論種植墻屋面的技術發展方向

 

作者：王登祥

〔摘要〕種植屋面與墻面垂直綠化是海綿城市的重要措施，近年來在國內外都掀起了研究的熱潮。種植墻屋面的關鍵是獲得良好的節能保溫效果，有效減少建筑能耗，同時要方便后期維護。通過對種植系統的考察研究和對國內外工程實踐的剖析，本文提出種植墻屋面的關鍵技術：種植體與建筑主體的可靠連接，種植體的水土保持，雨水收集與回灌技術，選擇性能優越的植物，為未來研究確立方向。

〔關鍵詞〕節能，種植屋面，垂直綠化，雨水收集，回灌。

一、引言

    改革開放以來，我國的城市化進程飛速發展，城市化率不斷提高，城市規模急劇擴大，建筑的容積率越來越大。整個城市變成了鋼筋水泥的森林，植物綠化越來越少，導致環境問題日益凸顯，可以統稱為城市病。

水泥森林般的建筑和過度的水泥、柏油瀝青路面使得城市的熱效應明顯，形成熱島效應；雨水無法滲透到地下，對城市排水系統形成巨大壓力，暴雨季節易形成城市內澇；建筑容積率大，綠化率低，空氣不能得到有效凈化，好天氣要靠刮風；由于綠化較少，噪音較難吸收；廣泛使用的玻璃幕墻形成了嚴重的光污染，造成視覺疲勞。

建筑的外墻材料普遍為水泥、磚砌體等材料，屋面廣泛使用瀝青類防水卷材，導致建筑物直接暴露在陽光下，夏日建筑升溫很快，能耗巨大。

綠色種植屋面的出現，對于解決城市病無疑是一劑良方，其積極作用已得到社會的廣泛認可，已逐步受到建筑師、業主和環境專家的青睞。墻面垂直綠化是屋面綠化的延伸，它們共同構成建筑外保溫系統，如同建筑的綠色保護傘。有研究表明，綠色種植屋面與墻面垂直綠化，能夠有效吸收太陽光，節能減排，緩解城市熱島效應，增加城市多樣性，凈化城市空氣和美化城市環境等^{[1, 2]}。種植屋面是一種低影響開發源頭措施，利用植物層、種植基質層及其附屬結構蓄滯雨水，具有減少屋面雨水徑流總量、峰值流量，延緩徑流時間的功能^{[3, 4]}。在不增加用地的情況下，綠色種植屋面能夠有效利用不透水屋面，實現較高的能源與環境收益。綠化屋面因植物的蒸騰作用消耗潛熱，凈輻射熱量遠小于未綠化屋面，從而大大降低周圍空氣溫度。聯合國一項研究表明：一個城市的屋面綠化率達到70%以上時，城市上空的CO₂含量會下降80%，熱島效應會徹底消失^[5]。

20世紀60年代，歐美及日本等發達國家相繼建造了各類規模的屋頂花園和屋頂綠化工程，各國政府都出臺了相關鼓勵政策。我國在這方面起步較晚，但發展迅速，國家在近期啟動了海綿城市計劃，推動生態城市建設。

綠色種植屋面與墻面垂直綠化是城市平面綠化變為立體綠化，成為地面景觀在空中的延伸和拓展，也是建筑設計與種植的結合，自然景觀與人造綠化的結合。種植屋面將為人們提供屋頂花園，供人休閑玩耍，觀賞娛樂；甚至可以成為菜園、果園，讓人種地采摘，如同城市農場。墻面垂直綠化將一棟棟水泥建筑變成參天大樹，整個城市變成森林。

種植墻屋面的優點與社會效益已得到了社會的廣泛認可，但目前限制它大規模推廣的關鍵問題有兩個：1. 一次性投入大，2. 系統不穩定，后期維護困難，成本大。

作者在近期參觀調研了常州綠博園和常州建校，結合在常州調研的情況，主要探討系統后期維護的關鍵問題，為未來的技術研究確定方向。

二、種植體與建筑主體的可靠連接

種植體與建筑主體結構的連接可靠性至關重要，不可靠的連接會留下安全隱患，后期使用中需要頻繁維修、更換，大大增加了使用和維護成本，同時整體性和可靠性嚴重下降。

平屋面和緩坡屋面（坡度不大于20%）的種植體與建筑主體連接較為可靠，水土流失的問題也不嚴重。連接問題主要在陡坡屋面（坡度大于20%）和墻面，承載體和連接件應盡量采用耐久性好的材料和連接方式，材料如混凝土、不銹鋼、耐候鋼、鍍鋅鋼等，連接方式有現澆、預埋、焊接、螺栓連接等。耐久性差（特別是易銹蝕、老化、松動）的材料和連接方式應盡量避免，材料如普通鋼材、塑料，連接方式如綁扎、植筋、鉆孔等。

