基于海綿城市建設下屋頂綠化設計探索
——以西咸新區灃西新城為例＊

文/北京市園林科學研究院 王月賓 韓麗莉 曹曉蕾

隨著城市發展，城市居住、交通壓力與日俱增，生活環境隨之惡化，綠地不斷被建筑蠶食。對于裸露于地表的平屋面、坡屋面、地下室頂板等建筑表面，屋頂綠化不僅可增加綠化面積，還可改善城市環境面貌，緩解城市熱島效應，治理大氣污染，提高市民生活和工作環境質量。屋頂作為建筑第五立面，是城市建設與美化過程中不可忽視的環節[1]。屋頂綠化不同于地面綠化，屋頂花園是以建筑為載體且形式較為特殊的綠地[2]，屋頂綠化施工中存在很多細部處理，需對原設計進行更深化、更細致、更具可操作性的“施工設計”。

海綿城市指城市能像海綿一樣，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。海綿城市建設應遵循生態優先等原則，將自然途徑與人工措施相結合，在確保城市排水防澇安全的前提下，最大限度地實現雨水在城市區域的積存、滲透和凈化，促進雨水資源利用與生態環境保護。在海綿城市建設過程中，應統籌自然降水、地表水和地下水的系統性，協調給水、排水等水循環利用環節，重視其復雜性和長期性。低影響開發雨水系統主要應對中小降雨，注重地塊內部“滲、透、滯、蓄、用、排”雨水工程的優化布局，依托技術包括屋頂綠化、透水鋪裝、下凹綠地、雨水花園、植草溝、雨水濕地、濕塘、調節塘和初期雨水棄流技術等；雨水管渠系統、超標雨水排放系統主要應對中大降雨，需考慮地塊間豎向優化布局。

屋頂綠化是海綿城市建設的重要低影響措施，設計合理的屋頂花園不僅具有滯留雨水、錯峰排放的作用，還能美化環境，吸收空氣中的污染氣體，過濾空氣及降塵，提高空氣質量，維持城市生態平衡，緩減城市“熱島效應”，延長屋頂使用壽命，調節室內溫度，節省能源，降低噪聲等。雨水調蓄與收集利用等措施還可提高雨水積存和蓄滯能力，減少硬化屋面對水資源環境的影響，凈化初期降雨污染，錯峰排水減輕雨水管網壓力。

1 背景

陜西西咸新區是我國首個以創新城市發展為主題的國家級新區，承擔著探索和實踐以人為核心的中國特色新型城鎮化道路的歷史重任，也被選為我國首批16個海綿城市試點之一。灃西新城作為西咸新區五大組團之一，位于西安、咸陽建成區之間，是西安國際化大都市綜合服務副中心和戰略性新興產業基地。自灃西新城設立以來，始終秉承“現代田園城市”建設理念，堅持以“對歷史負責，做世界一流”的態度，高標準規劃，大手筆建設，精細化管理，努力建設“品質灃西”。瞄準信息產業發展方向，最先在國內舉起“大數據”旗幟，引入中國聯通、中國移動、中國電信、陜西廣電網絡4大電信運營商；成功與微軟公司聯姻，共同建設微軟在國內規模較大、功能最全、孵化能力和產業帶動能力最強的全產業鏈項目，建設全國首個大數據產業園區。被國家發改委、工信部授予“國家云計算服務創新發展試點示范區”，被陜西省發改委批準為“陜西省云計算高技術產業基地”。灃西新城還是打造海綿城市建設的先行樣本，廣泛應用低影響開發、綜合管廊、能源綜合利用等技術，成為全省乃至西北地區的典范和標桿。在灃西新城，傳統“工業園”將被充滿活力的新城區所取代，成為一個適合居住、創業、學習、休閑的活力城市。

本項目是陜西省西咸新區灃西新城管理委員會8，3，4，10號樓及連樓屋頂綠化設計，建筑屋面總面積5787.5m2，可綠化面積約5223.3m2。

2 設計目標

推動海綿城市建設理論和實踐技術交流，推廣新材料、新技術應用，著力提升“海綿”型城市建設相關技術標準，打造現代田園生態城市。項目設計以“山水樂活”為主題建造屋頂花園，即仁者樂(yue)山，智者樂（yao）水，行者樂（le）活。整體設計圍繞現代生活、傳統文化和生態城市3大背景進行屋頂綠化（見圖1）。

