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    容器式屋顶绿化在古建筑中的应用——以上海黄浦区政协人大屋顶绿化为例

    关键词:风景园林;容器种植;屋顶花园;建筑绿化;轻型绿化

    Key words:landscape architecture; container-type planting; roof garden; building greening; light-weight greening

    摘要:容器式屋顶绿化打破了传统屋顶绿化的模式,是逐渐被广泛运用于城市屋顶绿化建设的一种新型方式。与传统屋顶绿化的做法相比,具有荷载轻、成景快、可任意拆卸等特点。结合传统屋顶绿化的形式构造,重点分析了容器式屋顶绿化的技术建立和实现特点。以绿色世博期间的上海黄浦区政协人大屋顶绿化建设项目为例,解析了移动种植容器式屋顶花园在旧建筑中的实际应用。屋顶花园有效地改善了室内热环境,降低了屋顶传热量。运用容器式产品进行屋顶绿化对海绵城市的建设具有实质性的意义。

    Abstract:The container-type green roof is a new green roof pattern which breaks with tradition and is extensively used for roof green construction in urban area. It has the advantages of light weight, forming scenery quickly, easy to move, comparing with traditional green roof. This article emphasizes on analyzing the characteristics of technique establishment and implementation of container-type green roof, based on the analysis of the conventional green roof structure. Based on the case of the greening construction project of the roofs of Huangpu District CPPCC & NPC buildings during the green World Expo, this article has analyzed the actual application of Ecology's mobile planting container-type roof garden in the old buildings. It has improved the indoor thermal environment and lowered the capacity of heat transmission of the roof. The application of container-type products in roof greening has substantial significance for the construction of sponge city.

    内容:城市经济的发展,为屋顶绿化提供了很多契机,发展至今,城市屋顶绿化已然成为现代城市建设的重要组成部分。其作为生态城市景观发展的特殊建设形式,涉及结构、建筑、植物等多个学科,具有不同的建设形式。

    1  屋顶绿化的影响因素
    1.1  屋面荷载
     建筑荷载是屋顶绿化的第一考虑要素,所有的屋顶绿化必须小于该建筑的活动荷载。对于尚未施工的建筑,需要进行建筑结构的计算校核,将屋顶绿化所产生的活荷载考虑在内。
    1.2  屋顶坡度
    建筑坡度对屋顶绿化具有一定的影响,凡是大于5°的斜面屋顶都应进行必要的坡度缓和与防滑措施。由于坡度原因,屋面的排水速度变快,供植物生长的水分也相应减少,需要选择适宜斜面生长的植物种类。
    1.3  屋顶防水性能
    建筑的防水是屋顶绿化中的关键技术,也是保障建筑安全的重要因素。除了要能防水,还需容纳种植介质的保水能力。在屋面整个防水排水系统中,通风管道、排水孔等屋顶设备往往是屋面防水的薄弱环节,在防水处理时需要特别注意。
    1.4  自然条件
    一方面屋顶绿化同地面绿化一样要承受自然作用。比如温度、湿度、光照等气候条件都会直接影响屋顶绿化的建设。另一方面,气候条件对不同层高的屋面影响有所不同,一般情况下,楼层越高,屋顶绿化要求也越高。

