濟南齊魯軟件園社區屋頂綠化適建潛力評估

崔凱娟

持續的城市化引發了一系列環境問題，這些問題促使城市規劃者和政府更加重視可持續發展[1]。屋頂綠化作為城市環境可持續發展的可行性方案之一，能夠有效緩解城市面臨的洪澇壓力、熱島效應、空氣水質量惡化、生物棲息地喪失和多樣性減少等一系列問題[2-4]，是未來城市綠化發展的趨勢，是在有限的土地面積上迅速提高城市綠化率的有效途徑。

近年來，全球對屋頂綠化相關研究的興趣日益濃厚。現有的研究涵蓋了以下領域：對減少建筑能源使用、雨水徑流的影響、城市熱島效應的影響、植物物種的選擇、土壤特性、生物多樣性、影響城市規劃等方面[5-6]。我國關于屋頂綠化的研究多集中在學術研究領域，主要關注工程推廣和技術標準[7]。這類研究非常強調小規模和具體的案例，較少涉及城市狀況分析、屋頂綠化適建潛力評估。但是，考慮到城市建筑的不斷出現，對這些建筑進行屋頂綠化建設可行性分析是值得且有必要的。

城市建筑屋頂綠化適建性評估對于建設生態城市和規范管理政策具有現實意義。因此，有必要實現從定性判斷到定量評價的技術轉化，從綜合的角度，把重點從單個建筑轉移到區域單元；有必要評估屋頂綠化的可建造性，挖掘其建筑潛力，為形成具有生態規模效應的建筑生態空間提供基礎[8]。基于這一點，本文從城市規劃的角度評估了濟南齊魯軟件園社區屋頂綠化適建區域和優先順序。以期為進一步的城市屋頂綠化規劃和技術方案篩選提供科學依據，并且為其他地區的同類研究和實踐工作提供參考和借鑒。

1 適建潛力評估材料與方法

1.1 齊魯軟件園社區概況

濟南齊魯軟件園社區是山東省濟南市高新技術產業開發區舜華路街道下轄的社區。該社區是濟南市東部的政治、經濟與文化中心。社區范圍內建筑類型比較全面，包括高層、低層的商業建筑與公共建筑，能夠為綠化適建性評估提供較為全面的評估環境；社區內公共空間較少且較為封閉，綠化覆蓋率較低，人居環境存在一定問題，更應該利用屋頂綠化改善人居環境、提升居民生活質量。

1.2 評估方法

本文以ArcGIS 為技術平臺，以濟南市齊魯軟件園社區為例，對研究區內建筑屋頂綠化適建潛力進行評估。以屋頂綠化適建性因素研究為基礎，得到屋頂綠化適建性評價指標；用人工判讀和衛星遙感影像相結合的方法得到屋頂空間矢量要素；利用實地調研、電子地圖等手段媒介收集現有建筑屋頂資源屬性信息；在ArcGIS 平臺將建筑物屋頂資源屬性數據與Google Earth 影像進行疊加，得到建筑屋頂的ArcGIS 空間數據庫；以ArcGIS 軟件的圖層疊加法以及數據篩選功能進行分析，對濟南齊魯軟件園社區屋頂綠化適建潛力進行評估，得到研究區適建屋頂綠化的屋頂以及屋頂綠化建設優先等級。

1.2.1 適建性指標的選擇與建立

適建性指標的選擇。山東省住房城鄉建設廳2019 年出臺《關于加強全省城市立體綠化工作的指導意見》，從屋頂結構、建筑高度、屋頂坡度等方面明確了屋頂綠化的適建條件。本文以該指導意見為依據，在總結國內外相關研究的基礎上探索構建適合濟南市中心商業區的屋頂綠化適建性評估指標體系，將建筑年代、屋頂結構、屋頂荷載、建筑高度、屋頂坡度、屋頂歸屬、屋頂被遮面積、其他占用面積等8 個要素作為評估建筑屋頂綠化適建性的指標因子。適建性指標的建立。本文認為評估數據中有些單個指標一旦達到限定值，則可以判斷整個建筑屋頂不適建，這類指標稱之為限制性指標，如建筑年代、屋頂結構、屋頂荷載、建筑高度、屋頂坡度、其他占用面積，具體為：第1，建筑年代：根據山東省住房城鄉建設廳《關于加強全省城市立體綠化工作的指導意見》，鼓勵結合既有建筑改造等項目實施，在實際條件允許的情況下，對建成年限低于20 年且符合建筑安全要求的建筑開展屋頂綠化。第2，屋頂結構：鋼筋混凝土結構的屋頂適合進行屋頂綠化，鋼或者磚結構的屋頂難以實施屋頂綠化。第3，屋頂荷載：一般情況下，不可上人屋頂（荷載小于0.7 kN/ m2）不適合建設屋頂綠化，而可上人屋頂可以建設屋頂綠化。

