助力實現雙碳目標—屋頂綠化施工技術研究

王延松

(北京市園林設計工程有限公司，北京 100012)

2020年9月2日，習近平主席在聯合國大會上做出了中國政府在減緩氣候變化方面的莊嚴承諾：在2030年之前實現碳達峰，力爭2060年實現碳中和[1]。為實現這一目標，積極開展城市綠地碳匯研究，提升城市綠地規劃設計、建造和管理水平，應對城市碳排放問題，爭取早日實現碳達峰和碳中和。在城市中園林綠化是唯一有生命力的、可呼吸的綠色基礎設施，依靠植物的光合作用來實現固碳釋氧平衡[2]。城市屋頂綠化已經是城市生態系統的重要組成部分，逐步發展成城市碳匯的主要途徑。在屋頂建造綠化，可以節約城市用地、節約水資源以及環境資源，達到節約成本的目的，從而加快實現雙碳目標。

1 屋頂綠化的意義與作用

1.1 意義

屋頂綠化涵蓋面不單單是屋頂種植，還包括其他一切不與地面、自然、土壤相連接的各類建筑物和構筑物的特殊空間的綠化。聯合國環境署研究表明，假如一個城市屋頂綠化面積超過70%，城市上空二氧化碳含量將降低至50%，熱島效應會趨于消失；同時，屋頂綠地可以吸收大量懸浮顆粒物[3]。屋頂綠化具有凈化空氣，改善“城市熱島效應”、增加建筑節能作用、節約水資源、對建筑物屋頂結構層起到保護等多種作用。為此，應積極利用屋頂綠化優勢，為實現“雙碳”目標助力。

1.2 屋頂綠化的作用

1.2.1 凈化空氣，改善“城市熱島效應”

屋頂綠化可凈化城市空氣質量，進而減少“城市熱島效應”，在城市屋頂形成巨大的綠色生態網，通過樹葉蒸發水分然后散發熱量，“城市熱島效應”很大程度被降低。

1.2.2 增加建筑節能作用

屋頂綠化可以稱之為建筑的“綠色空調”，能夠節約城市的能源以及間接為城市建設節約成本。在夏季，屋頂綠化隔熱的效果很明顯。未綠化的屋頂，在太陽的強光照射下，屋頂溫度急劇升高，屋面沒有水分蒸發，無法帶走熱量，一部分熱量再次加熱大氣，加劇城市熱島效應；另一部分熱量使建筑物頂板升溫導致室內溫度上升。有綠化覆蓋的屋頂，植物通過葉片進行蒸騰作用，減少了太陽輻射對屋頂的熱量傳輸；綠化植物的種植基質蒸發也可以帶走屋頂一部分熱量，因此使得建筑屋面加熱大氣的溫度以及傳輸到室內的溫度大大減弱，從而節約能源，減少碳排放。

在冬季，種植綠化植物的輕質種植土使得室內的溫度不易散失，外界低溫不易侵入，從而起到防寒保溫的作用。室內溫度的有效降低和保暖使得人們使用空調產生的用電量大大縮減，起到了減少用電量的效果，進而節約了能源。

1.2.3 節約水資源

普通的屋面是將雨水通過屋頂排水管道排至地面排水溝，這樣沒有充分利用雨水資源，造成資源浪費，而屋頂綠化可以把1/2的雨水滯留在植物的根部以及栽培的介質中，提供給植物生存的需要，節約水資源并且減少人工澆水的頻率，達到節約成本目的，植物通過蒸發和蒸騰作用把水分擴散到空氣中，增加了空氣的濕度，使水資源循環利用。

1.2.4 保護建筑物屋頂結構層

屋頂長期暴露在空氣中，冬季冰雪侵蝕，夏季酷熱暴曬，溫度變化很大，這種情況產生的熱應力很容易破壞屋頂的結構，使建筑物出現裂縫，屋頂植物的覆蓋使屋頂避免了太陽直曬和冰雪侵蝕，降低了屋頂結構層由于熱脹冷縮導致的開裂幾率，可以對建筑物屋面構件起到相當大的保護作用，從而延長建筑物的壽命[4]。

2 項目概況

上德中心工程位于北京市大興區國家新媒體產業基地內，本項目開工日期為2021年2月，竣工日期為2021年12月。屋頂施工面積為4200m2，女兒墻高500mm，建筑樓體屬于商業樓，因此設計的景觀層次、空間布局較為豐富，方便將來顧客觀景，以及娛樂活動，施工內容包括樓頂的圍擋、木鋪裝、不銹鋼種植池、照明、噴灌工程及綠化栽植。