圖1 屋頂設計平面

3 植物選擇

3.1 配置原則

1）為防止植物根系穿破建筑防水層，應選擇須根發達的植物，避免選擇直根系或根系穿刺性較強的植物。

2）選擇易移植、耐修剪、耐粗放管理、生長緩慢的植物，避免植物逐年加大的活荷載對建筑靜荷載的影響；選擇抗風、耐旱、耐夏季高溫的園林植物。

3）選擇具有耐空氣污染，能吸收有害氣體并滯留污染物的植物。

4）根據不同植物對種植基質土層厚度要求，將喬木、灌木進行樹池栽植或在綠地進行局部微地形處理。

3.2 植物配置

本設計集中展示適合屋頂綠化栽植的園林植物53種，通過低矮常綠植物、落葉植物、宿根花卉、地被植物進行搭配，組團式搭配及配合花境種植，根據場地風格、主題內容進行設計。利用鋼板圍邊做高差處理，降低屋頂荷載且簡約環保。局部配植觀賞草類植物，不僅具有觀賞性，也可營造一種自然環境。在分析建筑梁柱結構基礎上進行擴展設計，靈活組合，應用覆蓋式綠化、固定種植池等多種綠化形式，適當設置鋪裝、平臺活動區，并配以豐富的植物種類。通過以上處理方法，在屋頂花園小尺度綠化空間營造出精致、細膩的視覺感受（見圖2）。

圖2 植物精細配置

4 低影響設施控制

項目提出綠色屋頂率的低影響開發為主要控制指標之一，“綠色”屋頂在滯留雨水的同時還可節能減排、緩解熱島效應，既能實現資源利用最大化，又能發揮生態效益最優化。

4.1 種植土

根據建筑荷載及項目需要，本次種植土選用改良土和人工輕量種植基質2種類型。改良土是在自然土壤中加入改良材質，減輕荷重，提高基質保水性和通氣性。采用30%多孔巖、60%土、10%有機肥的配比換填，局部試用20%多孔巖、60%土、10%椰糠、10%有機肥。人工輕量種植基質由表面覆蓋層、栽植育成層、排水保水層3部分組成。干容重1.2kN/m3，濕容重4.5～6.5kN/m3，具有不破壞自然資源、衛生潔凈、重量輕、保護環境等特點。在正常狀況下，有機基質截水量比無機基質截水量小，進而推斷，無機基質比有機基質截留雨水能力強，對于緩解城市雨洪作用更大（見表1）。

表1 不同種植土性能指標對比

4.2 低影響開發設施

4.2.1 截留雨水

屋頂綠化可有效截留雨水，緩解城市雨洪壓力。研究結果表明，花園式屋頂綠化可截留雨水64.6%，簡單式屋頂綠化可截留雨水21.5%。在排水工程中可相應減小下水管道、溢洪管及儲水池尺寸，節省建材費用。屋頂綠化與女兒墻間空隙鋪礫石，保護環形排水管。保留原有排水系統，原排水槽填充礫石，有利于排水板與排水槽暢通，下水口處直接用礫石填至面層，不回填土，以使地表徑流產生的雨水順利排走。利用樓棟電梯間實現雨水回用，外掛水箱作為雨水儲存模塊（見圖3，4）。

經調查，咸陽地區降水量為537～650mm/年，按平均降水量600mm/年測算，花園式屋頂綠化種植基質厚度按300mm、簡單式按100mm計算。本次屋頂綠化工程可截留雨水1146.9t/年（見表2）。

圖3 隱藏式儲水容器

圖4 裝飾型儲水容器

表2 屋頂截留雨水總量

4.2.2 滯塵

根據試驗數據，相較于未綠化的水泥屋頂，簡單式及花園式屋頂綠化的滯塵效果顯著；多重比較分析表明，花園式屋頂綠化不同部位（高、中、低處）及地塊的簡式綠化，其相對應的滯塵效果也存在顯著差異。在立地條件基本相同情況下，喬灌草結合的花園式屋頂綠化滯塵效果優于單一植物品種簡單式屋頂綠化。根據屋頂綠化植物整個生長季節的滯塵結果分析，花園式屋頂綠化滯塵量平均為12.3g/m2；佛甲草簡單式屋頂綠化滯塵量平均為8.5g/m2，由此推斷，本次屋頂綠化工程可滯塵40.3kg/年（見表3）。

表3 屋頂年滯塵量

5 結語

屋頂綠化作為新形勢下綠色建筑及海綿城市構建的關鍵要素之一，應進一步提升其功能和技術。通過屋頂綠化可緩解城市熱島效應，拓展城市綠化空間，豐富城市第五立面。同時也應通過技術手段增強建筑屋面排蓄水功能，減少空中二次揚塵污染。這要求園林設計師不僅需考慮意境、構成等傳統設計手法，還要深入探索海綿城市因素，如雨水徑流量、種植土蓄水能力、凈化能力、排水速率等一系列量化設計。作為城市第五立面，屋頂綠化設計還需通過園林要素實現現代空間感知與文化景觀的對接與傳承，真正達到海綿城市建設中的屋頂景觀設計與功能和諧統一。