第4，建筑高度：根據指導意見，建筑層高少于12 層（含12 層）或者高度小于40 m（含40 m）適合進行屋頂綠化。第5，屋頂坡度：根據指導意見，屋頂坡度小于15°的建筑（含裙房），宜實施屋頂綠化。但由于數據源的限制，本文不考慮坡屋頂，將平屋頂作為適建指標。第6，其他占用面積：建筑屋頂上被中央空調外機、太陽能設備或是其他構筑物占用的面積過大，則使屋頂綠化的面積減小或是割裂屋頂空間的整體性，導致建造屋頂綠化的經濟性下降。限制性指標評估標準如表1 所示。

表1 屋頂綠化適建潛力評估限制性指標

現有建筑的屋頂綠化實施往往會遇到困難，本文根據屋頂歸屬、屋頂被遮面積進行屋頂綠化優先級評估：第1，屋頂歸屬：公有性質、私有性質或是集體所有性質的屋頂，對于屋頂綠化建設能否順利開展、確定出資人、明確養護主題有重要的影響。第2，屋頂被遮面積：常年被遮蔭的建筑屋頂會使植物生長不良，增加維護成本，且光照不足縮小了屋頂綠化植物的選擇范圍。這兩個指標為約束性指標，需要進行賦值量化（表2）。

表2 屋頂綠化優先級評估約束性指標

1.2.2 適建性指標數據的收集與處理

適建性指標的收集主要借助谷歌衛星地圖、百度街景地圖、房天下全景航拍、百度百科與房產軟件的房產信息以及實地調研收集屋頂結構、建筑高度、屋頂坡度、屋頂歸屬、屋頂被遮面積、其他占用面積各項屬性資料。建筑年代指標可通過對比2003 年的衛星影像與2023 年的衛星影像進行篩選，并結合房產信息得出建成20 年內的建筑。屋頂荷載指標可通過判斷屋頂是否為可上人屋頂來判定，通過實地走訪、問詢物業以及相關人員確定研究區內的可上人屋頂：可上人屋頂的女兒墻高度一般比較高，一般有專門的樓梯間至屋頂；不上人屋頂一般設有人孔或鋼爬梯[9]。

適建性指標數據處理步驟—遙感影像空間參照系的確定、建筑屋頂空間數據庫的建立、數字化及屬性編輯、坐標系轉換[10]，具體為：第1，遙感影像空間參照系的確定。本文通過添加與遙感圖像同名的坐標系文件和空間參數文件來完成遙感影像空間參照系的確定工作，將空間的參照系統設為WGS_1984_Web_Mercator。第2，建筑屋頂空間數據庫的建立。屋頂空間數據庫采用與Google Maps遙感影像相同的空間參照系統。利用Arc Catalog 創建屋頂屬性數據庫并添加要素。第3，數字化及屬性編輯。在ArcMap 中將研究區范圍內所有屋頂逐個描取，得到建筑屋頂矢量化要素，并完成要素屬性信息的編輯錄入。第4，坐標系轉換。結合研究區的地理位置進行投影轉換。研究區的地理坐標為117°13′E，36°68′N，位于UTM的第50 投影帶中，故將屋頂要素集的空間參照系統設置為WGS_1984_UTM_Zone_50N。

2 結果與分析

2.1 屋頂綠化現狀分析

通過實地調研剔除掉一些廢棄建筑、簡易倉庫以及一些正在建設中的建筑，統計發現：研究區總面積1942244 m2，識別建筑屋頂176 個，屋頂面積為295942 m2，占研究區域總面積的15.24%。通過調查發現在現有建筑中未見有建筑屋頂全面綠化，多為居民在樓頂部分區域自發種植綠植，—般都以容器式為主，在較小的范圍內形成一定的綠化空間；園林式屋頂綠化僅發現一例，且面積較小，未形成規模，可忽略不計。從這個角度來看，研究區大面積的不透水屋頂區域顯示出屋頂綠化的巨大需求與潛力，利用空置的屋頂資源進行綠化來應對城市環境問題是良好的城市綠化方案。

2.2 屋頂綠化適建性評估

在遙感數據和三維電子地圖等建立的基礎數據庫支持下，根據屋頂綠化適建性評估標準，統計發現：適合屋頂綠化的屋頂有64 個，面積約104702 m2，占屋頂總面積的35.4%；不適建屋頂綠化的屋頂有112 個，面積約191240 m2，占總面積的64.6%，適建屋頂綠化建筑屋頂分布如圖1。本文得出的結論是基于建筑屋頂的最小承重能力，研究得出的屋頂綠化適建屋頂至少可以實施簡單式屋頂綠化。

