高度城市化地區既有建筑屋頂綠化建設潛力評析
——以上海中心城區為例

駱天慶 蘇怡檸 陳思羽

在綠地有限的城市空間中，利用占城市下墊面65%的屋頂來進行綠化，已成為高度城市化條件下解決城市環境問題的重要手段[1-2]。國際經驗表明，全民環境意識、法律及公共政策支持以及屋頂綠化技術體系，是屋頂綠化發展的關鍵因素[2]。

1 屋頂綠化類型及公共政策推進

1.1 屋頂綠化的類型

按照技術要求和生態效能，屋頂綠化通常分為拓展型、半密集型和密集型3種類型[3]。半密集型和密集型屋頂綠化對建筑的承重要求較高，成本和維護要求也較高，兼具生態效能和觀賞、游憩功能，且具備商業價值，適用于屋面承重能力較好的新建或既有公共建筑；拓展型屋頂綠化重量小、成本低、維護要求低，適用于大多數建筑，尤其是既有建筑。雖然就單個屋頂綠化而言，拓展型的生態效能相對較低，但是因為其低成本、低維護[4]、適用建筑類型廣，大范圍推廣可從宏觀上實現城市生態環境的改良[1]。

1.2 國內外屋頂綠化的建設發展歷程

現代屋頂綠化技術從以德國為代表的歐洲國家向全球傳播，其在各國的傳播多由公共政策推動[2]。盡管各國的具體政策有所不同，但基本上都采取了先鼓勵后強制的推動方式。在率先開展屋頂綠化建設的德國，這一技術的發展經歷了由平屋頂的密集型屋頂綠化到以老房屋改造重修的拓展型屋頂綠化為主的過程[5]；而稍后發展的國家，大多通過借鑒德國技術并進行自主創新，鼓勵多建筑類型的發展，但基本都經歷了由新建建筑屋頂到既有建筑屋頂、由公共建筑屋頂到其他各類建筑屋頂的漸進過程（表1）。

21世紀初開始中國屋頂綠化也呈現出快速發展的態勢，相關政策以鼓勵為主、強制為輔[2]。相比德國80%的屋頂綠化都是低成本、低維護、適用于多屋頂類型的拓展型屋頂綠化，中國的拓展型屋頂綠化研究亟待開展[6]。

2 既有建筑屋頂綠化推廣建設的技術研發支撐

縱觀國內外屋頂綠化的建設發展歷程，公共政策的推進很大程度上是受到技術水平的制約。既有建筑屋頂類型多樣、荷載有限，適用的屋頂綠化技術研發難度相對較大。對此，借鑒德國的經驗，發展拓展型屋頂綠化極有必要，既可大大節省既有建筑屋頂重修維護的費用，又具有顯著的生態效益[5]。

2.1 拓展型屋頂綠化建設的技術難點

受制于屋頂承重和屋面防水層的保護要求、屋頂嚴酷的環境條件、施工和養護的操作難度以及資金的缺乏，拓展型屋頂綠化的建造技術難點主要體現在構造創新、基質優化、植物精選及成本控制4個方面。

既有建筑的承重能力和屋面防水性能大多有限，無法滿足常規屋頂綠化的要求，必須優選輕型基質，并嚴格保護屋面防水構造層。相較于地面環境，屋頂日照強、干燥、日溫差大、風速高，對屋頂綠化植物的耐寒、抗輻射、耐旱、抗風特性要求極高，對基質的持水保肥性能也有較高的要求。拓展型屋頂綠化的土層薄，植物和基質的選擇標準更高。此外，在既有建筑屋面進行綠化施工和養護，操作條件有限。且既有建筑屋頂綠化通常缺少商業價值，大面積的推廣必須嚴格控制成本、減少維護需求。

2.2 內外拓展型屋頂綠化的研究進展

2.2.1 構造

拓展型屋頂綠化的構造層通常包括植物層、基質層、隔離層（過濾層）、排（蓄）水層、保護層（表2），整體飽水重量可控制在49～98kg/m2的范圍[7]，勉強可符合中國對不上人屋頂的承重限制。內置式、地毯式和模塊式種植槽是3種常見的拓展型屋頂綠化構造方式[8]。其中，模塊式種植槽安裝簡單，拼裝圖案多元，可適應多種形式的建筑屋面[9]，是相對更適用于既有建筑的拓展型屋頂綠化構造方式。

