淺談綠色屋頂發展現狀與前景

何家浩

(1.浙江大學 生物技術研究所，浙江 杭州 310028； 2.美國錫拉丘茲大學 土木工程學院，紐約 13210)

現代城市化的不斷推進導致大量自然區域在短時間內轉變為城市用地，城市化帶來便捷生活的同時，隨之而來的是一系列的城市環境問題。大面積的混凝土和柏油馬路降低了雨水滲透，降水直接流入江河使得城市保水能力大大下降，并加速了地下水的消耗。此外，汽車尾氣和大規模建筑群不斷產生的熱量與廢氣，使城市逐漸變得干熱并產生“熱島效應”。不僅如此，日益嚴重的空氣污染問題也深深困擾著城市居民，所以城市綠色變成了改善城市居民生活和城市建設的主要方向。綠色屋頂作為一種高效、易實施，且不占土地資源的新型屋頂模式，受到了國內外許多研究人員的關注。自20世紀60年代以來，關于綠色屋頂的建設受到了全世界政府、機構，乃至群眾的認可與推廣。本文就綠色屋頂現狀與發展問題展開討論，歸納總結綠色屋頂發展經驗，并提出未來的發展思路。

1 國內外綠色屋頂發展與現狀

綠色屋頂又可稱為屋頂花園，最早可以追溯到公元前2000年位于古代幼發拉底下游地區的“大廟塔”(Ur城)，考古人員在其3層平臺上發現了種植過樹木的痕跡，這直接證實了古代人民對綠色屋頂的最初具體實踐。公元前600年古巴比倫的“空中花園”，工人們用巨大的石柱、石板和磚塊等支撐起每邊長為125 m、高25 m的臺子，并在上面層層搭建宮殿；為保證各層之間不滲水，在臺子與石板間還要鋪設浸過柏油的柳條，再鋪2層磚和鉛餅，最后蓋上4～5 m的土壤以種植花草、灌木和高大喬木[1]。在中國，清代《古今圖書集成》中有古代南京城墻和明代山海關有關種植松柏的記載，這些都可認為是早期中國綠色屋頂發展的雛形。

1.1 國外綠色屋頂

1.1.1 德國綠色屋頂的發展

德國作為最先提出綠色屋頂概念的國家，在20世紀50年代就開始了在屋頂上種植植被的研究。1975年，德國成立了園林綠化研究、發展與建設組織(Forschungsgesellschaft Landschaftsentwicklung Landschaftsbau，FLL)，并推出了綠色屋頂發展相關的規范與指南?！禙LL規范》、《綠色屋頂的設計、安裝以及后期養護技術指南》和《防水技術與防水施工技術指南》作為最全面也是最權威的指南，幾乎整個歐洲都在按照其中的標準來操作[2-3]。在政策方面，政府補貼10～30 歐元·m-2，或材料和施工費的10%～50%。2006年，開敞型綠色屋頂的建設花費最低可達到12.00 歐元·m-2(不包括防水層鋪設)。更為重要的是，2006年同等建筑材料在德國的價格為美國市場的三分之一，這大大刺激了德國本土綠色屋頂市場的發展[4]。同時，德國還出臺了一系列綠色屋頂減稅政策，例如:暴雨徑流稅收政策，建設屋頂綠化減少徑流流入排水管網可降低稅收低至50%；此外，政府為了鼓勵和增強公眾意識，將綠色屋頂納入城市發展規劃和設立建筑綠化項目；據調查，截止2016年，79%的公眾由于激勵政策開始考慮減少暴雨徑流以減少稅收，其中6%的人利用政府補貼修建綠色屋頂，51%人開始起擬綠色屋頂建設方案[4-6]。

