淺談綠色屋頂發(fā)展現(xiàn)狀與前景

何家浩

(1.浙江大學(xué) 生物技術(shù)研究所，浙江 杭州 310028； 2.美國錫拉丘茲大學(xué) 土木工程學(xué)院，紐約 13210)

現(xiàn)代城市化的不斷推進(jìn)導(dǎo)致大量自然區(qū)域在短時間內(nèi)轉(zhuǎn)變?yōu)槌鞘杏玫?，城市化帶來便捷生活的同時，隨之而來的是一系列的城市環(huán)境問題。大面積的混凝土和柏油馬路降低了雨水滲透，降水直接流入江河使得城市保水能力大大下降，并加速了地下水的消耗。此外，汽車尾氣和大規(guī)模建筑群不斷產(chǎn)生的熱量與廢氣，使城市逐漸變得干熱并產(chǎn)生“熱島效應(yīng)”。不僅如此，日益嚴(yán)重的空氣污染問題也深深困擾著城市居民，所以城市綠色變成了改善城市居民生活和城市建設(shè)的主要方向。綠色屋頂作為一種高效、易實施，且不占土地資源的新型屋頂模式，受到了國內(nèi)外許多研究人員的關(guān)注。自20世紀(jì)60年代以來，關(guān)于綠色屋頂?shù)慕ㄔO(shè)受到了全世界政府、機(jī)構(gòu)，乃至群眾的認(rèn)可與推廣。本文就綠色屋頂現(xiàn)狀與發(fā)展問題展開討論，歸納總結(jié)綠色屋頂發(fā)展經(jīng)驗，并提出未來的發(fā)展思路。

1 國內(nèi)外綠色屋頂發(fā)展與現(xiàn)狀

綠色屋頂又可稱為屋頂花園，最早可以追溯到公元前2000年位于古代幼發(fā)拉底下游地區(qū)的“大廟塔”(Ur城)，考古人員在其3層平臺上發(fā)現(xiàn)了種植過樹木的痕跡，這直接證實了古代人民對綠色屋頂?shù)淖畛蹙唧w實踐。公元前600年古巴比倫的“空中花園”，工人們用巨大的石柱、石板和磚塊等支撐起每邊長為125 m、高25 m的臺子，并在上面層層搭建宮殿；為保證各層之間不滲水，在臺子與石板間還要鋪設(shè)浸過柏油的柳條，再鋪2層磚和鉛餅，最后蓋上4～5 m的土壤以種植花草、灌木和高大喬木[1]。在中國，清代《古今圖書集成》中有古代南京城墻和明代山海關(guān)有關(guān)種植松柏的記載，這些都可認(rèn)為是早期中國綠色屋頂發(fā)展的雛形。

1.1 國外綠色屋頂

1.1.1 德國綠色屋頂?shù)陌l(fā)展

德國作為最先提出綠色屋頂概念的國家，在20世紀(jì)50年代就開始了在屋頂上種植植被的研究。1975年，德國成立了園林綠化研究、發(fā)展與建設(shè)組織(Forschungsgesellschaft Landschaftsentwicklung Landschaftsbau，F(xiàn)LL)，并推出了綠色屋頂發(fā)展相關(guān)的規(guī)范與指南?！禙LL規(guī)范》、《綠色屋頂?shù)脑O(shè)計、安裝以及后期養(yǎng)護(hù)技術(shù)指南》和《防水技術(shù)與防水施工技術(shù)指南》作為最全面也是最權(quán)威的指南，幾乎整個歐洲都在按照其中的標(biāo)準(zhǔn)來操作[2-3]。在政策方面，政府補(bǔ)貼10～30 歐元·m-2，或材料和施工費(fèi)的10%～50%。2006年，開敞型綠色屋頂?shù)慕ㄔO(shè)花費(fèi)最低可達(dá)到12.00 歐元·m-2(不包括防水層鋪設(shè))。更為重要的是，2006年同等建筑材料在德國的價格為美國市場的三分之一，這大大刺激了德國本土綠色屋頂市場的發(fā)展[4]。同時，德國還出臺了一系列綠色屋頂減稅政策，例如:暴雨徑流稅收政策，建設(shè)屋頂綠化減少徑流流入排水管網(wǎng)可降低稅收低至50%；此外，政府為了鼓勵和增強(qiáng)公眾意識，將綠色屋頂納入城市發(fā)展規(guī)劃和設(shè)立建筑綠化項目；據(jù)調(diào)查，截止2016年，79%的公眾由于激勵政策開始考慮減少暴雨徑流以減少稅收，其中6%的人利用政府補(bǔ)貼修建綠色屋頂，51%人開始起擬綠色屋頂建設(shè)方案[4-6]。

