綠色劇場草坪改造關鍵技術研究

邢強

摘要：低碳、生態、可持續發展是當今社會的主旋律，也是當今園林綠化建設的重要指導思想。本研究根據場地功能需求和所在地土壤、氣候、水文等環境特點，通過合理的設計及土壤改良、地形改造、排灌系統安裝等施工技術，探索資源節約型、環境友好型的現代園林模式，最終提高了綠色劇場草坪的整體景觀性和功能性。另外，在硬件設施上最終形成了一套有效的雨水循環利用系統，使澆灌質量和效率分別提高200倍和8.33倍，排水速率提高9倍，水利用率達到85%，節水42.2%，既解決了區域澆灌、排水的難題，又延長了綠色劇場生命周期、實現對城市零排放等生態效益，在城市環境保護和生態建設方面，具有一定的推廣示范效果。

關鍵詞：綠色劇場；生態建設；可持續利用；土壤改良

中圖分類號：S688.4 文獻標志碼：A 文章編號：1002—1302（2016）01—0208—05

上海辰山植物園是經上海市人民政府批準，由上海市人民政府、中國科學院、國家林業局合作共建，融生物多樣性保護、可持續利用示范、生態休閑、科普教育為一體，具有深厚科學內涵和優美園容景觀的綜合性植物園。自2011年正式開園以來，辰山植物園已累計接待游客300多萬人次，肩負著服務民眾、向社會民眾傳播生態文明理念的重要使命和責任。

綠色劇場作為辰山植物園核心景區的一部分，為增加植物園趣味性、提供游客休憩、進行科普活動而設置，不僅承載著歷屆辰山草地音樂會、“十一親子音樂節”等大型主題品牌活動，而且位于中國最大的展覽溫室群出口、入口處，自然成為分散人流的主要場地。在國外有很多類似劇場，如新加坡植物園的棕櫚谷、美國費德勒斯劇場等，讓人們突破了室內劇場的空間局限，與藍天和大地融合在一起，盡情地圍坐于草地上欣賞音樂。隨著國內綠色劇場的興起，人們對場地的景觀、生態及活動需求與場地可持續利用性之間的矛盾也凸顯出來，本研究擬通過一些關鍵技術的應用研究來解決以上矛盾，以期為其他類似項目提供參考。

1項目介紹

1.1原地分析

上海辰山植物園基地位于上海市松江區松江新城北側、佘山山系中的辰山，占地207 hm²，屬北亞熱帶季風濕潤氣候區，年平均氣溫15.6℃，年降水量1213 mm。辰山及其附近的松江地區水資源十分豐沛，平均年際地表徑流量2.12億m³，江潮徑流57.6 m³，客水徑流36.5億m³，合計地表水總量達8.9%～9.3%。

首先，因辰山地區曾為“澤多菰草”之地，成土母質多數為湖泊沉積物和河流相沖積物。土壤發育多潴育型水稻土，其中絕大部分為青紫泥或青紫土土屬，造成本底土壤質地黏重、含沙量低、透水通氣性差、EC含量總體偏低的內在缺陷；加上植物園建設時期使用大型機械碾壓，大量調運堿性客土，導致了綠色劇場土壤理化性質進一步退化，植物長勢較差。根據土壤測試數據得知，在土壤物理性質方面，非毛管孔隙度（NCP）均值為3.85%，這和綠化種植土要求的非毛管孔隙度（NCP，大于5%）有一定差距，毛管孔隙度（CP）均值為42.66%，NCP/CP值平均為0.09，這和理想土壤結構中兩者比值相差很多。另外，土壤黏粒含量非常高，平均為36.18%，粉沙粒為59.54%，而含沙量平均僅為4.28%，與一般種植土壤沙粒大于45%的要求相比，質地很差。土壤密度平均1.43 t/m³，遠高于標準，影響植物根系生長。在土壤化學性質方面，土壤有機質、EC值和土壤酸堿性均不達標，有機質含量平均為13.59g/kg，EC值平均為0.14 mS/cm，土壤pH值基本大于8.0，均值為8.32，大于標準限值（表1）。

