基于海綿城市理念的綠色屋頂建構探討★

陳興幫　鄧蘭英　　陳　波

?

·綠色環保·建筑節能·

基于海綿城市理念的綠色屋頂建構探討★

陳興幫1鄧蘭英2陳波3

(1．四川職業技術學院，四川遂寧629000;2．遂寧市城鄉規劃管理局，四川遂寧629000; 3．遂寧市城鄉規劃管理局河東新區分局，四川遂寧629000)

摘要:初步分析了綠色屋頂建設的必要性以及現階段面臨的問題，探討了不同類型綠色屋頂的技術指標，提出了不同類型建筑所適合的綠色屋頂類型，以實現綠色屋頂規劃和建設的標準化。

關鍵詞:海綿城市，綠色屋頂，雨水系統，屋頂載荷

0　引言

海綿城市是指城市能夠像海綿一樣，在適應環境變化和應對自然災害等方面具有良好的“彈性”，下雨時吸水、蓄水、滲水、凈水，需要時將蓄存的水“釋放”并加以利用。實現海綿城市建設主要有三種途徑:1)對城市原有生態系統的保護;2)生態恢復和修復;3)低影響開發。作為我國海綿城市建設內容之一，綠色屋頂滿足低影響開發、生態恢復和修復的要求，能夠有效降低雨水徑流量，消減暴雨峰值，降低雨水匯流時間。

如何抓住海綿城市建設契機促進綠色屋頂的實施，實現土地效益和提升城市空間品質;如何根據不同類型建筑建設綠色屋頂，實現綠色屋頂與建筑的契合;如何對已建和新建建筑綠色屋頂設計和施工，實現設計和施工的標準化，已成為各大城市在海綿城市建設中積極探索的重點問題。

1　綠色屋頂建設必要性

1．1提升人居環境

由國際生態和環境組織調查數據得出，城市建設中人居最佳環境的指標為人均綠地超過60 m2，在我國，由于土地的稀缺性和城市建設的盲目開發，城市綠地面積和人居綠地指標遠遠不足。在大多數城市舊城區，都存在建設用地稀缺、建設密度過高和開發強度過大等現象，缺乏可以改造為綠地的建設用地，大量的建筑屋面特別是以平屋頂為主的建筑，具備改造成為綠色屋頂的潛力，一旦70%的已建建筑改造成為綠色屋頂，可增加大量綠地面積，提高人均綠地指標，最終提升人居環境［1，2］。

1．2服務海綿城市建設

通過綠色屋頂建設，每平方米的綠色屋頂能存水50 L左右，可有效減少屋面徑流總量和徑流污染負荷，具有節能減排的作用;同時，通過綠色屋頂雨水管網系統建設，可實現有組織排水，儲水及回用的功能。

2　綠色屋頂分類及建造選擇

在高樓林立的城市中，建筑屋面是城市重要的雨水匯集面和雨水徑流發生地、匯集和排放地，同時也是雨水污染的匯集地，發生地和消除地。根據海綿城市建設要求，建筑屋面在設計時應優先選擇對徑流雨水水質無影響或影響較小的建筑屋面及外立面材料，建筑屋面不宜采用瀝青或瀝青油氈。經分析，常用建筑材料對海綿城市影響如表1所示［3，4］。

表1　不同屋頂海綿指標

綜合分析，要滿足海綿城市建設的最終目的，新建建筑宜選擇綠色屋頂作為常用屋頂形式，具備改造條件的已建建筑，應選擇綠色屋頂作為改造目標。

人力資本理論起源于經濟學研究，17世紀經濟學家威廉·配第首次提出勞動決定價值基本理論，之后亞當·斯密、馬歇爾、費雪等人對其進行了補充和完善。人力資本理論的構建者美國經濟學家西奧多·W·舒爾茨認為，人力資本是凝結在人身上的資本，包括教育、職業培訓支出以及機會成本，是以人為載體的各種知識技能存量的總和；人力資本是最重要的資源，其促進國民收入增加的作用優于其他物質資本；應當把人力資本看作是一種投資而非消費行為，教育投資是提升人力資本的主要手段［1］。

