城市屋頂花園的發展歷史、功能演變及發展趨勢

孫國棟，王鵬飛

(河南農業大學 林學院，河南 鄭州 450000)

城市屋頂花園的發展歷史、功能演變及發展趨勢

孫國棟，王鵬飛

(河南農業大學 林學院，河南 鄭州 450000)

城市人口極速增長給人們帶來了越來越多高層居住建筑和越來越小的綠地空間，加劇了城市熱島效應，并降低了人們的生存生活質量。屋頂花園在此背景下應運而生，并蓬勃發展，不僅解決了人們日益需求的綠色空間問題，而且在美化城市的同時，有效地遏制城市熱島效應的產生。本文分析屋頂花園從起步到目前快速發展的各個重要階段的特點及屋頂花園的功能轉變，探究了屋頂花園對提高人類生存環境質量和健康的影響，進一步預測了未來屋頂花園發展和推廣的前景及其在功能上的變化趨勢。

屋頂花園； 綠色空間； 熱島效應； 功能變化； 發展與推廣

屋頂花園是一種可以為植物生長提供適宜環境的特殊化的屋頂系統，也被稱作屋頂綠色空間、頂部花園等[1]。Cavanaugh[2]完善了屋頂花園的概念，即：一個真正的屋頂花園，依賴于一個完整的從設計、建造、修復、維護到拆除的屋頂系統，重點是在該系統的生命周期中可以有效地利用自然資源和保護全球環境。近年來，屋頂花園在定義上變得越來越復雜，其功能也從一個種植植物的特殊場所發展到保護地球生態的策略。事實上，人們對屋頂花園的利用正在遠遠地超越這些概念及功能，使其成為一種具有不同特征影響城市生活環境的景觀元素?，F將城市屋頂花園的發展歷史、功能演變及發展趨勢探討如下。

1 發展歷史

1.1 屋頂花園的初期發展階段

有學者認為，最初的屋頂花園可追溯到公元前2000年生活在古幼發拉底河流域的古蘇美爾人所建造的大廟塔，被認為是最早的屋頂花園[3]。然而，近代有一些學者和研究人員對此提出異議。他們認為花園式的古廟塔并非真正意義上的屋頂花園，因為古廟塔對人類生活質量以及社會作用甚微，同時建筑上的植物并非嚴格意義的生長在頂端。真正意義上最早的屋頂花園，當屬古巴比倫文明的空中花園。其在設計之初，雖然只是單純地為了滿足一位公主個人的喜好或思想情緒，但符合關于屋頂花園的定義，其創造了植物能夠生長的環境。盡管它不涉及處理環境問題，但多數認為古巴比倫文明時期建造的空中花園在一定程度上確是體現為城市居民提供服務功能的第一個高層花園。在多數歐洲國家，人們普遍認可的屋頂花園是起源于公園前600年的美索不達米亞文明。他們在特有的通靈塔上一般都建造有可以種植樹及其他觀賞植物的平臺，這被認為是屋頂花園發展史的一大步，標志著人類開始通過設計，用屋頂花園來美化生活環境[4]。

1.2 屋頂花園的穩定發展階段

一直到20世紀前葉，眾多建筑師和設計師認可并不斷改進屋頂花園的建造思路和方法，在歐洲城市建造了大量的屋頂花園，開始成為城市生態系統的一部分。由此，在全歐洲范圍內，特別是城鎮區域，屋頂花園開始扮演著越來越重要的角色[5]。這標志著屋頂花園步入穩定發展時期，同時也反映了屋頂花園的建設開始從簡單的審美擴大到考慮環境的影響，并越來越接近21世紀初所下的定義。竣工于1938年，坐落在倫敦公寓大廈頂端的肯辛頓屋頂花園便是很好的例證，整個屋頂花園包含了多年生植物園、玫瑰園、觀賞園等一系列主題的小植物花園，不僅滿足了視覺上的美觀享受，而且更注重了對環境的保護[6]。

