日本屋頂花園技術

日本屋頂花園技術作者：殷麗峰李樹華簡介：屋頂花園是城市綠化建設中新興的、最有潛力的綠化方式之一。以目本福岡市的ACROS福岡臺階狀屋頂花園為例介紹了日本屋頂花園技術，說明了日本屋頂花園發(fā)展的水平。在借鑒國外先進經(jīng)驗的基礎上，結合我國的實際情況，旨在為我國屋頂綠化技術的研究與發(fā)展提供參考。關鍵字：日本，屋頂花園，技術屋頂花園是城市綠化建設中新興的、最有潛力的綠化方式之一。以目本福岡市的ACROS福岡臺階狀屋頂花園為例介紹了日本屋頂花園技術，說明了日本屋頂花園發(fā)展的水平。在借鑒國外先進經(jīng)驗的基礎上，結合我國的實際情況，旨在為我國屋頂綠化技術的研究與發(fā)展提供參考。城區(qū)中園林綠地的數(shù)量與質量，是影響城市環(huán)境的重要方面。但在城市建成區(qū)內，特別是在城市中心建造園林綠地，不僅耗資巨大，而且困難重重。因此，對于已有建筑物與待建建筑物的屋頂進行園林綠化就成為補充市區(qū)綠地不足的可行方法之一。屋頂綠化的意義很大，它不僅可以增加城市綠地面積，還可以改善城市建筑集中地的生態(tài)環(huán)境。近幾年來，我國的屋頂綠化與屋頂花園發(fā)展十分迅速，但在營造技術、推廣等方面，還存在著諸多問題。本文以日本為例，對屋頂綠化的技術及研究現(xiàn)狀作一簡單的闡述，以期為我國屋頂綠化技術的發(fā)展提供參考。1屋頂綠化的基質與屋頂荷重1．1基質由于屋頂花園是建造在構筑物上面，和大地完全隔離，沒有任何的連續(xù)性。因此，在構筑物上面堆積土壤，沒有地下毛細水的上升作用：土層的厚度也受到局限，有效的土壤水分容量小。同時，由于土層薄，受到外界氣溫的變化和下部構造傳來的熱變化兩種影響，土溫變化大。屋頂種植區(qū)由于受到屋頂承重、排水、防水等條件的限制，輕量、保水、透水性穩(wěn)定、可持續(xù)利用的屋頂綠化基質的開發(fā)，一直是屋頂綠化技術的重點。在屋頂花園的普及中，各國都根據(jù)自己的氣候特點及實際情況，特別是針對一些承重條件要求比較嚴格的建成屋頂?shù)母脑靻栴}，制定了土壤開發(fā)的性能和指標，開發(fā)了相應的屋頂栽培基質。目前，比較常用的屋頂輕質材料有草炭、珍珠巖、蛭石等。日本的人工輕量土栽培技術處于世界領先水平，1968年，日本橋高島屋屋頂花園的改造過程中，第一次使用人工土壤，是日本改良土壤法、人工土壤法的開始。到1989年，人工輕量土得到普及，形式多種多樣(表1)。現(xiàn)在，日本已形成自然土壤法、改良土壤法、人工輕量法和薄層人工輕量法這幾種屋頂綠化模式(圖1)。可以看出，從自然土壤法到薄層人工土壤法，屋頂綠化的栽培基質在向著輕質、薄層、保水的方向發(fā)展。我國在20世紀60年代開始屋頂花園及相關技術的研究，80年代開始對珍珠巖、蛭石等無機物料和泥炭、木屑等有機物料理化性質進行過測定，但近幾年才開始研究用于屋頂綠化的輕量土栽培技術，并且僅限于北京、上海、深圳等經(jīng)濟比較發(fā)達的地區(qū)。例如上海農(nóng)科院生態(tài)保護研究所開展了關于輕型平屋頂綠化技術的研究，北京園林科研所在2001年引進了韓國三遜株式會社的超輕量綠化用無機基質。雖然近年來我國的屋頂綠化有了一定的發(fā)展，但與先進國家相比，仍處于起步階段，至今還沒有適合地方特點、系列化的屋頂綠化技術。因此，為了推廣大面積的屋頂綠化，開發(fā)適合我國國情、氣候的屋頂綠化基質勢在必行。1.2荷載屋頂花園(綠化)的營造，加大了建筑的荷載。荷載越大，結構材料的斷面越大，成本也相應提高。