范曉煒

（福州市建筑設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司，福建 福州 350011）

0 引言

隨著城市化步伐的不斷加快，辦公建筑作為現(xiàn)代都市的標(biāo)志性建筑，其屋頂景觀花園設(shè)計(jì)日益受到人們的矚目。這些設(shè)計(jì)不僅為城市的天際線增添了綠意和活力，還在生態(tài)、節(jié)能和減排等方面發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。近年來，隨著生態(tài)理念的逐漸深入人心，辦公建筑屋頂景觀花園設(shè)計(jì)正朝著多元化、復(fù)合化的方向發(fā)展，設(shè)計(jì)手法和技術(shù)手段日新月異，旨在達(dá)到建筑與環(huán)境的和諧統(tǒng)一。時(shí)至今日，景觀花園設(shè)計(jì)已成為我國建筑學(xué)、園林學(xué)、生態(tài)學(xué)等多個(gè)學(xué)科交叉融合的研究熱點(diǎn)。許多學(xué)者圍繞這一主題進(jìn)行了深入的研究，并取得了豐碩的成果。文獻(xiàn)[1]作者何疏悅等分別從平面、色彩以及立體構(gòu)成角度，對(duì)城市屋頂生產(chǎn)性景觀設(shè)計(jì)展開著重分析，推進(jìn)生產(chǎn)性景觀種植設(shè)計(jì)的可持續(xù)性發(fā)展；文獻(xiàn)[2]作者劉建宏等在屋頂花園的景觀設(shè)計(jì)中引入耗能減震特性較高的粉土，在滿足屋頂花園環(huán)境綠化的同時(shí)達(dá)到減輕地震災(zāi)害目的；文獻(xiàn)[3]作者陳超淼將形態(tài)、材質(zhì)、色彩等視覺元素融入園林景觀設(shè)計(jì)中，可促使園林景觀達(dá)到更加美好的審美訴求和精神體驗(yàn)。盡管我國學(xué)者現(xiàn)有研究已經(jīng)取得了顯著的進(jìn)展，但在應(yīng)對(duì)城市化帶來的雨洪問題方面，仍顯得捉襟見肘。因此，本文引入雨水管理概念，旨在探索辦公建筑屋頂景觀花園設(shè)計(jì)在雨水利用與排放方面的創(chuàng)新策略，有望為未來的城市建設(shè)提供更加綠色、可持續(xù)的解決方案。

1 辦公建筑屋頂景觀花園設(shè)計(jì)

1.1 透水鋪裝

在辦公建筑屋頂景觀花園的設(shè)計(jì)過程中，構(gòu)建基礎(chǔ)設(shè)施的首要環(huán)節(jié)在于硬質(zhì)鋪裝的選擇與應(yīng)用，這不僅直接關(guān)系到整體景觀效果，而且是雨水管理策略中的核心組成部分[4]。如混凝土和石材等傳統(tǒng)硬質(zhì)鋪裝材料，盡管堅(jiān)固耐用，但缺乏雨水滲透性，這導(dǎo)致了雨水徑流的增加，加劇了城市洪澇風(fēng)險(xiǎn)。因此，在雨水管理概念下，本文選用了透水材料作為景觀花園的硬質(zhì)鋪裝設(shè)計(jì)原材料[5]。具體而言，在廣場(chǎng)區(qū)域，本文采用了透水混凝土鋪裝，透水混凝土是一種特殊的混凝土材料，由粗骨料、水泥、水和添加劑組成，其內(nèi)部含有大量連通孔隙，使得雨水能夠迅速滲透，通過精心設(shè)計(jì)孔隙率和骨料級(jí)配，透水混凝土在承受行人和輕型車輛通行的同時(shí)，有效減少了地表徑流；在道路鋪裝方面，本文選用了透水磚，透水磚是一種具有特殊結(jié)構(gòu)的多孔磚體，表面多孔，內(nèi)部存在相互連通的孔道，透水磚的鋪裝不僅提升了景觀效果，還能有效增加地表滲水面積，促進(jìn)雨水下滲；在游憩場(chǎng)地的鋪裝設(shè)計(jì)中，本文采用了透水型橡膠材料，透水型橡膠材料是一種由廢舊輪胎等橡膠制品經(jīng)破碎、加工后制成的環(huán)保型鋪裝材料，內(nèi)部含有大量空隙，具有良好的透水性和防滑性，透水型橡膠鋪裝為游憩活動(dòng)提供了安全舒適的場(chǎng)地，同時(shí)其透水性能有效減少了游憩場(chǎng)地因雨水積聚而造成的使用不便[6]。綜上所述，通過透水混凝土、透水磚和透水型橡膠等透水性材料的科學(xué)應(yīng)用，不僅可以提升景觀花園的生態(tài)功能和美學(xué)價(jià)值，而且能夠達(dá)到雨水的高效滲透、減少徑流目的。

