论种植墙屋面的技术发展方向

 

作者：王登祥

〔摘要〕种植屋面与墙面垂直绿化是海绵城市的重要措施，近年来在国内外都掀起了研究的热潮。种植墙屋面的关键是获得良好的节能保温效果，有效减少建筑能耗，同时要方便后期维护。通过对种植系统的考察研究和对国内外工程实践的剖析，本文提出种植墙屋面的关键技术：种植体与建筑主体的可靠连接，种植体的水土保持，雨水收集与回灌技术，选择性能优越的植物，为未来研究确立方向。

〔关键词〕节能，种植屋面，垂直绿化，雨水收集，回灌。

一、引言

    改革开放以来，我国的城市化进程飞速发展，城市化率不断提高，城市规模急剧扩大，建筑的容积率越来越大。整个城市变成了钢筋水泥的森林，植物绿化越来越少，导致环境问题日益凸显，可以统称为城市病。

水泥森林般的建筑和过度的水泥、柏油沥青路面使得城市的热效应明显，形成热岛效应；雨水无法渗透到地下，对城市排水系统形成巨大压力，暴雨季节易形成城市内涝；建筑容积率大，绿化率低，空气不能得到有效净化，好天气要靠刮风；由于绿化较少，噪音较难吸收；广泛使用的玻璃幕墙形成了严重的光污染，造成视觉疲劳。

建筑的外墙材料普遍为水泥、砖砌体等材料，屋面广泛使用沥青类防水卷材，导致建筑物直接暴露在阳光下，夏日建筑升温很快，能耗巨大。

绿色种植屋面的出现，对于解决城市病无疑是一剂良方，其积极作用已得到社会的广泛认可，已逐步受到建筑师、业主和环境专家的青睐。墙面垂直绿化是屋面绿化的延伸，它们共同构成建筑外保温系统，如同建筑的绿色保护伞。有研究表明，绿色种植屋面与墙面垂直绿化，能够有效吸收太阳光，节能减排，缓解城市热岛效应，增加城市多样性，净化城市空气和美化城市环境等^{[1, 2]}。种植屋面是一种低影响开发源头措施，利用植物层、种植基质层及其附属结构蓄滞雨水，具有减少屋面雨水径流总量、峰值流量，延缓径流时间的功能^{[3, 4]}。在不增加用地的情况下，绿色种植屋面能够有效利用不透水屋面，实现较高的能源与环境收益。绿化屋面因植物的蒸腾作用消耗潜热，净辐射热量远小于未绿化屋面，从而大大降低周围空气温度。联合国一项研究表明：一个城市的屋面绿化率达到70%以上时，城市上空的CO₂含量会下降80%，热岛效应会彻底消失^[5]。

20世纪60年代，欧美及日本等发达国家相继建造了各类规模的屋顶花园和屋顶绿化工程，各国政府都出台了相关鼓励政策。我国在这方面起步较晚，但发展迅速，国家在近期启动了海绵城市计划，推动生态城市建设。

绿色种植屋面与墙面垂直绿化是城市平面绿化变为立体绿化，成为地面景观在空中的延伸和拓展，也是建筑设计与种植的结合，自然景观与人造绿化的结合。种植屋面将为人们提供屋顶花园，供人休闲玩耍，观赏娱乐；甚至可以成为菜园、果园，让人种地采摘，如同城市农场。墙面垂直绿化将一栋栋水泥建筑变成参天大树，整个城市变成森林。

种植墙屋面的优点与社会效益已得到了社会的广泛认可，但目前限制它大规模推广的关键问题有两个：1. 一次性投入大，2. 系统不稳定，后期维护困难，成本大。

作者在近期参观调研了常州绿博园和常州建校，结合在常州调研的情况，主要探讨系统后期维护的关键问题，为未来的技术研究确定方向。

二、种植体与建筑主体的可靠连接

种植体与建筑主体结构的连接可靠性至关重要，不可靠的连接会留下安全隐患，后期使用中需要频繁维修、更换，大大增加了使用和维护成本，同时整体性和可靠性严重下降。

平屋面和缓坡屋面（坡度不大于20%）的种植体与建筑主体连接较为可靠，水土流失的问题也不严重。连接问题主要在陡坡屋面（坡度大于20%）和墙面，承载体和连接件应尽量采用耐久性好的材料和连接方式，材料如混凝土、不锈钢、耐候钢、镀锌钢等，连接方式有现浇、预埋、焊接、螺栓连接等。耐久性差（特别是易锈蚀、老化、松动）的材料和连接方式应尽量避免，材料如普通钢材、塑料，连接方式如绑扎、植筋、钻孔等。

