濟(jì)南齊魯軟件園社區(qū)屋頂綠化適建潛力評(píng)估

崔凱娟

持續(xù)的城市化引發(fā)了一系列環(huán)境問題，這些問題促使城市規(guī)劃者和政府更加重視可持續(xù)發(fā)展[1]。屋頂綠化作為城市環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的可行性方案之一，能夠有效緩解城市面臨的洪澇壓力、熱島效應(yīng)、空氣水質(zhì)量惡化、生物棲息地喪失和多樣性減少等一系列問題[2-4]，是未來城市綠化發(fā)展的趨勢(shì)，是在有限的土地面積上迅速提高城市綠化率的有效途徑。

近年來，全球?qū)ξ蓓斁G化相關(guān)研究的興趣日益濃厚。現(xiàn)有的研究涵蓋了以下領(lǐng)域：對(duì)減少建筑能源使用、雨水徑流的影響、城市熱島效應(yīng)的影響、植物物種的選擇、土壤特性、生物多樣性、影響城市規(guī)劃等方面[5-6]。我國(guó)關(guān)于屋頂綠化的研究多集中在學(xué)術(shù)研究領(lǐng)域，主要關(guān)注工程推廣和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[7]。這類研究非常強(qiáng)調(diào)小規(guī)模和具體的案例，較少涉及城市狀況分析、屋頂綠化適建潛力評(píng)估。但是，考慮到城市建筑的不斷出現(xiàn)，對(duì)這些建筑進(jìn)行屋頂綠化建設(shè)可行性分析是值得且有必要的。

城市建筑屋頂綠化適建性評(píng)估對(duì)于建設(shè)生態(tài)城市和規(guī)范管理政策具有現(xiàn)實(shí)意義。因此，有必要實(shí)現(xiàn)從定性判斷到定量評(píng)價(jià)的技術(shù)轉(zhuǎn)化，從綜合的角度，把重點(diǎn)從單個(gè)建筑轉(zhuǎn)移到區(qū)域單元；有必要評(píng)估屋頂綠化的可建造性，挖掘其建筑潛力，為形成具有生態(tài)規(guī)模效應(yīng)的建筑生態(tài)空間提供基礎(chǔ)[8]。基于這一點(diǎn)，本文從城市規(guī)劃的角度評(píng)估了濟(jì)南齊魯軟件園社區(qū)屋頂綠化適建區(qū)域和優(yōu)先順序。以期為進(jìn)一步的城市屋頂綠化規(guī)劃和技術(shù)方案篩選提供科學(xué)依據(jù)，并且為其他地區(qū)的同類研究和實(shí)踐工作提供參考和借鑒。

1 適建潛力評(píng)估材料與方法

1.1 齊魯軟件園社區(qū)概況

濟(jì)南齊魯軟件園社區(qū)是山東省濟(jì)南市高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)舜華路街道下轄的社區(qū)。該社區(qū)是濟(jì)南市東部的政治、經(jīng)濟(jì)與文化中心。社區(qū)范圍內(nèi)建筑類型比較全面，包括高層、低層的商業(yè)建筑與公共建筑，能夠?yàn)榫G化適建性評(píng)估提供較為全面的評(píng)估環(huán)境；社區(qū)內(nèi)公共空間較少且較為封閉，綠化覆蓋率較低，人居環(huán)境存在一定問題，更應(yīng)該利用屋頂綠化改善人居環(huán)境、提升居民生活質(zhì)量。