其次，綠色劇場還存在排水、澆灌難題，也加劇了草坪的生長不良。一方面，由于原劇場地形過平和土壤滲透性較差引起地表大量積水和土壤不耐干旱；另一方面，該區域澆灌和排水設施不完善，加劇草坪及其他植物生長不良。其中，排水上主要依靠深25 cm、長200 m的明溝排出溫室周邊區域近5.5萬m²的匯水量，排水效率低下，排水所需時間較長，嚴重影響對場地的使用需求，也嚴重威脅著3個展覽溫室的安全。在澆灌設施上，主要依靠便攜式水泵從內湖取水，沿400 m水管澆灌，不僅影響澆灌質量和澆灌效率，而且嚴重影響了作為世界一流植物園的景觀面貌。

最后，經多年自然沉降和集中活動踩踏，綠色劇場的層層臺地造型輪廓已變形，棱線和版塊坍塌、表面凹凸不平，嚴重影響了大型活動開展和游客日常休憩。

1.2項目簡述

為滿足游客對綠色劇場各種功能需求，特別對綠色劇場重新改造，設計上采用了“為生態而設計”思想，突出低碳環保、可持續利用的理念，風格上采用古希臘劇場的扇形觀眾席及鏡框式舞臺形式（圖1）。整個工程自2014年11月初動工，歷時3個月，完成12 000m²改造面積，形成7層臺地、總落差3.5 m的劇場造型，按步驟完成了場地清理、土方造型、排灌系統安裝、土壤改良項目，并配合復層群落式植物種植，將不同科屬和不同根系深度的草坪、地被、喬灌木組建群落，形成新的生態系統，而且可容納音樂會5 000多名觀眾，充分發揮了其景觀、生態和休閑等功能。

2施工關鍵技術

2.1施工總體布置

綠色劇場改造施工包括土方、造型、排水、噴灌、植樹種草5大部分，總體施工采取先地下后地上、先豎向后水平、先粗后精的原則，根據工期和工程質量要求，制定以下工藝流程（圖2），并采用關鍵技術來突破項目難點，解決區域存在的主要問題是改造任務的核心。

2.2施工關鍵技術

植物園以植物引種、保育、科研、科普為使命，植物健康生長依靠2個核心條件：便捷、潔凈的水源和深厚且發育良好的土層，綠色劇場草坪改造圍繞創造較好的土壤和水源條件2個中心任務，希望通過土壤改良、排灌系統安裝、地形塑造等措施，為綠色劇場植物生長創造良好的生境，也使場地具有抗踩踏、排水迅速、透氣性能好等特點。

2.2.1土壤改良 綠色劇場作為植物園核心功能區，場地質量的好壞直接影響游客的舒適度和活動保障度。雖然后期管理因素會影響場地質量，但最重要的影響因子是土壤。綠色劇場的土壤除了要滿足草坪草的基本需求外，還需要有抗碾壓、排水快、透氣良好的重要功能。

綠色劇場的土壤改良采用美國高爾夫協會于2004年修訂的果嶺建造規范標準，以《上海辰山植物園工程土壤理化性狀分析報告》（上海市地質調查研究院，2005）為依據，并參照《綠化工程種植土質量驗收標準》（DB31/T 769—2013）、《園林綠化栽植土質量標準》（DG/TJ 08-231-2013 J12562—2014）等，對草坪根系種植層的物理性質和化學性質進行改善，使根系能正常生長。