德國的綠色屋頂起初是為了替代大量裸露的沙礫屋頂，1989年德國主要采用了開敞型(粗綠化)(extensive green roofs)為主和密集型(精綠化)(intensive green roofs)為輔的2種國際上主要的屋頂綠化方式。2003年，20%～30%的屋頂進(jìn)行了綠化建設(shè)，其中60%～65%的開敞型綠頂由老房屋改造而成。到2006年，開敞式綠色屋頂就占到了屋頂綠化的80%。2014年德國綠色屋頂總面積達(dá)到了8 600萬m2。截至2017年，綠色屋頂總面積已達(dá)到約1.0億～1.5億m2[5, 7]。未來，德國將在原有的基礎(chǔ)之上組合粗綠化和精綠化的屋頂建設(shè)方式，并且結(jié)合一系列的生態(tài)設(shè)施，例如太陽能和雨水處理器等，打造一個可持續(xù)綠色發(fā)展的生態(tài)屋頂結(jié)構(gòu)[8-9]。

1.1.2 美國和加拿大綠色屋頂?shù)陌l(fā)展

德國19世紀(jì)的綠色屋頂建設(shè)運(yùn)動啟發(fā)了美國和加拿大對于城市和生態(tài)之間和諧發(fā)展問題的思考。在北美，綠色屋頂主要用于改善城市生態(tài)環(huán)境，減小不可再生能源的消耗和提高城市居民的生活環(huán)境。在21世紀(jì)初期，美國和加拿大正式開展屋頂重建工程，并參考模仿德國FLL的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，制定并推出了綠色屋頂建設(shè)與維護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，如Green Roofs and LEED Certification、Green Roof Bylaw和加拿大住宅綠化標(biāo)準(zhǔn)等[10-12]。2003—2014年，美國綠色屋頂面積每年以60%的速度增加。

加拿大多倫多大學(xué)的綠色屋頂創(chuàng)新實驗室在世界綠色屋頂研究中處于領(lǐng)先地位。加拿大在研究新型綠色屋頂模式的同時，在社會方面也加強(qiáng)了對公眾綠色意識的宣傳和教育。由于美國和加拿大的領(lǐng)土橫跨了東西海岸，南北氣候也差異顯著，對于綠色屋頂模式的選擇范圍顯得更為廣泛[4,11]，可以從不同區(qū)域氣候差異、建筑承載量、資金預(yù)算、客戶需求等方面進(jìn)行考量，選擇適合的綠色屋頂結(jié)構(gòu)模式。加拿大抵押和住房公司(CMCC)羅列了開敞型和密集型綠色屋頂?shù)膬?yōu)缺點:開敞型綠色屋頂?shù)奶攸c是薄土壤覆蓋，很少或沒有灌溉，植物生長有壓力；優(yōu)點是重量輕、適合大面積，適合屋頂斜率0°～30°，低維護(hù)，通常不需要灌溉，需要相對較少的技術(shù)，適合屋頂翻新項目，可以脫離植被自行發(fā)展，相對便宜，看起來更自然(野生環(huán)境)，更容易通過綠色屋頂規(guī)劃項目審批；缺點是植物的選擇有限，通常沒有娛樂或其他用途，對一些人來說沒有吸引力，尤其是在冬天。密集型綠色屋頂?shù)奶攸c是土壤深厚，灌溉系統(tǒng)完善，適宜植物生長；優(yōu)點是有更好的植物和棲息地多樣性，具備良好的隔熱性能，可以在地面上模擬一個野生花園，可以將屋頂變得非常有吸引力，視覺上更容易接受，屋頂利用多樣化(作為娛樂用地、種植食物、開放空間)；缺點是屋頂?shù)某兄馗?，需要灌溉和排水系統(tǒng)，對能源、水、材料等的需求更大，成本更高，需要更復(fù)雜的系統(tǒng)和專業(yè)知識[13]。美國總務(wù)管理局(United States General Services Administration)提供了4種典型的綠色屋頂形式，依次為單層開敞型、多層開敞型、半集約式密集型、密集型(圖1)[14]。