德國的綠色屋頂起初是為了替代大量裸露的沙礫屋頂，1989年德國主要采用了開敞型(粗綠化)(extensive green roofs)為主和密集型(精綠化)(intensive green roofs)為輔的2種國際上主要的屋頂綠化方式。2003年，20%～30%的屋頂進行了綠化建設，其中60%～65%的開敞型綠頂由老房屋改造而成。到2006年，開敞式綠色屋頂就占到了屋頂綠化的80%。2014年德國綠色屋頂總面積達到了8 600萬m2。截至2017年，綠色屋頂總面積已達到約1.0億～1.5億m2[5, 7]。未來，德國將在原有的基礎之上組合粗綠化和精綠化的屋頂建設方式，并且結合一系列的生態設施，例如太陽能和雨水處理器等，打造一個可持續綠色發展的生態屋頂結構[8-9]。

1.1.2 美國和加拿大綠色屋頂的發展

德國19世紀的綠色屋頂建設運動啟發了美國和加拿大對于城市和生態之間和諧發展問題的思考。在北美，綠色屋頂主要用于改善城市生態環境，減小不可再生能源的消耗和提高城市居民的生活環境。在21世紀初期，美國和加拿大正式開展屋頂重建工程，并參考模仿德國FLL的規范標準，制定并推出了綠色屋頂建設與維護標準，如Green Roofs and LEED Certification、Green Roof Bylaw和加拿大住宅綠化標準等[10-12]。2003—2014年，美國綠色屋頂面積每年以60%的速度增加。

加拿大多倫多大學的綠色屋頂創新實驗室在世界綠色屋頂研究中處于領先地位。加拿大在研究新型綠色屋頂模式的同時，在社會方面也加強了對公眾綠色意識的宣傳和教育。由于美國和加拿大的領土橫跨了東西海岸，南北氣候也差異顯著，對于綠色屋頂模式的選擇范圍顯得更為廣泛[4,11]，可以從不同區域氣候差異、建筑承載量、資金預算、客戶需求等方面進行考量，選擇適合的綠色屋頂結構模式。加拿大抵押和住房公司(CMCC)羅列了開敞型和密集型綠色屋頂的優缺點:開敞型綠色屋頂的特點是薄土壤覆蓋，很少或沒有灌溉，植物生長有壓力；優點是重量輕、適合大面積，適合屋頂斜率0°～30°，低維護，通常不需要灌溉，需要相對較少的技術，適合屋頂翻新項目，可以脫離植被自行發展，相對便宜，看起來更自然(野生環境)，更容易通過綠色屋頂規劃項目審批；缺點是植物的選擇有限，通常沒有娛樂或其他用途，對一些人來說沒有吸引力，尤其是在冬天。密集型綠色屋頂的特點是土壤深厚，灌溉系統完善，適宜植物生長；優點是有更好的植物和棲息地多樣性，具備良好的隔熱性能，可以在地面上模擬一個野生花園，可以將屋頂變得非常有吸引力，視覺上更容易接受，屋頂利用多樣化(作為娛樂用地、種植食物、開放空間)；缺點是屋頂的承重更大，需要灌溉和排水系統，對能源、水、材料等的需求更大，成本更高，需要更復雜的系統和專業知識[13]。美國總務管理局(United States General Services Administration)提供了4種典型的綠色屋頂形式，依次為單層開敞型、多層開敞型、半集約式密集型、密集型(圖1)[14]。

