朱賽鴻，連天成，劉詩(shī)雨

河北工業(yè)大學(xué) 建筑與藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)院,天津 300401

聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署研究表明,一個(gè)城市70 %屋頂綠化率就意味著該城市上空的CO2含量下降80 %,可以緩解熱島效應(yīng)[1]與京津冀地區(qū)長(zhǎng)年以來(lái)的霧霾問(wèn)題,而花園式種植屋面無(wú)論是在住宅建筑或是在商業(yè)建筑上應(yīng)用,均可增加較大面積的活動(dòng)空間.

種植屋面可以補(bǔ)償被混凝土占據(jù)的城市透水下墊面,營(yíng)造一個(gè)宜居舒適的微氣候,吸附交通或是其他途徑產(chǎn)生的煙塵.左明明[2]對(duì)種植屋面的雨水滯蓄性的實(shí)驗(yàn)研究表明,種植屋面可延遲暴雨產(chǎn)流時(shí)間5 min～15 min,且對(duì)徑流削減量為15 %～40 %.種植屋面還可以提高建筑屋面的蓄熱性,降低建筑運(yùn)行能耗.戚奔[3]建立基質(zhì)層的數(shù)學(xué)模型并實(shí)測(cè),數(shù)據(jù)表明簡(jiǎn)單種植屋面夏季晴天基質(zhì)層深度為6 cm時(shí),基質(zhì)層表面熱流由73 W/m2降低至0 W/m2.實(shí)現(xiàn)種植屋面綠色效益的前提是保證種植屋面的可持續(xù)性,而目前京津冀地區(qū)種植屋面發(fā)展存在一些限制種植屋面可持續(xù)性的問(wèn)題,只有解決了這些問(wèn)題,才能更好地保證種植屋面的綠色生態(tài)效益.

1 調(diào)研信息評(píng)價(jià)

自1984年首次建設(shè)屋頂綠化以來(lái),北京已經(jīng)陸續(xù)推廣屋頂綠化150萬(wàn)m2.北京以及天津的“十二五”規(guī)劃也設(shè)計(jì)了種植屋面共150萬(wàn)m2.在這期間建設(shè)完成的種植屋面因技術(shù)不成熟、人員不專業(yè)、資金不充裕等原因,還存在諸多問(wèn)題.本文分別在北京朝陽(yáng)區(qū)華貿(mào)中心、天津泰達(dá)圖書(shū)館、河北省人民醫(yī)院醫(yī)技樓附近發(fā)放調(diào)研問(wèn)卷,該3棟建筑屋面均有種植屋面設(shè)計(jì).調(diào)研受眾為公建使用者、建筑周邊居民,調(diào)研問(wèn)卷共發(fā)放300份,回收234份,有效問(wèn)卷共計(jì)232份,調(diào)研內(nèi)容與調(diào)研統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1.

表1 種植屋面意愿及知識(shí)普及度調(diào)研

由表1可知,調(diào)研群體中大部分人雖然對(duì)種植屋面有所了解,但在種植屋面上進(jìn)行活動(dòng)的人卻不超過(guò)半數(shù),然而人們對(duì)種植屋面的好感以及在種植屋面上的活動(dòng)意愿都較為強(qiáng)烈,這說(shuō)明種植屋面提供可以承載人們活動(dòng)的功能十分必要.涉及到住宅購(gòu)買問(wèn)題時(shí),大部分人表示即便對(duì)種植屋面較為青睞,但隨種植屋面而增加的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)使他們難以接受,因此，提高經(jīng)濟(jì)效益對(duì)推廣種植屋面至關(guān)重要.

問(wèn)卷采用計(jì)分制評(píng)價(jià)種植屋面各項(xiàng)指標(biāo),10分即為滿分.由表2可見(jiàn)，大部分人對(duì)目前種植屋面的景觀效果不太滿意,其原因?yàn)橹参锓N類較為單一、色彩搭配不均衡、冬季景觀效果差、基礎(chǔ)設(shè)施較差、無(wú)娛樂(lè)服務(wù)設(shè)施、雨水回收等可持續(xù)發(fā)展措施,或者部分設(shè)施存在但不可用.對(duì)于環(huán)境改善方面,大部分人持認(rèn)同態(tài)度,均認(rèn)為種植屋面可有效改善建筑環(huán)境,包括空氣質(zhì)量、光環(huán)境質(zhì)量、熱舒適體驗(yàn)均有所改善.有許多居民認(rèn)為種植屋面改造或建設(shè)過(guò)程施工帶來(lái)的影響較大,其施工周期較長(zhǎng),噪音與氣味污染較為嚴(yán)重.在養(yǎng)護(hù)管理方面,大部分居民表示種植屋面在后期養(yǎng)護(hù)管理中問(wèn)題較大,不僅景觀效果受到了一定影響,甚至部分墻體也因植物生長(zhǎng)而龜裂.