    2  容器式屋顶绿化
    容器式屋顶绿化针对传统屋顶绿化的不足,创新性地解决了在建筑绿化节能领域的几个关键性技术问题。
    2.1  传统屋顶绿化
    一般模式下的屋顶绿化流程为现状调查→清扫屋顶表面→蓄水试验→二次防水处理→铺设阻根层→铺设排(蓄)水层→铺设过滤层→种植池、园林小品施工→铺设基质层→种植植物→植物固定支撑处理→裸露部分铺设覆盖物。
    屋顶绿化对建筑屋面防水要求非常高,往往要进行屋顶二次防水,通过加涂防水涂膜或加设一层同性防水的方式延缓其使用寿命。一些穿刺能力很强或根系发达的植物会对建筑防水材料结构造成威胁,需要再铺设阻根层进行隔根处理。
    在阻根层之后需要铺设排(蓄)水层,为了防止种植基质被水带入排水层造成水土流失和建筑屋顶排水系统的堵塞,还需铺设一层隔离过滤层。
    总结一般式屋顶绿化现有技术有以下几个难点:1)屋顶承重和防水、排水问题;2)防止植物根系穿透屋顶结构;3)保证植物的生长,包括基质、水分供给和植物筛选;4)成本考虑;5)建筑物生态节能。
    另外,在施工方面,传统屋顶绿化施工不仅要做防水层、阻根层、排水层、过滤层、覆土层等分层铺设,施工进度缓慢,工艺烦琐,造价成本高;而且遇到暴雨时往往排水不畅,蓄水功能较差,容易滋生病虫。
    2.2  容器式屋顶绿化 
    2.2.1  概述
    容器种植是指在具有排(蓄)水、过滤等功能的模块化可移动式特定容器中种植植物。容器式种植屋面是指坡度为2%~50%的钢筋混凝土结构屋面、坡度为3%~20%的刚基板屋面上放置有特定功能的种植容器,以实现绿化目的的屋面。根据屋面坡度,可采用平式种植容器和坡式种植容器(图1)。
    2.2.2  技术
    国家技术规范中规定的标准移动种植容器需具备足够的强度和耐久性,满足10年以上的使用年限。在功能方面应达到通风、排水、隔热等应用要求。种植容器具有完善的蓄水、排水、通风、保温、隔热、阻根等功能,可根据建筑物的特点将其灵活拼接成一个完整的绿化系统[1]。
    种植容器构造从下至上为:蓄水层、阻根层、过滤层、排水层、滴灌系统、营养基质层、植物层、围合板,容器之间通过排水通道槽盒卡槽相连接(图2~4)。
    盒体内蓄水槽上端有蓄水、排水、过滤层,起到了排水、过滤、阻根等作用,中间铺设过滤层,有蓄水孔以储蓄多余的水分。在蓄水槽盘的对角线位置插入滴灌导水管,导水管两侧分布有针孔,在长时间没有雨水的情况下能够以自动滴灌的方式保证植物的水分供应。
    最后,在各层相互连接的基础上,根据基质的厚度安装围合套,围合套能加固各部分的连接,并根据植物种类的选择、基质厚度的选择使用不同高度的围合带。 
    整个容器除底部保温隔热层用岩棉板制备之外,其他材料皆为PP塑料材料。
    2.2.3  特点
    容器式屋顶绿化能够一次性解决传统屋顶绿化在建筑承重、建筑防排水、防根穿刺、植物水分供给、保温隔热这5个方面的难题,具有以下特点。
    1)有效防止建筑表面渗漏。
    容器底部密封,中间层设有排水管孔,容器体底部外侧设有与该通孔相通的排水通风槽。能够将渗出的水统一收集排放,因此不会在容器底部形成积水,也不会出现屋顶泄漏的问题。
    2)蓄水、排水、阻根能力。
    溢排水管孔系统设计可使种植容器的底部始终蓄有水分,在上部土壤缺水时,蓄水槽内的水会向上蒸发,为植物补充水分,多余的水分通过排水层统一收集排出。
    3)可任意拆卸移动。
    容器自带保温蓄水层,即便是没有做好防水的裸屋面也可以直接安放。具有能自由拆卸移动的特性,同时能够重复利用。
    4)轻型建筑绿化产品。
    容器总厚度不到10cm,饱和湿容重不超过60kg/m2,将屋顶负荷影响降到最小,特别适合用于旧建筑节能改造工程。
    5)有效降低能耗。
    2010年7月,经过上海夏季热工测试试验(图3),容器式屋顶绿化产品能够降低内表面温度3~4℃,减少屋顶热传量80%以上,平均每日房间(19.35m2)可有效节电2.35℃,有效地改善了室内热环境,降低了屋顶传热量。
    2.3  容器式屋顶绿化的实践应用
    相较于常规的屋顶绿化,容器式屋顶绿化虽被称为“新型屋顶绿化”,其实已经历了近10年的实践检验。
    在实践中,容器式屋顶绿化契合了当前政府对于推进屋顶绿化项目高质量、高科技含量的要求,有助于帮助政府部门推广城市屋顶绿化与节能减排,并能帮助政府有效降低市政建设支出。目前,容器式产品应用于上海杨浦区政府、杨浦区绿化和市容管理局、杨浦区环保局等政府机关的屋顶绿化,取得了良好的景观效果和节能效应(图6、7)。
    在上海市卢湾区南园规划馆屋顶绿化等多个公园绿化项目中也运用了容器式屋顶绿化。另外,容器式屋顶绿化在学校也有运用,如上海音乐学院附属中学、上海财经大学、同济大学等屋顶绿化工程项目。