圖1 4種綠色屋頂模式資料來源:文獻[14]。

在政策方面，加拿大規定，凡是大于2 000 m2的新建建筑平面面積，需要建設等同于20%～60%建筑面積的綠地，建筑總面積為2 000～4 999、5 000～9 999、10 000～14 999、15 000～19 999、>20 000 m2，綠色屋頂所占建筑屋頂百分比分別為20%、30%、40%、50%、60%。此外，加拿大還建立了綠色屋頂建筑標準(Toronto Green Roof Construction Standard)，包括了防火、通風、防水儲水、植物選擇、生物多樣性和日后維護等[15]。相比較于加拿大的細則，美國LEED更像是評分標準，按照規定的項目進行打分，只要達到分數線，綠色屋頂建設就達標。評分項目涵蓋了土地可持續化發展、水資源利用效率、資源與優化、材料和資源、可循環內容物和利用本地建筑材料，規定了必須建設至少50%屋頂面積的綠地或安裝高反射率裝置和植被屋頂的組合，10%～20%建設所需資源需采購于本地市場以增加市場效益，設立日后建筑最低能源消耗標準等[10]。在資金補助方面，紐約規定，綠色屋頂面積超過50%屋頂面積的可抵消48.44美元·m-2的財產稅，且四分之一的綠化費用可享受貸款，最高達到10萬美元[4]。在加拿大，如果私人或企業的綠色屋頂建筑規劃達標，會獲得政府的獎勵資金，或他們的建設提案更加容易通過審核，以及獲得更多的建筑面積(每m2可以獲得3 m2的樓面面積)[16]。盡管美國和加拿大擁有不錯的激勵政策，但建筑花費依舊是一筆不小的開支(表1)，所以對于美國和加拿大來說，處理好市場材料供應與綠色屋頂建設的關系是至關重要的。

表1 2種綠色屋頂建設部分項目大概所需的花費 單位:美元·m-2

1.1.3 新加坡綠色屋頂的發展

新加坡處于熱帶多雨區域且高度城市化，但受限于有限的國土面積和自然資源，許多能源和材料靠進口，而且垃圾直接焚燒處理，所以新加坡政府不得不面臨保護自然土地與促進城市發展之間矛盾的問題。而綠色屋頂作為城市建筑的第5立面，不占土地，不影響城市建設，還能解決實際性環境問題，這一項目很早就受到了新加坡政府的關注，1968年在“環境公共衛生法案”中提出了將新加坡打造成“花園城市”的目標，要讓環境與經濟發展相兼容。新加坡不局限于綠色屋頂，政府將屋頂、立面墻體和建筑結合成一體，成立了Skyrise Greenery項目。在政策方面，政府建立和發布了住房與發展委員會(The Housing & Development Board，HDB)和BCA綠標方案(BCA Green Mark Scheme)、空中綠化獎勵方案(Skyrise Greenery Incentive Scheme)、空中綠化建筑獎(Skyrise Greenery Awards)等。在激勵方面，新加坡國家公園委員會提供50%屋頂和立面墻綠化的建設費用，最高分別達到200 S$·m-2和500 S$·m-2。建筑綠化獎也會獎勵達標項目500～8 000 S$的現金，而且建設綠色屋頂的開發商可以獲得額外10%面積的陽臺，這些獎勵促使開發商和群眾更加積極開展綠色屋頂建設活動。2013年，新加坡綠地面積從原來的36%增長到了47%，到2019年底，已有202個綠化項目，并希望在2030年有80%的綠化達到BCA的標準?？傮w上，新加坡綠色屋頂成功的發展模式一方面依靠政府的大力支持，另一方面也基于有限的國土現狀，使推廣和政策更容易得到落實。

新加坡在《屋頂綠化標準和指南》中詳細列出了設計載荷、屋頂綠化安全設計、植物選擇、植被支持層、過濾層、排水層、植物根部防護和防水層的建筑標準。新加坡目前使用粗綠化和精綠化2種綠色屋頂模式，并且還有2種綠色屋頂實施方法:地毯式(Blanket/in situ system)和模塊式(Modular system)。地毯式綠色屋頂是現場組裝并擁有無縫的外觀，在房頂上會有許多間隔層，允許水和樹根的橫向移動。而模塊式是將植物種植在小托盤內，植物的生長將限制在這些特制的托盤里，最后將這些托盤在屋頂上組裝，呈現出一種網格式的外觀[9]。

