摘要：指出了景观设计对地下建筑屋顶花园时必须切实考虑地下建筑所带来的制约因素,尤其是顶板荷载制约因素。从植物布局、景观建筑小品、其他硬质景观元素、水景、竖向地形、防水与蓄排水等方面对地下建筑屋顶花园给景观设计带来的制约因素及应变对策进行了分析。
关键词：地下建筑屋顶花园;景观设计;制约因素;对策
1 引言
景观设计经常遇到面对单建式地下车库、地下商场等地下建筑建造屋顶花园的问题。尤其在用地紧张的大城市,利用地下建筑顶板之上的空间建造绿化景观已经成为把停车难和绿地不足两个问题结合起来一并解决的最佳模式。在具体案例中,受地块性质、规划控制指标和停车位配置要求的影响,地下建筑顶板范围面积占绿地总面积的比例不尽相同。一般情况下,多高层居住小区的这一比例为20%～40%左右,个别案例甚至接近100%,即所谓满铺地下车库的做法。结合公共绿地广场修建地下公共车库或地下商场近年也日益常见,比如上海市近年新建的大中型绿地广场,包括人民广场、不夜城绿地、延中绿地等,均或多或少地布置了地下建筑。
地下建筑屋顶花园本质上属于屋顶花园的一种。屋顶花园与一般地面花园,即露地造园的最大区别在于把植物种植于人工的建筑物或构筑物之上,种植土壤不与大地土壤相连［1］。地下建筑屋顶花园与传统意义的屋顶花园相比,也有很多特殊之处。过去主要考虑屋顶花园能够在有限的城市空间里向尽可能多增加绿量,作为地面绿化的补充,以体现生态效应为主。实际案例中,多数屋顶花园面积不大,覆土厚度仅几十厘米,以种植草坪和小型灌木为主,硬质景观设施一般也仅限于简单的园路。相比而言,地下建筑屋顶花园的面积范围大得多,与地面绿地景观连成一体,而且往往位于整个绿地景观比较核心的位置。因此其绿地景观效果对整体效果更加关键,设计及建造要求与地面花园逐渐接近。具体讲,绿化种植方面,要考虑大中型乔木;硬质景观方面可能要考虑亭、廊、花架等景观建筑小品,而树池花槽、水景喷泉等这些地面花园常用的景观设计元素都可能会出现在地下建筑屋顶花园里。在建成后的管理方面,也希望能够采用与地面花园类似的一般管理,屋顶花园需要特殊维护管理的要求越低越好。这些都对地下建筑屋顶花园的景观设计提出了全新的要求。
2 地下建筑屋顶花园景观设计
2.1 制约因素
讨论地下建筑屋顶花园景观设计的问题,要清楚地认识到地下建筑将对位于其顶板上部的花园景观的设计造成诸多制约,从而在一定程度上限制了景观设计创意的自由发挥。这要求景观设计师更加熟练、透彻地了解这些制约因素,并掌握一些技巧方法,不让这些制约因素约束了景观设计的创意思维,以取得更好的景观效果。
诸多制约因素主要归结于两点:一是地下建筑顶板荷载的要求对顶板上所有软硬质景观及人的活动所带来的重量的限制;二是必须妥善解决好不与大地土壤完全相连的土壤蓄排水问题。
2.2 植物布局
在一般性管理条件下,浅根性乔木需要的种植土及排水层厚度之和至少为1.2m,深根性乔木的这个数字为1.8m［2］。经常面临的问题是由于造价及其他限制,地下建筑顶板的覆土厚度整体比较薄,比如在有些案例中,地下建筑顶板结构只能满足0.6m(含排水层)的覆土,无法种植乔木。即便在满足种植乔木覆土厚度的前提下,更厚的土层也有利于植物生长。但增加覆土厚度会增加造价,这不仅包括覆土层增厚带来的地下建筑顶板均布恒荷载的荷载值增加,而且导致地下建筑埋深增加。覆土厚度往往成为在造价和绿化效果之间权衡的重点。景观设计师不能简单地一味要求增加覆土厚度,需要考虑如何在不增加、少量增加或局部增加覆土厚度的前提下进行设计。