圖1 4種綠色屋頂模式資料來源:文獻(xiàn)[14]。

在政策方面，加拿大規(guī)定，凡是大于2 000 m2的新建建筑平面面積，需要建設(shè)等同于20%～60%建筑面積的綠地，建筑總面積為2 000～4 999、5 000～9 999、10 000～14 999、15 000～19 999、>20 000 m2，綠色屋頂所占建筑屋頂百分比分別為20%、30%、40%、50%、60%。此外，加拿大還建立了綠色屋頂建筑標(biāo)準(zhǔn)(Toronto Green Roof Construction Standard)，包括了防火、通風(fēng)、防水儲水、植物選擇、生物多樣性和日后維護(hù)等[15]。相比較于加拿大的細(xì)則，美國LEED更像是評分標(biāo)準(zhǔn)，按照規(guī)定的項目進(jìn)行打分，只要達(dá)到分?jǐn)?shù)線，綠色屋頂建設(shè)就達(dá)標(biāo)。評分項目涵蓋了土地可持續(xù)化發(fā)展、水資源利用效率、資源與優(yōu)化、材料和資源、可循環(huán)內(nèi)容物和利用本地建筑材料，規(guī)定了必須建設(shè)至少50%屋頂面積的綠地或安裝高反射率裝置和植被屋頂?shù)慕M合，10%～20%建設(shè)所需資源需采購于本地市場以增加市場效益，設(shè)立日后建筑最低能源消耗標(biāo)準(zhǔn)等[10]。在資金補(bǔ)助方面，紐約規(guī)定，綠色屋頂面積超過50%屋頂面積的可抵消48.44美元·m-2的財產(chǎn)稅，且四分之一的綠化費(fèi)用可享受貸款，最高達(dá)到10萬美元[4]。在加拿大，如果私人或企業(yè)的綠色屋頂建筑規(guī)劃達(dá)標(biāo)，會獲得政府的獎勵資金，或他們的建設(shè)提案更加容易通過審核，以及獲得更多的建筑面積(每m2可以獲得3 m2的樓面面積)[16]。盡管美國和加拿大擁有不錯的激勵政策，但建筑花費(fèi)依舊是一筆不小的開支(表1)，所以對于美國和加拿大來說，處理好市場材料供應(yīng)與綠色屋頂建設(shè)的關(guān)系是至關(guān)重要的。