    3  黄浦区政协人大屋顶绿化
    3.1  设计分析
    项目位于上海重庆南路139号的古建筑群落中,建筑风格庄重大气。
    在设计概念方面,运用了“人与自然”和谐共处的方式。以生态为前提,遵循人性化设计原则。在屋顶花园设计中结合了使用人群的行为特征和环境需求,设置了兼顾功能与美观的屋顶景观空间。同时充分考虑了使用人群的感受,较少地设置障碍物,使人能够近距离触摸绿植,与自然融为一体。在具体设计时,首先对屋顶进行合理的区域划分,在休息区设置休息座椅及太阳伞,重点景观区则对屋顶构建中的空调板旁设置绿植墙进行遮挡。绿植区主要采用高低不同植物的搭配营造多层绿植景观,主要选用植物有桂花、茶花、红叶石楠、茶梅、金叶女贞、海桐、紫藤、含笑、红枫等。
    3.2  技术难点与施工
    黄浦区政协人大建筑已有百年历史,屋顶为旧屋面。原有荷载数据已不可采用,需要依据建筑规范对其进行重新估算。旧建筑对于荷载以及防水的要求都会非常高。这为屋顶绿化设计提出了很大挑战,主要通过以下几个方面解决了相关技术问题。
    1)通过对屋面结构进行详细分析,将廊架、高大乔木种植池等景观元素尽量规划到建筑的承重结构部位,比如承重的梁、柱、墙体。这样做的目的是合理分散屋顶景观荷载,使屋顶绿化对整体建筑安全传力。
    2)采用的容器式绿化产品仅需不到25cm的基质就可以种植高1.8m左右的大灌木或小乔木,不会对屋顶荷载产生影响。另外在植物营养介质方面也做了重点研究,既控制了重量又保证了植物的正常生长。
    3)为有效地收集雨水,相邻两容器的排水通风槽互相连接,形成通路。因此不会在容器底部造成积水、污染和水分泄露。
    4)利用原有建筑外沿做排水沿沟处理,能够迅速排出屋面多余水分,保证屋顶安全。
    同时,在施工环节需要严格把控施工流程中的每个步骤。
    1)施工前现状调查——实地勘测屋顶现场状况,进行详细测量之后进行数据汇总,提前放样。
    2)清扫屋顶表面——屋顶灰尘会影响二次防水的粘连,另外屋顶上的杂物也会对绿化工程产生影响。
    3)水平基准点桩——点桩作用是为了屋面找平,共1 565个150mm×150mm水泥垫块,高度10~160mm不等。下表面和防水层接触处使用石材黏结剂处理。
    4)水电管线布置——按照水电布置图预埋给水管和电线。
    5)塑木铺设——制作并铺设防腐木骨架,安装295.9m2防腐木,刷防腐面漆。
    6)按图摆放容器——将种植容器、花箱定点摆放,并在容器内部铺设无纺布过滤层。
    7)装饰面、园林小品施工——按照规范进行池壁装饰、安装垂直绿化墙。
    8)铺设基质层——均匀铺设营养介质。 
    9)按植物配置表种植——依照顺序种植植物,对高大植物做固定处理。
    10)裸露部分铺设覆盖物——施工程序所要进行的最后内容。