1.2 植物配置

在辦公建筑屋頂景觀花園的設(shè)計(jì)過程中，植物配置占據(jù)了至關(guān)重要的地位，深刻影響著花園的視覺美感和生態(tài)功能的實(shí)現(xiàn)。鑒于屋頂環(huán)境的獨(dú)特性質(zhì)，如覆土深度有限、光照條件強(qiáng)烈以及承重能力限制等，在選擇辦公建筑屋頂景觀花園植物時(shí)，必須綜合考慮多種因素，以確保植物的順利生長[7]。這里本文選擇小喬木、灌木和地被植物等那些喜光、耐旱且根系較淺的植被來營造花園的植物景觀。這些植物不僅能夠很好地適應(yīng)屋頂?shù)纳L環(huán)境，還能有效減輕屋頂?shù)暮奢d壓力，同時(shí)提供豐富的視覺體驗(yàn)和生態(tài)功能。具體植物配置情況如表1 所示。

表1 建筑屋頂花園植物配置表

與此同時(shí)，為確保辦公建筑屋頂景觀花園的穩(wěn)定性，需要根據(jù)屋頂花園允許的荷載重量來確定種植層的厚度[8]。一般來說，種植層厚度的計(jì)算是一個(gè)復(fù)雜的過程，其涉及土壤重量、植物重量、硬質(zhì)鋪裝重量以及雨水管理系統(tǒng)重量等多個(gè)因素，具體計(jì)算公式如下式所示：

式中，H表示辦公建筑屋頂景觀花園的植物種植厚度；G1表示景觀花園土壤的重量；G2表示景觀花園植物的重量；G3表示景觀花園硬質(zhì)鋪裝的重量；G4表示景觀花園雨水管理系統(tǒng)的重量；F表示建筑屋頂允許荷載重量。根據(jù)式（1），本文可以在確保不超過屋頂承重能力的前提下，為植物提供一個(gè)良好的生長環(huán)境。最后，在實(shí)際的辦公建筑屋頂景觀花園的設(shè)計(jì)過程中，根據(jù)設(shè)計(jì)厚度將選擇的植物合理地配置在屋頂景觀花園中[9]，通過合理布局實(shí)現(xiàn)植物配置與屋頂花園的整體設(shè)計(jì)風(fēng)格相協(xié)調(diào)，以營造出和諧、美觀的景觀效果。

1.3 雨水管理

在辦公建筑屋頂景觀花園設(shè)計(jì)中，雨水管理的作用至關(guān)重要。作為城市綠色基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，辦公建筑屋頂景觀花園的雨水管理策略不僅關(guān)系到建筑本身的可持續(xù)性，而且直接影響到城市的生態(tài)環(huán)境以及居民的生活質(zhì)量[10]。在雨水管理概念下，本文通過集成運(yùn)用雨水收集、儲(chǔ)存、凈化和利用等技術(shù)手段，有效地實(shí)現(xiàn)對(duì)雨水的科學(xué)管理，進(jìn)而推動(dòng)雨水的循環(huán)利用，并降低城市洪澇災(zāi)害的發(fā)生概率。具體而言，本文采用雨水收集系統(tǒng)、雨水存儲(chǔ)箱、排水管道、凈化設(shè)施等設(shè)備進(jìn)行雨水管理[11]，示意圖如圖1 所示。