1.3 屋頂花園的快速發展階段

進入21世紀以來，不僅在發達國家的城市建設中普遍重視屋頂花園的設計與運用，而且在一些發展中國家開始得到快速的發展。國內成立了中國屋頂節能綠化行動組織機構開展推廣相關工作，在許多大中城市到處可以看到大量屋頂綠化和立體綠化工程。上海、鄭州等城市還組織有關單位專家制定了屋頂綠化的工程技術地方標準。

2 功能演變

在屋頂花園發展的初期階段，屋頂綠化只是一個具有裝飾、美學，甚至有助于一些心理疾病治療等基本功能的景觀元素。然而，20世紀之后逐漸開發的綠色屋頂，開始真正關注綠色植物消減空氣中污染物的城市生態功能。隨著屋頂花園逐漸發展到20世紀中葉，其功能得到進一步的擴展。大致包括以下4大功能。

2.1 凈化空氣

城鎮化進程的加快導致城市人口急速增長，加劇城市空氣污染。屋頂花園作為城市綠化的重要組成部分，如同空氣過濾器對不同層次的城市空間進行空氣凈化。相對于傳統的地面綠化景觀，屋頂花園更利于吸收灰塵、有毒氣體和二氧化碳，維持城市氧氣平衡[7]。

2.2 調節溫濕度

屋頂花園增加屋頂的綠色空間的面積，植物的枝葉可以有效減少太陽輻射，自動調節局部的大氣溫度和濕度。在夏季可有效減輕城市熱島效應，而在冬季則可以起到保溫效果。

2.3 娛樂休閑功能

在城市化的世界，每個人都想生活在一個健康的環境中。鑒于現代城市中土地資源的日益稀缺，屋頂花園成為這個問題的完美解決方案之一，美國福特汽車公司大樓便是非常典型的案例。2001年完成的芝加哥市政廳的屋頂花園，盡管在設計之初是旨在測試不同類型綠色屋頂系統的采暖和冷卻效益、降雨徑流及本土與非本地植被種植的成功率等，但也充分具備了娛樂休閑的設計理念，促使人們把屋頂花園作為聚會場所，進而使高層空間資源得到合理有效的利用[8]。

2.4 空間景觀功能

在高度現代化的城市里，由于屋頂花園將城市景觀與天際相連，創造出獨特的三維景觀，在視覺上更具觀賞性。因此，屋頂花園除了調節生態環境外，還具備完全不同于傳統園林的優勢[9]。通過對城市中灰色混凝土、黑色瀝青和各種大樓高墻的視覺替代，使現代城市成為一個夢幻般的場景，城市居民能夠享受到自然景觀所包圍的生活空間。

3 影響因素

屋頂花園功能的多樣性不僅是人們意識變化的體現，而且是諸多主客觀因素共同作用的結果。

發展初期的屋頂花園，由于受制于建筑的低荷載，人們在選擇屋頂花園的植物時，只能考慮草木、低矮灌木和爬墻類植物，灌排主要依靠天然雨水和建筑排水溝。這個時期人類管理參與度較低，低矮植物常常肆意生長，綠化的功能僅僅體現對環境的影響[10]。倫敦舊式排屋的屋頂花園是這類屋頂花園的重要代表。過去這些傳統舊式倫敦排房的窗戶打開時看到的僅僅是破舊的廠貌，而如今看到的是野花盛開的草坪。同時，綠色屋頂的隔離作用也提高了家用太陽能的利用效率。

隨著建筑工藝提升，傳統的磚石結構被澆筑的鋼筋混凝土取代，建筑屋頂的荷載大大提升。人們開始在屋頂花園中增加更多的元素和植物種類，逐漸形成了半密集式屋頂花園。由于混凝土的不透水性，人們在建造這類屋頂花園時需要充分考慮排水系統，否則下雨、澆水產生過多的積水會導致植物根系腐爛。為減輕水分、土壤對屋頂的滲漏和腐蝕，這類屋頂花園一般采用噴灌、滴灌等方法。