表2 既有種植屋面評(píng)價(jià)調(diào)研Table 2 Investigation of existing planting roof evaluation

2 既有問(wèn)題分析

2.1 種植屋面構(gòu)造問(wèn)題

防水阻根層是保證屋頂花園實(shí)現(xiàn)的根本,可有效保護(hù)建筑第5立面——屋頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)安全；屋頂排(蓄)水層則是保證植物茂盛生長(zhǎng),實(shí)現(xiàn)屋頂花園“海綿”作用的基礎(chǔ).傳統(tǒng)種植屋面的構(gòu)造層數(shù)高達(dá)11層,不僅增大了建筑屋面荷載,而且后續(xù)如若結(jié)構(gòu)層損壞,維修成本較高,且養(yǎng)護(hù)過(guò)程較為復(fù)雜.

2.2 種植屋面雨水管理問(wèn)題

種植屋面的排水與蓄水功能是植物旺盛生長(zhǎng)的基礎(chǔ),也是種植屋面徑流削減功能的必要保障.目前京津冀地區(qū)大部分種植屋面排水層的雨水會(huì)直接排出建筑外,造成水資源的浪費(fèi),違背綠色建筑節(jié)水原則.

對(duì)于老舊屋面綠化改造,屋頂?shù)姆浪潘畼?gòu)造以及設(shè)施常常會(huì)在改造過(guò)程中被破壞.剛性防水層往往在一些種植屋面的改造中被當(dāng)做水泥地面使用,在其上進(jìn)行的景觀設(shè)計(jì)會(huì)洞穿防水層,且不能妥善保護(hù)剛性防水層的彈性填縫,導(dǎo)致原防水層被破壞,屋頂滲漏雨水.而既有建筑屋頂排水一般不能滿足種植屋面的排水需求,會(huì)引起排水管堵塞.

2.3 種植屋面植被設(shè)計(jì)問(wèn)題

京津冀地區(qū)種植屋面許多均為單一景天科地被植物,缺乏不同植物的交叉設(shè)計(jì),冬季屋面往往會(huì)過(guò)于蕭條清冷；其次植物層次較少,喜陰植物經(jīng)常會(huì)被暴曬,甚至死亡.例如北京市最高法院屋頂綠化，在冬季發(fā)揮的作用價(jià)值較低,其植被設(shè)計(jì)較為單一，應(yīng)更加豐富合理，如圖1所示.

圖1 北京市最高法院屋頂綠化Fig.1 Green roof of Beijing supreme court

3 設(shè)計(jì)策略研究

3.1 種植屋面構(gòu)造設(shè)計(jì)

針對(duì)種植屋面特點(diǎn),本文提出了如圖2所示的模塊式種植屋面構(gòu)造,將保溫層、防水層、耐穿刺防水層預(yù)制構(gòu)成防水阻根層,將雨水回收管道設(shè)計(jì)入屋頂排水層中,并將各個(gè)構(gòu)造層與植物板塊預(yù)制化,簡(jiǎn)化種植屋面的構(gòu)造層與安裝流程.尤其在裝配式建筑設(shè)計(jì)中,針對(duì)隔離過(guò)濾層可設(shè)計(jì)部分滑軌于其中,但應(yīng)注意隔離過(guò)濾層應(yīng)結(jié)合植物生長(zhǎng)層分布而設(shè)計(jì),控制其大小,方便抽出隔離過(guò)濾層清理更換.

圖2 種植屋面構(gòu)造Fig.2 Structure diagram of planted roof

需要特別注意的一點(diǎn)是,在女兒墻周圍種植植被時(shí),應(yīng)在女兒墻上貼附一層或數(shù)層聚乙烯泡沫塑料板等具有彈性的材料,防止女兒墻皸裂,破壞建筑結(jié)構(gòu),方便后期養(yǎng)護(hù)管理.

3.2 種植屋面雨水管理設(shè)計(jì)

雨水管理設(shè)計(jì)包括過(guò)濾凈化設(shè)計(jì)、雨水蓄留設(shè)計(jì)以及雨水循環(huán)設(shè)計(jì).雨水過(guò)濾凈化的關(guān)鍵在于隔離過(guò)濾層的設(shè)計(jì),排水層材料的設(shè)計(jì)也能起到輔助作用.種植屋面排水層應(yīng)采用多孔材料,例如陶粒和玻璃輕石等[4]多孔材料能為微生物的生長(zhǎng)提供適宜的空間環(huán)境,同時(shí)因淋溶作用而損失的土壤養(yǎng)分和污染物可被利用和分解,屋面徑流的二次污染將有效減少[5],具有較高生物適應(yīng)性及環(huán)境協(xié)調(diào)性.