图1为常州绿博园某墙面的垂直绿化，绿化效果比较理想，但是种植体的承载体采用了塑料花盆，材料不可靠，后期有安全隐患，花盆数量大，如果更换，则成本太高。墙面和陡坡屋面中使用可靠性差的材料和连接方式，会使承载体腐蚀、老化，甚至脱落，形成高空坠物，产生严重事故。高层建筑中，屋面墙面维护更换构件极其困难而危险，成本极大，更应该控制使用。较高的成本和安全隐患可能会迫使业主最终放弃绿化，直至拆除。

图1墙面垂直绿化

三、种植体的水土保持

保持水土是减少后期维护的重要措施。长期而严重的水土流失会明显降低绿化效果。水土流失问题主要存在于陡坡屋面的种植体，缓坡屋面坡度小，且有有效的过滤层，水土保持较好，墙面一般采用悬挂式，水土基本不流失。陡坡屋面种植土在暴雨时易形成地表径流，冲刷土体，形成水土流失，若不采取可靠措施固土，则可能形成土体滑移，甚至形成小型泥石流。

目前，水土保持的主要方法是设置固定拦土装置，将种植体固定在格栅中，表面覆盖钢丝网，对于普通陡坡（坡度大于20%但不大于50%）取得了较好的效果，如图2所示。对于高陡坡（坡度大于50%），宜采用与墙面类似的悬挂式。

 

图2 陡坡屋面绿化

四、雨水收集与回灌技术

大多数地区一年的降水主要集中在夏季，种植体无法完全吸收暴雨的水量，仍会产生不小的表面径流，这就需要有排水系统将雨水收集到蓄水池，干旱缺水时再通过给水系统回灌种植体。雨水收集与回灌技术是整个系统的关键，一次性建设成本大，也是后期维护的主要工作和成本。雨水收集系统可以截留土壤中流失的养分，必要时还可以添加营养液对植物进行施肥、生长调节。

雨水回灌目前较多采用的是在土体中埋设细水管进行滴灌的方式，效果良好。雨水回灌的后期研究应立足于使用方便、节约水电的原则。未来研究的课题主要是对回灌进行智能化控制，减少人工，减少水电损耗。特别是人员检查困难的陡坡屋面和墙面的回灌采用智能化控制更为关键。后期回灌与日常维护的成本应明显小于节能产生的收益，这是墙屋面绿化能够存在和发展的前提。

五、选择性能优越的植物

选择适宜的植物也是绿化的重要环节。应优先选择本地区常见植物，与环境协调，也易于种植，维护成本低。

屋面宜采用有利于保持水土，根系茂密但无粗大主根的植物。墙面与陡坡屋面维护困难，植物一旦死亡，补种更换困难，宜优先选择易成活，易维护，枝叶茂密的爬藤类、挂枝类植物，普通草本植物不宜使用。有些屋面种植土未能全覆盖，而采用小块独立花坛的方式，这时也可采用爬藤类植物（如葡萄）架进行绿化，实现屋面全覆盖。植物的根系不能具有太强的侵略性，否则会破坏建筑面层，扩张裂缝。

非热带地区不宜采用需水量大的植物。许多建筑物绿化求新求齐，过度使用热带植物，用水量大，成活率低，维护成本居高不下，后期又可能因此放弃维护，最终造成巨大损失。植物的选择也应与光照协调，屋面、向阳面宜种植喜阳植物，背阴面宜种植喜阴植物。

六、结论

    绿色种植墙屋面的初期投入巨大是必然的，本文的立足点在于后期维护的方便性与低廉性，提出建筑绿化的关键技术是种植体与建筑主体的可靠连接，种植体的水土保持，雨水收集与回灌技术，选择性能优越的植物。日常维护的成本应明显小于节能产生的收益，在建筑的全生命周期内能够收回主要甚至全部投资，同时产生良好的社会效益，这是种植墙屋面技术能够长足发展的根本。

参考文献:

[1] 喻圻亮. 深圳地区既有建筑屋顶的节能改造研究[J]. 华中建筑，2008, 26(5): 96-97, 105.

[2] 贾宁，田明华，赵蔓卓等. 北京市屋顶绿化的发展与对策[J]. 中国城市林业，2008, 6(3): 27-29.

[3] 叶建军. 屋顶绿化对城市水环境的改善[J]. 水土保持研究，2007, 14(2): 186-188.

[4] Carter T L’ Rasmussen T C. Hydrologic behavior of vegetated roofs [J]. J AWRA，2006, 42(5): 1261-1274.

[5] 周林园，狄育慧. 绿色屋顶的研究现状及前景分析[J]. 洁净与空调技术CC&AC，2013, 3: 49-51, 54.