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浅谈绿色建筑屋顶花园的生态功能和构建技术.pdf

花匠小妙招
2024-09-27 22:26

architecture & art

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浅谈绿色建筑屋顶花园的生态功能和构建技术

文：赵志英（上海农工商绿化有限公司 200070）

摘要本文对屋顶花园的概念、发展、类型进行了简要的概述，阐明了屋顶花园的生态功能、设计原则，提出了屋顶花园建造的技术问题，并以上海农保大厦屋顶花园为例，就当今的先进技术条件下，如何运用设计原则、新方法和新技术来解决屋顶花园建造的技术问题进行了探讨，并对屋顶花园今后的发展提出了几点建议，旨在为屋顶花园景观规划提供参考。关键词绿色建筑；屋顶花园；生态功能；构建技术

前言

随着人们对于生态环境和可持续发展意识的逐渐增强，绿色建筑的理念越来越受到人们的重视。具有生态、环保、休闲和美化城市的屋顶花园，作为构建绿色建筑的一种有效手段正得到人们广泛的认可。屋顶花园实现了人们对本朴自然、精神家园的追求，不用循迹山野，就可以感受“采菊东篱下，悠然见南山”的境界。[1]

1. 屋顶花园的概念

从一般意义上讲，屋顶花园是指在一切建筑物、构筑物的顶部、天台、露台之上所进行的绿化装饰及造园活动的总称。它是人们根据屋顶的结构特点及屋顶上的生境条件，选择生态习性与之相适应的植物材料，通过一定的技术艺法，从而达到丰富园林景观的一种形式[2]。2.屋顶花园的发展概述

屋顶花园建设已有2000多年的历史。世界七大奇迹中，便有古代巴比伦的“空中花园”，但其遗址早已不存，这一奇迹顿成远古追忆、太虚幻境。如今发达国家都已经进入了屋顶绿化的快车道。国外如瑞士已强行规定，新建的建筑必须修建绿色屋顶，来扩大城市的绿色植被面积。而我国自20世纪60年代才开始研究屋顶花园和屋顶绿化技术。开展绿化种植最早的是四川省，60年代初，成都、重庆等一些城市的工厂车间、办公楼、仓库等建筑，利用平屋顶的空地开展农副生产，种植瓜果、蔬菜。20世纪70年代，我国第一个屋顶花园在广州东方宾馆10层屋顶建成。1983年，北京修建了五星级旅馆长城饭店。在饭店主楼西侧低层屋顶上，建起我国北方第一座大型露天屋顶花园。近二十多年来，屋顶花园在经济发达城市有很快的发展。如上海为首的各大城市率先启动了屋顶推广计划。[3]

3. 屋顶花园的类型

屋顶花园按高度分为低层建筑屋顶花园和高层建筑屋顶花园两种；按空间组织状况分为开敞式、封闭式和半封闭式三种；从使用功能来看，可以划分为花圃苗圃型、棚架型、庭院型、草坪地毯型、立体多层型、花园型、经济开发型。[4]根据屋顶荷载和防水的不同要求，分为花园式屋顶绿化和简单式屋顶绿化；由于荷载的限制，又将简单式屋顶绿化分为覆盖式绿化、固定种植池绿化、可移动容器绿化3种。每种方式的植物选择都应避免选择高大的乔木。4. 屋顶花园的生态功能4.1延长屋顶寿命

一般来说，即使有专业的维护，普通的屋顶寿命也只有15到25年。随着时间的积累，屋顶表面防水层所承受的物理、化学和生物性压力都将造成屋顶的损耗。一般来说，屋顶将承受超过100℃的年均温差和超过日均60℃的温差。紫外线辐射和较高的臭氧层比率都是加速防水层的老化的主要因数，最终逐渐导致材料的损坏、收缩、裂缝的形成和渗漏。绿色屋顶能够为防水层提供防护，植被层能够减缓不同季节中温度变化对屋顶的破坏。铺设了植被层的屋顶所承受的年温差不超过35℃，日差最大也仅有15℃。除此之外，绿色屋顶还将为防水层形成保护，能够避免冰雹、大风、人为破坏。4.2减低噪音