1.1.4 日本綠色屋頂的發展

日本作為一個島國，面臨著和新加坡相似的困境，東京政府也致力于推進綠色屋頂發展來改善城市熱島效應，并率先開創了低息貸款和減免稅收2種刺激綠色屋頂建設的激勵手段，建筑面積超過2 000 m2、綠化面積比例在40%以上的業主和建筑可獲得低息貸款服務。2001年，日本國土交通部頒布的《綠化設施整備規劃認定制度》中說明，綠色屋頂建設可以在未來5 a內獲得50%的固定資產稅收減免。大阪市則以200萬日元為上限資助公共和民用建筑的屋頂、陽臺、墻面的綠化費用。東京都政府出臺的《洗染保護條例實施規則》和《綠化指導指針》規定，超過1 000 m2的個人建筑或超過250 m2以上的公共建筑必須擁有20%以上的屋頂綠化，否則將被視為違章建筑[4, 16-17]。2000—2008年，日本總綠色屋頂建設面積約為242萬m2，35%集中在東京[18]。從2008年開始，日本綠色屋頂面積的增長速度相較于前期逐漸開始放緩，但依舊處于逐年增加的趨勢。

在日本的綠色屋頂綠化類型中，32%的綠色屋頂是由樹木、灌木和草地組成的復合種植物構成，20%是以草坪為主，18%是以景天屬植物構成。近年來，樹木的比例下降，草坪、苔蘚、低矮植物的比例上升。一方面是由于日本地震和臺風帶來的威脅，一方面是綠化灌溉的有效性。日本年均降雨量在1 800 mm，如果多采用土壤深度超過30 cm的復合式屋頂模式且得不到有效灌溉，植物將難以健康持續生存。為解決灌溉問題，62%的綠色屋頂擁有灌溉系統，同時81%的屋頂綠化進行了防水處理。同樣，為了減輕地震、臺風帶來的威脅，日本逐漸減少土壤深度并減少維護工作，所以低矮植物變成了未來城市綠色屋頂發展首選的植物類型。不過隨著建筑水平的提升，房屋擁有了較高的防震能力，高樓綠色屋頂的植物也漸漸變得多樣化。現在日本主要目標是帶動群眾一起發展綠色事業和因地制宜地促進綠色屋頂多元化發展[18]。

1.2 中國綠色屋頂的發展

我國從20世紀60年代開始研究屋頂綠化，并于90年代開始實踐立體綠化在城市的運用。2004年《國務院關于深化改革、嚴格土地管理的決定》中要求“鼓勵和推廣屋頂綠化和立體綠化”。2007年《關于建設節約型城市園林綠化的意見》中說明要盡力推廣立體綠化，在一切可利用的地方進行綠色研究。2010年《城市園林綠化標準》將立體綠化列為建設管控評價內容，并要求每個城市制定和推廣相應的立體綠化政策和技術措施。例如北京地方標準中規定層數少于12層、高度低于40 m且改建竣工時間不超過20 a，屋頂坡度小于15°的既有屋頂需實施屋頂綠化。其中強制規定50%的新建建筑屋頂面積必須設計、建設屋頂綠化，其綠化面積也可按照20%的系數折算為綠地率，最多可抵一般的配套綠地率。對于達到標準的項目，政府實施以獎代補的政策，并享受防洪減免的實惠[19]。上海市則將屋頂綠化寫入法規，鼓勵新建建筑進行立體化綠色建設，凡列入屋頂綠化實施的項目，每m2可獎勵10萬元。杭州作為少數幾個推出強制性綠色屋頂建設的城市，要求所有的建筑必須進行屋頂綠化，并擬出資1億元用于屋頂綠化專項工作[20-21]。在2019年8月1日正式實施的《綠色建筑評價標準》GB/T 50378—2019中，綠化評級采用了新的評分標準，添加了針對生活相關分類的標準，例如采光、通風、噪音控制和娛樂區等。這些新式標準能更加有效地落實綠化技術，并提高研究人員的創新意識，在綠色屋頂推廣中起到實際性的參考價值。