化解地下建筑顶板荷载导致的土层厚度对植物布局的限制,主要有下列方法可供参考。
(1)尽早确定布局方案,以便地下建筑的结构设计在布置乔木树林的位置局部加强结构,增加覆土厚度。
(2)地下建筑结构采用反梁系统可以再不增加整体结构埋深的前提下增加覆土厚度,可增加相当于梁高50%～90%不等的覆土厚度。但需在土层底部反梁贴近顶板上表面位置埋设过水管,避免反梁围成的“槽”无法排水。
(3)在没有地下建筑的位置多布置乔木,即便地下建筑顶板范围内的绿量不足,总体绿量仍可保证。
(4)利用局部堆高的树池种植乔木,并将树池尽量布置在柱、梁的位置,对结构造价提高的影响较小。日本的崎玉新都心榉树广场［3］就是采用该做法的著名成功案例,设计师利用了地下建筑的制约因素,形成一种独特的景观效果。
(5)使用轻量土可以在荷载不变的前提下,增加土层厚度。一般的腐殖土容重为15～16kN/m3,而将田园土、草炭等材料按一定比例配方的轻量土容重仅为非轻量土的2/3左右,《种植屋面工程技术规程》(JGJ155-2007)第4.6.2条列举了多种可供选择的轻量种植土配制比例及密度指标［4］。另外,目前已经有一些专业单位专门研发生产轻量土,成分性能等各项指标更加有利于减轻重量和植物生长。使用轻量土需注意以下几个要点。土层增厚但地下建筑顶板未降低,导致室外地坪标高抬高,需妥善处理好竖向及地表排水；使用轻量土的种植,尤其在种植完成的最初阶段,抗风性更差,需提醒施工单位注意加强防护。
(6)采用屋顶花园防排水新材料新技术,减少蓄排水层厚度。蓄排水层是屋面种植不可或缺的部分,一般所说种植土土层厚度均应包括蓄排水层厚度,以浅根性乔木需要的种植土及排水层厚度之和至少为1.2m［2］为例,其中排水层厚度为0.3m,这里的排水层指的是传统卵石排水层,如果将卵石排水层替换为排(蓄)水板,渗水盲管等新型排水系统,厚度不到0.1m,这就使有效覆土厚度增加了不少。
2.3 景观建筑小品的布局
景观建筑小品如亭、廊、花架的柱将对地下建筑顶板形成一个较大的集中力,如果这些柱没有落在结构梁或柱上,地下建筑结构往往需要布置次梁来承受这个集中力,从而对地下建筑结构布局体系造成较大影响,增加了结构设计工作量,增加了造价,造成顶板结构不够整齐美观,甚至与地下建筑上部空间的管线布局冲突。所以景观建筑小品的布局不能随意,应注意以下几点。
(1)亭、廊、花架等景观建筑小品尽量采用轻型结构而非钢筋混凝土或砌体结构,如钢结构、木结构,不仅重量轻很多,而且环保、时尚。某些情况下,木结构景观建筑对下部结构荷载影响很小,布局的自由度很大。
(2)不管采用何种结构材料,都要尽量将景观建筑的柱网与地下建筑柱网对齐。比如,布置四柱凉亭,最好其中一个柱与地下建筑结构柱对齐,另外两个柱位于梁上,还有一根柱子需要结构布置次梁来承受。同时注意尽量采用与地下建筑柱网体系吻合度较好的方形或矩形平面来设计景观建筑小品。
(3)结合地下建筑的人员出入口的地面构筑物布置挑廊、花架等,比如利用出入口构筑物未设入口的墙面设挑廊,增加的挑廊荷载可以与出入口构筑物一并考虑,地面各类景观及功能构筑物的布局也比较简洁。
