海綿城市

劉洋+方正+婁巖巖+林川靖

摘 要：根據建設海綿城市的“滲”“滯”“蓄”“凈”“用”“排”方針，結合武漢當地的氣候地理特點，提出了利用APP遠程控制滴灌線型排列的九宮格式綠色屋頂的構想，從而使人們在日常生活中就能夠參與到海綿城市的建設當中。

關鍵詞：海綿城市 九宮格式綠色屋頂 屋頂的主要創新點

中圖分類號：TU201.5 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）07（b）-0120-02

1 提出九宮格式綠色屋頂背景

十八屆五中全會提出，促進人與自然和諧共生，構建科學合理的城市化格局、農業發展格局、生態安全格局、自然岸線格局，推動建立綠色低碳循環發展產業體系。關于建設海綿城市的構想與推進，正是上述綠色發展思路的一個生動實踐與具體努力——繼2015年4月財政部、住建部和水利部聯合發布16個海綿城市建設試點名單后，10月中旬，國務院辦公廳又印發了《關于推進海綿城市建設的指導意見》，部署推進海綿城市建設工作。

屋頂綠化[1]對增加城市綠地面積，改善日趨惡化的人類生存空間環境，改善城市高樓和眾多道路的硬質鋪裝取代自然土地和綠色植物的現狀，改善因過度砍伐樹木、硬化鋪裝面積增多、各種廢氣污染而形成的城市熱島效應、減少沙塵暴等對人類的危害，開拓人類綠化空間，建造田園城市，改善人民的居住條件，提高生活質量，以及對美化城市環境、改善生態環境等方面都有著極其重要的意義[2]。

2 九宮格式綠色屋頂的主要特點

九宮格式綠色屋頂裝置由宮格裝置、雨水收集裝置、智能滴灌和太陽能動力系統組成。適用于華中地區幾乎所有平屋頂的建筑。

由屋頂的光伏電池板給水泵提供能源，通過手機APP智能控制滴灌系統，在植物缺水時，由水泵抽取頂層永久性集水箱內的屋頂雨水（由土壤下滲）進行滴灌。綠色屋頂外觀采用九宮格形式，一株植物種在一個宮格內，種植的植物可以直接從裝置中取出，便于更換及養護，同時能減輕屋頂重量、加快滲水。為確保建筑的安全性，九宮格綠色屋頂在建筑平屋頂上采用線型排列的方式。

該系統利用光伏揚水逆變器將光能轉化為電能，給水泵的電動機提供動力來源；利用傳感器對土壤中埋放數據傳感器，監測土壤濕度；利用網絡服務器和遠程客戶端相結合的技術，實現手機APP遠程控制。系統具有清潔、節約、環保、智能、美觀的優點。

3 綠色屋頂的組成

該系統主要由以下4個部分組成：（1）采用九宮格式綠色屋頂形狀；（2）屋頂雨水的收集利用；（3）太陽能手機APP滴灌系統；（4）綠色屋頂的排列方式。

3.1 九宮格式綠色屋頂的形狀

九宮格式綠色屋頂裝置。該裝置的受雨面積主要被分為9個正方形的格子以及中間的透水間隙，透水層主要由透水磚、過濾層和排水層、保濕層、防根層、防水層和結構層構成。九宮格綠色屋頂裝置的優勢主要包括以下幾點：

（1）宮格式的造型能夠增大受雨面積和透水的能力，當該裝置遇到較大的雨水時，土壤的滲水速率不夠，透水間隙可加快滲水，避免雨水的累積，導致植物受澇或者是屋頂的壓力太過大。

（2）宮格的造型在穩定性上較好，并且便于植物的更換以及養護，種植的植物可以直接從裝置中取出，這樣可選擇不同的植物品種使綠色屋頂更加適應季節的變化。

（3）九宮格的裝置還便于植物的灌溉，每個宮格安裝噴灑裝置，可以減少水資源的浪費。

（4）日常裝置的維護相比于其他的綠色屋頂也更加方便，由于分為幾個部分，在尋找裝置的問題時也更加方便，不需要破壞植物，在日常養護以及清理時，如果覺得植物產生了較大的影響，可以暫時移位，等待養護結束后再放回原處。

