂平均熱流差為1.75 W/m[22]；冬季室內(nèi)空調(diào)溫度為24 ℃時(shí)，平均熱流差為22 W/m[23]。直接利用此結(jié)論，按式（1）和式（2）計(jì)算屋頂花園的建筑節(jié)能效益：

式中，Qh為節(jié)能量（W）；H為平均熱流差（W/m2）；A為綠化面積（m2）；t為每天空調(diào)開放時(shí)間（h）；Q為每天實(shí)際節(jié)約電能（W）；EER為空調(diào)能效比。假設(shè)制冷期為5月15日—9月15日，共124 d；取暖期為11月15日至次年3月15日，共121 d；空調(diào)每天開放時(shí)間12 h。根據(jù)《上海市居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（DGJ 08-205—2015），空調(diào)供冷額定能效比取3.1，供熱額定能效比取2.5，結(jié)合（1）和（2）計(jì)算所得，Joy Garden每年制冷期節(jié)約電能約58.8 kW·h，取暖期節(jié)約894.4 kW·h，全生命周期內(nèi)約節(jié)約電能達(dá)38.13 MW·h。

3.4.3 雨水滯蓄效能

根據(jù)國(guó)家氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)平臺(tái)提供的數(shù)據(jù)，上海市標(biāo)準(zhǔn)年降水量為1 192.59 mm。由于Joy Garden建立了雨水收集與循環(huán)利用系統(tǒng)，150 m2的屋頂匯集的雨水全部被收集利用，其每年可減少排放雨水約179 m3。

3.4.4 生物多樣性

Joy Garden建成一年多以來，已成功吸引過蜜蜂、蝴蝶等昆蟲。此外，屋頂花園的植物種類也有所增加，例如2019年春天增加了未曾種植過的油菜花，成功增加了屋頂花園的生物多樣性。

4 結(jié)論

屋頂綠化研究性設(shè)計(jì)建立于現(xiàn)狀分析和全生命周期的基礎(chǔ)之上。根據(jù)屋頂荷載確定屋頂綠化可實(shí)施的類型?；诃h(huán)境效能對(duì)屋頂花園進(jìn)行研究性設(shè)計(jì)，提升建筑節(jié)能效果、雨水滯蓄性能、環(huán)境熱舒適度、生物多樣性等環(huán)境效能，提高了屋頂空間使用的合理性和使用者的舒適度，保障植物良性生長(zhǎng)，降低后期維護(hù)難度?；谌芷谠u(píng)價(jià)設(shè)計(jì)方案，則有利于選擇出在滿足功能需求的前提下，同時(shí)獲得具有較高環(huán)境效能和經(jīng)濟(jì)性良好的方案。

屋頂綠化的研究性設(shè)計(jì)同樣有利于其后期的更新改造，如為了保證建筑安全性，Joy Garden移除了松果菊，以防止其根系破壞防水層；Joy Garden在后期增加了智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可實(shí)時(shí)查看屋頂花園的環(huán)境數(shù)據(jù)，有利于掌握植物的生長(zhǎng)狀態(tài)，便于及時(shí)對(duì)植物進(jìn)行灌溉、修剪等養(yǎng)護(hù)工作，且監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)也有助于分析評(píng)估屋頂花園的環(huán)境效能。

圖表來源(Sources of Figures)：

文中所有圖片均由作者自繪。