需要把土壤和植物荷載控制在最小限度，并要有防滲漏的處理措施。因此，在屋頂花園的營造中，土層厚度、植物重量都需要進行詳細的計算。1．2．1土層的厚度在自然土壤中，土壤表層以下30cm處分布著60％～70％的植物根系，而60cm以下，則分布著80％～90％的植物根系。屋頂綠化由于受到建筑結構、承重等因素的影響，難以滿足植物生長條件。根據(jù)植物種類、栽培的目標可選擇適當?shù)耐翆雍穸取５珜τ谝恍┍游蓓斁G化來說，可根據(jù)實際情況來確定適宜的土層厚度(圖2)。1．2．2樹木的重量(1)地上部的重量樹葉重量為樹干重量乘以增重率，即W=k-n-(d／2)2Hw(l+p)，其中，W：樹木地上部的重量d：目測直徑(m)H：樹高(m)k：樹干形狀系數(shù)(因樹種樹齡而不同，估算時約為O．5)w：樹干單位體積的重量p：依樹葉多少的增重率(O_2～O．3)(2)地下部的重量(圖3)W=k-n-A3wA：根坨直徑(m)，通常A=4D+012，D：根部直徑(m)d：目測直徑，D=1．5d(d>O2m)：D=2-2．5dfd≤0．2m)k：根坨形狀系數(shù)w：每單位體積根坨重量1．3種植模式的建立根據(jù)不同建筑的允許荷重，應因地制宜地建立適合本國、本地區(qū)的屋頂栽培模式，解決屋頂綠化的技術問題。日本長期以來，提出了建設節(jié)能、循環(huán)、環(huán)境共生型城市目標，經(jīng)過多年的研究，已建立了適合不同荷重、不同氣候特點的屋頂種植模式。以人工輕量法為例說明屋頂種植模式的建立{表2)?？梢钥闯觯瑢τ谖蓓斁G化的不同形式，分別選用不同厚度的基質層、排水層：然后選擇不同植物，計算屋頂?shù)暮奢d。通過這些嚴格的選擇，確定適合的屋頂綠化方法。2屋頂種植層的構造技術典型的屋頂種植層由排水層、過濾層以及植物的栽培層構成。排水層的設計是為了改善屋頂栽培基質的透氣性，其次是儲存并排出多余的水分。過濾層材料應選擇既能透水，又能過濾、阻隔土壤下滲，經(jīng)久耐用而又價格低廉的材料?；谝陨系囊笠约拔蓓斁G化的條件，用于屋頂綠化的排水、過濾、防根等新材料的開發(fā)成為各國研發(fā)的熱點。傳統(tǒng)的人工滲排水結構由粗砂濾層、礫石排水層和盲管(溝)組成。為了減輕建筑頂板的荷載，在建筑的屋頂上用容重較輕的不同粒徑的陶粒來替代粗砂和礫石。這種構造只適用于種植草坪和花卉。近年來研制了新的滲排水板材，這種排水板具有對上部土層的支撐作用，它的多孔結構還能將土層中多余的水滲漏到板層下并通過排水管排走。近年來我國也開始有了自己的產(chǎn)品，一類是橡膠制品片狀板上凸起梅花形分布的粒柱，利用粒柱間隙排水：另一類是熱熔性聚丙烯制成連續(xù)長纖維狀的多孔型人工合成材料，有片材和管材《俗稱塑料排水墊和盲溝)，利用絲條間小空隙排水。常見防水層的種類和鋪設方法如{圖4)。3植物材料的選擇屋頂種植環(huán)境的特殊性，限制其植物種類的選擇和應用。建筑屋頂?shù)姆N植由于隔斷植物與大地的連接，植物缺乏持續(xù)的養(yǎng)分、水分的供給調節(jié)，加之屋頂上光照強，風速高，空氣濕度變化大，抗旱、耐瘠薄植物是屋頂綠化植物的首選。歐洲在屋頂綠化植物研究方面一直處于世界前列，德國在“建筑物大面積植被化”的研究中，就曾對植物選擇及其屋頂綠化技術進行過深入研究。1970年，德國將佛甲草、垂盆草等景天科植物用于屋頂綠化中，并在世界各地得到了應用與推廣。在近20年的屋頂綠化植物選擇過程中，約1。0種(含品種)植物成功地應用于基質厚度15cm以下的屋頂綠化中，其中景天類植物約50種，占總數(shù)的50％，成為薄層屋頂綠化植物的最大群體。