垂直綠化技術在LONG-PLAN 長屋項目生態建筑的應用探索*

王佳 殷金巖 趙秀芳

城市化進程的快速發展導致了城市熱島效應、霧霾現象、城市內澇等一系列生態環境問題。這些越來越嚴重的城市病，使得人們更加重視城市的生活環境質量，“森林城市”的概念也逐漸成為人們關注的焦點。城市綠化建設是都市人尋求健康生態環境的重要途徑[1]，可以創造舒適安全與健康平衡的生態環境，使得城市建筑與自然環境融合為有機的結合體，比如：垂直綠化、沿口綠化、立交橋綠化、陽臺綠化、屋頂綠化和室內綠化等。

在城市綠地面積被急劇壓縮的發展現狀下，與傳統平面綠化相比，城市建筑垂直綠化充分利用建（構）筑物的內外空間進行多層次綠化，具有不直接占用土地、綠化見效快等明顯的優點，讓“混凝土森林”變成真正的綠色天然森林，必然會成為現代城市綠化建設的重點[2]。垂直綠化不僅將綠色景觀引入建筑，美化居住環境，滿足了使用者希望在建筑中接觸自然的需求，還有利于建筑節能，在一定程度上改善城市生態環境，產生了許多生態和經濟的增值效應[3]。

狹長型住宅來源于歷史，如“小面寬，大進深”的傳統竹筒屋，在嶺南地方的氣候和地域文化上已適應了很長時間[4～5]，竹筒屋創造了較舒適的微氣候環境，改善了生活品質，也為垂直綠化植物提供了良好的生長條件。在借鑒傳統住宅的布局模式基礎上，結合現代目標客戶的生活需求進行了空間設計，是一種拒絕千篇一律高層住宅的未來居住模式。在濕熱氣候條件下的高密度城市群中，聯排別墅往“小面寬，大進深”的方向發展具有實際意義，例如萬科第五園。狹長型住宅具備開發的經濟價值，可以充分利用老城區的閑置土地，適應更多人群的居住需求，可以充分發揮低層住宅的優勢，在創造家庭舒適生活的同時，注重打造和諧愉悅的鄰里氛圍，形成社區充滿活力的人口結構。社區不僅擁有公共開放的前街，還能組合形成怡人的共享后院，滿足更多元的使用模式。

垂直綠化在狹長型住宅的運用與推廣，可在空間有限的條件下，創造自然的生態環境，符合都市人尋求健康生態環境的需求，快速提升屋主的生活品質。同時傳統的狹長型住宅可以通過改造而創造良好通風和采光等微氣候環境，利于垂直綠化發揮更好的景觀效果和生態效益。

圖1 長屋計劃室外整體效果

圖2 中庭垂直綠墻

1 項目概況

“第十屆國際太陽能十項全能競賽”在山東德州舉行，華南理工大學-都靈理工大學聯合參賽的LONG-PLAN 長屋項目在室內中庭和室內廚房預留位置進行垂直綠化，將垂直綠化作為建筑的一個要素設計納入，展示最新的垂直綠化技術和成果，并與建筑有機地結合，成為了項目中最為引人注目的部分，成功展現了人文與自然和諧共容的生態景觀。項目完工于2018 年8 月，并獲得2018 年中國國際太陽能十項全能競賽的冠軍獎項。

2 設計思路

LONG-PLAN 長屋項目關注城市舊區高密度居住環境問題，以廣州傳統竹筒屋為代表的狹長式住宅作為設計原型進行體系整合等改良，提倡“重拾自然”的生活理念，將空氣、水分、陽光、土壤、生物引入房屋，使原本封閉陰暗的空間變成舒適而宜居的場所，讓生態、人文、科技的生活回歸城市，營造富于活力的集合共享社區，是針對年輕家庭推出的舒適、低層、高密度、低能耗的住宅（圖1）。垂直綠化在該項目的巧妙運用，使得建筑空間與生態系統碰撞成功，很好地展現了項目的設計理念，成為綠色建筑發展不可忽視的補充力量。