表1 2種綠色屋頂建設(shè)部分項目大概所需的花費(fèi) 單位:美元·m-2

1.1.3 新加坡綠色屋頂?shù)陌l(fā)展

新加坡處于熱帶多雨區(qū)域且高度城市化，但受限于有限的國土面積和自然資源，許多能源和材料靠進(jìn)口，而且垃圾直接焚燒處理，所以新加坡政府不得不面臨保護(hù)自然土地與促進(jìn)城市發(fā)展之間矛盾的問題。而綠色屋頂作為城市建筑的第5立面，不占土地，不影響城市建設(shè)，還能解決實際性環(huán)境問題，這一項目很早就受到了新加坡政府的關(guān)注，1968年在“環(huán)境公共衛(wèi)生法案”中提出了將新加坡打造成“花園城市”的目標(biāo)，要讓環(huán)境與經(jīng)濟(jì)發(fā)展相兼容。新加坡不局限于綠色屋頂，政府將屋頂、立面墻體和建筑結(jié)合成一體，成立了Skyrise Greenery項目。在政策方面，政府建立和發(fā)布了住房與發(fā)展委員會(The Housing & Development Board，HDB)和BCA綠標(biāo)方案(BCA Green Mark Scheme)、空中綠化獎勵方案(Skyrise Greenery Incentive Scheme)、空中綠化建筑獎(Skyrise Greenery Awards)等。在激勵方面，新加坡國家公園委員會提供50%屋頂和立面墻綠化的建設(shè)費(fèi)用，最高分別達(dá)到200 S$·m-2和500 S$·m-2。建筑綠化獎也會獎勵達(dá)標(biāo)項目500～8 000 S$的現(xiàn)金，而且建設(shè)綠色屋頂?shù)拈_發(fā)商可以獲得額外10%面積的陽臺，這些獎勵促使開發(fā)商和群眾更加積極開展綠色屋頂建設(shè)活動。2013年，新加坡綠地面積從原來的36%增長到了47%，到2019年底，已有202個綠化項目，并希望在2030年有80%的綠化達(dá)到BCA的標(biāo)準(zhǔn)?？傮w上，新加坡綠色屋頂成功的發(fā)展模式一方面依靠政府的大力支持，另一方面也基于有限的國土現(xiàn)狀，使推廣和政策更容易得到落實。

新加坡在《屋頂綠化標(biāo)準(zhǔn)和指南》中詳細(xì)列出了設(shè)計載荷、屋頂綠化安全設(shè)計、植物選擇、植被支持層、過濾層、排水層、植物根部防護(hù)和防水層的建筑標(biāo)準(zhǔn)。新加坡目前使用粗綠化和精綠化2種綠色屋頂模式，并且還有2種綠色屋頂實施方法:地毯式(Blanket/in situ system)和模塊式(Modular system)。地毯式綠色屋頂是現(xiàn)場組裝并擁有無縫的外觀，在房頂上會有許多間隔層，允許水和樹根的橫向移動。而模塊式是將植物種植在小托盤內(nèi)，植物的生長將限制在這些特制的托盤里，最后將這些托盤在屋頂上組裝，呈現(xiàn)出一種網(wǎng)格式的外觀[9]。

1.1.4 日本綠色屋頂?shù)陌l(fā)展

日本作為一個島國，面臨著和新加坡相似的困境，東京政府也致力于推進(jìn)綠色屋頂發(fā)展來改善城市熱島效應(yīng)，并率先開創(chuàng)了低息貸款和減免稅收2種刺激綠色屋頂建設(shè)的激勵手段，建筑面積超過2 000 m2、綠化面積比例在40%以上的業(yè)主和建筑可獲得低息貸款服務(wù)。2001年，日本國土交通部頒布的《綠化設(shè)施整備規(guī)劃認(rèn)定制度》中說明，綠色屋頂建設(shè)可以在未來5 a內(nèi)獲得50%的固定資產(chǎn)稅收減免。大阪市則以200萬日元為上限資助公共和民用建筑的屋頂、陽臺、墻面的綠化費(fèi)用。東京都政府出臺的《洗染保護(hù)條例實施規(guī)則》和《綠化指導(dǎo)指針》規(guī)定，超過1 000 m2的個人建筑或超過250 m2以上的公共建筑必須擁有20%以上的屋頂綠化，否則將被視為違章建筑[4, 16-17]。2000—2008年，日本總綠色屋頂建設(shè)面積約為242萬m2，35%集中在東京[18]。從2008年開始，日本綠色屋頂面積的增長速度相較于前期逐漸開始放緩，但依舊處于逐年增加的趨勢。