3 屋頂綠化的施工技術

3.1 屋頂綠化的構造

屋頂綠化的構造，考慮到屋頂的荷載、植物的選擇、植物生長環境光照強烈、植物會經常處于缺水狀態等因素，在施工中要保證苗木的正常生長，其構造組成與地面完全不同，自建筑屋頂往上依次為建筑屋頂結構層→找坡層→保溫層→找平層→普通防水層→耐根穿刺防水層→保護層→排(蓄)水層→過濾層(土工布)→種植基質層→綠化植被[5]。

屋頂花園的具體結構做法要根據實際情況來定，其基本做法參照圖1所示。

圖1 屋頂綠化的做法示意圖

3.2 垂直運輸

屋頂花園所處的位置較高，垂直運輸尤為重要，采用的是吊車運輸，吊車開至交通良好，無高壓線的位置，由吊車吊起苗木直接運輸到樓頂，在吊運過程中，注意做好安全防護措施。本項目選用吊車吊運苗木和種植土。

圖2 吊車進場

圖3 吊車吊運苗木

圖4 吊車吊運種植土

3.2.1 垂直運輸要求

在屋頂綠化施工養護以及后期使用期間，屋頂所承受的荷載要在其能承受的最大荷載范圍之內。材料以及苗木運送到屋頂以后立即使用，不能集中堆放，本項目采用的運送方式為吊車運送。必須保證施工作業安全，施工前對施工人員進行了安全技術培訓，同時做好防護措施。

3.2.2 植物及材料要求

屋頂綠化的養護以及后期管理也十分重要。在施工時積極同甲方單位與設計單位溝通，選擇合適的屋頂景觀材料和植物，植物需具備耐旱耐病耐寒特性，同時選擇抗風性良好的植物。另外，也要考慮屋頂植物養護的便利性，達到節約養護成本的目的。

3.3 屋頂綠化施工降低荷載

上德中心作為商業綜合體，因此其屋頂綠植相對豐富，方便人們上去參觀游覽和休憩，設計為花園式屋頂，屋頂荷載為350kg·m-2。設計中的種植池、木坐凳、成品花箱等主要小品的位置均在屋頂承重結構上，能夠滿足屋頂花園的施工和使用的要求。本工程的屋頂為花園式屋頂，方便產業園的員工休憩娛樂，為了減輕屋頂的負荷，綠植主要選擇了小喬木和低矮灌木。

根據《種植屋面工程技術規程》(JGJ155-2013)，簡單式種植屋面荷載不小于1.0kN·m-2，花園式種植屋面荷載不小于3.0kN·m-2。施工前對屋頂進行了荷載試驗，由此來確定屋頂能承受的最大荷載，根據屋頂能承受的荷載來確定屋頂綠化實施方案。

表1 初栽植物荷重

3.4 耐根穿刺防水層

屋頂綠化植物在土壤中自然生長時根系極易穿透屋頂的防水層，嚴重情況下會穿透屋頂的結構層，最終破壞整個屋頂。因此，采用引導和限制植物根系的方法來解決屋頂被破壞的問題。屋面結構中防水層設置在最下面，一旦防水層被穿透，就會導致其他各層被同時翻起，破壞各個保護層的結構，影響到使用功能，發生非正常的維修費用。所以在屋面鋪設耐根穿刺防水層十分必要。

從經濟和安全的角度考慮，耐根穿刺防水層的設置是屋頂建設不可缺少的一個環節，耐根穿刺防水層具有防水和阻止植物根系穿透雙重功能，能夠承受植物根穿刺，長久保持防水，而且耐腐蝕、耐霉菌、耐高低溫，冷熱地區均適合。

本項目屋頂選用的防水卷材均為耐根穿刺SBS改性瀝青防水卷材，厚度為4mm，采用熱熔鋪貼法。此類耐根穿刺防水卷材采用化學阻根的原理，在選擇材料的時候十分注意卷材的質量，進場施工前需對材料進行檢查，各項檢測結果必須達到耐根穿刺防水卷材的指標要求，方可使用。