2．1改建建筑建構選擇

在屋頂結構強度及防滲條件允許的情況下，平屋面、坡度小于15°的屋面以及坡度小于30°的裙房屋面可進行綠色屋頂改造，綠化形式優先選擇簡單式屋頂綠化。條件不適合的進行改造時，應改建雨水立管，采用斷接等方式將屋面雨水引入建筑周邊低影響開發設施入滲或下接儲水罐儲存。

2．2新建建筑建構選擇

低層及多層住宅方案以坡屋頂為主的建筑，基于成本考慮不建議采用屋頂綠化，新建局部坡屋頂住宅，可建設花園式屋頂綠化;高層居住建筑宜采用平屋頂，可建設簡單式屋頂綠化或組合

3　綠色屋頂建構要點

為達到海綿城市建設要求，綠色屋頂在設計應以雨水的滯和凈為基礎，以達到雨水有組織排放的目標，滿足屋頂載荷情況下宜考慮雨水的蓄水和回用，即滿足海綿城市建設中的滯、蓄、凈、用、排的功能。重點考慮以下要素:屋頂結構荷載、雨水排放和蓄積、景觀和植物種植方式、風力影響、防火、耐根穿刺和保溫、澆灌、種植區隔離帶、養護和上人通道、系統運作和建造成本。

3．1設計步驟

在充分調查前期資料后，可開始設計，標準化設計步驟如下: 1)改建建筑計算屋面結構荷載(新建建筑在建筑設計階段應考慮載荷);2)確定屋面構造層次;3)絕熱層設計(確定絕熱材料的品種規格和性能);4)防水層設計(確定耐根穿刺防水材料和普通防水材料的品種規格和性能);5)保護層和排蓄水系統設計;6)種植設計(確定種植土類型、種植形式和植物種類);7)灌溉及電氣照明系統設計;8)園林小品和細部構造。

3．2屋頂結構載荷

屋頂結構載荷是綠色屋頂的核心，簡單式綠色屋頂荷載不應小于1．0 kN/m2，花園式綠色屋頂荷載不應小于3．0 kN/m2，均應納入屋面結構永久荷載。屋頂綠化系統的重量計算是以所有材料的飽和重量進行計算的(即可變載荷)，主要包括基質層、蓄水模塊和植物三個方面。

1)基質層。基質層需考慮在濕容重和干容重狀態下的重量，據統計，基質層在濕容重狀態下的重量為干容重的1．2倍～1．5倍。基質層在設計時，應根據不同排水要求選擇基質材料，根據不同類型的植物選擇基質層深度。

2)植物荷重。在計算植物重量時，應包括初栽植物荷重和植物生長期增加的可變荷載，除須考慮初始植物載荷對屋頂的影響，還需考慮植物生長后荷重(見表2)。

表2　不同類型植物荷重

3)蓄水模塊荷重。在設計蓄水模塊容量時，需以屋頂載荷為基礎，建議計算公式如下:

蓄水模塊容量=(屋頂載荷－結構層重量－基質層濕容重－植物生長載荷)×0．7。

3．3雨水排放和蓄積

在海綿城市建設中，雨水系統的建設是核心。當屋頂綠化吸收大部分雨水后，建筑屋面雨水排放的達峰時間將會被推遲至少20 min以上，通過減少雨水的排放量和推遲達峰時間可以減少城市排水管網的壓力。因此，在綠色屋頂設計中，應重點考慮雨水系統的建設，實現雨水的有組織排放和再利用。

在雨水系統建設時，將降落在綠色屋面的雨水經過初期棄流后，宜優先考慮雨落管斷接方式，將建筑屋面雨水引入周邊綠地中分散到海綿城市設施(如雨水花園、植草溝、雨水桶等)下滲、凈化、收集回用。

