屋頂綠化在蘭州建設“海綿城市”中的應用初探

劉 赟 田 恬

（1甘肅省建筑科學研究院，甘肅 蘭州 730050；2甘肅省綠色建筑與建筑節能工程研究中心，甘肅 蘭州 730050）

1 引言

中國《城市園林綠化評價標準》于2010年5月正式發布，從“綜合管理、綠地建設、建設管控、生態環境、節能減排、市政設施、人居環境、社會保障”等八個方面進行評判[1]。蘭州市地處西北地區，城市園林建設相對滯后，近幾年才引起高度重視，開始著力打造“山水之城，黃河之都”，由于地形限制，屋頂綠化無疑成為改善城市生態環境，提高城市綠化率的有效途徑之一。2014年10月，國家住建部發布了《海綿城市建設技術指南》（試行），指南中指出低影響開發技術包含有透水鋪裝、綠色屋頂、下沉式綠地、雨水濕地、植草溝等16種單項技術措施[2]。雖然蘭州生態環境所有改善，但在“海綿城市”建設方面還基本處于空白。在充分考慮蘭州建筑特征、生態條件、經濟水平、規劃思路等因素的基礎上，探討蘭州在構建海綿城市的過程中，如何更好的發揮屋頂綠化的優勢將是亟待解決的新問題。

2 相關概念

2.1 “海綿城市”的內涵

“海綿城市”的概念最早被澳大利亞學者用來隱喻對周邊鄉村人口的吸附效應[3]，我國對于“海綿城市”的理解是指城市能夠像海綿一樣，在適應環境變化和應對自然災害等方面具有良好的“彈性”，下雨時對雨水進行“吸、蓄、滲、凈”，需要時可將貯藏的雨水釋放并加以利用[4]。海綿城市的核心目標是保證開發前后城市的水文特征不變，為保證良好的水循環及可持續發展，《指南》中提出了“低影響開發（LID）”的概念，即在城市開發建設過程中，采用源頭消減、中途傳輸、末端調蓄等多種手段，通過滲、滯、蓄、凈、用、排等多種技術[5]，實現城市良性水循環，提高對徑流雨水的利用和控制能力，從而維持或恢復城市的“海綿”功能[6]。

2.2 “屋頂綠化”的概念

屋頂綠化其實并不是一個新概念，歷史上第一個屋頂花園其實是古巴比倫的“空中花園”。發展至今，屋頂綠化已成為一種融建筑規劃、園林藝術、生態保護為一體的綜合技術。目前，我國對“屋頂綠化”還沒有明確的定義，一般狹義的認為屋頂綠化是指將植物栽種在離開地面的屋頂區域的綠化形式。廣義的屋頂綠化不僅包含在屋頂種植，還包括在橋梁（立交橋）、露臺、天臺、墻體、地下車庫頂部等一切不與地面相連接的構筑物上種植植物的形式[7]。屋頂綠化的種植土一般為人工合成，與自然土壤并不相連，在光照、溫度、濕度、基質等方面均與地面綠化差異較大。屋頂花園在設計和建造過程遇到的問題不同，設計風格不同，使得屋頂花園在國際上還沒有形成統一的劃分標準。一般分為簡單式屋頂綠化和花園式屋頂綠化[5]。依據功能和用途的不同可分為：游憩娛樂型屋頂綠化、商業盈利型屋頂綠化、家庭實用型屋頂綠化、科研生產型屋頂綠化[8]。依據建筑高度可分為低層建筑屋頂綠化、高層建筑屋頂綠化、室內屋頂綠化等[9]。依據空間形式可分為開敞性屋頂花園、版開敞型屋頂花園和封閉型屋頂花園等[7]。

3 蘭州市屋頂綠化發展現狀

3.1 蘭州市屋頂綠化現狀

近些年來，隨著城市化的推進和政策的引導，蘭州市開始嘗試“垂直綠化”、“空間綠化”等新綠化形式，積極倡導將地面綠化擴展到屋頂綠化，有效解決城市用地矛盾，改善市區生態環境。蘭州市第一座進行屋頂綠化的建筑是橋門大廈，建成于1999年，綠化面積約2200m2。2014年，蘭州市園林局正式下文要求對新建建筑物，在滿足屋頂荷載、防水、排水等要求的基礎上應該進行屋頂綠化[1]。此后，雖陸續有建筑進行了屋頂綠化，但總面積仍不足2萬平米。秦冬梅[10]對蘭州的屋頂綠化情況做了統計。