表1 國外屋頂綠化推廣案例Tab. 1 Cases of roof greening promotion abroad

防水材料的技術發展可以解決既有建筑建設屋頂綠化的防水問題[10]。目前表現較好的拓展型屋頂綠化防水層加強方式有功能集成式的防水卷材和模塊內置防水層[11]。

2.2.2 基質

（6）日常管理。每天堅持早、晚各巡塘一次，早上觀察有無魚類浮頭現象。如浮頭過久，應適時加注新水或開動增氧機。下午檢查魚類吃食情況，以確定次日投飼量。另外，酷熱季節，天氣突變時，應加強夜間巡塘，防止意外。

拓展型屋頂綠化使用的種植基質應密度低、滲透性佳、疏松、持水性高并含充氣孔隙度[12-13]。基質厚度可直接影響植物生長和存活率、種植屋面的熱力性能表現以及屋頂綠化的持水性能。不同基質、植物和氣候條件下，種植屋面的節能效應差異顯著；相同條件下，基質越厚，可承載的植物種類越豐富[14]，對屋面溫度的晝夜變化有更大的減緩作用[15]，持水性也更強[16]。拓展型屋頂綠化的基質厚度一般建議在75～100mm[15,17]。目前中國市場中的輕質基質，在75～100mm厚的飽水狀態下可滿足既有建筑屋面承重要求，并可支持景天屬植物的正常生長。但中國對于不同厚度和配比的基質對屋頂綠化生態效益的影響尚缺少研究。不過近幾年針對拓展型屋頂綠化常用的景天屬植物，已開始研究利于其生長的基質配比[18]，以及不同配比基質的持水性能[19]。

2.2.3 植物

國外研究表明，拓展型屋頂綠化一般宜選用喜光，抗旱、耐熱、營養需求小、低穿刺型淺根性的植物[20]，如景天及部分草本地被植物。這類植物病蟲害較少、維護要求低、生長緩慢，可以適應屋頂的嚴酷環境。要構建長期穩定的屋頂綠化系統，植物選擇還須考慮當地環境[21]。

佛甲草等景天科植物耐旱、節水，在北京、上海等地區的推廣應用都較為成功[22]。但相較于國外重視屋頂群落的建設，中國目前拓展型屋頂綠化的植物品種相對單一，應擴大篩選范圍，從野生資源中挖掘更多的種類，增加生物多樣性[23]。

2.2.4 成本

屋頂綠化的成本包括建造及維護費用。拓展型屋頂綠化具有顯著的成本優勢[4]，在既有建筑中推廣較具潛力。

3 上海既有建筑屋頂綠化的建設潛力評估

上海城市化水平高，人多地少，須充分利用屋頂綠化以改善城市環境。相對輕質的拓展型屋頂綠化有可能解決上海大量既有建筑的屋頂綠化難題。

3.1 上海推廣屋頂綠化建設的政策助力

上海是國內屋頂綠化發展較早的城市之一，近年來相關政策的出臺力度相當大，已率先開始從鼓勵性①向強制性②轉變。但屋頂綠化的推廣類型目前仍局限于新建和改、擴建的平屋頂公共建筑。進一步的政策推廣有待于低成本、低維護、適于大面積推廣的屋頂綠化模式的研究臻于成熟。

3.2 上海地區拓展型屋頂綠化的技術研發

上海早在1982年就開始了利用景天類植物進行拓展型屋頂綠化的實踐[24]。針對既有建筑的建設實踐難點也已有試驗研究展開[25-26]。2004年提出了“平改綠”的既有建筑屋頂綠化一次成坪技術，在地面培育佛甲草苗塊后移至建筑屋面[27]。楊浦區綠化管理署自2008年起在工業園區老廠房進行屋頂綠化改造時，選用“輕型屋頂綠化節能技術”，以組合容器的方式建設草坪式屋頂綠化[28]。住宅建筑屋頂綠化改造的滲水、承重等關鍵技術問題已經基本解決，推進過程的關鍵在于屋頂綠化知識的宣傳、政府的扶持力度和政策支持的加強[29]。

3.3 上海中心城區既有建筑屋頂綠化發展的量化潛力評估

3.3.1 適建標準

參照研究文獻，屋頂綠化適建性評估涉及建筑屬性、屋頂屬性、屋頂綠化屬性和區域城市建設4類指標（表3）[30-34]。而目前中國的屋頂綠化相關規范則出于工程建設限制和規劃管理指標的考慮，對屋面荷載、防水等級、屋面坡度、植物抗風、綠化面積占比等進行了限制性規定（表4）。考慮抽樣調查的可行性、指標的說明性和必要性，精簡了較難操作調查的指標（如屋頂歸屬、建筑年代）、與適建性相關度不高的指標（如區域城市建設指標、屋頂綠化屬性指標）及重復冗余的指標（如建筑承載力、屋頂設計承載力和屋面荷載），得到的既有建筑屋頂綠化適建標準（表5）。