2.4 其他硬质景观元素的布局及做法
其他硬质景观元素的种类很多,主要包括,园路场地等硬质铺地及侧石、花池树池等种植槽墙或种植槽座墙、座墙座凳座椅、各种高度的景墙及挡土墙、矮柱及柱墩、花钵、小型雕塑、景观灯柱等。
高景墙、挡土墙、较大型的花钵雕塑等高度较高、体量较大的景观元素对地下建筑顶板荷载的影响与景观建筑小品类似,可能会对顶板形成较大的集中力,首先要尽量采用轻质材料。如:采用木格栅制作的景墙;采用轻型钢结构框架外表干挂石板的景墙;采用蒸压粉煤灰加气混凝土砌块等轻质材料砌筑的景墙(蒸压粉煤灰加气混凝土砌块的容重为5.5kN/m3,仅为腐殖土容重的1/3),等。高度较高的重力式挡土墙必须采用容重较大的材料砌筑,如块石、实心砖,应尽量避免在屋顶花园采用。如果不能有效地减小这类景观元素的重量,就要考虑顶板结构专门处理,应参照景观建筑小品的处理原则。
高度很低、体量很小的景观元素往往在硬质景观中占主体,数量多,分布广,对景观的灵活布局影响大,但对地下建筑顶板荷载的影响也比较小。铺地及其构造层的容重比腐殖土稍大,其他高出地面的元素如果布置在局部落低的区域,增加的重量正好可以由减少的土层厚度抵消。所以在景观设计的具体操作中,尤其在初始方案阶段,无需太多考虑这类元素对顶板荷载的影响,以便自由灵活布局,但定稿后应该交地下建筑的结构设计复核。景观设计师应该对腐殖土、石材、常用砌筑材料等建筑材料的容重比较熟悉,以便在设计中随时检查景观元素对地下建筑顶板荷载的影响。
2.5 水景布局及做法
水景包括喷泉水池、瀑布跌水以及仿自然形态的溪流、池沼等。水景对地下建筑顶板荷载的影响与前面介绍的硬质景观元素类似,高大的瀑布跌水景观必须考虑额外增加重量的影响,一般低矮的水池溪流与铺地、花槽墙的情况基本一致。
布置在地下建筑顶板的水景可以视为局部的蓄水屋面,由于长期蓄存较大量的水,容易对地下建筑顶板防水带来隐患。在地下建筑顶板布置水景主要应注意以下两点。
(1)水景布局时注意水景面积不宜过大,尤其注意水面不应跨越地下建筑顶板范围线和变形缝位置,因为这些位置容易产生不均匀沉降和横向伸缩,导致水景结构的损坏。如果溪流等带状水体必须跨越地下建筑顶板范围线和变形缝位置线时,可以将两侧的结构分开成为两个独立的水景结构,采用埋设软管连通水体,暴露的两个相邻的水景池壁可采用景石遮蔽。
(2)不可采用地下建筑顶板防水层刚性保护层作为水景的结构池底。地下建筑顶板蓄水种植屋面防水层上面应做设刚性保护层［5］,刚性保护层一般采用50mm左右厚度的细石钢筋混凝土,水景池壁与细石钢筋混凝土刚性防水层的连接容易造成刚性防水层受力不均导致损坏。所以应该在地下建筑刚性防水层以上,做包括池底、池壁的独立水景结构。这就要求景观设计必须综合考虑水面标高、水深、水景结构等因素。
2.6 竖向地形设计
种植土层不仅作为绿化种植的基质,对种植土进行高低起伏有致的竖向地形塑造也是景观创意的重要手段。这必然首先关系到种植土层增厚影响地下建筑顶板荷载的问题,即如何在不增加覆土厚度的前提下做出较鲜明的地形起伏效果。