為避免高樓樓頂較大風速的影響，現代屋頂花園一般多選用常綠植物和觀賞植被，較少采用高大喬木。屋頂花園建設時一般留有小路和庭院供人們休憩和游覽[11]。屋頂花園在凈化城市環境的同時，著重于創造舒適人文環境，提高人類生活品質。對于大型屋頂，出現了更加完善的密集型屋頂綠化，也稱花園式屋頂。密集型屋頂綠化把模仿地面種植的方法發揮到了極致。這類屋頂綠化通常加入樹、草、亭子、水池、假山和木椅等各種園林設計元素，植物選擇種類比較豐富，灌木或者喬木都可作選擇的植物，采用喬、灌、草結合的復層植物配植方式，為人們提供了休閑和運動的最佳空間，由此產生更好的生態和景觀效果。一些景觀設計上，人類的參與被進一步放大，如花架、山石、水景等較重的物體設計在墻、柱、梁等位置，地面則設計出不同的地形地貌，為人們提供更為放松的娛樂空間，有助于人們改善身心健康。如荷蘭賴斯韋克歐洲專利局的屋頂花園設計中，將花園與該鎮的歷史很好地結合，增添了人們社交的功能，提供人們共同的休閑空間，同時也成為居民和游客重要的觀賞地。

近些年來，隨著建筑及排水技術的進一步發展，以及營養性栽培土的出現，越來越多的人傾向于建設生產型綠色屋頂。由此，城市空中農場應運而生。這類屋頂花園更需要配有完善的灌溉和排水系統。由于種植用的人工土層一般只有200～300 mm，灌溉用水量需要精確把握。像滴管毯這類新型灌溉技術的出現，一定程度上促進了生產型屋頂花園的發展。位于韓國首爾市中心，相鄰中央商務區中人口稠密的清溪川的城市空中農場，為這類屋頂花園開了先河。受到巨型樹木生態系統的啟發，城市空中農場是一個原型垂直農場項目，主要支持當地糧食生產和分配，同時通過水、空氣過濾和可再生能源生產改善環境質量，發揮著人類隨時參與體驗或休閑享受的社會福利功能。相信在不久的將來，隨著屋頂花園的不斷私有化，私家空中菜園會成為發展的主流。這就要求建筑工藝，排水灌溉系統，以及相關種植技術等因素不斷提高和更新。

具體來說，屋頂花園功能變化離不開以下幾方面技術層面的革新。

3.1 控制屋頂荷載能力

屋頂綠化的荷載包括靜荷載和動荷載。其中靜荷載包括屋頂結構自重、防水層、保溫隔熱層、找平層、排水層、栽培介質層、園林植物及設施等。動荷載是指屋頂綠化中游人，降水等變化的荷載。建筑結構和樣式的不同，造成了建筑荷載力的差異。為了減輕荷載，設計師在設計屋頂花園時，將亭、廊、花壇、水池、假山等重量較大的景點設計在承重結構或跨度較小的位置上，同時盡量選擇人造土、泥炭土、腐殖土等輕型材料。盡可能地減輕屋頂花園靜重力對屋面和建筑結構的壓力(表1)，從而變相增加動荷載，以此來實現屋頂花園社會活動，農場等功能。

表1 屋頂綠化的植物荷重及種植荷載

3.2 防水和排水技術的革新

屋頂花園的結構，從上而下依次為種植土、隔離過濾層、排水層、防根穿刺層、隔離層、防水層、砂漿基層、保溫層。種植土為屋頂花園植物生長提供養料，一般可選用田土、生土或改良土(表2)，土層厚度由種植植物而定。為了防止種植土被水帶入排水層流失，故在種植土下放置一層隔離層。隔離層采用無紡布或玻纖氈，可以透水，又能阻止泥土流失。大雨或人工澆灌水過多時，種植土吸水飽和，排水層此時發揮作用。排水層采用卵石，粒徑不大于3 cm。總厚度5～6 cm。排水層又可作蓄水層，多余水蓄在卵石層內，當種植土干燥時，可返吸入土中?，F在有多孔硬泡板，可吸收大量水，供給種植土返吸。蓄水層具有節約用水，又能保持土壤濕潤的作用。防根穿刺層則是為了保護防水材料不被根莖侵蝕，一般采用耐腐蝕且防水性較好的材料。我國目前主要采用聚氯乙烯、高密度聚乙烯和低密度聚乙烯土工膜、鋁合金卷材三種材料作為防根穿刺層。有時候出現耐根穿刺層和防水層不相容現象，為此中間需加一道隔離層。隔離層采用聚乙烯膜、玻纖布、無紡布，或抹一道水泥砂漿均可。防水排水層面的進步與發展，實則是相關材料的革新與進步。近幾年，我國出現了利用纖維多孔網和蓄排水板來作為防排水材料，極大地提高了防排水能力，同時減輕了荷載，為屋頂花園功能的豐富，奠定了基礎。