深圳市鐵漢一方環境科技有限公司（以下簡稱“鐵漢一方”）參與了項目的中庭垂直綠墻（約27 m2）和魚菜共生綠墻（約8 m2）建設。半室外的中庭垂直綠墻采用布袋式工藝做法，將雨水回收利用于定時灌溉的自動灌溉裝置，同時充分利用室內良好的通風與自然采光條件，實現植物正常生長（圖2）。為家庭飲食健康提供服務的魚菜共生綠墻采用種植杯式模塊工藝做法，以水培的形式來預培和栽植蔬果、藥草和花卉等植物，這種水培形式采用循環供水，從魚缸內抽水至植物墻頂部，用于植物灌溉，經過每層植物充分吸收后，從綠墻底部再流入魚缸，形成水循環。

3 項目建造的垂直綠化關鍵技術要點

3.1 綠化工藝的選擇

中庭垂直綠墻以“四水歸堂”為設計理念，以綠墻的靈動感與藝術感，表現流暢的豎向線條和起伏的高低線條。為了更好地實現景觀效果，項目選用了鐵漢一方的口袋式工藝（圖3），口袋定制尺寸主要為150 mm×120 mm，由超細纖維布特制成，固定在PVC 發泡板上，提前預培植物在其內，于施工現場固定安裝。超細纖維布具有超強的吸水性、均勻的擴散性以及良好的持水能力，可給植物提供生長必須的水分。該工藝施工簡單靈活，種養方便，成本低，使用廣泛，可以創造更為自然生態的植物景觀，植物也有足夠的生長空間，生長更為穩定。

圖3 口袋式工藝

圖4 種植杯

魚菜共生綠墻選用了鐵漢一方的規格為508 mm×187 mm×120 mm種植杯容器[6]（圖4），此工藝構件主要由PP+UV 材質的種植籃和種植底殼組成，并直接安裝在鋼承載骨架結構上，其材質能防紫外線和防老化，且施工見效快，更換方便。模塊作防沉降設計且具有一定的儲排水功能，非常適合用于家居室內水培種植，干凈無土，與魚缸系統結合，可以實現水循環和營養互給。

3.2 承載結構

選定綠化工藝后，垂直綠化建造的第一步是承載結構建造及其荷載核算。這是非常重要的一步，為保證項目的安全穩定性，必須核算承重結構，確保在建筑結構荷載的范圍內[7]。中庭垂直綠墻采用40 403 mm和40 202 mm 熱鍍鋅鋼管，鋼管安裝間距1 225 mm。魚菜共生綠墻采用50 504mm 和30 202 mm 熱鍍鋅方管，據對應安裝的種植杯容器尺寸，定位鋼管安裝間距，采用M8不銹鋼膨脹螺栓固定。項目鋼骨架結構的恒荷載和活荷載經多次嚴格測算，為0.3 KN/m2，在安全范圍內。鋼結構安裝焊接滿足《鋼結構工程施工質量驗收范圍》[8]等相關要求，所有焊接點均采用滿焊、除渣、防銹處理，確保設計年限滿足要求。

防水處理是垂直綠化建造非常重要的第二步，以防對原建筑結構的腐蝕，確保項目的使用年限。中庭垂直綠墻在鋼骨架結構安裝完成后，安裝厚20 mm 的PVC 發泡板作為種植口袋的承載結構，規格為1 250 mm×500 mm，自下而上搭接，接縫處用工程膠密封，達到 II 級防水要求。采用涂膜防水直接在種植墻面進行魚菜共生綠墻的防水處理，防水層厚度須達到 1 mm 以上，滿足《屋面工程技術規范》[9]要求的II 級防水標準。