施工卷材時，要注意屋頂必須清掃干凈，不能有任何垃圾，施工面如果有凹凸不平的地方，應先予以補平或者磨平，棱角也需要磨圓，防止破壞卷材。先施工屋頂拐角處，然后再大面積進行施工。施工前將整個屋頂噴基層處理劑，待完全干燥后，然后進行卷材熱熔施工。搭接寬度不小于10cm，邊緣立面不小于15～20cm。搭接處以及轉角部位施工粘貼要牢固。鋪設屋頂的陰陽角要做好附加層，附加層要緊貼屋頂，以免發生裂空，先進行平面施工，然后再施工立面，搭接寬度為10cm，熱熔充分黏貼。鋪設完成后整個屋面做閉水試驗，試驗合格后進行下一步施工工序。

圖5 陰陽角的防水鋪貼

圖6 噴基層處理劑

圖7 鋪設好的防水材料做閉水試驗

3.5 排(蓄)水層

屋頂花園的排(蓄)水層同時具有排水和蓄水的功能，對于屋頂花園來說，排水能力和蓄水能力同樣重要，因為暴雨是對屋頂綠化系統的最大考驗，優秀的蓄水能力能減少暴雨對屋面排水系統的壓力，還能夠儲存一部分雨水作為植物的養分[6]，能增加基質的透氣性，蓄排水板可以有效排出多余的水分，防止水分淤積，緩解在強降雨或者澆灌時對屋頂承重造成的壓力，還可以儲存種植基質多余的水分，土壤缺水時或者天氣炎熱時可以及時補充植物生長需要的水分，提高了植物的耐旱性。這一環節的施工也是非常重要的。

上德中心項目施工鋪蓄排水板選用的是塑料透水蓄排水板，這種材料空間剛度極高，抗壓力強，是屋頂花園排蓄水材料的首選。凹凸塑料排水板的排水可以和無紡布結合使用，立即排出雨水，有效解決降雨對屋頂產生的壓力；凹凸塑料排水板通過吸收和儲存種植層漏出的水分，在土壤缺水時，及時補充水分提高植物的抗寒能力。其特殊外形設計還能使植物層有良好的底部通風能力，保證根系的需氧量，形成空氣對流。

圖8 塑料透水蓄排水板

3.6 種植基質層

自然原土因為其重量較大、顆粒密實度大的特點，不適宜用在屋頂施工中。因此，屋頂的種植基質要選擇輕質種植土，腐殖土、草炭土、蛭石、珍珠巖、砂、陶粒和田園土等基質，這樣可以加快水的滲透速度，同時減輕荷載。種植層表面還應覆蓋一層有機物來保護根部，厚度一般為2～3cm，其可以起到絕緣的作用，從而減少土壤受外界溫度的影響。更為關鍵的是，植物在緩慢腐爛時還可以逐漸補充有機物，從而使種植層更為疏松，同時增強土壤的保水能力[7]。這個項目中所使用的種植基質為輕質種植土、蛭石、珍珠巖按1∶1∶1的比例混合而成的營養土。

圖9 鋪設排(蓄)水板及土工布

為保證苗木的成活率，種植基質的深度非常重要，規范中要求種植土的厚度如表2所示。在栽植條件允許的情況下，盡量加大栽植厚度，可以保證苗木有充足的生存環境，保證苗木的水分供應。

表2 植物種植土厚度表

圖10 種植土施工

3.7 植物栽植

由于屋頂風力強，夏季陽光照射時間長，冬季較寒冷、晝夜溫差大以及屋頂的植物基質層較薄，因此在植物的選擇上要選擇喜光、耐寒、耐旱、生命力頑強的苗木，屋頂綠植設計中多選擇小喬木、低矮灌木、地被植物和藤本植物等。原則上不用高大喬木，并且優先選擇須根發達的植物，不選擇直根或者根系穿透力強的植物。

本項目中，將大葉黃楊和北海道黃楊栽植在架空的玻璃鋼種植池中，玻璃鋼種植池深70cm。3月底將苗木運至現場，此時移植綠植上屋頂的成活率會較高，并且要保證盡量在6h內栽植完畢，如果有未栽植完的苗木，一定要在屋頂背陰處采取適當的假植措施，及時噴水保濕，盡快完成栽植，加大植物移栽的成活率。

表3 苗木種植表

圖11 工人往種植池中栽植苗木

圖12 栽植完的北海道黃楊支撐

由于在屋頂風力比較大，如果喬灌木高于2m，應采取固定措施，樹木固定措施根據植物不同可選擇不同固定方法。本項目中的叢生五角楓采用的是地上支撐固定法。用圓木支桿將樹木支撐起來，有效防止了大風天氣對樹木的影響。如圖13所示。