圖1為常州綠博園某墻面的垂直綠化，綠化效果比較理想，但是種植體的承載體采用了塑料花盆，材料不可靠，后期有安全隱患，花盆數量大，如果更換，則成本太高。墻面和陡坡屋面中使用可靠性差的材料和連接方式，會使承載體腐蝕、老化，甚至脫落，形成高空墜物，產生嚴重事故。高層建筑中，屋面墻面維護更換構件極其困難而危險，成本極大，更應該控制使用。較高的成本和安全隱患可能會迫使業主最終放棄綠化，直至拆除。

圖1墻面垂直綠化

三、種植體的水土保持

保持水土是減少后期維護的重要措施。長期而嚴重的水土流失會明顯降低綠化效果。水土流失問題主要存在于陡坡屋面的種植體，緩坡屋面坡度小，且有有效的過濾層，水土保持較好，墻面一般采用懸掛式，水土基本不流失。陡坡屋面種植土在暴雨時易形成地表徑流，沖刷土體，形成水土流失，若不采取可靠措施固土，則可能形成土體滑移，甚至形成小型泥石流。

目前，水土保持的主要方法是設置固定攔土裝置，將種植體固定在格柵中，表面覆蓋鋼絲網，對于普通陡坡（坡度大于20%但不大于50%）取得了較好的效果，如圖2所示。對于高陡坡（坡度大于50%），宜采用與墻面類似的懸掛式。

 

圖2 陡坡屋面綠化

四、雨水收集與回灌技術

大多數地區一年的降水主要集中在夏季，種植體無法完全吸收暴雨的水量，仍會產生不小的表面徑流，這就需要有排水系統將雨水收集到蓄水池，干旱缺水時再通過給水系統回灌種植體。雨水收集與回灌技術是整個系統的關鍵，一次性建設成本大，也是后期維護的主要工作和成本。雨水收集系統可以截留土壤中流失的養分，必要時還可以添加營養液對植物進行施肥、生長調節。

雨水回灌目前較多采用的是在土體中埋設細水管進行滴灌的方式，效果良好。雨水回灌的后期研究應立足于使用方便、節約水電的原則。未來研究的課題主要是對回灌進行智能化控制，減少人工，減少水電損耗。特別是人員檢查困難的陡坡屋面和墻面的回灌采用智能化控制更為關鍵。后期回灌與日常維護的成本應明顯小于節能產生的收益，這是墻屋面綠化能夠存在和發展的前提。

五、選擇性能優越的植物

選擇適宜的植物也是綠化的重要環節。應優先選擇本地區常見植物，與環境協調，也易于種植，維護成本低。

屋面宜采用有利于保持水土，根系茂密但無粗大主根的植物。墻面與陡坡屋面維護困難，植物一旦死亡，補種更換困難，宜優先選擇易成活，易維護，枝葉茂密的爬藤類、掛枝類植物，普通草本植物不宜使用。有些屋面種植土未能全覆蓋，而采用小塊獨立花壇的方式，這時也可采用爬藤類植物（如葡萄）架進行綠化，實現屋面全覆蓋。植物的根系不能具有太強的侵略性，否則會破壞建筑面層，擴張裂縫。

非熱帶地區不宜采用需水量大的植物。許多建筑物綠化求新求齊，過度使用熱帶植物，用水量大，成活率低，維護成本居高不下，后期又可能因此放棄維護，最終造成巨大損失。植物的選擇也應與光照協調，屋面、向陽面宜種植喜陽植物，背陰面宜種植喜陰植物。

六、結論

    綠色種植墻屋面的初期投入巨大是必然的，本文的立足點在于后期維護的方便性與低廉性，提出建筑綠化的關鍵技術是種植體與建筑主體的可靠連接，種植體的水土保持，雨水收集與回灌技術，選擇性能優越的植物。日常維護的成本應明顯小于節能產生的收益，在建筑的全生命周期內能夠收回主要甚至全部投資，同時產生良好的社會效益，這是種植墻屋面技術能夠長足發展的根本。

參考文獻:

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[3] 葉建軍. 屋頂綠化對城市水環境的改善[J]. 水土保持研究，2007, 14(2): 186-188.

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[5] 周林園，狄育慧. 綠色屋頂的研究現狀及前景分析[J]. 潔凈與空調技術CC&AC，2013, 3: 49-51, 54.