在日本的綠色屋頂綠化類型中，32%的綠色屋頂是由樹木、灌木和草地組成的復(fù)合種植物構(gòu)成，20%是以草坪為主，18%是以景天屬植物構(gòu)成。近年來，樹木的比例下降，草坪、苔蘚、低矮植物的比例上升。一方面是由于日本地震和臺風(fēng)帶來的威脅，一方面是綠化灌溉的有效性。日本年均降雨量在1 800 mm，如果多采用土壤深度超過30 cm的復(fù)合式屋頂模式且得不到有效灌溉，植物將難以健康持續(xù)生存。為解決灌溉問題，62%的綠色屋頂擁有灌溉系統(tǒng)，同時81%的屋頂綠化進(jìn)行了防水處理。同樣，為了減輕地震、臺風(fēng)帶來的威脅，日本逐漸減少土壤深度并減少維護(hù)工作，所以低矮植物變成了未來城市綠色屋頂發(fā)展首選的植物類型。不過隨著建筑水平的提升，房屋擁有了較高的防震能力，高樓綠色屋頂?shù)闹参镆矟u漸變得多樣化。現(xiàn)在日本主要目標(biāo)是帶動群眾一起發(fā)展綠色事業(yè)和因地制宜地促進(jìn)綠色屋頂多元化發(fā)展[18]。

1.2 中國綠色屋頂?shù)陌l(fā)展

我國從20世紀(jì)60年代開始研究屋頂綠化，并于90年代開始實踐立體綠化在城市的運(yùn)用。2004年《國務(wù)院關(guān)于深化改革、嚴(yán)格土地管理的決定》中要求“鼓勵和推廣屋頂綠化和立體綠化”。2007年《關(guān)于建設(shè)節(jié)約型城市園林綠化的意見》中說明要盡力推廣立體綠化，在一切可利用的地方進(jìn)行綠色研究。2010年《城市園林綠化標(biāo)準(zhǔn)》將立體綠化列為建設(shè)管控評價內(nèi)容，并要求每個城市制定和推廣相應(yīng)的立體綠化政策和技術(shù)措施。例如北京地方標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定層數(shù)少于12層、高度低于40 m且改建竣工時間不超過20 a，屋頂坡度小于15°的既有屋頂需實施屋頂綠化。其中強(qiáng)制規(guī)定50%的新建建筑屋頂面積必須設(shè)計、建設(shè)屋頂綠化，其綠化面積也可按照20%的系數(shù)折算為綠地率，最多可抵一般的配套綠地率。對于達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的項目，政府實施以獎代補(bǔ)的政策，并享受防洪減免的實惠[19]。上海市則將屋頂綠化寫入法規(guī)，鼓勵新建建筑進(jìn)行立體化綠色建設(shè)，凡列入屋頂綠化實施的項目，每m2可獎勵10萬元。杭州作為少數(shù)幾個推出強(qiáng)制性綠色屋頂建設(shè)的城市，要求所有的建筑必須進(jìn)行屋頂綠化，并擬出資1億元用于屋頂綠化專項工作[20-21]。在2019年8月1日正式實施的《綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)》GB/T 50378—2019中，綠化評級采用了新的評分標(biāo)準(zhǔn)，添加了針對生活相關(guān)分類的標(biāo)準(zhǔn)，例如采光、通風(fēng)、噪音控制和娛樂區(qū)等。這些新式標(biāo)準(zhǔn)能更加有效地落實綠化技術(shù)，并提高研究人員的創(chuàng)新意識，在綠色屋頂推廣中起到實際性的參考價值。

經(jīng)過近10多年的綠色屋頂實踐，城市綠化面積每年在迅速增加。平均大中型城市的綠色屋頂面積增加量保持在萬m2以上，例如深圳在2016年就增加了約20萬m2的綠化屋頂，截至2017年，深圳已綠化屋頂面積達(dá)到155萬m2；2016年，北京綠色屋頂面積已經(jīng)達(dá)到了200多萬m2，成都也已建260萬m2的綠色屋頂。但是和城市發(fā)展速度相比，這些新增的綠色屋頂面積僅占各城市總屋頂面積的1%，有些城市甚至低于1%。不僅如此，城市屋頂綠化建設(shè)的主要貢獻(xiàn)竟來自于城中村和村民而并非來自于新建項目。中國快速城市化對于綠色屋頂建設(shè)工作來說是一個不小的挑戰(zhàn)，在改造已有屋頂?shù)耐瑫r，各個城市需加快落實屋頂綠化政策的實施。在城市新建中，建議把屋頂綠化擺在重要位置，擴(kuò)張城市化的同時不斷實踐改善綠色屋頂建設(shè)的模式[22-23]。