圖1 建筑屋頂景觀花園雨水管理系統(tǒng)示意圖

如圖1 所示，在整個(gè)辦公建筑屋頂景觀花園的雨水管理系統(tǒng)運(yùn)行過程中，屋頂花園內(nèi)設(shè)置的雨水收集系統(tǒng)是起始裝置，合理設(shè)計(jì)雨水收集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和容量，并綜合考慮雨水的均勻分布和防止堵塞等問題，可以有效地將雨水從屋頂景觀花園中匯集起來，并引導(dǎo)至地下儲(chǔ)存設(shè)施中，這種設(shè)計(jì)不僅減少了雨水徑流，緩解了城市排水系統(tǒng)的壓力，而且有助于緩解建筑屋頂?shù)挠晁鎯?chǔ)壓力。其次，為確保存儲(chǔ)的雨水可以從屋頂順利傳輸?shù)降乇碇?，本文設(shè)置了排水管道，合理設(shè)計(jì)排水管道的直徑、坡度、連接方式等參數(shù)，并綜合考慮防止?jié)B漏和堵塞的問題后，將屋頂雨水收集系統(tǒng)和建筑地下雨水收集系統(tǒng)連接在一起，即可將景觀花園內(nèi)部雨水順利引導(dǎo)至地下存儲(chǔ)設(shè)施中。最后，雨水凈化環(huán)節(jié)是保證雨水質(zhì)量和提升其利用價(jià)值的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[12]。在地下雨水存儲(chǔ)箱中，本文采用了先進(jìn)的雨水凈化裝置和技術(shù)，例如過濾、消毒等，其中過濾裝置可以去除雨水中的大顆粒物質(zhì)和懸浮物，而消毒裝置則能夠殺滅雨水中的細(xì)菌和病毒等微生物，確保雨水的安全性。經(jīng)過凈化的雨水其水質(zhì)得到顯著提升，不僅可以用于沖廁、洗車等非飲用水用途，還可以用于植物灌溉和景觀用水，從而實(shí)現(xiàn)了雨水的多元化高效利用。總而言之，在雨水管理概念下，雨水的循環(huán)利用是辦公建筑屋頂景觀花園設(shè)計(jì)核心目標(biāo)，本文通過綜合運(yùn)用雨水收集裝置、存儲(chǔ)裝置、轉(zhuǎn)移裝置以及凈化等裝置，實(shí)現(xiàn)雨水的合理收集，并將收集雨水轉(zhuǎn)移至地表下進(jìn)行凈化，將凈化后的雨水合理地用于植物灌溉、景觀用水等方面，可以實(shí)現(xiàn)雨水的科學(xué)管理和利用，減少對(duì)傳統(tǒng)水資源的依賴。應(yīng)用了雨水管理系統(tǒng)的辦公建筑屋頂景觀花園不僅有助于節(jié)約水資源，還可以改善景觀花園內(nèi)部土壤質(zhì)量、促進(jìn)植物生長，進(jìn)而提升屋頂景觀花園的生態(tài)功能和美學(xué)價(jià)值。

2 實(shí)例分析

2.1 項(xiàng)目背景

本章選取某辦公建筑屋頂景觀花園設(shè)計(jì)工程作為研究對(duì)象，該建筑樓層較高，屋頂面積大，具備屋頂花園實(shí)施條件。通過查找資料分析，工程所處城市屬于海洋性亞熱帶季風(fēng)氣候，雨水充沛、陽光充足、溫暖濕潤、夏長冬短，具體年降水量數(shù)據(jù)如圖2 所示。

圖2 實(shí)例工程2023 年平均降水量變化趨勢(shì)