由于顶板荷载限制,地下建筑顶板覆土厚度即便增厚,一般也只能达到1.5m左右,能够做地形起伏高差的尺度空间更小,可能只有几十厘米,很难塑造丰富的地形效果。适当提高堆土标高,又不导致覆土荷载大幅度增加的办法是采用“EPS”工法。“EPS工法”是近年来在软土路基施工等领域采用的一种新型工艺,简单地说就是利用比重很小的聚苯乙烯泡沫(EPS)板垫高路面,EPS板容重极小,仅为腐殖土容重的1/100～1/50。该工法自从20世纪90年代经由国外引入我国,目前应用广泛［6］。引进到景观领域,则可以利用EPS板垫高种植土,取得局部较大的地形起伏,而荷载增加很小,控制在结构允许范围之内。
2.7 防水与蓄排水
地下建筑屋顶花园作为地下建筑屋顶系统,主要应满足3大功能:即防水、蓄排水、保温隔热。
屋顶花园的种植土层本身就起到很好的保温隔热效果,所以无需象普通屋顶那样专门设一道保温隔热构造层。根据地下建筑的屋面防水等级,防水层合理使用年限、具体设防要求均有差别［5］,种植屋面防水层明确要求合理使用年限不应少于15年,应采用二道或二道以上防水层［4］,最上面一道防水层应为耐根穿刺防水材料。再上面为刚性保护层,一般采用50mm厚度的细石混凝土内配钢筋网片,再上面就是蓄排水层和过滤层。
蓄排水层对于地下建筑屋顶花园植物生长很重要,主要目的是改善种植土的通气情况,使种植土的含水量适中［7］。传统蓄排水层一般为100～300mm厚度的卵石或陶粒,出于增加有效覆土厚度考虑,应尽量采用排(蓄)水板等新型材料。过滤层主要为了防止种植土进入排水层造成流失和排水层失效,一般采用200～400g/m2 的土工布［4］。凹凸型排(蓄)水板结合土工布过滤层的做法目前已经得到广泛应用推广,具体可参照《种植屋面工程技术规程》(JGJ155-2007)及生产厂商提供的技术资料。在实际案例中,还经常采用渗水盲管的做法。具体做法是在种植土底部,刚性保护层以上按照一定间距埋设渗水盲管支管,支管汇接入干管,再接入排水窨井。种植土中多余的水会渗入盲管,依靠水压力排出。这样就把过滤层与蓄排水层又结合在一起了,施工方便可靠,造价节省。
上海君欣豪庭小区的地下建筑屋顶花园就采用渗水盲管蓄排水技术,按照5m间距双向布置渗水盲管。建成已有3年,植物生长良好。
结语
地下建筑屋顶花园所面临的制约因素对景观设计的影响牵涉到景观设计从方案布局到施工图对材料构造确定等各个阶段,对景观设计师与地下建筑各专业设计师之间的密切配合提出特别要求,还牵涉到景观设计对施工工艺的考虑以及在施工现场的指导及应变,以及对有关的新材料新技术的掌握和运用等。希望通过本文就该问题做一个初步分析总结,为我国绿化景观建设水平的提高做点贡献。
参考文献：
［1］ 李树华,殷丽峰.世界屋顶花园的历史与分类［J］.中国园林,2005(5):57～61.
［2］ 张 庆.建筑设计资料集［M］.北京:中国建筑工业出版社,1994.
［3］ 周世伦.日本最新景观设计［M］.大连：辽宁科学技术出版社,2001.
［4］ 中华人民共和国建设部.种植屋面工程技术规程(JGJ155-2007)［S］.北京:中国建筑工业出版社,2007.
［5］ 中华人民共和国建设部.屋面工程技术规范(GB50345-2004)［S］.北京:中国建筑工业出版社,2004.
［6］ 种俊杰,张庆贺,段瑞明.一种软土路基新型设计施工方法-EPS工法［J］.中国市政工程,1996(1):1～6.
［7］ 韩丽莉.科技部节能示范楼屋顶绿化的规划与工程实施［J］.北京园林,2004(4):12～25.