表2 屋頂綠化改良土基質的配置比例

3.3 植物配置的優化

屋頂花園植物的選擇主要需考慮屋頂的荷載和環境。一般來說，屋頂花園中的植物都脫離地面較高，日照時間長，水分蒸發快，濕度小，晝夜溫差大，所以要求植物有較強的抗風、抗病蟲、耐貧瘠能力。從經濟方面考慮，本土植物優先選擇。同時還要考慮植物四季的觀賞性、層次感。隨著相關種植技術及基質層的革新，植物配置上有了更多的選擇，植物功能層面的變化，直接影響了屋頂花園功能的豐富性(表3)。

3.4 養護方式

世界范圍內，特別在中國，屋頂花園的養護和管理主要采用人工養護。這種方法雖簡單易行，但工程量大。隨著技術的發展，一些地方采取了新技術，例如高效節水灌溉控制器Rz-G2000?？茖W高效的養護管理會逐漸取代低效的人工養護，同時變相為屋頂花園功能層面的發展提供了基礎。

表3 屋頂綠化的植物基質厚度

4 發展趨勢

幾個世紀以來，屋頂花園已經從裝修手段演變為具有生態環境和社會效益的空間。那么，將來其功能會如何進一步拓展呢？換言之，怎樣才能使屋頂花園更好地為人類生存的空間與環境服務？

4.1 相關技術的革新與應用

屋頂花園相關技術包括提高荷載的建筑構造和材料的革新，植物基質(種植層)的革新，防排水層材料的革新，養護管理的進步。

4.2 相關法律法規的完善

將屋頂綠化計入總綠地面積，將大大提高開發商對屋頂綠化開發的積極性。同時，來自政府方面的政策和法規方面的支持，特別是對屋頂花園建設的專項補助，將會極大提高全民建造綠色屋頂的積極性。目前，我國不少省市出臺了自己的關于屋頂花園建設的法律法規，比如深圳市的《深圳市屋頂美化綠化實施辦法》，重慶市的《重慶市種植屋面規程》，上海市的《上海市綠化條例》，成都市的《成都市屋頂綠化及垂直綠化技術導則(試行)》等。但由于缺少總的規程或標準，各地屋頂花園建設發展參差不齊，缺少長期規劃。目前，屋頂花園相關的規范準則，只有由北京市園林科學研究院整理并發布的屋頂花園設計標準規范。

4.3 加強屋頂花園的科學性建設

中國在屋頂綠化方面做的科學實驗較少，現今的許多混亂都是因為科學實驗不到位造成的。屋頂綠化頂層的基質用什么，各基質的比例是多少，介質與植物材料之間有什么關系，植物配置的原則是什么，南方和北方在做屋頂綠化上有哪些差異，只有真正的科學實驗回答了這些問題，而不是浮躁地盲目判斷，才能制訂出科學的行業規范，才能對屋頂綠化進行科學的指導，才能將混亂降到最低，進而保證屋頂綠化健康快速地發展。

大量研究人員預測未來綠色屋頂建設將會呈現高速增長趨勢，且這種趨勢的走向將取決于最重要的2點，即城市地區的公眾意識和需求轉移[12]。正如斯坦利所言，芝加哥市政大廳屋頂決定種植密集的綠色植物，意味著該決定有效提高了公眾對這種形式的認識，市政大廳屋頂之旅促使人們更加了解屋頂花園創新建設的意義。芝加哥屋頂花園的案例，使人們對私人屋頂綠化的興趣上升，私人屋頂花園將成為有益于整個城市屋頂網絡的一部分。因此，所有的公民都將是城市生態系統建設的參與者[13]。屋頂花園將更多出現在城郊區域，并將更加重視藝術品質、人文關懷、民族和地區文化。事實上，現代屋頂花園的一些案例常常與異國情調和農村元素有關，如香港地區的一些家庭屋頂農場，可以為個體家庭帶來成本低廉且無公害的食物，延長屋頂材料的使用壽命，提高物業價值等。