日本借鑒、引進德國的先進經(jīng)驗，也開發(fā)多種屋頂綠化植物，目前有約40種景天科等多肉植物用于屋頂綠化，其中的十幾種已經(jīng)有了成熟的綠化栽植模式。中國的上海、深圳等地用于屋頂綠化的佛甲草(Sedumlineare)、垂盆草(S．sarmentosum)，已經(jīng)形成了一套栽培技術，在當?shù)氐靡酝茝V并取得了良好的效果。成都市屋頂綠化目前實際采用的植物材料有150多種，其中最常用的有80多種。4屋頂綠化的灌水問題生態(tài)、節(jié)能、粗放型的屋頂綠化一直是各國追求的目標。屋頂上有限的土壤層，使植物根系的可用水與露地相比大大減少。特別是對于干燥、年降水量小的地區(qū)，屋頂綠化的灌溉也成為關鍵問題。屋頂?shù)墓嗨绞接斜砻婀喔?、地中灌溉和底面灌?種。表面灌溉也就是簡單的人工澆水，地中灌溉中最為常見的是滴灌。這兩種方法工程量、需水量大，但優(yōu)點是簡單易行。底面灌溉更適于容器綠化。5屋頂綠化的防風對策位于高層的屋頂，風速要比地面大，加之有限的土層厚度，種植喬木容易被風吹倒。特別是對于一些多風的國家和地區(qū)，目前常用的幾種防風方法如(圖5)。6屋頂花園實例——以日本福岡市的ACROS福岡臺階狀屋頂花園為例ACROS福岡臺階狀屋頂花園位于福岡市中央?yún)^(qū)天神地區(qū)。建筑ACROS福岡內有寫字樓、商店等民間設施以及福岡交響樂演奏禮堂、國際會議中心等具有國際性、文化性、信息性的公共設施。為了建造能夠使臺階狀屋頂花園與建筑南側的公園連為一體的綠化空間，設計者有意把整個建筑的1／4處理為地下空間，把地上1～13層(60m)的臺階狀屋頂設計為屋頂花園。6．1設計概要把建筑ACROS福岡的臺階狀屋頂當成一座山體處理，以花鳥風月為主題，表現(xiàn)“春之山、夏之蔭、秋之林、冬之森”植物季相變化的空間，使南側公園的綠化植被與臺階狀屋頂?shù)幕熘仓脖蝗跒橐惑w(圖6、7)。每一層植被由臺階屋頂植被與栽植于下一層墻體上容器內的植被組成，整體上仿佛山脊植被與山谷相連。竣工數(shù)年后植被已經(jīng)郁郁蔥蔥，在城市中央形成了～座綠色的“人工山林”，成為福岡市民娛樂休憩的理想空間。種植設計以位于京都的皇室園林——修學院離宮斜坡上的臺階狀大塊混植為藍本，在從1層到13層的臺階屋頂上，利用15種混植手法種滿了枝葉色彩富有變化的常綠樹與落葉樹。同時，每年都有鳥類帶來的植物種子落在此地，現(xiàn)在樹木種類已經(jīng)達到110余種，隨著樹木的生長發(fā)育，植物景觀日益豐富。6．2技術試驗調查施工之前，對人工土壤的性能、排水系統(tǒng)、灌溉系統(tǒng)、樹木支柱保護、景觀、臺階花園的管理等進行了預備試驗，建成后，還進行了人工降雨試驗。在經(jīng)歷多次的臺風危害以及1994年夏季大干旱后，植物依然生長茂盛，是日本屋頂花園技術的成功展示和優(yōu)秀范例。對土壤的比重、經(jīng)年變化、保水性能、排水性能、耐風性能(支柱、防止飛散)、管理、施工等項目進行了綜合試驗后，選擇了質輕、保溫與保水性優(yōu)良的人工土壤。屋頂?shù)挠晁ㄟ^土壤滲透到下一層臺階，最終到達地面而被排掉。另外，臺階狀屋頂花園建成后，沒有進行過人工灌溉?，F(xiàn)已達到了近于無灌水、無農(nóng)藥、無肥料的生態(tài)型管理要求。6．3施工過程6．3．1鋪設耐壓透水通氣板對于人工栽植基盤的綠化來講，排水與通氣是最重要的條件。