1.2 評(píng)估方法

本文以ArcGIS 為技術(shù)平臺(tái)，以濟(jì)南市齊魯軟件園社區(qū)為例，對(duì)研究區(qū)內(nèi)建筑屋頂綠化適建潛力進(jìn)行評(píng)估。以屋頂綠化適建性因素研究為基礎(chǔ)，得到屋頂綠化適建性評(píng)價(jià)指標(biāo)；用人工判讀和衛(wèi)星遙感影像相結(jié)合的方法得到屋頂空間矢量要素；利用實(shí)地調(diào)研、電子地圖等手段媒介收集現(xiàn)有建筑屋頂資源屬性信息；在ArcGIS 平臺(tái)將建筑物屋頂資源屬性數(shù)據(jù)與Google Earth 影像進(jìn)行疊加，得到建筑屋頂?shù)腁rcGIS 空間數(shù)據(jù)庫(kù)；以ArcGIS 軟件的圖層疊加法以及數(shù)據(jù)篩選功能進(jìn)行分析，對(duì)濟(jì)南齊魯軟件園社區(qū)屋頂綠化適建潛力進(jìn)行評(píng)估，得到研究區(qū)適建屋頂綠化的屋頂以及屋頂綠化建設(shè)優(yōu)先等級(jí)。

1.2.1 適建性指標(biāo)的選擇與建立

適建性指標(biāo)的選擇。山東省住房城鄉(xiāng)建設(shè)廳2019 年出臺(tái)《關(guān)于加強(qiáng)全省城市立體綠化工作的指導(dǎo)意見》，從屋頂結(jié)構(gòu)、建筑高度、屋頂坡度等方面明確了屋頂綠化的適建條件。本文以該指導(dǎo)意見為依據(jù)，在總結(jié)國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究的基礎(chǔ)上探索構(gòu)建適合濟(jì)南市中心商業(yè)區(qū)的屋頂綠化適建性評(píng)估指標(biāo)體系，將建筑年代、屋頂結(jié)構(gòu)、屋頂荷載、建筑高度、屋頂坡度、屋頂歸屬、屋頂被遮面積、其他占用面積等8 個(gè)要素作為評(píng)估建筑屋頂綠化適建性的指標(biāo)因子。適建性指標(biāo)的建立。本文認(rèn)為評(píng)估數(shù)據(jù)中有些單個(gè)指標(biāo)一旦達(dá)到限定值，則可以判斷整個(gè)建筑屋頂不適建，這類指標(biāo)稱之為限制性指標(biāo)，如建筑年代、屋頂結(jié)構(gòu)、屋頂荷載、建筑高度、屋頂坡度、其他占用面積，具體為：第1，建筑年代：根據(jù)山東省住房城鄉(xiāng)建設(shè)廳《關(guān)于加強(qiáng)全省城市立體綠化工作的指導(dǎo)意見》，鼓勵(lì)結(jié)合既有建筑改造等項(xiàng)目實(shí)施，在實(shí)際條件允許的情況下，對(duì)建成年限低于20 年且符合建筑安全要求的建筑開展屋頂綠化。第2，屋頂結(jié)構(gòu)：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的屋頂適合進(jìn)行屋頂綠化，鋼或者磚結(jié)構(gòu)的屋頂難以實(shí)施屋頂綠化。第3，屋頂荷載：一般情況下，不可上人屋頂（荷載小于0.7 kN/ m2）不適合建設(shè)屋頂綠化，而可上人屋頂可以建設(shè)屋頂綠化。

第4，建筑高度：根據(jù)指導(dǎo)意見，建筑層高少于12 層（含12 層）或者高度小于40 m（含40 m）適合進(jìn)行屋頂綠化。第5，屋頂坡度：根據(jù)指導(dǎo)意見，屋頂坡度小于15°的建筑（含裙房），宜實(shí)施屋頂綠化。但由于數(shù)據(jù)源的限制，本文不考慮坡屋頂，將平屋頂作為適建指標(biāo)。第6，其他占用面積：建筑屋頂上被中央空調(diào)外機(jī)、太陽(yáng)能設(shè)備或是其他構(gòu)筑物占用的面積過大，則使屋頂綠化的面積減小或是割裂屋頂空間的整體性，導(dǎo)致建造屋頂綠化的經(jīng)濟(jì)性下降。限制性指標(biāo)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)如表1 所示。

表1 屋頂綠化適建潛力評(píng)估限制性指標(biāo)