3.8 噴灌和排水

由于屋頂花園的土層薄，水分散失快，屋頂綠化一般采用自動噴灌和人工澆灌2種方式，種植基質下面做了蓄水板和給水管道，根據土壤的含水量適時補充水分，再加上蓄水板中蓄積了雨水，也可以為綠植補充水分，從而大大節約了用水養護的成本。

這2個項目的噴灌均采用熱鍍鋅鋼管及快速取水閥，方便自動噴灌以及人工澆灌。屋頂的排水主要為線性排水溝排水，在夏季多雨季節或者冬季積雪融化后，多余的水分會匯入排水溝流至屋頂下。

上德中心項目屋頂采用了虹吸式排水口進行屋面的排水，虹吸式排水可以利用建筑屋面的高度使屋頂的水具有勢能，從而使滿管流動時產生虹吸作用，在雨水連續流經雨水懸吊管轉入雨水立管處管道產生最大負壓，屋面雨水在管內負壓的抽吸作用下能以較高的流速被排至屋頂外[8]。虹吸式排水排水速度快，減少了屋面的負荷，節省了建筑的空間，使屋頂的設計美觀。

圖13 圓木支撐架

圖14 地上支撐固定苗木

圖15 上德中心項目的噴灌布線

圖16 屋頂線性排水溝排水

圖17 虹吸式排水系統圖

圖18 虹吸式排水雨水斗

3.9 鋪裝、小品

上德中心的屋頂的木平臺正在施工過程中，其結構做法為鋼龍骨上面鋪厚6mm的鍍鋅鋼板，抹水泥砂漿后鋪厚18mm的瓷態地磚，目前施工還沒有鋪設鍍鋅鋼板，只做到鋼龍骨的結構部分，本項目除了木平臺還有厚30mm的花崗巖鋪裝，做法同木平臺。

圖19 屋頂花園鋪裝過程

圖20 鋪裝后效果圖

4 綠化后期養護

4.1 科學施肥，及時澆水

夏季氣候炎熱，屋頂綠化植物對水量的需求非常大，本項目的澆水是利用自然降雨和人工澆灌相結合，在降水量比較少時，安排10：00和16：00左右分別澆水1次，并且保證澆水充足，澆則澆透。在綠化養護時要定期觀察、測定植物基質的含水量，要隨時根據當前的氣溫情況調整澆水的頻率，及時灌溉補充水分。

根據植物長勢，合理安排施肥次數和施肥量，最好施用復合型環保緩釋有機肥，以改善土壤基質層的透氣性，在施肥后應及時灑水溶解。養護人員需要全面準確地了解不同種類植物長勢和習性，結合其實際生長情況做好施肥工作[9]

4.2 及時補充有機質種植土

根據植物的生長周期和季節，及時補充有機質種植土。植物正常生長以及水土滲透流失會造成有機質種植土減少，因此在后期養護以及日常管理過程中，根據植物的種類以及生長習性等及時補充合適的有機質種植土，一般每年至少補充1次，為苗木健康生長提供良好的土壤環境。

4.3 合理修剪，加固苗木

屋頂綠化也需要定期修剪維護，以控制植物生長，降低屋頂荷載。屋頂綠化的植物生長速度較快，可能會影響環境的景觀性，還有可能加重屋頂荷載，應對植物進行合理的修剪，避免屋頂因荷載過大，破壞屋頂結構。在降雨或者大風來臨前，對淺根系、樹冠較大的苗木進行加固，支撐。

5 結論

屋頂綠化作為城市園林綠化的有效補充，能夠進一步拓展城市綠化面積，為提高城市單位面積綠化量作出積極貢獻，為改善城市生態環境貢獻自己的力量[10]。作為屋頂綠化的施工人員，需要不斷創新和總結施工工藝，在施工中嚴格按照屋頂綠化施工規范進行施工，嚴守質量關，后期養護合理、在滿足景觀要求的前提下節約施工成本。此外，設計施工相結合，設計時結合城市的發展需要以及根據植物的生長習性選擇合適的植物，體現屋頂綠化的景觀性與實用性，提升城市園林綠化的質量。要充分發揮屋頂綠化的生態效益、經濟效益及社會效益，積極推動屋頂綠化施工的發展，從而更好地減少碳排放，助力實現雙碳目標。