在長期土壤干燥的情況下，可以通過灌溉來解決，但土壤過濕會對植物的生長造成危害。土壤的排水性與通透性具有直接的關系。所以，鋪設耐壓透水通氣板是屋頂花園施工時最主要的作業(yè)之一，同時，該層也具有一定的防止植物根系穿透的作用。6．3．2鋪設透水無紡布透水無紡布對調節(jié)水分與空氣的流動具有重要作用，并可以防止土壤顆粒的下滲。一般需要鋪設屋頂綠化面積的120％，即如果綠化面積為100m2的話，則需要鋪設透水無紡布120m2。6．3．3填入特制栽培基質先填入一層排水層，再填入特制栽培基質，充分澆水后，進行輕輕碾壓。6．3．4栽植植物多把盆栽苗木從盆缽中移出后連帶土坨一并栽植。6．3．5鋪設表層保護基質特制栽植基質為白色粒狀物，在栽植植物的縫隙鋪設3cm的表層保護基質。6．4降低環(huán)境負荷竣工以來，有關的大學研究室與技術研究所對臺階狀屋頂花園的熱環(huán)境進行了調查。夏季水泥屋頂?shù)臏囟缺扔芯G化的部分高出20余攝氏度，栽植土壤的地溫也比氣溫低近10℃，綠化還降低了室內溫度。建筑各側的氣溫，以有臺階狀綠地的南面為最低，這是由于屋頂花園植物的降溫作用所致。由于屋頂綠化所使用的人工土壤具有優(yōu)良的保溫性與保水性，降低了空調的負荷，由植物的蒸騰作用帶走熱量，抑制了周邊氣溫的上升。臺階狀屋頂花園不僅創(chuàng)造了城市中優(yōu)美的景觀，還降低了環(huán)境負荷，同時抑制了日益嚴重的城市熱島現(xiàn)象。6．5栽植植物種類竣工時共栽植植物76種，后來由于追加以及鳥類的帶入，現(xiàn)在已經(jīng)達到110種以上。其中常綠混植樹種10種，半常綠混植樹種2種，常綠、落葉混植樹種3種，落葉混植樹種13種，混植修剪綠籬樹種3種；臺階下部混植樹種8種，小喬木21種，藤本匍匐植物5種，大面積栽植樹種7種，地被植物3種，最下層栽植樹種13種。另外，從1996—2000年追加補栽的樹種30種，由鳥類糞便帶來的植物3種。7對我國屋頂綠化發(fā)展的探討屋頂綠化合理地配置利用城市的上層空間，增加城市的綠化面積，提供了新的生活、休閑場所，為城市綠化建設開辟新的蹊徑。但由于其特殊的環(huán)境，對施工、技術的要求高，在推廣和普及方面有一定的難度。借鑒國外的先進經(jīng)驗，引進國外的先進技術，總結經(jīng)驗，結合我國的實際情況，開發(fā)適合我國的屋頂綠化技術已經(jīng)勢在必行。(1)對主要城市現(xiàn)有的可綠化屋頂面積進行普查，掌握可進行綠化空間的現(xiàn)狀。同時對城建項目與居住區(qū)屋頂綠化制定推動鼓勵政策與編制相應的標準和統(tǒng)計指標。(2)開展對屋頂綠化技術及其綠化效果的科學研究，研究發(fā)展新型屋面綠化構造系統(tǒng)與材料，推廣將保溫、防水、排水等功能整合的屋面做法，形成完善的屋頂種植模式。(3)加強對屋頂綠化高科技產(chǎn)品的研究，鼓勵研究開發(fā)高新技術與材料，如人工輕型土壤、新型蓄排水材料、高效綠化種植水性化肥、高效阻根性防水材料、滲水磚等。(4)在屋頂綠化與屋頂花園的建設中，推廣鄉(xiāng)土植物應用。鄉(xiāng)土植物對當?shù)氐臍夂蛴休^強適應性。特別是在環(huán)境條件相對惡劣的屋頂，選用鄉(xiāng)土植物易于栽培管理。另一方面，屋頂綠化作為城市綠化的一部分，可以反映一個城市的地域文化內涵，而鄉(xiāng)土植物的選用最為恰當。(5)提高對屋頂綠化重要性的認識，建立面向一般市民開放的屋頂綠化與屋頂花園示范區(qū)。8結語屋頂綠化使傳統(tǒng)的地面綠化上升到立體空間，是一種融建筑與綠化技術為一