绿色屋顶能够减少3分贝的噪音，并能够帮助隔音层减少8分贝的噪音。这些对于居住在机场、娱乐场所和工业园

区附近的人们是至关重要的。另外，植被层还能有效保护电磁波的传送。

4.3隔热作用

绿色屋顶还可被看作是另外一层隔热层，因此它可以减少对于主要能源的消耗，这是一种众所周知的经济效益。通过绿色屋顶的建造，原本依赖于原始绝热材料的屋顶得到了改善，每平方米的面积可以节省1到2升的石油需求量。4.4热量阻隔

在夏季时节里，绿色屋顶可以通过蒸腾作用来降低室内的温度。根据Drefahl 于1995年的测试，有绿色屋顶覆盖的公寓顶层的微气候与普通公寓底层公寓相差无几。由植被层覆盖的绿色屋顶可以避免顶楼空间的过热情况，并由此减少对于空调和能耗的消耗。

4.5空间的延伸

绿色屋顶为我们提供了各种各样的空间使用方法，其中包括：昆虫和植物的自然栖息地、休闲屋顶花园、屋顶咖啡区和运动区域。

4.6减少灰尘烟雾

城市中的空气污染将对人们的身体产生危害，植物可以提高空气质量。1平方米的绿色屋顶每年可以过滤约0.3千克的尘土和烟雾颗粒。另外，这些植物生长媒介还可减低空气中或降水中产生的硝酸盐等有害物质。[5]

5. 屋顶花园规划设计的原则5.1 安全性原则

空中绿化，安全第一。这里所指的安全是指房屋的载荷、屋顶防水结构安全以及屋顶四周的防护栏杆的安全等。一、建筑屋顶花园所附加的荷重，超过建筑物的结构构件——板、梁、柱墙、地基基础的承受能力，则将影响房屋的正常使用。二、建筑屋顶花园虽然有保护屋顶防水层的作用，但是在极为簿弱的屋顶防水层上进行园林小品土木工程施工和经常的种植耕种作业，极易造成破坏，使屋顶漏水，引起极大的经济损失。三、屋顶花园另一方面的安全问题是屋顶四周的防护。屋顶上建造花园必须设有牢固的防护措施，以防人物落下伤人。[6]

5.2美观性原则

屋顶花园要为人们提供优美的环境，因此，它应比露地花园建造的更加精美美观。构成一个屋顶花园在视觉上的美感，基本的要素有点、线、面、体、质感和色彩。如何组织这些要素创造住优美宜人的屋顶景观、构成有秩序的空间就需要掌握形式美的一般原则。

5.3功能性原则

一、改善城市生态环境的功能：充分利用屋顶的竖向和平面空间，以植物造景为主，利用棚架、攀援食物、悬垂植物等实现立体绿化，尽可能的增加绿化量。满足绿化覆盖绿在50%〜70%以上，才能够发挥绿色生态功能、环境效益和经济效益。二、满足游人的使用功能：屋顶花园在设计时应根据使用者的行为模式、使用习惯和使用要求进行功能设计，注重使用功能的舒适性、合理性和方便性，强调使用者在游憩过程中与自然的亲和性，使之流连忘返。5.4人性化原则

一、具有针对性设计：在针对屋顶花园设计的艺术性考虑时，应当按使用者的要求（或需要）、文化品位、个人或群体素质，营造特定的文化内涵和氛围，以适合这一群体的审美情趣和欣赏水平。二、考虑地域性：要充分研究当地的气候条件，考虑人们的生活习惯。

5.5经济性原则

屋顶花园一般造价较高，但是设计时应精打细算，为业

主着想，把资金用在急需的地方。要量体裁衣，力求通过材料和施工工艺节省开支，不必选择昂贵的材料，而是追求最适宜的材料。而且设计时，还应考虑后期管理，最大限度降低后期管理成本。[3]

