摘要：概述了屋顶绿化的历史,介绍屋顶绿化的环境功能,并对屋顶绿化的设计原则及技术要求进行了总结,旨在促进屋顶绿化的推广应用。
关键词：屋顶绿化;环境功能;设计原则;技术要求
AbstractThe history of roof greening was reviewed,and the environmental functions of roof greening were introduced. Design principles and techniques required were summarized,so as to promote the popularization and application of roof greening.
Key wordsroof greening;environmental functions;design principle;techniques required
随着城市人口的快速膨胀,城市建筑用地日趋紧张,造成建筑用地价格飞涨,再加上定居的负面生态效应等因素,使得人们不得不考虑如何充分、合理地利用建筑面积,这就使得屋顶成为人们关注的焦点,屋顶绿化也成为现代建筑发展的必然趋势。
1屋顶绿化的历史
屋顶绿化是指植物栽植于与地面隔开的平顶屋区域的一种简单的绿化方式,以提供人们观光、歇息、纳凉的场所。最早的屋顶绿化可以追溯到4 000年前,古代苏美尔人所建的大庙塔就是屋顶花园的发源地。而真正的屋顶花园是在公元前6世纪(公元前605—562年),由尼布甲尼撒(Nebu-chadnezzar)建造的著名的巴比伦空中花园,其被世人列为古代世界七大奇迹之一,位于幼发拉底河岸。
自20世纪中期开始,英国、美国、德国、日本等国家相继建造了大量的屋顶花园,其中最具代表性的要属1959年由美国建造的具有高技术含量的奥克兰市泽凯中心屋顶花园。一位风景建筑师以开拓者的精神在一座6层楼的顶部建造了一个景色秀丽的空中花园,全园面积1.2 hm2。屋顶上作了防水渗透处理后,上覆薄层土壤,配植乔木、花草,有曲折的甬道穿行其间,并设靠椅和小凳供人休憩。后来,这座屋顶花园被认为是现代屋顶花园发展史上的一个里程碑。近年来,我国在沿海以及较发达的大中城市也对屋顶进行开发利用,屋顶绿化虽然还处在起步阶段,但已经开始呈现生机勃勃之势,前景十分广阔[1-2]。
2屋顶绿化的环境功能
屋顶绿化不仅使绿地向空中发展,节约土地,有效开拓城市空间,还能改善屋顶眩光,美化城市景观,促进绿色空间与建筑空间相互渗透,它在保护城市环境、提高人居环境质量方面的作用更是不可忽视[3-4]。
2.1绿地补偿作用,提供休憩和娱乐活动场所
在建筑密集的城市中,人们常常为满眼都是冰冷的混凝土构筑物,周围见不到一点绿色而烦躁。国际生态和环境组织调查指出,要使城市获得最佳环境,人均占有绿地面积必须达到60 m2以上。大多数城市还远达不到这个要求,加上城市化进程的加速,地价上涨,建筑密度提高,道路进一步密集,更有纵横交错的高架桥、立交桥,绿地面积将越来越小。如果能充分利用建筑物的屋顶、阳台等进行绿化,就可以很好地补偿人均绿地面积,覆土厚大于50 cm的屋顶绿化面积以40%的比率计入绿地面积。利用屋顶空间进行绿化,既可开辟休息和活动场所,又可点缀街景,增添城市建筑的艺术魅力。据估计,一座城市的屋顶面积,大约为居住区面积的20%。若屋顶被全部绿化,人们将置身于一座真正的园林城市,可在花香鸟语中尽情感受大自然。
2.2净化空气,减弱噪音