3.3 節水灌溉系統

灌溉系統為植物提供必不可少的水分和養分，項目運用了2 種節水灌溉技術，包括管網滴灌灌溉系統和循環水灌溉系統，除了確保灌溉均勻度達到85%以上和具備精準節水灌溉的特征外，還保證用水安全，杜絕網管滴漏、回灌和管網污染。尤其通過灌溉控制系統，實現灌溉控制高性能，使得養護便捷和高效。

中庭垂直綠墻采用了以色列耐特菲姆全自動灌溉設備，整套灌溉系統穩定可靠，由供水管、穩壓閥、止回閥、水壓表、3/4 接口過濾器、施肥泵、干電池電磁閥、智能控制器、PE 滴灌管件（圖5）組成[10]。根據季節、地域差異以及植物的特性狀態，人為調節并設置灌溉量和灌溉周期，系統根據所設參數定時灌溉，保證植物正常生長。灌溉系統的工作原理為De25 給水管從房屋系統在綠墻附近預留的給水口接入，經過濾器過濾較大顆粒物保證水質干凈，由自動控制器發送指令信號將電磁閥打開后，通過橫向布置的PE 滴灌管向種植袋表層均勻供水。

魚菜共生綠墻采用了循環水灌溉系統，不僅保證灌溉均勻度，還可以給植物生長提供養分。灌溉系統的水泵將魚缸里富有魚類糞便的營養水源泵入綠墻頂部，通過輸配水管道，對綠墻植物進行澆灌，經過每層植物吸收后，水份從綠墻底部再引流返回至魚缸。相比室外綠化，室內環境清潔干凈、氣候相對穩定，植物病蟲害種類少、發病頻率低，病蟲害防治難度較低，可通過增加光照和通風提升植物光合作用率等方式，或使用家居型低毒或無毒化學藥劑進行防治，回流至魚缸的水分并不會對魚類的健康造成影響。

循環水灌溉系統包括魚缸、水泵、水位傳感器、控制器、輸配水管、管件和灌水器。其中，水位傳感器可以保護水泵并提供魚缸缺水信號。

節水灌溉系統的供水水源是整個建筑的雨水回收池，雨水經處理后，用于植物灌溉。中庭垂直綠墻和魚菜共生綠墻的灌溉采用“干則澆水，澆則澆透”的原則，一般1周灌溉1 次。整個灌溉系統和建筑的雨水回收和中水回收措施搭接，灌溉后多余的水份會再回流至雨水回收池，節水環保，在立體綠化行業起到一定范式作用。

圖5 滴灌系統設備示意圖

圖6 一樓魚菜共生綠墻植物

3.4 種植基質篩選

配制滿足保水透氣、無病蟲害殘留、輕質環保要求的基質，使得供水水源經過垂直綠化系統后，少量余水可不經處理直接回流至整個建筑的雨水回收池。中庭垂直綠墻主要選用水苔，其保水透氣，偏弱酸，且干凈無病蟲卵，是很好的天然基質。綠墻底層適當減少水苔的比例，墊鋪陶粒，以提高綠墻下層的透氣排水功能。魚菜共生綠墻主要選用水苔和火山巖，比例為1:3，保證植物的生長。為了滿足裝配式建筑的需求，配合一體化設計的進度，提前更換基質，預培植物，以確保更好地展現景觀效果。項目在施工前1～2 月，便將植物更換到種植基質內預培，以保證現場植物成活率，降低養護成本；綠墻在施工前1～2 日，進行植物殺菌除蟲和修剪黃葉處理。

3.5 植物選擇

植物的色彩、質感、大小、形狀、季相變化和生命周期變化等特性，都是影響垂直綠化景觀效果的重要因素。項目整體從安全性、藝術性和生態性的設計原則出發，用植物的景觀效果去傳達“讓綠色走進室內，讓人們擁抱自然”的生態建筑理念。