6. 屋顶花园建造的技术问题6.1建筑结构荷载的问题

在屋顶上造园的先决条件是建筑物能否承受由屋顶花园的各项园林工程所增加的荷载。屋顶花园屋面相对于普通屋面，其恒载和活荷载都有大幅度的增加，从而直接影响下部建筑结构、地基基础的安全性以及建筑工程的造价。它与屋顶结构自重、防水层、找平层、保温隔热层和屋面铺装等静荷载相加，才是屋顶的全部荷载。屋顶花园的荷载至少为200kg/m 2。建造屋顶花园必须保证绝对安全，否则会造成潜在的隐患。

6.2防水问题

屋顶花园在建设中的一项很大的难题就是在营建中原屋顶的防水系统容易被破坏，从而使屋顶漏水，这样不但会造成很大的经济损失，而且直接影响屋顶花园的使用效果和建筑物的安全。建造屋顶花园后，随着植物根系的生长，很可能穿透防水层，在随着根系的加粗，防水层破坏加剧，最后“崩溃”；再加上人为走动摩擦，鞋钉、工具、冲击物等得破坏，也易使原防水层失防。所以防水是屋顶花园安全工作的核心，也是屋顶花园建设的头一道工序。6.3排水问题

屋顶花园绿化排水和过滤系统至关重要，是保证屋顶花园安全持久的基础设施，好的排（蓄）水是屋顶花园设计重要的要求。如何根据屋顶绿化的不同类型，来采用对应的排（蓄）水和过滤系统，选择对应的排（蓄）水材料和过滤材料，是屋顶绿化的关键环节，其重要性仅次于防水材料的选择。[7]

6.4栽培基质的选择

屋顶花园栽培基质的选择是一个非常关键的因素，不仅要考虑到生态环境和地面的差别很大，使之有很好的吸水和持水能力，而且要考虑到它的容重；既要考虑到它的保肥力，透气性，又要考虑到它在高温下不发生变形变质。既要支持住植物地上部分不发生倾倒，又能不妨碍植物地下部分的生长和肥大。

6.5植物配置问题

因为屋顶花园特殊立地条件的限制，屋顶花园的设计建造，往往不能随心所欲的改造地形、营造水体；道路也因屋顶场地狭小而不能形成多级系统。园林植物的选配决定了屋顶花园的观赏效果和艺术水平的高低。但是，无论哪种使用要求和种植形式及配植方法，都要求屋顶花园上选配比露地上更为精美的品种。保持四季常青、三季有花、一季有景。7.解决屋顶花园建造的技术问题的实例评析——上海农保大厦屋顶花园的规划设计

就当今的先进技术条件下，在屋顶花园建设的过程中运用什么新方法和新技术来减轻建筑结构荷载，屋顶防水、排水、植物配置、栽培基质的选择等这些屋顶花园建造的技术问题，是营造绿色建筑屋顶花园规划设计的要点。以上海农保大厦屋顶花园的规划设计的实例，较为具体的理解上述有关于屋顶花园景观营造的设计原则和新技术的运用。

7.1项目概况

本项目位于上海市共和新路3651号，是一座办公大楼。屋顶花园的绿化景观规划面积合计为350m 2，位于建筑物七层的东、西两个区域，两个区域的北侧靠墙处都是风机。该屋顶花园主要供大厦内部人员使用，办公人员可以在繁重和紧张的工作之余，散步于花丛绿荫之下，陶