現(xiàn)有建筑的屋頂綠化實(shí)施往往會(huì)遇到困難，本文根據(jù)屋頂歸屬、屋頂被遮面積進(jìn)行屋頂綠化優(yōu)先級(jí)評(píng)估：第1，屋頂歸屬：公有性質(zhì)、私有性質(zhì)或是集體所有性質(zhì)的屋頂，對(duì)于屋頂綠化建設(shè)能否順利開展、確定出資人、明確養(yǎng)護(hù)主題有重要的影響。第2，屋頂被遮面積：常年被遮蔭的建筑屋頂會(huì)使植物生長(zhǎng)不良，增加維護(hù)成本，且光照不足縮小了屋頂綠化植物的選擇范圍。這兩個(gè)指標(biāo)為約束性指標(biāo)，需要進(jìn)行賦值量化（表2）。

表2 屋頂綠化優(yōu)先級(jí)評(píng)估約束性指標(biāo)

1.2.2 適建性指標(biāo)數(shù)據(jù)的收集與處理

適建性指標(biāo)的收集主要借助谷歌衛(wèi)星地圖、百度街景地圖、房天下全景航拍、百度百科與房產(chǎn)軟件的房產(chǎn)信息以及實(shí)地調(diào)研收集屋頂結(jié)構(gòu)、建筑高度、屋頂坡度、屋頂歸屬、屋頂被遮面積、其他占用面積各項(xiàng)屬性資料。建筑年代指標(biāo)可通過對(duì)比2003 年的衛(wèi)星影像與2023 年的衛(wèi)星影像進(jìn)行篩選，并結(jié)合房產(chǎn)信息得出建成20 年內(nèi)的建筑。屋頂荷載指標(biāo)可通過判斷屋頂是否為可上人屋頂來判定，通過實(shí)地走訪、問詢物業(yè)以及相關(guān)人員確定研究區(qū)內(nèi)的可上人屋頂：可上人屋頂?shù)呐畠簤Ω叨纫话惚容^高，一般有專門的樓梯間至屋頂；不上人屋頂一般設(shè)有人孔或鋼爬梯[9]。

適建性指標(biāo)數(shù)據(jù)處理步驟—遙感影像空間參照系的確定、建筑屋頂空間數(shù)據(jù)庫(kù)的建立、數(shù)字化及屬性編輯、坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換[10]，具體為：第1，遙感影像空間參照系的確定。本文通過添加與遙感圖像同名的坐標(biāo)系文件和空間參數(shù)文件來完成遙感影像空間參照系的確定工作，將空間的參照系統(tǒng)設(shè)為WGS_1984_Web_Mercator。第2，建筑屋頂空間數(shù)據(jù)庫(kù)的建立。屋頂空間數(shù)據(jù)庫(kù)采用與Google Maps遙感影像相同的空間參照系統(tǒng)。利用Arc Catalog 創(chuàng)建屋頂屬性數(shù)據(jù)庫(kù)并添加要素。第3，數(shù)字化及屬性編輯。在ArcMap 中將研究區(qū)范圍內(nèi)所有屋頂逐個(gè)描取，得到建筑屋頂矢量化要素，并完成要素屬性信息的編輯錄入。第4，坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換。結(jié)合研究區(qū)的地理位置進(jìn)行投影轉(zhuǎn)換。研究區(qū)的地理坐標(biāo)為117°13′E，36°68′N，位于UTM的第50 投影帶中，故將屋頂要素集的空間參照系統(tǒng)設(shè)置為WGS_1984_UTM_Zone_50N。

2 結(jié)果與分析

2.1 屋頂綠化現(xiàn)狀分析

通過實(shí)地調(diào)研剔除掉一些廢棄建筑、簡(jiǎn)易倉(cāng)庫(kù)以及一些正在建設(shè)中的建筑，統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)：研究區(qū)總面積1942244 m2，識(shí)別建筑屋頂176 個(gè)，屋頂面積為295942 m2，占研究區(qū)域總面積的15.24%。通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)在現(xiàn)有建筑中未見有建筑屋頂全面綠化，多為居民在樓頂部分區(qū)域自發(fā)種植綠植，—般都以容器式為主，在較小的范圍內(nèi)形成一定的綠化空間；園林式屋頂綠化僅發(fā)現(xiàn)一例，且面積較小，未形成規(guī)模，可忽略不計(jì)。從這個(gè)角度來看，研究區(qū)大面積的不透水屋頂區(qū)域顯示出屋頂綠化的巨大需求與潛力，利用空置的屋頂資源進(jìn)行綠化來應(yīng)對(duì)城市環(huán)境問題是良好的城市綠化方案。