在布里斯班水智慧城市改造項(xiàng)目中[6],以屋頂、墻面綠化和雨水花園等管理措施可保存雨水用于其植株的澆灌以及建筑本體的中水回收利用,也可用于屋頂花園的水景營(yíng)造使用.本文參考其中設(shè)計(jì),同時(shí)考慮了目前京津冀地區(qū)雨水管理的缺陷,總結(jié)了雨水循環(huán)流程，如圖3所示.

圖3 種植屋面雨水管理流程Fig.3 Flow chart of rainwater managementfor planted roof

另外,由于京津冀地區(qū)夏季多雨,應(yīng)增加種植屋面的排水坡度,其坡度應(yīng)大于2 %,而且女兒墻周邊應(yīng)有卵石緩沖帶,這樣方可滿足排水需求,達(dá)到不漏水、不滲水的要求.

3.3 種植屋面植被設(shè)計(jì)

種植屋面選擇植株種類的基本原則近乎一致：種植屋面與種植地面的最大區(qū)別在于種植屋面脫離了地面的大環(huán)境,植物生長(zhǎng)所需的營(yíng)養(yǎng)來(lái)源單一且微生物等分解者種類偏少,失去了地面的供給調(diào)節(jié)功能,并且屋頂太陽(yáng)光照度強(qiáng),風(fēng)速相對(duì)較大,空氣濕度變化幅度大,這一切使水分成為種植屋面植物生長(zhǎng)的關(guān)鍵性因素,抗旱性成為種植屋面植被的基本屬性[7],并且還應(yīng)具有良好的抗風(fēng)、抗瘠薄、耐鹽堿性.理想的種植屋面的植株還應(yīng)具有抗病、抗雜草、具備喜陽(yáng)、耐寒等特性,方便管理的同時(shí)也具備更好的生態(tài)效益與經(jīng)濟(jì)效益.

3.3.1 按季相配置景觀植物

四季不同變化的植物在不同季節(jié)能帶給屋頂花園不同的活力與魅力.對(duì)于花園式種植屋面,不同季節(jié)有不同的鮮花盛開(kāi),會(huì)使屋頂花園的美學(xué)價(jià)值得到較大提升.在設(shè)計(jì)之初,應(yīng)安排好不同類型鮮花花期的時(shí)間分布,使屋頂花園內(nèi)每個(gè)季節(jié)都有鮮花盛開(kāi).除考慮花期之外,還應(yīng)考慮景觀植物的組合配置,按不同植物所需營(yíng)養(yǎng)不同互補(bǔ)安排,讓不同花期的植物均科學(xué)合理的分布在屋頂花園中.如南方紅豆杉的枝條會(huì)隨季節(jié)變化而改變自身顏色,具備獨(dú)特的觀賞性.

京津冀地區(qū)冬季嚴(yán)寒、干燥,夏季炎熱且多雨,春季較為干旱,四季分明，其植物選擇方面應(yīng)首先傾向于適應(yīng)性強(qiáng)、易于成活且常綠的植物,例如冬青、竹類、矮化龍柏；可踩踏型的植株，如平民假儉草、結(jié)縷草和黑麥草交播,亦可實(shí)現(xiàn)四季常綠效果,可避免極端季節(jié)屋面出現(xiàn)過(guò)于蕭條的景象.

運(yùn)用季相理念設(shè)計(jì)花園式種植屋面時(shí),設(shè)計(jì)者與管理者也要豐富自身對(duì)植物的認(rèn)知,進(jìn)而使屋頂花園具備正向成長(zhǎng)性,隨著時(shí)間的推移慢慢發(fā)展,臻于完美.

3.3.2 按層次配置景觀植物

種植屋面設(shè)計(jì)中蘊(yùn)含較多景觀設(shè)計(jì)內(nèi)容,偏向于園林景觀設(shè)計(jì).層次感對(duì)于園林景觀設(shè)計(jì)極為重要,高低錯(cuò)落有致的景觀排列或組合是園林具備高級(jí)層次感的必要條件.實(shí)現(xiàn)層次感需要景觀設(shè)計(jì)專業(yè)在設(shè)計(jì)之初便于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與建筑設(shè)計(jì)相結(jié)合,從而用最經(jīng)濟(jì)的設(shè)計(jì)達(dá)到最好的效果.另外,種植屋面結(jié)合植物色彩設(shè)計(jì)時(shí),亦要重視植物的高矮粗細(xì),使其在顏色上循序變化,自然有致,在空間結(jié)構(gòu)上也高低有序,明暗分明[8].