中庭垂直綠墻共設計有12 種植物，如高大腎蕨（波士頓蕨）Nephrolepis exaltata、龜背竹Monstera deliciosa、 銀邊吊蘭Chlorophytum capense、紅粗肋草Aglaonema commutatum、蝴蝶蘭Phalaenopsis aphrodite、石斛Dendrobium nobile、油點木Dracaena surculosa‘Maculata’、鵝 掌藤Schefflera arboricola、骨碎補Davallia mariesii、八角金盤Fatsia japonica、花葉絡石Trachelospermum jasminoides、巢蕨Asplenium nidus，大多數是從華南地區篩選出的抗性強、耐修剪、觀賞特性穩定的耐陰植物。提前1～2 個月預培植物，為其適應環境提供了充足的時間。故即便在高溫高濕的7 月，也能保證室內呈現色彩豐富、層次分明的綠化景觀效果。后期養護采用全自動滴灌裝置，人為干預少，室內自然采光好，植物整體表現優良。

魚菜共生綠墻采用自然式的設計手法，植物以團聚狀布置，兼具觀賞和實用價值，以常見植物為基底，展示特色蔬果藥用植物。共設計有11種植物，如白苞蒿Artemisia lactiflora、蕺菜（魚腥草）Houttuynia cordata、落葵（木耳菜）Basella alba、珊瑚櫻Solanum pseudocapsicum、錦繡莧Alternanthera bettzickiana、德國鳶尾Iris germanica、車前草Plantago asiatica、虎耳草Saxifraga stolonifera、迷迭香Rosmarinus officinalis、薄荷Mentha canadensis、山麥冬Liriope spicata，種類豐富且均為華南地區適生的藥用和香草植物，以滿足面積不大的嶺南家庭的功能使用需求（圖6）。

3.6 景觀補光系統

光照是植物生長的關鍵因素之一，對垂直綠化的景觀效果也起到重要的渲染烘托作用。為了減少能源消耗，垂直綠化最好設置在室內光線充足或能進入自然光的位置，如果現有條件不能滿足植物墻生長需求，則需要人工光源補光，否則植物會因為長期光照不足而生長不良影響景觀效果，甚至死亡[11]。

項目的建筑設計初期考慮了植物生長所需的光線和通風，充分利用建筑的天窗和中庭天井，將自然光線引入，讓植物得以充分生長。嶺南建筑的重要元素—天井的應用，很好地解決了室內的人居和植物的通風需求。因此中庭垂直綠墻和二樓魚菜共生垂直綠墻的燈光系統主要滿足景觀渲染的功能；而一樓魚菜共生綠墻處于廚房的倉儲間，自然采光不佳，白天光線平均處于1 000 Lux 以下，需設置補光系統，其含植物生長所需的紅橙光和藍紫光光譜，80% 接近自然光，400～840 nm 全光譜區間具備連續穩定的高輸出，有效輻射率高，色溫4000～5000 k，顯色為自然白光，補光時間保證在8 h以上，每平方米（m2）功率在30 W 以上，可滿足大部分耐陰植物的正常生長。

4 討論與建議

4.1 建筑立體綠化一體化設計

在本項目中，為了更好地實現建筑和立體綠化的一體化設計，從建筑結構設計階段開始，立體綠化技術人員便與建筑設計師溝通確認垂直綠化的前期結構基礎、工藝選擇、設計理念，微環境的打造等，為垂直綠化工程預留了工藝空間，確定走水位置和方式，工藝穩定的基礎設施等。因此，建筑立體綠化一體化設計可充分利用建筑內空間，創造植物所需的生長條件，生態節能，降低養護難度，實現“懶人養護”。同時，可使項目效果更為穩健，和整體風格協調呼應。

為了更好地推廣建筑立體綠化建設，政府可以主導編制建筑立體綠化技術規程，提出鼓勵發展建筑立體綠化的相關政策，使建筑立體綠化有法可依。比如：在新建、改建建筑的設計、施工、驗收的同時，審查建筑立體綠化設計，監理建筑立體綠化施工，驗收建筑立體綠化效果等。

