生態城市建設中的綠色屋頂在城市防洪中應用研究

路立新

（長江工程職業技術學院 湖北省武漢市 430212）

目前看來，人類的生存環境日益惡化，作為人類聚居地的城市受到生產生活等人類活動的影響，普遍存在包括城市建設而使自然土地及植被覆蓋率降低，廢氣排放污染導致的熱島效應，排水系統建設不善導致的城市內澇，沙塵暴、揚塵大風天氣多發等問題，如何改善人類生存環境，建設社會經濟與自然環境和諧發展的新型社會關系，使經濟發達、社會繁榮、人民安居、生態良好等現實目標達成高度協調統一，重新激發城市活力，提高城市文明程度，成為世界各國關心和急需解決的問題。

1 綠色屋頂概述

我國自60年代起開始研究建造綠色屋頂，隨著改革開放進程的加快，在旅游業蓬勃發展的歷史階段，我國的綠色屋頂研究及建造事業也迎來巨大發展，但發展只是停留在理論研究方面，具體應用效果不佳。以首都北京為例，從20世紀80年代出現第一座屋頂花園至今，北京建有綠色屋頂的建筑不到城市建筑總數的1%，面積約為60萬m2。相比之下，日本東京的綠色屋頂建設率已經達到城市建筑總數的14%，遠遠超過北京。

作為綠色屋頂建造業的開創者，德國在1975年成立專門研究組織，“園林綠化研究、發展與建設組織”，研究了一系列綠色屋頂建造技術，并制定了詳盡的規范標準，到2002年時，德國的103座城市已經制定出臺推進綠色屋頂建造的規定，到2004年時，德國的綠色屋頂已占全國建筑總數的14%，并且這個比例還在激勵補貼措施的實行推動下以每年12%左右的速度持續增長。

根據聯合國環境署的研究報告顯示，當一個城市的綠色屋頂建造總量達到城市建筑總數的70%時，該城市夏天的氣溫將下降5～12℃，熱島效應得到大幅緩解甚至解除，同樣是這個比例，每平方綠色屋頂每年可以截留雨水0.43t，有效起到蓄水保濕，緩解城市內澇情況的產生。

在城市土地類型發生巨大轉變的當下，下墊面透水面積被大量硬質鋪裝的不透水下墊面所取代，這是導致城市內澇問題出現的主要原因。而城市建筑屋頂約占到了不透水下墊面總面積的50%，如何利用先進的種植技術綠化好這一城市的“第五立面”，起到一定的蓄水排澇作用，成為城市防洪管理的重要課題及全新研究領域。

綠色屋頂發揮防洪的作用，主要是通過調控雨水徑流實現，這是因為一方面綠色屋頂的結構設計保證其對雨水有一定的蓄水和滯緩作用，另一方面植物在進行生命活動時會吸收或蒸發一定的水量，當綠色屋頂建造面積達到一定規模時，就可以有效實現城市防洪作用。

2 生態城市建設中綠色屋頂的分類及結構解析

綠色屋頂之所以可以在生態城市建設中起到防洪作用，是因為綠色屋頂增加了城市的透水性面積，其自身的結構特點具有一定的滲透性和蓄水功能，這就減弱了城市的雨水徑流情況，從而起到防洪作用。

按照空間格局、綠化方式、基質厚度等標準，可將綠色屋頂進行如下分類，見表1。

表1 綠色屋頂的分類

特別需要注意的是，目前國際上是按照基質厚度對綠色屋頂進行分類，標準界限為150mm。粗放式和精細式的綠色屋頂也是目前世界通用的形制，前者建造簡單、造價較低、養護容易，后者結構復雜、美觀度高、植被種類多、使用壽命長，二者各有利弊，適用于不同的情況。

組合式綠色屋頂多被應用于旅游業發達的城市，這是由于組合式綠色屋頂選用植被種類多，可形成錯落有致的景觀，能夠更好地實現美化城市的作用，目前在我國的上海、深圳、杭州、重慶等地市，多采用此類型。

不管綠色屋頂按照何種標準進行分類，其結構特點都有一定的相通性，由上到下可包括植被、基質、蓄水、過濾、排水、根阻、防水等，各層作用及材料見表2。

表2 綠色屋頂結構

由表2可以看出，綠色屋頂在設計階段，既充分考慮到植物生長，控制雨水徑流，避免建構筑物損壞等問題，兼顧城市美化及凈化空氣、防洪蓄水等實際功效，如此科學的設計，充分體現了在生態城市建設中，綠色屋頂可以有效實社會效益、經濟效益、生態效益的相互統一，是推動生態城市建設的重要舉措。