如圖2 所示，該區(qū)域年降水量較多，鑒于城市中心區(qū)域人口密度大、建筑密集的特點(diǎn)，該區(qū)域面臨著嚴(yán)重的城市熱島效應(yīng)和雨水徑流問題。在夏季高溫時(shí)，城市熱島效應(yīng)導(dǎo)致該區(qū)域的氣溫遠(yuǎn)高于周邊地區(qū)，給居民生活和工作帶來諸多不便。同時(shí)，由于屋頂硬質(zhì)鋪裝面積廣泛，缺乏有效的雨水管理措施，使得雨水徑流量大，加重了城市排水系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)，容易誘發(fā)城市洪澇災(zāi)害。為了改善這一狀況，本研究決定引入雨水管理概念，對(duì)該辦公建筑的屋頂景觀花園進(jìn)行改造設(shè)計(jì)。

2.2 模擬分析

根據(jù)文中研究內(nèi)容完成實(shí)例辦公建筑屋頂景觀花園的設(shè)計(jì)后，為評(píng)價(jià)本次設(shè)計(jì)效果，構(gòu)建屋頂景觀花園的SWMM 模型進(jìn)行模擬分析。SWMM 模型也就是暴雨洪水管理模型，可以對(duì)城市降水過程進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬，且模擬結(jié)果較為直觀，適用于本次辦公建筑屋頂景觀花園設(shè)計(jì)效果評(píng)價(jià)中。首先，確定實(shí)例辦公建筑屋頂景觀花園設(shè)計(jì)工程的研究區(qū)域，并將其相關(guān)數(shù)據(jù)導(dǎo)入SWMM 軟件中，構(gòu)建出初始SWMM 模型；然后，在SWMM 模型中設(shè)定本次降雨事件，具體參數(shù)如表2 所示。

表2 建筑屋頂景觀花園SWMM 模型參數(shù)設(shè)置

最后，基于上述SWMM 模型分別對(duì)未引入雨水管理概念和引入了雨水管理概念下辦公建筑屋頂景觀花園降雨事件進(jìn)行模擬，并統(tǒng)計(jì)降雨事件下景觀花園產(chǎn)生的地表徑流深度數(shù)據(jù)作為模擬結(jié)果，具體結(jié)果如圖3 所示。

圖3 建筑屋頂景觀花園SWMM 模型模擬結(jié)果

從圖3 所示建筑屋頂景觀花園SWMM 模型模擬結(jié)果中可以看出，當(dāng)SWMM 模型的降雨事件設(shè)定為年降雨量為2 409.8mm情景時(shí)，在未引入雨水管理概念下，辦公建筑屋頂景觀花園在降雨事件中產(chǎn)生的年地表徑流深度為1 628.6mm，年徑流總量控制率為32.42%；在引入了雨水管理概念下，辦公建筑屋頂景觀花園在降雨事件中產(chǎn)生的年地表徑流深度為911.1mm，年徑流總量控制率為62.19%，達(dá)到了實(shí)例工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)。由此可以說明，本文引入雨水管理概念進(jìn)行辦公建筑屋頂景觀花園設(shè)計(jì)，可以顯著降低地表徑流深度，通過有效收集和儲(chǔ)存雨水來提高雨水利用效率，從而減輕城市洪澇壓力。

3 結(jié)論

本研究通過深入探討雨水管理概念在辦公建筑屋頂景觀花園設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，取得了顯著的成果。本研究創(chuàng)新性地結(jié)合了透水鋪裝、植物配置及雨水管理技術(shù)，為辦公建筑屋頂景觀花園設(shè)計(jì)提供了全新的視角和解決方案。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：

（1）該方法未應(yīng)用時(shí)，景觀花園在降雨事件中產(chǎn)生的年地表徑流深度為1 628.6mm，年徑流總量控制率為32.42%；應(yīng)用后，景觀花園在降雨事件中產(chǎn)生的年地表徑流深度為911.1mm，年徑流總量控制率為62.19%，應(yīng)用效果較好。

（2）本次設(shè)計(jì)可有效收集和儲(chǔ)存雨水，提高雨水利用率，應(yīng)用效果較好。