種植屋面的空間構(gòu)成可以分為縱向空間與覆蓋空間兩部分,縱向空間構(gòu)成即植物的高低錯(cuò)落.海棠、大葉黃楊、金銀木、木槿等小喬木結(jié)合旅人蕉、琴葉珊瑚、劍麻、丁香等小型花灌木加上覆蓋屋頂?shù)姆鸺撞莼蛘咂胀ㄠl(xiāng)土植物可以構(gòu)成3個(gè)高低不同的層次.這種復(fù)合結(jié)構(gòu)的多層次植物群落不僅具備美學(xué)價(jià)值,而且更有利于減少空調(diào)能耗,夏季降溫效果強(qiáng)于單純的喬木+地被,更強(qiáng)于灌木+地被以及單純的景天科鋪設(shè)[9].

在屋頂起始條件平整且結(jié)構(gòu)可以承受的情況下,在女兒墻邊界設(shè)置樹(shù)箱以及景觀花池可以抬高種植基質(zhì),利用喬木、大型灌木來(lái)圍合花園空間.但注意應(yīng)予以固定,確保安全.例如，在其根部土層下使用塑料網(wǎng),可以擴(kuò)大樹(shù)木的根系固土作用；在樹(shù)木的根部,堆砌少量的石體,結(jié)合屋面地形,可以起到壓固根系的作用；還可以將樹(shù)木的主干綁扎起來(lái)成組組合[10].

臺(tái)階的局部設(shè)置可以營(yíng)造景觀微地形,在地形層面上便可實(shí)現(xiàn)高低有致的層次設(shè)計(jì)感.例如，首發(fā)大廈6層的花園式種植屋面營(yíng)造,四周的花池將覆土深度抬高,種植有美人梅、紫薇、木槿等小喬木與灌木,整個(gè)空間的綠化層次頗為豐富,在營(yíng)造出的局部微地形處還種植了絲蘭與油松,補(bǔ)充了冬季無(wú)花的缺點(diǎn),豐富了冬季的植物景觀效果[11].景觀微地形的設(shè)計(jì)還可以營(yíng)造陰陽(yáng)面,滿足各個(gè)植物獨(dú)特光照需求,防止植物曝曬死亡的情況發(fā)生.

3.3.3 鄉(xiāng)土地域植物優(yōu)先

優(yōu)先選用鄉(xiāng)土植物有較高經(jīng)濟(jì)效益.從種植屋面的全生命周期來(lái)看,跨地域運(yùn)輸是一筆高昂的初投資費(fèi)用,選用鄉(xiāng)土植物便可節(jié)省這筆費(fèi)用，且價(jià)格方面鄉(xiāng)土植物也占盡優(yōu)勢(shì).鄉(xiāng)土植物適應(yīng)本地氣候環(huán)境,方便帶土移植,能夠在種植屋面的栽培過(guò)程中大大增加其存活率,且能夠體現(xiàn)出較強(qiáng)的地域特色.

3.3.4 其他設(shè)計(jì)原則

統(tǒng)籌規(guī)劃種植屋面,將同一區(qū)域內(nèi)各建筑物的種植屋面的設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)一致,可拼湊成有利于弘揚(yáng)文化特征的圖案,或者設(shè)計(jì)成遙相呼應(yīng)的對(duì)稱形式等,能大幅增加城市景觀的可觀賞性與趣味性,在鳥(niǎo)瞰整個(gè)城市時(shí),能讓人們體會(huì)到該城市文化的魅力.總之，合理設(shè)計(jì)京津冀地區(qū)種植屋面是解決目前京津冀生態(tài)環(huán)境、人口密度問(wèn)題的重要手段.針對(duì)京津冀地區(qū)種植屋面現(xiàn)存的問(wèn)題，從多學(xué)科的角度總結(jié)設(shè)計(jì)策略如圖4所示.

圖4 種植屋面設(shè)計(jì)策略Fig.4 Planting roof design strategy

4 結(jié)語(yǔ)

種植屋面是減緩溫室效應(yīng)的有效措施，應(yīng)優(yōu)化其設(shè)計(jì)方法，科學(xué)推廣種植屋面.本文針對(duì)種植屋面構(gòu)造提出了預(yù)制化的理念，針對(duì)裝配式建筑創(chuàng)新性地設(shè)計(jì)了滑軌層,方便隔離過(guò)濾層以及各層養(yǎng)護(hù).推薦屋頂排水層使用多孔材料結(jié)合隔離過(guò)濾層設(shè)計(jì)以保證雨水凈化過(guò)濾效果.針對(duì)雨水蓄流與雨水循環(huán)問(wèn)題提出了相應(yīng)管理流程,更好地實(shí)現(xiàn)了種植屋面的節(jié)水功能.同時(shí)適應(yīng)性地提出了京津冀地區(qū)基質(zhì)層與植被設(shè)計(jì)方法,對(duì)解決目前京津冀地區(qū)的種植屋面問(wèn)題有較大的指導(dǎo)意義與現(xiàn)實(shí)意義,對(duì)其他種植屋面設(shè)計(jì)提供參考.