3 城市防洪中綠色屋頂的關鍵技術應用

綠色屋頂的建造具有科學與規范性，有系統的技術指標及工程規范作為施工依據，只有建造達到要求，才能保證綠色屋頂發揮作用。

綠色屋頂發揮防洪的作用，主要是通過調控雨水徑流實現，它對于控制徑流量、峰值時量有著顯著的效果，研究發現，當綠色屋頂建造數量占城市總建筑數量的50%時，對于雨水徑流的削弱可以達到60%的效果，當設置蓄水層時，這一效果還會提高。

綠色屋頂設計要考慮多方面因素，既包括技術因素，也包括生物因素，具體來說要考慮建材是否輕便，易于安裝搬運；要考慮現有建筑物屋頂架構條件，避免或較少改動及破壞；要考慮保護當地物種，防止物種入侵；要考慮如何實現屋頂范圍內的生態平衡，通過科學配比，實現區域內的生物多樣性。基于這些因素，下文選擇部分綠色屋頂建造中的關鍵技術環節進行論述。

3.1 植被選擇問題

植被層是綠色屋頂結構中最為重要的一層，改善空氣質量，控制雨水徑流的作用基本是靠植被層實現。在選擇植被時主要有三方面的考慮，首先是選擇本地植物，防止外來物種入侵；其次是選擇耐旱、抗風、常綠、生長速度快的植物；最后是選擇根系淺的植物。

綜合這三方面考慮，矮小、根淺、抗風能力出色的花灌木、小喬木、球根類花卉成為宜選對象，目前應用比較廣泛的有佛甲草、臥莖佛甲草等，個別地區還會根據具體情況采用連翹、金銀花等中藥材進行種植。

植被的選擇除了考慮植物自身特性之外，還可根據基質層的厚度進行選擇，一般厚度達到100～70cm時可選擇小喬木，70～50cmm時可種植灌木，50～30cm時則可選擇種植中藥材、蔬菜等一年生草本。

3.2 基質配置問題

配置綠色屋頂基質，應考慮三方面問題：①基質的量級要輕，理化性質穩定，不易蒸發沸燃；②保持水土能力強；③有一定的透水性，保證屋頂正常排水。

目前常用的基質包括以田園土為代表的天然表層土，以混合材料為代表的改良土，以天然礦物質為代表的人工土。由于屋頂是露天設計環境復雜，加之建筑材料類型繁多，為了適應不同的環境變化及適應各種理化需要，一般選擇按照科學的比例將三種基質混合使用。

3.3 防水排水問題

綠色屋頂防水排水設計要與原始屋頂設計相結合，避免阻滯情況，有效實現減緩雨水徑流，為城市排水爭取時間，實現蓄水保濕，為植物生長提供必要的元素，實現快速排水，防止屋頂積水或植物根莖受淹等情況。

目前在綠色屋頂建造中，多采用專業的排水板，這類專用建材，充分考慮了上述問題，具有排水、蓄水等功效，被廣泛應用。

3.4 根阻層設計問題

根阻層存在的意義在于隔離植物根系與屋頂構件，防止植物根系穿刺屋頂的問題發生。一旦植物根系生長過于發達，而根阻層設計不利，就會導致植物根系刺破屋頂防水層及結構層，從而導致漏水問題的發生，維修工作量大，難度高，耗費成本大，這也是要選擇根系淺，并在結構中設置根阻層的原因，根阻層一般情況設計厚度為0.05～0.1cm，多選用低密度聚乙烯、聚乙烯、聚丙烯或部分理化性質穩定的化學材料。

3.5 新材料嘗試應用

綠色屋頂建造材料要符合綠色環保理念，清潔無污染，基于這一根本要求，近年來，世界各國對綠色屋頂建造材料的研究有所突破，開發并應用了很多新的建造材料，對于我國的綠色屋頂研究及建造事業具有很強的參考意義，比如玻璃輕石、農用巖棉、綠地貼、寶綠素等，這些材料都具有量級輕、理化性質穩定、保水能力強、環保可再生等特點，能夠有效提升城市防洪的工作效率，滿足生態城市建設各項要求。

4 結語

按照我國住建部的規劃，我國要加快生態城市建設，從質和量上實現綠色建筑整體的飛躍性發展。作為生態城市建設中城市防洪管理的重要舉措，對于綠色屋頂的研究與應用，已經進入到社會關注，國家重視，全民參與的新時代，本文通過綠色屋頂概述，綠色屋頂分類及結構，綠色屋頂建造關鍵技術應用等方面的闡述，不僅說明了綠色屋頂的城市防洪作用，更說明了綠色屋頂的科學性及規范性，說明了其在我國推動現代城市化進程，打造全新的生產與生活方式中所扮演的關鍵性角色。