2.2 屋頂綠化適建性評(píng)估

在遙感數(shù)據(jù)和三維電子地圖等建立的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)支持下，根據(jù)屋頂綠化適建性評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)：適合屋頂綠化的屋頂有64 個(gè)，面積約104702 m2，占屋頂總面積的35.4%；不適建屋頂綠化的屋頂有112 個(gè)，面積約191240 m2，占總面積的64.6%，適建屋頂綠化建筑屋頂分布如圖1。本文得出的結(jié)論是基于建筑屋頂?shù)淖钚〕兄啬芰Γ芯康贸龅奈蓓斁G化適建屋頂至少可以實(shí)施簡(jiǎn)單式屋頂綠化。

圖1 適建屋頂綠化建筑屋頂分布圖（來源：作者自繪）

從適建資源的建筑類型看，適合建設(shè)面積最大的為商業(yè)建筑，共35 個(gè)建筑屋頂，占80.05%（約83814 m2）；其次為居住建筑，共20 個(gè)建筑屋頂，占12.65%（約13246 m2）；排在第3位的是公共建筑，共8 個(gè)建筑屋頂，占7.2%（約7535 m2）；適建面積最小的為其他建筑，共1 個(gè)建筑屋頂，占0.1%（約106 m2）。研究區(qū)適建屋頂綠化的商業(yè)建筑居多，屋頂綠化建設(shè)潛力較大。

2.3 屋頂綠化適建屋頂優(yōu)先級(jí)評(píng)估

利用上述優(yōu)先級(jí)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，得到建筑屋頂綠化優(yōu)先實(shí)施等級(jí)如圖2 所示。優(yōu)先等級(jí)一有8 個(gè)建筑屋頂，約7536 m2。大部分是公共或市政管理建筑，政府擁有這些建筑的產(chǎn)權(quán)，并能給予屋頂綠化的實(shí)施投資重點(diǎn)，應(yīng)該加快實(shí)施屋頂綠化。而且這些屋頂幾乎不受遮陰影響，陽(yáng)光充足，適合植物生長(zhǎng)。優(yōu)先等級(jí)二有30 個(gè)建筑屋頂，約69861 m2。大部分是新興產(chǎn)業(yè)、商業(yè)和辦公建筑，這些建筑主要用來經(jīng)營(yíng)企業(yè)，產(chǎn)權(quán)較為明晰，屋頂綠化阻力小，在屋頂種植植物可以促進(jìn)商業(yè)以及經(jīng)濟(jì)活動(dòng)。而且這些屋頂受遮陰影響小、屋頂種植植物可選擇性較多。優(yōu)先等級(jí)三有26 個(gè)建筑屋頂，約27305 m2，這些建筑主要是住宅，為個(gè)人或團(tuán)體所有，必須在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候喚起公眾綠化意識(shí)來推動(dòng)屋頂綠化建設(shè)，還有一些遮陰狀況比較差的商業(yè)建筑，在進(jìn)行屋頂綠化時(shí)應(yīng)該優(yōu)先選擇耐陰植物。