4.2 優化植物種類選擇

項目地址位于山東德州，夏熱冬冷，空氣濕度低，盡管項目室內環境條件與華南地區差異較小，且已進行了1 個月以上的植物預培，少部分植物種類仍出現了生長不良的現象。因此，需要根據地域調研選擇項目所在地的優勢植物，繼續篩選更多的抗逆性強、有觀賞價值的植物，在兼顧植物生長特性和景觀效果前提下，最大限度發揮植物的生態功能。還可根據條件使用藤本植物，其具有成本低、效果穩定且方便維護的優點。

4.3 灌溉系統實時遠程監控

植物成活率的高低決定于生長環境的溫光水氣，前文中提到，整個建筑充分考慮植物的生長習性且為植物創造了適宜的光照、溫度、水分和通風的生長條件，其中，項目使用的灌溉控制設備可靠穩定且簡單易行，可保證系統供水的穩定和滿足非專業人士簡便的植物養護需求。中庭垂直綠墻處具有供水水源，通過交流電控制器去控制灌溉設備，設定好灌溉和補光程序即自動運行，穩定均勻。魚菜共生綠墻處無供水水源，采用循環水系統，通過時控開關去控制灌溉設備，設定灌溉時間和灌溉周期。

但是，目前項目使用的灌溉控制器，需要根據經驗判斷植物的水分吸收情況來設定灌溉參數，可能存在不精準的情況，無系統執行情況監控功能，需要人工定期檢查及維護灌溉系統。當出現缺水斷電等異常情況，無預警功能協助人工及時進行系統維護和調整養護方案，亟需更為智能便捷化的灌溉控制系統，來幫助非專業人士實現遠程養護。

隨著近年來互聯網技術的發展，智能控制系統可以解決這些痛點問題，其可以遠程實時監控、管理綠墻的滴灌、施肥、補光、通風執行情況，有澆水記錄、報警、數據報表等功能[12]。

4.4 維護效率低

項目結束后，施工人員會設定好光照、灌溉的時間和周期等，調試系統至穩定后，向非專業人士進行維護技術交底。只要使用者按照要求，定期進行簡單的檢查和維護，植物的生長情況便可以得到很好的保證，養護人員也會定期回訪，確保植物生長狀況。

但是由于建筑內部空間狹小且綠墻設計層高較高，盡管可使用腳手架，但并不與狹小空間匹配，在現場植物種植及植物修剪養護中，操作耗時較長且不方便。因此，針對空間有限的家居環境，亟需選擇或開發匹配的高效率施工和養護配套設施，提高工作效率，及時保證景觀效果。

5 結語

在舊城改造過程中，狹長型低層高密度住宅是亟需研究改造的對象，建筑垂直綠化是該種住宅可突破的生態契機。但是目前市場上多數的垂直綠化項目是在建筑建成后才設計建造，需要重新搭建鋼承載結構和人為創造生態微環境等，因而面臨項目成本高居不下卻收效甚微的現狀問題。LONG-PLAN 長屋項目是一個很好的嶺南建筑示范項目，滿足了生活、娛樂、休閑、交流、自然教育等多項使用功能，垂直綠化在建筑建造中的一體化設計、施工、管理，是多個新技術成果的集中展現。該項目的獲獎，意味著采用的技術得到各專業人群的認可，因此這些技術將會有深遠的發展、應用前景。

將建筑立體綠化納入到城市未來發展的各個層面，其必將受到越來越多的重視，未來也仍有很多內容有待深入索探，例如植物在建筑中具體產生的生態效益，新型基質的開發與應用，裝配式建筑立體綠化工藝技術，建筑立體綠化植物的篩選與應用等。

致謝：感謝深圳市鐵漢一方環境科技有限公司溫庚金、劉春常、李悅寧、羅旭榮、蔣慧在此項目中給予的資金投入和技術支持，感謝華南理工大學蕭蕾、許安江、薛加偉的工作付出。

注：圖1～5 由徐嘉迅拍攝，圖 6 由許安江拍攝。