針對土壤現狀特征，采用土壤完全改良的新方法，主控根系層的基質厚度和配方。首先，通過翻耕，清除基底原土中的建筑垃圾。再者，因草坪根系主要分布在0～25 cm土壤層以內，種植土壤層采用USGA果嶺2層建植標準。第一層為粗沙層，厚度10 cm，粒徑0.5～1.0 mm，保證綠色劇場場地平整、排水暢通；第二層為根際混合層，土壤改良配方按照“8份沙+1份原土+1份泥炭+有機肥+土壤結構改良劑”進行體積配比，在充分壓實后鋪設厚度達到25 cm要求。在材料選擇上，重視使用標準，原土必須引進表層的、質地為壤土或沙壤土的材料，禁止用深層的、黏質的土壤，其他改良材料需符合相關標準要求。根際層建植用沙粒徑大小對排水速率及孔隙度影響最大，要保證土壤的飽和導水率大于100 mm/h，沙的粒徑范圍應不小于0.1 mm，但是，如果粒徑過大，又會對土壤孔隙度及表面穩定性產生負面影響，Kunze等比較不同粒徑沙及不同配方基質對草坪根系和地上部分生長的影響，結果表明0.25～0.50 mm基質地下生物量較高，而0.5～1.0 mm基質地上生物量較高。因此，具體沙粒大小和分配，參照表2中坪床用沙粒徑要求。

施工后，按上海綠化工程土壤質量驗收標準，重點測試pH值、EC值、有機質、土壤容重等項指標，結果（表3）表明土壤的團粒結構增加，土壤肥力、耐踐踏能力提高，既滿足了植物生長需求，又利于土壤自滲排水。

2.2.2排灌系統安裝 綠色劇場作為主要游客集散地，對場地植物景觀和休閑活動功能需求較高。因此，圍繞植物園建設的另一核心條件：便捷、潔凈的水源，在土壤改良的基礎上，選擇較好的水源并配備一套有效的澆灌、排水系統來提高排灌效率和質量，促進草坪草正常生長，也是改造的初衷。

澆灌系統總體改造中，采用了Henter全自動控制系統，重新布置了澆灌管網（圖3），主要工作包括：泵站基建、開挖管溝、安裝管道、管道沖洗、安裝噴頭、保壓試驗、回填、試噴等流程（圖4）。其核心工作分為泵站的選址及形式、電纜鋪設和噴灌系統安裝3部分，前2項工作在充分調查園區電力系統、其他泵站系統、園區水系設計數據以及景觀要求后，綜合考慮景觀用水的潔凈度和電纜鋪設便捷度及成本，最終決定將澆灌泵站選在東湖邊上，以地下泵坑形式取水，通過澆灌設備的沙石過濾器、自動沖洗疊片過濾器層層過濾，將水質從劣Ⅴ類提高到Ⅲ類景觀水以上。

澆灌系統安裝中，對關鍵的管道過路和水流對管道沖擊進行有效處理，其中管道過路分別用鋼管作套管，埋深1 m，防止沉降損壞管道。在易受水沖擊的主管各點，如彎頭、三通、變徑、堵頭、檢修閥等位置安裝混凝土鎮墩以平衡沖擊力。為檢查設計和安裝質量是否達到使用要求，也為正常運行做好準備，在安裝結束后立即進行管道保壓試驗，具體采用分階段試壓，壓力控制在工作壓力的1.15倍以上，試壓時間為8 h。最后，在草坪種植結束時安裝噴頭，安裝高度以保證剪草機可以從噴頭上安全通過為準（需有6 mm凈空間）。

對于第7層種植地被花卉和喬灌木處，噴頭布置設計中不輻射該區域，但設置快速取水閥進行可控的人工應急補水。

另外，在排水方面，綠色劇場地勢低洼，排水一直存在問題。具體根據以下暴雨強度公式計算該區域雨量大小，展覽溫室周邊區匯水面積約為5.5萬m²，徑流量約810 L/s，綠色劇場1.2萬m²，徑流量約180 L/s。

式中：室外暴雨重現期P=1年，綜合徑流系數為0.29。

根據區域徑流量大小，設計、施工中將綠色劇場排水分為地面排水和管道排水2部分。地面排水主要通過塑造地形，最終形成綠色劇場內弧形坡面25%、平面1%～2%的自然排水坡度，不僅使地表水自然排出，而且在大地形上糾正了綠色劇場東南高、西北低的原狀，從而改變雨水反勢匯集到西北角，再通過排水速率極低的現有明溝排出的現象，加快了排水速度。