每人要吸收氧气750 g/d,放出二氧化碳900 g/d,而自然界中唯一能制造氧气的只有植物的光合作用。由此推算,每人至少要拥有10～15 m2森林或25～30 m2草坪才能获得足够的新鲜空气。再加上工业、交通运输的耗氧量远大于此,这就要求有更多的人均绿地才能满足空气成分平衡的需要。据测定,一座城市如果把屋顶都利用起来进行绿化,那么这座城市空气中的二氧化碳可降低70%～85%,同时可提高大气中的氧浓度。植物还能吸收人类工业活动过程中产生的大量废气、有害气体和滞留灰尘微粒等。此外,由于植物层对声波具有吸收作用,绿化后的屋顶可以隔音和减低噪声,按照霍希尔施密德原理,绿化后的屋顶与一般屋顶相比,可减低噪声20～30 dB。
2.3加强屋顶隔热效果,改善小气候
一年四季其温度各不相同,而屋顶的表面首当其冲,始终处于剧烈的温度变化之中。夏季经过阳光直射的屋顶,表面温度往往要超出空气温度。调查发现,有绿化的屋顶温度可下降4～6 ℃,进而可以节约夏季空调用电量。冬季一般屋顶温度低于空气温度,而屋顶经过绿化以后,温度变化幅度就将显著减小。绿色屋顶因植物的蒸腾和潮湿土壤的蒸发作用消耗的潜热明显比未绿化的屋面大,导致绿化屋顶面的储热量减少,绿化屋顶获得的空气热量减少,热效应降低,从而减弱城市的“热岛效应”。同时,植物的蒸腾和潮湿土壤的蒸发作用会使绿化屋顶的水蒸气含量增加,致使空气绝对湿度增加,加上绿化后屋顶温度有所降低,所以屋顶的相对湿度增加得更为明显。由此,屋顶绿化对城市“干岛”有减弱作用。屋顶绿化种植了植物之后能提高蓄水能力、减少雨水下泄。普通的屋面约有80%的雨水流入下水道。在雨季,这给下水道形成了很大的压力。屋顶绿化后,50%～60%的雨水滞留在屋顶上,贮藏于植物的根部和栽培介质中,待日后逐步蒸发,从而减轻了下水道的压力,对城市环境起到了平衡作用。
2.4有效保护屋顶,延长建筑物寿命
平屋面建筑屋顶构造的破坏多数情况下是由屋面防水层温度应力引起的,还有少部分由承重物件引起。温度变化会引起屋顶构造的膨胀和收缩,使建筑物出现裂缝,导致雨水的渗入,形成渗漏。我国《建设工程质量管理办法》中明确规定:建筑物屋面防水保修期只有3年。这样就势必要对屋面防水层进行整修。此外,空气迅速变化的温度对建筑物特别有害。例如,冬季,经过一个寒冷的夜晚,建筑物件结冰,白天短时间内建筑物表面的温度突然升高;夏季夜晚降温后,白天的建筑物表面温度也会很快显著升高。由于温度的变化,建筑材料将会受到很大的负荷,其强度会降低,寿命也会缩短。如果将屋顶进行绿化,不但可调节夏季和冬季的极端温度,还可对建筑物构件起到相当大的保护作用。经绿化的屋顶能够有效阻隔空气,使屋面避免紫外线的直接照射,从而可延缓各种密封材料的老化,延长屋面的使用寿命。
3屋顶绿化的设计原则及技术要求
一般屋顶绿化面层结构从上到下依次是:植物和景点层、排水口及种植穴、管线预留层、种植介质层(包括灌溉设施、喷头、置景石)、过滤层、排水层、找平层、保温隔热层、现浇混凝土楼板或预制空心楼板。屋顶绿化成败的关键在于减轻屋顶荷载,改良种植土,以及排水设施、屋顶结构选型和植物的选择、种植设计与维护等问题。
屋顶绿化需选用分量轻、营养高的种植介质,以减轻屋顶荷载,同时为园艺植物提供良好的生长环境。屋顶绿化材料层须通气、排水良好,同时将采用喷灌、滴灌等方法,减轻水分和土壤对屋顶的渗漏和腐蚀。绿化植物与屋顶绿化的使用功能相符,选择植物需考虑种植介质层的厚度,同时兼顾气候环境因素。设计时必须做到以植物造景为主,把生态功能放在首位。确保营建屋顶绿化所增加的荷重不超过建筑结构的承重能力,屋面防水构造能安全使用。因为屋顶绿化面积相对于地面的公园、游园等绿地较小,所以必须精心设计才能取得较理想的艺术效果。