醉于鸟语花香之中，既可以领略大自然的美，又可以呼吸新鲜空气，改善血液循环，调节大脑机能，消除疲劳，焕发精神，并可满足员工们小型聚会的需要。　　 7.2总体设计总体风格根据建筑物的现代派风格的特点，定位为现代艺术风格。采用简洁的线条与现代材料结合的手法，既突出轻快简洁的特点，又不失艺术情趣的现代精神。根据屋顶的形式和朝向的特点，以中心区域为核心，南北两侧分别设计成不同风格的区域。屋顶南侧设置可提供休闲的廊架（木亭）。不仅可以提供小聚餐的场地，同时也能提供休息的空间。 7.3技术设计 7.3.1屋面荷载的处理屋面荷载为200kg/m2，其构造包括防水层、隔根层、排水层、过滤层、种植基质层等。在该屋顶花园绿化工程中，种植基质采用超轻量绿化用无机介质，其容重为 450-650kg/m3；排水系统采用10-20厚PE聚乙烯凹凸排水板，含水时重量为5kg/ m2，过滤层运用250g/m2的聚酯无纺布。用塑料材料制作排灌系统。铺装及亭、廊以木质铺装为主调。上述材料的运用减轻了“绿化材料” 的自重，从而减轻了屋面的荷载。 7.3.2屋面的二次防水问题的解决方式设计要求施工时先清理原防水层上灰尘和鼓泡的部位，再涂刷基层处理剂，再刷涂聚氨酯防水涂料2mm，最后粘贴4厚ARC-700聚合物改性沥青耐根穿刺防水卷材。这种下道为普通防水层，上道为耐植物根系穿刺的防水材料，达到了隔水、防水的作用，更防止了漏水。 7.3.3屋顶花园的排（蓄）水问题的解决方式为了长期保持屋顶花园的综合效果，屋面除了有十分的防水效果外，还设计了有效的排水结构，以防止因雨水倾泻而造成有损于土壤和植物的溢水和积水。其方法是在屋顶花坛的底部安装一定数量的U-PVC排水管，该排水管一直和屋面四周的天沟相连，水通过落水口排出。对于屋顶花园来说，蓄水能力和排水能力同样重要，因为暴雨是对屋顶绿化系统的最大考验，优秀的蓄水能力将减少暴雨对屋顶排水系统的巨大压力，同时还可以储存一步分水分作为植物的养分。所以此项目中设计运用轻质材料的10-20厚PE聚乙烯凹凸排水板，该材料凹凸面具有一定的蓄水能力，可适当调节植物所需的水分，满足绿地的排（蓄）水需要。 7.3.4栽培基质的选择为达到轻质、肥效、保水、排水的良好效果，在该屋顶花园绿化工程中，种植基质采用超轻量绿化用无机介质，其湿堆密度为450-650kg/m3。这种无机基质主要是一些天然矿物或其经高温处理后的产物。设计时要求在这种无机介质掺入栽培基质添加剂，这样可以满足植物需要的营养，调节PH值，增强基质的缓冲作用和提高基质的保肥能力。根据微地形处理的需要及植物生长的特性，基质的厚度参考如下表：（表7-1）表7-1 屋顶绿化植物基质厚度要求植物类型小型乔木大灌木小灌木草本、地被植物规格/m H=2.0〜2.5 H=1.5〜2.0 H=1.0~1.5 H=0.2~1.0 基质厚度/cm ≥60 50〜60 30〜50 10〜30 季等；草本花卉如万寿菊、牵牛花、一串红等，这些植物能够帮助净化空气，改善环境小气候。还选择些具有观赏性的植物，如紫叶李、红枫、垂丝海棠、迎春、樱花、杜鹃等。在北面的廊架上设计了丝瓜、葡萄，使屋顶花园更加的生态性和实用性。在植物的布局上按照屋顶花园规划设计的原则，考虑到基质的厚度问题，浅根系的小乔木、灌木、藤本植物是屋顶绿化骨干植物的首选，并且绿化形式以丛植和孤植为主。除了微地形变化的自由种植区，还采用花坛的种植形式。花钵沿建筑屋顶周边应季布置，在楼的边缘处摆放悬挂植物，兼顾墙体的绿化，并且根据盛花期随时更换，保证景观效果。 8.对屋顶花园今后发展的几点建议屋顶绿化是节约土地、开拓城市空间、“包装”建筑的有效方式,应将屋顶绿化全面推进，加快屋顶绿化进程。同时屋顶绿化的发展,需要循序渐进，稳中求进，使屋顶绿化长足稳定地发展。