地下排水則根據綠色劇場扇形造型，仿生銀杏葉片叉狀葉脈的排列方式和排列結構，按照地下盲排施工流程（圖5），安裝地下有孔排水管，將多余水分及時排走。地下排水管網分為干管排水和支管排水兩級網絡：干管排水主要設置3條由西北到東南方向的直徑為160 mm的排水管，沿著最大水流方向布設，相對于最終地平的最小埋深為1.0 m，坡度不小于2%～3%；支管排水則采用直徑110 mm的PE有孔波紋管，管溝深度和寬度皆為30 cm，溝底坡度不小于0.5%，布設間距為4.5 m，支管末端與干管連接。檢修井間間距45 m，每個井底設置300 mm沉沙槽，由排水干管串聯，排水終端安裝強排泵，設置自動排水。最后，所有排水管溝的回填均經過分層填土、利用打夯機充分碾壓及澆水沉降處理，回填后管溝處密實度達到80%～85%之間。

在綠色劇場排水設計時還考慮了有效的雨水收集利用，主要通過地面明溝和地下盲管將多余水分就近排放到植物園現有水體，補充澆灌水源，既實現了雨水循環利用，又達到了對城市的零排放的目標，踐行了可持續利用的理念。另外，在提高澆灌水質、排灌效率和改善植物生長土壤環境的同時，大大減少了長期養護中的碳排放，進一步提升了園區生態功能（表4）。

2.2.3地形改造 綠色劇場改造主要是通過重新塑造地形來滿足草地音樂會對場地的需求和草坪生長需求。施工中以尊重原來的地形構造和地表肌理為前提，采用資源節約型、環境友好型的生態設計手法，做到盡量減少改造工程對生態環境的二次破壞和污染。

地形改造施工分粗造型和細造型2個階段。粗造型以表面不積水為宗旨，在3500 m³土方基本到位的基礎上，依照地形圖（圖6），對綠色劇場輪廓造型，塑造出各平層問的25度角弧形緩坡及寬2.5 m的臺地，最終呈7層平臺劇場雛形，層層落差（50±10）cm，每層平臺形成1%～2%表排坡度，形成自然排水走向。施工中重點對基底層適當碾壓，保證粗造型不會坍塌，也便于噴灌系統依勢安裝。

細造型階段主要包括2方面內容：一方面是通過機械開槽，在所有棱線的上下2個平面、坡面交接處嵌入草坪保護墊，以保持8條棱線和各層臺地的造型穩定；另一方面，在完成排水、噴灌等單項工程施工的基礎上，對場地進行微地形平整修復并鋪設種植層沙壤土，使場地達到草坪建植要求。

3結語

為改善生態環境，國家將“生態文明建設”定為國家戰略，隨著城市化進程的加快，作為締造者和從業者，如何應用一些關鍵技術建造出一種可持續發展的低碳園林是我們所肩負的責任。本項目將低碳、生態、可持續利用理念貫徹應用到綠色劇場草坪改造及后期養護當中，在水資源有效利用、節能減排等方面有了顯著提高。

合理的草坪場地根系土壤層既要滿足活動本身對場地質量的要求，同時還要滿足草坪草正常生長的要求。但是在實際中，各種指標之間很難達到平衡，如快速排水需求與保水保肥功能。另外，在施工方法和程序上還存在一些欠缺，排灌系統設計中對再利用水過濾技術的考慮還不夠完善，造成排水口有富營養化的跡象；地形塑造中抵制土壤緊實與增加坪床穩定性、所需土壤緊實度與草坪正常生長所需的土壤NCP/CP比值問存在矛盾等，類似的細節問題還需要進一步探究。

一些新技術和新材料的應用，如排灌仿生技術、地基層造型加固技術及煅燒土和硅藻土的使用等。這些新技術、新材料是20世紀末以來戶外游憩和運動場地草坪發展的熱點，也是提高和改善場地草坪質量和使用功能的新途徑，然而我國在此方面的研究成果極少，有待加強。