    另外,屋顶绿化的滴灌系统按滴灌设置湿距来确认安装滴头的数量。灌溉时间可以随意设定,每天可设1~2次喷洒,每次喷洒时间也可随意设定。屋顶绿化施工前后对比见图8。
    3.3  效益分析
    1)生态效益。通过屋顶种植植被可以吸收CO2,过滤空气中的有害颗粒物,达到净化空气的效果。依据现有的科学分析,屋顶绿化能够缓解“城市热岛效应”①,调节城市的温度和湿度;缓解暴雨所造成的积水、洪涝及其他灾害;有利于海绵城市建设,减少城市地表径流。因此,屋顶绿化不仅能够改善城市景观,更能达到与环境协调、共存、发展的目的。
    2)经济效益。屋顶绿化可以缓冲冬夏两季的极端温度。在上海夏季气候条件下,采用绿化可使屋顶内表面平均温度降低3℃左右,内表面温度波幅降低80%以上。可使屋顶传入室内的热流量减少70%以上,从而有效改善室内热环境、减少房间空调能耗[2]。
    此外,屋顶绿化往往在防水层之上进行,实际是对防水层形成了保护,有效地使防水层寿命延长2~3倍,相应减少了房屋的维修费用,从而降低机关单位的运行费用。
    3)社会效益。在寸土寸金的城市,屋顶绿化的建设相当于增加了城市绿地面积,是对建筑破坏自然生态的直接补偿办法。据联合国的一项研究表明,如果一个城市的屋顶绿化率达到70%以上,城市上空CO2含量将下降80%②。
    屋顶绿化能够充实城市景观体系,形成城市立体绿化,屋顶正逐渐地改善着整个城市的面貌。所以,屋顶绿化还具有重要的社会效益。
    4)人文效益。屋顶绿化拓展了人的活动空间,能够提供新的人群交往场所。国际上提出的“绿视率”的理论,认为绿色的分布面积在人的视野中达到25%时,人的精神感觉最舒服,大脑的反应最敏捷,对健康也最有益。所以,绿植能调节人的神经系统,缓解紧张、消除疲劳,工作热情和效率也会相应提高。

    4  总结
    黄浦区政协人大项目完成已有近4年时间,至今植物长势茂盛,屋顶郁郁葱葱,四季有花,业主给予极高的评价,他们认为容器式在屋顶花园的应用是非常成功的。对于老旧屋面来说,容器式屋顶绿化不会对屋顶结构产生破坏,施工干净整洁,不会产生大量建筑垃圾,值得广泛推广。
    在城市绿化面积的减少和低碳环保的概念影响下,在政府对建筑环境与低碳节能政策的推动下,以容器为主导的屋顶绿化模式更适合社会的长远发展,选取这一类型的产品进行屋顶绿化对生态绿色城市的建设更具有实质性的意义。尽管容器式屋顶绿化已取得了长足发展,但仍存在着一些问题,比如成本较高、在建设形式上有所限制等,这为我们今后的屋顶绿化材料、产品的研发指明了方向。

    注:文中图片均由上海中卉生态科技股份有限公司提供。 


    参考文献:
    [1] 柯思征.容器种植在花园式种植屋面中的应用[J].中国建筑防水,2014(7):24-26.
    [2] 唐鸣放,王科,蒋琳,等.屋顶绿化节能热工参数研究[J].中国建筑防水,2010(23):18-21.

    (编辑/李旻)