表1 蘭州市屋頂綠化現狀調查

3.2 蘭州發展屋頂綠化的必要性

3.2.1 降低城市污染

蘭州屬于重工業城市，石化、機械等產業園區均分布在市區，再加上地勢原因，很不利于污染物的擴散，大氣污染一直是困擾市民的首要問題。減少污染源排放、增加綠地面積是有效解決城市大氣污染的途徑。面對蘭州城市用地面積緊張的問題，屋頂綠化無疑是改善城市生態環境的重要手段之一。

3.2.2 完善城市綠地系統

目前蘭州南北兩山綠化已初見成效，黃河風情線和城市主干道都采取了相應的綠化措施，但蘭州城市建成區的綠地率和綠化覆蓋率還遠達不到按照《國家園林城市標準》的要求。結合蘭州市建筑物特點，推廣屋頂綠化是極具潛力的。

3.2.3 提升城市形象

蘭州是省會城市，歷史底蘊深厚，有中山橋、五泉山、白塔山等著名景點。近十年來，城市的快速發展使得城區內高樓林立、房屋密集，但從航拍圖像來看，城市屋頂一片狼藉、毫無生機。由此可以看出，發展屋頂綠化則是提升城市整體形象，發展城市旅游業和商業的主要手段之一。

3.3 蘭州發展屋頂綠化存在的問題

3.3.1 認知度不高、缺乏鼓勵政策

蘭州市是國內較早開展屋頂綠化實驗的城市之一，但近幾年發展較為滯后。造成目前這種困境的主要原因有：第一，城市居民對屋頂綠色的認識不夠全面，有些甚至不了解屋頂綠化；第二，政府部門推廣宣傳不到位，沒有出臺相應的補償措施或鼓勵措施。

3.3.2 缺少相應的技術規范

蘭州市目前并未制定出適合于本地的屋頂綠化種植標準和施工規范，雖然可以借鑒其他地區屋頂綠化的經驗，但在推廣過程中暴露了屋面層防水抗滲措施、防根系穿刺、屋頂荷載超標、維護費用較高等一系列問題，嚴重阻礙了屋頂綠化在蘭州的發展和普及。

3.3.3 自然條件限制，植物種類單一

蘭州市屬于西北內陸城市，全年降雨量較少且分布不均，主要集中在7、8、9三個月，年平均蒸發量可達降水量的45倍。惡劣的自然條件并不利于植物的生長，所在蘭州市屋頂綠化可選種的植物并不多，一般多為生長快、抗寒耐旱的植物，搭配較為簡單。

4 屋頂綠化對蘭州構建海綿城市的意義

4.1 屋頂綠化可緩解城市內澇和徑流污染

近幾年，蘭州市經常遭遇暴雨襲擊，多次出現“看海”模式，城市內澇現象日益嚴重。調查表明30%的城市雨水來源于屋頂[11]，屋頂綠化對雨水的消減率可達54%-58%[12]。因此，對屋頂進行綠化可將大量雨水攔截在空中，特別是采用高強度聚乙烯放射孔狀模塊蓄水板塊進行種植，吸水率可達80L/m2。

城市徑流是造成水系污染的主要原因，屋面雨水污染負荷主要包括降雨污染負荷和屋面徑流污染負荷。蘭州地區雨水徑流中有機物、氨氮、總氮、總磷含量較多[13]。屋頂綠化對雨水具有一定的凈化作用，主要通過以下三方面進行作用：第一，通過屋頂綠化層截留、吸納部分雨水，并利用植物和人工種植土層中的微生物降解所蓄積的污染物質。第二，利用土壤滲透作用凈化雨水中的部分污染物質。第三，減少屋面建筑材料對雨水的二次污染。