表2 拓展型屋頂綠化的構造類型Tab. 2 Structural types of extensive green roof

表3 既有建筑屋頂綠化適建性評估指標Tab. 3 Assessment index of existing building roofs suitable for roof greening

3.3.2 適建性調查

利用上海市中心城區2016年的18級谷歌地圖與百度地圖，通過ArcMap隨機取點抽樣（圖1），用人工判讀的方式，采集建筑屋面信息（共獲取2 529條有效信息）。按適建標準篩選后，適建屋頂綠化建筑共1 815處，占樣本總數的72%。其中適建坡屋頂占比（51%）高于平屋頂（49%），居住建筑占比（37%）高于工業建筑（35%）和公共建筑（27%）。綜合考慮屋頂綠化的建造和維護成本，建議坡屋面、工業建筑以拓展型屋頂綠化為主，平屋面的居住建筑以半密集型屋頂綠化為主，平屋面的公共建筑以密集型屋頂綠化為主。按該選型建議，上海市既有建筑中66%適建拓展型屋頂綠化、13%適建半密集型屋頂綠化、21%適建密集型屋頂綠化。拓展型屋頂綠化將是上海既有建筑屋頂綠化中應用最廣的類型。

3.3.3 調查結果比較檢驗

本次抽樣調查中，上海市中心城區已建屋頂綠化的建筑中，辦公建筑占比26%，其次為科教文衛建筑（24%）、居住建筑（22%）、工業建筑（14%）、商業建筑（7%）和旅游建筑（7%）。在2014年由黃浦區綠化管理署牽頭進行的黃浦區屋頂綠化實地調查中，居住建筑占比30%，其次為商業建筑（29%）、辦公建筑（21%）、科教文衛建筑（9%）、旅游建筑（8%）[35]。黃浦區位于上海市中心，商業繁華而工業建筑較少，故其商業建筑和工業建筑的屋頂綠化占比與本次中心城區抽樣調查結果存在差異。此外，2015年《上海市綠化條例修正案》正式實施，新建或改建的公共建筑須建屋頂綠化，因此本次調查中科教文衛建筑的屋頂綠化占比高于2014年的黃浦區調查結果。2次調查雖然方法不同，總體上數據較為吻合，故認為本次調查結果可作為上海中心城區既有建筑屋頂綠化建設發展潛力量化評析的參考。

4 結論與展望

高度城市化地區既有建筑占比高，建設用地日趨緊張，城市綠地拓展受限，推廣建設屋頂綠化是緩解城市環境問題的有效方法。囿于用地，上海其中心城區的綠地建設一直困難重重。上海2016——2035年規劃進一步明確提出了城市建設用地總規模的“負增長”要求，意味著后續新增綠地和建筑的難度也越來越大。因此，推進屋頂綠化建設是正確的方向，而既有建筑應是屋頂綠化建設的主要市場。

從上海中心城區的屋頂綠化適建調查結果看，拓展型屋頂綠化的市場占比最高。而適建拓展型屋頂綠化的既有建筑中，坡屋面建筑占比較大。因此，對適用于坡屋面既有建筑的拓展型屋頂綠化進行相關技術的研發，將對既有建筑屋頂綠化的建設推廣具有決定性的推動作用。

表4 既有建筑屋頂綠化的適建限制Tab. 4 Construction restriction of roof greening on existing buildings

表5 既有建筑屋頂綠化的適建標準Tab. 5 Suitability index of roof greening on existing buildings

上海已率先對于新建及改建公共建筑的屋頂綠化建設強制立法，并且在“十三五”規劃中繼續強調立體綠網的建設。盡管當前的政策未及既有建筑的屋頂綠化建設，鑒于目前拓展型屋頂綠化技術的研發態勢，未來上海全面推進屋頂綠化建設指日可待。

1 研究區域和隨機樣點分布Study area and random sample points

注釋：

① 參見2007年發布的《上海市綠化條例》第十七條。

② 參見2015年10月1日開始實行的《上海市綠化條例修正案》和2015年11月發布的《屋頂綠化技術規范》。

③ 圖1由作者自繪；表1根據參考文獻[2]及孫健、李亞齊、胡春的《日本屋頂綠化建設對我國的啟示》，趙紅霞、姜太昊的《韓國屋頂綠化的激勵制度和技術》，多拉茜 羅摩的《哥本哈根屋頂綠化政策將推動城市向綠色城市轉變》繪制；表2根據德國景觀發展和研究協會（FLL）提出的屋頂綠化技術規范繪制；表3、5由作者自繪；表4主要摘自《種植屋面工程技術規程》（JGJ 155-2013）。