主要需从以下几个方面开展工作。 8.1积极引导，调动开展屋顶绿化的积极性政府部门要进行大力宣传和引导，对屋顶绿化建设进行奖励。要分类推进，区别对待。可根据实际情况向绿化管理部门提交绿化面积折算申请，经过审核批准后，进行实施。结合“花园单位”和“绿化模范单位”等评选活动，将屋顶绿化作为考核指标和评选条件。同时，保护和扶持率先进行屋顶绿化的单位和个人，让他们从自家屋顶建筑结构和功能的实际出发，自行决定屋顶绿化的形式，更好地发挥出展示作用，能有效地推动和促进屋顶绿化的发展。 8.2科学规划和设计，创造屋顶绿化建筑基础通过建筑的科学规划和设计，创造屋顶绿化的建筑基础。采取同步规划和设计的原则，对新建机关、事业单位以及教育、文化、体育等公共服务设施建筑,应按照 “屋顶绿化技术规范”的要求，同步规划和设计满足屋顶绿化要求的建筑结构、排水和防渗要求等，为屋顶绿化建设奠定建筑结构基础。 8.3加强种植基质层研究荷载问题是限制游憩设施布设和植物选择的主要因子，在设计时要综合考虑。基质层是屋顶绿化中植物赖以生长的基础，其主要功能是满足植物的正常生长要求，提供植物生长所需要的水分和养料。根据植物生长层的不同，种植基质层可以采用天然土壤层和专用的土壤配置。但天然土壤的自重较大，且颗粒细密，雨水不能迅速渗入土壤，无法被有效吸收蓄积，屋顶会形成地表径流，容易造成屋面积水。新型的屋顶绿化专用土壤配置可有效提高土壤对雨水的吸收速度，减轻土壤重量，避免形成屋顶地表径流。在轻型屋顶绿化中，生长基质层性能对整个系统长期稳定起着关键作用，生长基质层材料成本也占到整个系统造价的20%〜30%，建议将提高屋顶栽培基质性能和降低产品施工成本作为屋顶绿化栽培基质的主要研究和发展方向。 9.小结推广屋顶绿化技术，加强技术攻关和科研工作，深入开展适合当地屋顶绿化的优良草种及具有观赏价值的灌木、小乔木的筛选和引种试验，建立繁殖园，向市场提供量多质优的屋顶绿化材料。同时，研究更加科学的建筑设计和绿化设计方案，提高屋顶绿化的技术水平，创建生态型屋顶绿化示范工程。培养城市屋顶绿化的专业人才，特别是既懂园林设计又懂建筑设计的复合型人才。在施工中重视建筑防水、排水、栽培基质和植物选择等技术环节。制定鼓励发展屋顶绿化的地方性法规和技术规范，同时进一步规范施工技术和使用材料，将有助于屋顶绿化的可持续发展。绿色建筑是当代社会的建设热点，而屋顶花园又是提高绿色建筑生态效益的有效手段，因此建设屋顶花园将是绿色建筑设计的重点。 7层东侧屋顶花园透视图 7层西侧屋顶花园透视图 7层西侧屋顶花园平面图 7层东侧屋顶花园平面图 7.3.5植物配置问题的解决方式在该工程规划中，植物选择上主要选择了喜日照、耐旱等植物品种，诸如桂花、茶花、铁树、棕竹。考虑到项目位于高架旁，所以选择一些抗污染能力比较强的植物，如乔木桂花、石榴等；灌木如大叶黄杨、茶花、月参考文献 [1]戴善奎.屋顶花园的设计与建造.石家庄:河北科学技术出版社.1999 [2] h t t p://h i.b a i d u.c o m/x d y l999/b l o g/i t e m/ 581e36f0913f5dc27931aa39.html [3]徐峰封蕾郭子一.屋顶花园设计与施工.北京:化学工业出版社.2007.2 [4]潘倩杨青.绿色建筑屋顶花园的功能和构建技术.国际新景观杂志社2009:13-15 [5]国际绿色屋顶协会.健康绿色屋顶协会编.最新国外屋顶绿化.武汉.华中科技大学出版社.2009.7 [6]黄金 .屋顶花园:设计与营造.北京.中国林业出版社.1994.2 [7]马月萍.白淑媛.屋顶绿化设计与建造.北京.机械工业出版社.2009.12 architecture & art 145