總而言之，當代建筑師已經利用建造屋頂花園作為保護城市環境的重要措施，將其成為密集城市中傳統地面綠色空間的代替品?？梢灶A測，屋頂花園的人文功能將越來越受到私人用戶的青睞，從而創造出優質的城市屋頂花園網絡及城市空中農場。

5 小結

屋頂花園在各方面都有益于城市生態系統，并且隨著時間的推移，屋頂花園的角色將越來越重要。進入21世紀以來，屋頂花園已經從單一性功能(僅滿足個人需要或美化環境)變為集合性功能(城市生態系統的參與者和生活質量的提高)。雖然在某些方面，綠色屋頂仍然無法服務于所有居民，但市區屋頂花園卻會對人類生存環境和生態環境帶來好處。在人口極速增長的當今社會，公共綠地在持續縮小，相信屋頂花園將來會越來越受歡迎，因為它可以為高度城市化的社會提供鄉村般健康的生態環境。未來的屋頂花園將不再只服務于少數人，它將會更平民化和私人化。隨著屋頂花園功能的更加完善，公眾認識的不斷提高，以及相關設計和施工規范的修訂，屋頂花園建設在不久的將來會進入一個新的發展高峰。

[1] LIU K Y，BASKARAN A.Using garden roof systems to achieve sustainable building envelopes[J].Construction Technology Update, 2005，65：2-6.

[2] CAVANAUGH L M.Redefining the green roof[J].Journal of Architectural Engineering, 2008,14(1):4-6.

[3] OSMUNDSON T. Roof gardens: history, design and construction[M]. New York：W. W. Norton&Company，1999：56.

[4] FIRTH M，GEDGE D.London: the wild roof renaissance[C]//Marisa arpels (managing editor). Green roofs: ecological design and construction, schiffer books, 2005：117-120.

[5] 夏愛萍,李慧峰,王通.屋頂花園研究綜述[J].山西建筑,2008(31):338-339.

[6] OBERNDORFER E, LUNDHOLM J, BASS B, et al. Green roofs as urban ecosystems: ecological structures, functions, and services[J].Bioscience,2007, 57(10): 823-833.

[7] GETTER K L, ROWE D B.The role of extensive green roofs in sustainable development[J]. Hortscience A Publication of the American Soci，2006,41(5):1276-1285.

[8] 沈漫,高退虹,董清華,等.屋頂綠化的研究概況[C]//北京園林學會，北京市園林綠化局，北京市公園管理中心.北京市“建設節約型園林綠化”論文集.北京：北京園林學會,2007: 207-211.

[9] 胡明.我國屋頂花園的研究進展[J].安徽建筑,2016,23(6):39-42.

[10] STANLEY S. The modern garden roof[J].Cool Roofing, 2006,9(9)：28-29.

[11] 葉建軍.屋頂綠化的植物篩選及生態服務功能研究[D].廣州：中山大學,2013.

[12] BUTLER C, BUTLER E，ORIANS C.Native plant enthusiasm reaches new heights: perceptions, evidence, and the future of green roofs[J].Urban Forestry & Urban Greening,2012,11(1)：1-10.

[13] Jeong I, Park H, Kim Y, et al. The improvement strategy of spatial information security management system to promote spatial information industry-focused on production, management, supply institutions of spatial information[J]. Journal of Korea Spatial Information Society, 2013，21(6)：33-42.

(責任編輯：吳益偉)

2017-09-11

孫國棟(1991—)，男，河南鄭州人，研究生，從事風景園林相關工作，E-mail：sunguodong910418@126.com。

文獻著錄格式：孫國棟，王鵬飛. 城市屋頂花園的發展歷史、功能演變及發展趨勢[J].浙江農業科學，2017，58(11)：1944-1947，1952.

10.16178/j.issn.0528-9017.20171126

TU985

A

0528-9017(2017)11-1944-04