圖1 適建屋頂綠化建筑屋頂分布圖（來源：作者自繪）

從適建資源的建筑類型看，適合建設面積最大的為商業建筑，共35 個建筑屋頂，占80.05%（約83814 m2）；其次為居住建筑，共20 個建筑屋頂，占12.65%（約13246 m2）；排在第3位的是公共建筑，共8 個建筑屋頂，占7.2%（約7535 m2）；適建面積最小的為其他建筑，共1 個建筑屋頂，占0.1%（約106 m2）。研究區適建屋頂綠化的商業建筑居多，屋頂綠化建設潛力較大。

2.3 屋頂綠化適建屋頂優先級評估

利用上述優先級評估標準，得到建筑屋頂綠化優先實施等級如圖2 所示。優先等級一有8 個建筑屋頂，約7536 m2。大部分是公共或市政管理建筑，政府擁有這些建筑的產權，并能給予屋頂綠化的實施投資重點，應該加快實施屋頂綠化。而且這些屋頂幾乎不受遮陰影響，陽光充足，適合植物生長。優先等級二有30 個建筑屋頂，約69861 m2。大部分是新興產業、商業和辦公建筑，這些建筑主要用來經營企業，產權較為明晰，屋頂綠化阻力小，在屋頂種植植物可以促進商業以及經濟活動。而且這些屋頂受遮陰影響小、屋頂種植植物可選擇性較多。優先等級三有26 個建筑屋頂，約27305 m2，這些建筑主要是住宅，為個人或團體所有，必須在適當的時候喚起公眾綠化意識來推動屋頂綠化建設，還有一些遮陰狀況比較差的商業建筑，在進行屋頂綠化時應該優先選擇耐陰植物。

圖2 建筑屋頂綠化優先實施等級圖（來源：作者自繪）

3 關于適建結果的討論

邵天然等選擇了建筑年代、建筑結構、遮蔭狀況、屋面構造、屋頂功能、屋頂坡度、設備面積、建筑高度這些指標因子對深圳市福田中心區進行城市屋頂綠化資源潛力評估，得出有51%的屋頂適合建設屋頂綠化，其研究方法中認為屋面構造、屋頂功能、屋頂坡度、設備面積、建筑高度這些指標的混合型也符合適建條件[11]。王新軍等對常州市新北中心區屋頂綠化適建性進行評估，用層次分析法（Analytic Hierarchy Process，AHP） 確 定了建筑年代、建筑結構、屋頂設計承載力、建筑高度、屋頂歸屬、屋頂被遮面積、其他占用面積、屋頂坡度、建筑坐落位置這些指標的權重，在權重賦分的基礎上進行評估，得出適建屋頂綠化屋頂面積占研究區總面積的48.2%[12]。

本文通過研究發現研究區適建屋頂占研究區屋頂總面積的35.4%，相較于類似研究，本文得出的適建屋頂面積占比更低，是因為在屋頂綠化適建篩選上選擇的指標因子有建筑年代、屋頂結構、屋頂荷載、建筑高度、屋頂坡度、其他占用面積，這些指標中只要有一個不符合適建條件就判斷為不適建，相對于其他評估方法更為嚴格，得到的適建屋頂更少。

本文采用人工目視解譯的方法對遙感圖像進行分析。雖然建立了高度精確的土地利用和建筑屋頂空間資源數據庫，但人工解譯過程有些耗時，尤其對于大面積的研究更加浪費時間和人力。對于城市規劃發展來說，如何快速準確地識別建筑屋頂是迫切需要解決的問題。另外，本文沒有進行結構計算來評估建筑物的屋頂荷載，僅基于可上人平屋頂做了簡單的荷載估算，評估結果是基于簡單式屋頂綠化改造。如需建設更高層次的屋頂綠化則需要對屋頂荷載進行進一步深入研究。

4 結論

對于高度城市化的地區，優化屋頂空間利用已經成為一種趨勢。本文建立了一種城市中心商業區屋頂綠化潛力評估方法。篩選出適合實施綠色屋頂的屋頂，并在潛力評估的基礎上提出實施優先順序，在空間上劃分了重點區域。

總體而言，研究區具有較大的屋頂綠化改造潛力，其中公共建筑和商業建筑占大多數，相比其他建筑類型產權清晰，資源利于集中，屋頂綠化實施較為容易，可以作為濟南市屋頂綠化優先實施區域。

本文雖然只是屋頂綠化建設潛力研究的一部分，但對于以整體方法研究綠色屋頂建設潛力很有意義。由于屋頂綠化有較高的復雜性和專業性，因此在今后的研究中應進一步加強對屋頂綠化相關理論和技術的研究，深入開展調查、研究和評估工作。同時要加強對屋頂綠化建設相關政策法規、規范標準的研究和制訂，積極探索適合我國國情和城市發展現狀的屋頂綠化模式。