經過近10多年的綠色屋頂實踐，城市綠化面積每年在迅速增加。平均大中型城市的綠色屋頂面積增加量保持在萬m2以上，例如深圳在2016年就增加了約20萬m2的綠化屋頂，截至2017年，深圳已綠化屋頂面積達到155萬m2；2016年，北京綠色屋頂面積已經達到了200多萬m2，成都也已建260萬m2的綠色屋頂。但是和城市發展速度相比，這些新增的綠色屋頂面積僅占各城市總屋頂面積的1%，有些城市甚至低于1%。不僅如此，城市屋頂綠化建設的主要貢獻竟來自于城中村和村民而并非來自于新建項目。中國快速城市化對于綠色屋頂建設工作來說是一個不小的挑戰，在改造已有屋頂的同時，各個城市需加快落實屋頂綠化政策的實施。在城市新建中，建議把屋頂綠化擺在重要位置，擴張城市化的同時不斷實踐改善綠色屋頂建設的模式[22-23]。

2 國內所面臨的問題與可借鑒的經驗

相比較于西方、亞洲、東南亞一些城市化發展幾乎到達飽和狀態的國家，中國正處于一個加速城市化和裸露的屋頂面積迅速增加的階段。2011年，中國裸露屋頂面積達到了100億m2，預測到2040年這一數字將會變為約200億m2 [24]。為了使中國城市綠化得到提升，制定技術指南、評價標準、實施專業化培訓，以及開展項目建設已經變得刻不容緩。

2.1 標準與規范

我國綠色屋頂建設開展晚、研究少，各城市發展速度不均衡，容易導致研究人員人手不足和對綠色屋頂發展技術理念掌握不到位。我國緯度與美國歐洲相近，南方沿海城市氣候又和日本、新加坡相似，所以這些國家先進的綠化理念可作為參考。具體解決方法可從以下幾方面入手:首先，為提升總體研究人員綠色屋頂創新意識，可多召開國內外城市綠化研討會，將國外已經成熟的經驗融入中國實際；其次，多討論多實踐，將學習到的先進理念運用到不同的城市綠化發展中去，得到一套適合自己的建設模式，為之后更進一步發展綠色屋頂打好堅實基礎；然后，統一分析地方經驗，逐步完善，形成規范的地方標準和國家標準；最后，強制落實標準規范到位，這是中國現在綠化發展所欠缺的。一些西方國家和新加坡將屋頂綠化寫入法規，中國目前雖有一系列標準規范，但真正落實卻屈指可數[16]。所以，在中國法規中加入詳細明確的屋頂綠化規定，不僅能將城市屋頂綠化納入法律義務的范圍，更能積極推動城市綠化建設。

2.2 政策與推廣

在制定相關標準后，最有效的推進制度實施的方法就是刺激和鼓勵群眾、開發商參與綠色屋頂建設的積極性。一方面，可以參考新加坡、日本和美國，設立國家綠化獎，對于那些達到標準的綠色建筑給予相應的獎勵或補償，例如現金，減免一系列的稅收，贈送開發商更多建筑面積等。對那些想要改善自家已有原始屋頂、陽臺的民眾來說，要大力支持，提供免息、低息的綠化建設貸款服務，有條件的城市甚至可以提供一半的綠化費用補助；讓群眾參與進來能讓城市綠化發展錦上添花。另一方面，要重視民間組織的推廣作用，與政府相比，民間組織能更靈活地開展綠色屋頂工作，例如中外綠化技術交流、培養技術人員、實踐新型綠色屋頂等。將政府與民間組織的推廣結合在一起，能從更多方向開展中國的綠化事業[16, 25]。

3 小結

與其他國家比較健全完善的綠色屋頂建設模式相比，我國綠色屋頂發展雖然取得了一定的進步，但仍處于不斷摸索和改進的階段。中國綠色屋頂發展可借鑒別國先進的經驗，依靠政府和群眾對綠色屋頂發展的不斷重視，相信中國可以實踐出一套適合自己的綠色屋頂發展模式。