2 國內(nèi)所面臨的問題與可借鑒的經(jīng)驗

相比較于西方、亞洲、東南亞一些城市化發(fā)展幾乎到達(dá)飽和狀態(tài)的國家，中國正處于一個加速城市化和裸露的屋頂面積迅速增加的階段。2011年，中國裸露屋頂面積達(dá)到了100億m2，預(yù)測到2040年這一數(shù)字將會變?yōu)榧s200億m2 [24]。為了使中國城市綠化得到提升，制定技術(shù)指南、評價標(biāo)準(zhǔn)、實施專業(yè)化培訓(xùn)，以及開展項目建設(shè)已經(jīng)變得刻不容緩。

2.1 標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范

我國綠色屋頂建設(shè)開展晚、研究少，各城市發(fā)展速度不均衡，容易導(dǎo)致研究人員人手不足和對綠色屋頂發(fā)展技術(shù)理念掌握不到位。我國緯度與美國歐洲相近，南方沿海城市氣候又和日本、新加坡相似，所以這些國家先進(jìn)的綠化理念可作為參考。具體解決方法可從以下幾方面入手:首先，為提升總體研究人員綠色屋頂創(chuàng)新意識，可多召開國內(nèi)外城市綠化研討會，將國外已經(jīng)成熟的經(jīng)驗融入中國實際；其次，多討論多實踐，將學(xué)習(xí)到的先進(jìn)理念運(yùn)用到不同的城市綠化發(fā)展中去，得到一套適合自己的建設(shè)模式，為之后更進(jìn)一步發(fā)展綠色屋頂打好堅實基礎(chǔ)；然后，統(tǒng)一分析地方經(jīng)驗，逐步完善，形成規(guī)范的地方標(biāo)準(zhǔn)和國家標(biāo)準(zhǔn)；最后，強(qiáng)制落實標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范到位，這是中國現(xiàn)在綠化發(fā)展所欠缺的。一些西方國家和新加坡將屋頂綠化寫入法規(guī)，中國目前雖有一系列標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，但真正落實卻屈指可數(shù)[16]。所以，在中國法規(guī)中加入詳細(xì)明確的屋頂綠化規(guī)定，不僅能將城市屋頂綠化納入法律義務(wù)的范圍，更能積極推動城市綠化建設(shè)。

2.2 政策與推廣

在制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)后，最有效的推進(jìn)制度實施的方法就是刺激和鼓勵群眾、開發(fā)商參與綠色屋頂建設(shè)的積極性。一方面，可以參考新加坡、日本和美國，設(shè)立國家綠化獎，對于那些達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的綠色建筑給予相應(yīng)的獎勵或補(bǔ)償，例如現(xiàn)金，減免一系列的稅收，贈送開發(fā)商更多建筑面積等。對那些想要改善自家已有原始屋頂、陽臺的民眾來說，要大力支持，提供免息、低息的綠化建設(shè)貸款服務(wù)，有條件的城市甚至可以提供一半的綠化費(fèi)用補(bǔ)助；讓群眾參與進(jìn)來能讓城市綠化發(fā)展錦上添花。另一方面，要重視民間組織的推廣作用，與政府相比，民間組織能更靈活地開展綠色屋頂工作，例如中外綠化技術(shù)交流、培養(yǎng)技術(shù)人員、實踐新型綠色屋頂?shù)取⒄c民間組織的推廣結(jié)合在一起，能從更多方向開展中國的綠化事業(yè)[16, 25]。

3 小結(jié)

與其他國家比較健全完善的綠色屋頂建設(shè)模式相比，我國綠色屋頂發(fā)展雖然取得了一定的進(jìn)步，但仍處于不斷摸索和改進(jìn)的階段。中國綠色屋頂發(fā)展可借鑒別國先進(jìn)的經(jīng)驗，依靠政府和群眾對綠色屋頂發(fā)展的不斷重視，相信中國可以實踐出一套適合自己的綠色屋頂發(fā)展模式。