圖2 建筑屋頂綠化優(yōu)先實(shí)施等級(jí)圖（來源：作者自繪）

3 關(guān)于適建結(jié)果的討論

邵天然等選擇了建筑年代、建筑結(jié)構(gòu)、遮蔭狀況、屋面構(gòu)造、屋頂功能、屋頂坡度、設(shè)備面積、建筑高度這些指標(biāo)因子對(duì)深圳市福田中心區(qū)進(jìn)行城市屋頂綠化資源潛力評(píng)估，得出有51%的屋頂適合建設(shè)屋頂綠化，其研究方法中認(rèn)為屋面構(gòu)造、屋頂功能、屋頂坡度、設(shè)備面積、建筑高度這些指標(biāo)的混合型也符合適建條件[11]。王新軍等對(duì)常州市新北中心區(qū)屋頂綠化適建性進(jìn)行評(píng)估，用層次分析法（Analytic Hierarchy Process，AHP） 確 定了建筑年代、建筑結(jié)構(gòu)、屋頂設(shè)計(jì)承載力、建筑高度、屋頂歸屬、屋頂被遮面積、其他占用面積、屋頂坡度、建筑坐落位置這些指標(biāo)的權(quán)重，在權(quán)重賦分的基礎(chǔ)上進(jìn)行評(píng)估，得出適建屋頂綠化屋頂面積占研究區(qū)總面積的48.2%[12]。

本文通過研究發(fā)現(xiàn)研究區(qū)適建屋頂占研究區(qū)屋頂總面積的35.4%，相較于類似研究，本文得出的適建屋頂面積占比更低，是因?yàn)樵谖蓓斁G化適建篩選上選擇的指標(biāo)因子有建筑年代、屋頂結(jié)構(gòu)、屋頂荷載、建筑高度、屋頂坡度、其他占用面積，這些指標(biāo)中只要有一個(gè)不符合適建條件就判斷為不適建，相對(duì)于其他評(píng)估方法更為嚴(yán)格，得到的適建屋頂更少。

本文采用人工目視解譯的方法對(duì)遙感圖像進(jìn)行分析。雖然建立了高度精確的土地利用和建筑屋頂空間資源數(shù)據(jù)庫(kù)，但人工解譯過程有些耗時(shí)，尤其對(duì)于大面積的研究更加浪費(fèi)時(shí)間和人力。對(duì)于城市規(guī)劃發(fā)展來說，如何快速準(zhǔn)確地識(shí)別建筑屋頂是迫切需要解決的問題。另外，本文沒有進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算來評(píng)估建筑物的屋頂荷載，僅基于可上人平屋頂做了簡(jiǎn)單的荷載估算，評(píng)估結(jié)果是基于簡(jiǎn)單式屋頂綠化改造。如需建設(shè)更高層次的屋頂綠化則需要對(duì)屋頂荷載進(jìn)行進(jìn)一步深入研究。

4 結(jié)論

對(duì)于高度城市化的地區(qū)，優(yōu)化屋頂空間利用已經(jīng)成為一種趨勢(shì)。本文建立了一種城市中心商業(yè)區(qū)屋頂綠化潛力評(píng)估方法。篩選出適合實(shí)施綠色屋頂?shù)奈蓓敚⒃跐摿υu(píng)估的基礎(chǔ)上提出實(shí)施優(yōu)先順序，在空間上劃分了重點(diǎn)區(qū)域。

總體而言，研究區(qū)具有較大的屋頂綠化改造潛力，其中公共建筑和商業(yè)建筑占大多數(shù)，相比其他建筑類型產(chǎn)權(quán)清晰，資源利于集中，屋頂綠化實(shí)施較為容易，可以作為濟(jì)南市屋頂綠化優(yōu)先實(shí)施區(qū)域。

本文雖然只是屋頂綠化建設(shè)潛力研究的一部分，但對(duì)于以整體方法研究綠色屋頂建設(shè)潛力很有意義。由于屋頂綠化有較高的復(fù)雜性和專業(yè)性，因此在今后的研究中應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)屋頂綠化相關(guān)理論和技術(shù)的研究，深入開展調(diào)查、研究和評(píng)估工作。同時(shí)要加強(qiáng)對(duì)屋頂綠化建設(shè)相關(guān)政策法規(guī)、規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的研究和制訂，積極探索適合我國(guó)國(guó)情和城市發(fā)展現(xiàn)狀的屋頂綠化模式。