（5）由于設計成為了宮格造型，則會增加裝置的表面積，空白的表面積可以根據產品的需要發揮，例如安裝太陽能，支持節能減排。

（6）將種植植物的區域劃分成九宮格造型，所使用的土壤比一般種植植物的土壤要減少很多，可以減輕裝置的重量，適用于更多的屋頂。

3.2 屋頂雨水收集

資料表明武漢市的年平均降雨量為1 260 mm，雨水是水利用的重要組成部分。通過綠色屋頂的初步凈化作用，流入雨落管的雨水相對初期雨水而言水質良好，這個時候通過導流槽把雨水收集到集水箱內。集水箱可以建造成永久式的，占地面積不大，卻能沖洗衛生間，清洗道路，實現雨水的再利用，還能對屋頂的綠色植物進行澆灌。

3.3 太陽能手機APP滴灌系統

主要包括：智能滴灌系統[3]、太陽能作為動力能源、手機APP的監控。首先，在土壤中埋放數據收集器，用于檢測土壤濕度，從而實現滴灌的自動化和無人化。其次，太陽能作為動力來源，經過光伏揚水逆變器將光能轉化為電能給水泵的電動機提供動力來源，充分利用自然資源，達到自動控制的目的。最后，手機APP的監控。由技術人員通過設計程序，開發出來相應的APP來控制綠色屋頂，可以讓我們更方便地來控制綠色屋頂。

（1）智能滴灌系統：首先，在土壤中埋放數據收集器，且其表面做金屬處理來延長使用壽命，埋放于土壤之中，利用傳感器來將其轉化為數字信號，用于檢測土壤濕度，當濕度低于植物正常所需時，向控制中心輸出信息，啟動水泵的開關，開始對植物進行滴灌，在滴灌過程中，如果發現濕度達到要求，則向系統傳遞一個結束信號，停止滴灌系統的工作，從而實現滴灌的自動化和無人化。

（2）太陽能作為動力來源：在屋頂安裝太陽能光伏電池板，經過光伏揚水逆變器將光能轉化為電能給水泵的電動機提供動力來源，充分利用自然資源。當土壤濕度低于植物正常所需時，水泵啟動，將集水箱內的水往上輸送至滴灌系統，對植物進行滴灌，在滴灌過程中，若濕度達到要求，則向系統傳遞一個結束信號，停止滴管系統的工作。多余的太陽能還可以用于家庭照明、熱水、供暖等。

（3）手機APP控制：由相關技術人員通過設計程序，開發出來相應的APP來控制綠色屋頂，不僅可以隨時檢測到綠色屋頂的工作狀態，而且可以控制屋頂整個系統的工作，利用網絡服務器和遠程客戶端相結合的技術，可以讓我們更方便地來控制綠色屋頂，即使工作出差無人在家依舊可以控制系統的工作。

3.4 綠色屋頂的排列方式

當在平屋頂上修建綠色屋頂時，土壤、植物等綠色屋頂組成部分勢必會增加建筑物的屋面荷載，在一定程度上會對建筑物的使用造成影響。因此，在修建綠色屋頂之前，筆者需要通過屋面受力等方面的計算，確保建筑物的安全性。除此之外，筆者還提出九宮格式綠色屋頂在平屋頂上的線型排列方式。由于宮格式屋頂，拆卸靈活，筆者根據實際需要將其線型擺列在主梁、次梁等受力結構上，確保其使用的安全性。

4 結語

我國海綿城市建設的試點，正是向這個方向轉變邁進的一大步和跨越式發展的嘗試。而屋頂綠化具有改善城市生態環境、美化城市景觀、減少城市熱島效應，完善城市生態系統；緩和周邊小氣候，改善城市環境；創造城市內的生物共棲空間，增加建筑節能效應的作用。因此文章提出的綠色屋頂對我國海綿城市建設具有重要意義。

參考文獻

[1] 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，2013（3）：49-51.

[2] 陸蕓.綠色屋頂的生態效益研究[D].北京林業大學，2016.

[3] 梁君，盧珍，李光輝，等.戶用型網絡智能化太陽能光伏滴灌系統開發研究[J].現代農業科技，2017（2）：155-156.

[4] 俞孔堅，李迪華，袁弘，等.海綿城市理論與實踐[J].城市規劃，2015，39（6）：26-36.

[5] 吳丹潔，詹圣澤，李友華，等.中國特色海綿城市的新興趨勢與實踐研究[J].中國軟科學，2016（1）：79-97.