4.2 屋頂綠化可緩解城市熱島效應，改善城市環境

蘭州城市化的迅速發展導致城市熱島效應一直呈遞增趨勢，且特殊的地形和大氣層結的穩定度造成污染物和熱量擴散緩慢，在冬季熱島效應尤為嚴重[14]。以綠色屋面代替傳統水泥屋面，充分利用植物的蒸騰和光合作用控制建筑物內溫度的變化，增加濕度，減少光照反射，從而有效的緩解城市熱島效應。同時，種植在屋頂的植物還可以吸收部分空氣中的有害氣體、粉塵、細顆粒物等。

4.3 屋頂綠化可改善風環境，營造生物多樣性

對城市風道上的屋頂進行綠化，可局部減少屋頂高溫對風的消減作用，使氣流通暢經過全城。風與屋頂綠化協同作用，既可以稀釋降解空氣污染，也可以將被植物凈化后的新鮮空氣與周邊空氣混合，擴大屋頂綠化的生態效應范圍。

城市化進程使得蘭州本就脆弱的生態系統變得更為不堪，已有研究表明，通過系統化的景觀設計，如屋頂綠化，可以為蝴蝶、蜜蜂等昆蟲或小型動物提供棲息、繁殖的“避難所”。

4.4 屋頂綠化可改善建筑屋頂性能，保護建筑物

蘭州市建筑多為平屋頂，沒有進行綠化時，夏季光照時間長，屋頂最高溫可達80℃以上，而冬季氣溫較低，多在零度以下，較大的溫差易造成屋頂建筑材料老化，防水失效。經過綠化的屋頂有一定的阻滯作用，可降低屋面內外表面的溫度波動，減少了建筑物產生裂隙的可能性，延緩材料老化時間，從而增加屋面及建筑物的使用壽命。

5 結 語

屋頂綠化可以有效緩解城市內澇、減少徑流污染、減緩城市熱島效應、改善建筑屋頂等，是蘭州構建海綿城市的重要對策之一，但在建設初期還需要結合本地氣候條件、地質特征進行大量的實驗和研究，探尋出更為適合蘭州本土種植的植物和屋頂綠化施工工藝，從而為今后的推廣工作夯實基礎。

[1]李琳，蘭州屋頂綠化及其發展研究[D].甘肅：蘭州交通大學，2015

[2]住房和城鄉建設部.住房城鄉建設部關于印發海綿城市建設技術指南—低影響開發雨水系統構建（試行）的通知[EB/OL].http://www.mohurd.gov.cn/zcfg/jsbwj_0/jsbwjcsjs/201411/t20141102_219465.html.

[3] Neil Argent,Fran Rolley,Jim Walmsley.The Sponge City Hypothesis:does it holdwater[J].Australian Geographer,2008,39(2):109-130

[4]張建云，王銀堂，胡慶芳等.海綿城市建設有關問題討論[J].水科技進展.2016,27（6）:793-799

[5]袁業飛，“綠”與“灰”的抉擇——海綿城市的理念探索[N].中化建設，2016,9

[6]楊陽，林廣思.海綿城市概念與思想[J].南方建筑，2015，3：59-64

[7]黃金祈.屋頂花園——設計與營造[M].北京:中國林業出版社，2003

[8]吳穎，王賀飛，沈淑紅.閑談屋頂花園的分類與功能與其營造技術[J].北方園藝，2007，（7）：143-146

[9]梁鼎森，王慶.屋頂花園分類設計簡析[J].山西建筑，227，33（8）：07-08

[10]秦冬梅，馮今.蘭州市屋頂綠化的思考與探索[J].甘肅農業，2013（23）：53-55

[11]楊潔瑩，戚智勇.屋頂綠化在海綿城市中推廣策略研究[J].城鄉規劃，2016（10）：98-101

[12]王書敏，何強，孫興福等.兩種植被屋面降雨期間調峰控污能效分析[J].重慶大學學報，2015（5）：137-142

[13]崔叔陽，張國珍，武福平.蘭州地區雨水徑流中污染物特征研究[J].內蒙古科技與經濟，2016（6）：47-63

[14]白虎志，任國玉，方鋒.蘭州城市熱島效應特征及其影響因子研究[J].氣象科技，2005,33（6）：492-500