3.1屋顶承重
屋顶的承荷能力要综合考虑所有构造层在达到水饱和状态下的密度所产生的有效荷载,植物本身产生的逐渐增加的荷载,以及非固定设施、人员数量流动、外加自然力等因素。以单位面积平台允许承载重量为依据,必须做到:平台允许承载重量>一定厚度种植层最大湿重+一定厚度的排水物质重量+植物重量+其他物质重量(建筑小品等)。因“顶”制宜,即根据平台屋顶承重能力,设计不同功能的屋顶绿化形式。为了减轻荷载,应将亭、廊、花坛、水池、假山等重量较大的景点设计在承重结构或跨度较小的位置上。根据屋顶绿化的立地条件,其种植层的土壤必须具有容重小、重量轻、疏松透气、保水保肥、适宜植物生长和清洁环保等性能。由于屋顶上的日照强度较高,水分蒸发量很大,必须要选择比自然原土更轻、吸水性、储水性更好的人工土壤,如陶粒和营养腐殖土以及有机物的混合物等。
3.2防水与排水
在设计时应按屋面结构进行多道防水设施,做好防排水构造的系统处理。设置完善的排水系统,除溢水孔、天沟外,还应设置出水口、排水管道等,满足日常排水及暴雨时泄洪的需要,并做好定期清洁、疏淘工作。最好能够形成双层防水和排水系统,以便及时排除屋面积水。
3.3植物
由于屋顶绿化位于空中楼顶上,与大地土壤不再相连,属典型的人工地面,故其生境与地面差别很大,对于植物来说有利有弊。其有利因素有:与地面相比,屋顶光照强,光照时间长,可大大促进光合作用;昼夜温差大,利于植物的营养积累;屋顶上气流通畅清新,污染明显减少,受外界影响小,有利于植物的生长和保护。其不利因素有:湿度条件差,植物易受干旱;土温、气温变化较大,对植物生长不利;屋顶风力一般比地面大;与地面相比,屋顶增加了承重和防水投资,施工和养护的费用也有所增加;对造园以及植物的选择有一定的局限性。
屋顶绿化对植物材料的选择应符合屋顶立地条件的特点。植物应以阳性喜光、耐寒、抗旱、抗风力强、根系浅的为主,最好为须根、姿态优美的花卉。宜选择草本花卉如天竺葵、球根秋海棠、风信子、郁金香、菊花、金盏菊、石竹、一串红、旱金莲、凤仙花、鸡冠花、大丽花、金鱼草、雏菊、羽衣甘蓝、翠菊、千日红、含羞草、紫茉莉、虞美人、美人蕉、萱草、鸢尾、芍药等;草坪与地被植物常用的有天鹅绒草、虎耳草、三叶草等;灌木和小乔木如红枫、南天竹、紫薇、木槿、贴梗海棠、腊梅、月季、玫瑰、山茶、桂花、牡丹、结香、八角金盘、金钟花、栀子、金丝桃、八仙花、迎春花、棣棠、石榴、六月雪等。藤本植物如常春藤、牵牛花、紫藤、木香、凌霄、蔓蔷薇、金银花、常绿油麻藤等。有细长茎蔓的藤本植物,可以攀援或垂挂在各种支架上,有些可以直接吸附于垂直的墙壁上。它们不占或很少占用种植面积,应用形式灵活多样,宜作屋顶上各种棚架、凉廊、女儿墙、垂直墙面的绿化材料,在提高屋顶绿化质量、丰富景色、美化建筑立面等方面有其独到之处。
在植物类型上应以草坪、花卉为主,可以穿插点缀一些花灌木、小乔木。各类草坪、花卉、树木所占比例应在70%以上。平台屋顶绿化一般使用植物类型的数量从大到小依次是草坪、花卉、地被植物、灌木、藤本、乔木。
4参考文献
[1] 瓦尔特•科尔布,塔西洛•施瓦茨.屋顶绿化[M].沈阳:辽宁科学技术出版社,2002.
[2] 张宝鑫.城市立体绿化[M].北京:中国林业出版社,2004.
[3] 毛龙生,王晓春,刘广,等.人工地面植物造景•垂直绿化[M].南京:东南大学出版社,2002.
[4] 梁家年.现代城市空间美化——屋顶花园[M].南京:中国花卉盆景,2002(11):31.