3．4雨水凈化功能

在基質層和綠化植物選擇時，應優先選擇具備雨水凈化功能的基質層和植物。據統計，雨水在通過屋頂綠化各結構層及過濾層后，能夠將雨水中95%以上重金屬物質和營養物質蓄留在屋頂綠化中。這種雨水凈化功能在屋頂綠化建成5年后基本達到最高峰。

4　結語

綠色屋頂的建造，有利于海綿城市建設，符合海綿城市的各項指標，是一個多效益的工程。建設完成后，可以用較低的成本實現雨水蓄流、減少熱島效應、提高空氣質量、降低雨水排放、提供生物棲息地等多個功能。為此，借助海綿城市建設的東風，綠色屋頂將面臨更為廣闊的發展前景，建議各大城市在海綿城市建設過程中，以100元/m2～200元/m2的標準給予業主單位補償，提高業主建設積極性。通過海綿城市的建設，能讓綠色屋頂有序推廣，促進城市雨水變廢為寶，使我們的城市中處處見綠，最終恢復被城市建設所破壞的生態［7］。

參考文獻:

［1］ 李衛．淺談綠色屋頂的節能效應及其景觀價值［J］．城鄉建設，2013(3):156-160．

［2］ 牛皓，周集體，Peter，等．華盛頓綠色屋頂環境效益的經濟評價［J］．建筑經濟，2010(12):87-90．

［3］ 牛皓，周集體，Peter，等．城市范圍綠色屋頂環境效益評價方法研究——以華盛頓市為例［J］．建筑經濟，2013(2):71-74．

［4］ H．D．萬·波赫曼，A．L．A．弗瑞哲，M．歐特勒．生態工程:綠色屋頂和綠色垂直墻面［J］．鐘璐，譯．風景園林，2009 (1):42-49．

［5］羅鴻兵，劉瑞芬，鄧云，等．綠色屋頂徑流水質監測研究進展［J］．環境監測管理與技術，2012，24(3):12-17．

［6］ 陳小平，黃佩，周志翔，等．綠色屋頂徑流調控研究進展［J］．應用生態學報，2015，26(8):2581-2590．

［7］ 賀坤，項耿銘，韋捷峰，等．城市綠色屋頂生物棲息生境設計與營建研究［J］．環境科學與技術，2013(9):15-18．

中圖分類號:TU201．5

文獻標識碼:A

文章編號:1009-6825(2016)17-0194-02

收稿日期:2016-04-10★:四川省教育廳課題(課題編號:16ZB0394)

作者簡介:陳興幫(1984-)，男，碩士，講師式屋頂綠化。辦公建筑以平屋頂為主的推薦進行綠化處理，宜采用花園式屋頂綠化;商業建筑屋頂以平屋頂為主，宜結合商業對屋頂進行屋頂花園景觀設計，有條件的可以使用太陽能;一般性公共建筑(如學校、醫院等)屋頂宜采用平屋頂，并應進行綠化處理;口岸功能性公建(如車站等)等大型公共建筑屋頂根據建筑性質選擇適當形態進行設計，非坡屋頂應進行綠化。

Discussion on green roof construction based on the ideas of sponge city★

Chen Xingbang1Deng Lanying2Chen Bo3
(1．Sichuan Vocational and Technical College，Suining 629000，China; 2．Suining Urban and Rural Planning Administrative Bureau，Suining 629000，China; 3．Hedong District Branch of Suining Urban and Rural Planning Administrative Bureau，Suining 629000，China)

Abstract:Preliminary proposed the necessity of green roof construction and the problem of the present stage，analyzed of technical indicators of different types of green roofs，and then put forward the suitable for different types of building green roof types，in order to achieve the standardization of the planning and construction of green roofs．

Key words:sponge city，green roof，rainwater system，roof load