城市屋顶开放空间的综合利用

(盐城师范学院城市与资源环境学院，江苏 盐城224002）

随着经济社会的发展，人们对城市环境质量和品质的要求日益提高，城市发展逐步进入注重发展质量的新时期。在我国许多城市，从20世纪90年代起，涌现出 “绿色城市”、“城市花园”、“城市广场”、“步行街”等城市开放空间的建设热潮[1-2]。城市开放空间在众多国内外建筑师、规划师和地理学家提出的城市规划概念中均扮演着重要角色，当前规划界兴起的 “可持续城市”和 “生态城市”的发展新模式又赋予城市开放空间新的内涵和发展动力[3-4]。而传统城市规划的内容是对非开放空间的空间组织管理，传统城市地理学的研究重点主要是以城市建筑实体为对象的城市空间组织[5]。在此背景下，如何保护和再利用有限的城市开放空间，实现社会经济、环境和空间发展的有机结合，使城市健康发展，是值得大家思考的问题，应当受到足够的重视。

1 城市开放空间的概念及系统构成

1．1 城市开放空间的概念

现代意义上的城市开放空间大约出现于1877年，即在英国伦敦制定的 《大都市开放空间法》中。在1906年修编的 《开放空间法》将开放空间定义为：任何围合或是不围合的用地，其中没有建筑物，或者少于1／20的用地有建筑物，剩余用地用作公园或娱乐，或者是堆放废弃物，或是不被利用[6]。这是开放空间的最早定义，也是适应当时人们生活及城市管理而产生的。

由于时代的不同和研究要求的不同，不同国家或学者对城市开放空间的概念界定也有不同。如，1906年英国修编的开放空间法(open space act）对开放空间强调的是有休闲功能的庭院空间[7]，美国1961年房屋法对开放空间(open space）的规定强调的是具有自然特征的环境空间，日本学者高原荣重认为开放空间是由公共绿地和私有绿地组成，强调的是城市的绿色空间[8]。在我国，部分学者认为，开放空间是指城市公共外部空间，包括自然风景、道路、广场、休憩空间和公共绿地等[9]；也有学者认为，开放空间一方面指较少封闭、比较开阔和空间限定要素较少的空间，另一方面指向大众开放的为多数民众提供服务的空间，不仅指绿地园林这些园林景观，而且城市的广场、街道、巷弄、庭院等要素也都在其范围内[6]。上述的种种对开放空间的定义，有些相似，有些有较大的差距，因为不同研究方向和立法角度不同，在所难免。但是，综合国外对城市开放空间100多年来的理论研究和实践，以及我国城市发展的现状，城市开放空间在目前应当有更深层次的内涵。这里的城市开放空间是指在一定的城市区域范围内，为人们提供公共活动的自然或人为的外部开放空间系统。

1．2 城市开放系统的构成

城市开放空间系统有水平系统和垂直系统2大支撑平台构成，水平支撑平台下，有绿色开放空间和灰色开放空间2大支撑体系，绿色开放空间体系包括绿地、园林和水体3要素；灰色开放空间体系包括对外交通空间、对内交通空间、广场和未绿化的空闲空地4要素。垂直支撑平台下，也有2大支撑体系，分别是地上和地下支撑体系，地下体系主要有停车场、商场、通勤道路和仓储4要素组成，地上主要指建筑屋顶的开放空间要素。

2 城市屋顶开放空间的综合利用

建筑屋顶空间是指在建筑上部由建筑外屋顶面和垂直护墙围合起来的建筑外部开放空间，是城市开放空间系统的支撑体系的要素之一。我国各地建造的房屋多是平屋顶，许多房屋没有上屋顶的楼梯，大多是薄板的平屋面，以往许多年来，这些屋顶除遮阳挡雨外，再无用处，顶层的住户常受夏热冬寒之苦，在城市视觉上也觉得单调、呆板。因此，屋顶不能有效发挥其使用功能，成了一种闲置资产，既不利于合理开发和利用，也造成了巨大的浪费。

2．1 光伏发电

光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。1839年，法国科学家贝克雷尔(Becqurel）发现，光照能使半导体材料的不同部位之间产生电位差。这种现象后来被称为 “光生伏打效应”，简称 “光伏效应”。1954年，美国科学家恰宾和皮尔松在美国贝尔实验室首次制成了实用的单晶硅太阳电池，诞生了将太阳光能转换为电能的实用光伏发电技术。

太阳能并网屋顶光伏发电系统具有许多优点，如安全可靠、无噪音、无污染；能量随处可得，无需消耗燃料；无机械转动部件，维护简便，使用寿命长；建设周期短，规模大小随意；可以无人值守，也无需架设输电线路，还可方便与建筑物相结合等；尤其是方便与建筑物相结合是常规发电和其他发电方式所不及的，也是建筑屋顶开放空间利用方式之一。在国外一些发达国家在20世纪90年代初就开始这方面的应用研究，如德国在1990年在世界上率先推出 “1000屋顶计划”，美国于1997年6月开始实施“百万太阳能屋顶计划”，日本在1994年开始实施 “朝日七年计划”以及还有欧盟的100万套屋顶太阳能光伏并网发电系统计划框架。预计到2010年，以上国家和地区用于房顶发电系统的太阳电池超过12000MW，约相当于1200万千瓦常规发电站，无论是环保效益、经济效益都极具规模[6]。

光伏发电将在中国未来的电力供应中扮演重要的角色，预计到2010年中国的光伏发电累计装机容量将达到600MW，2020年累计装机将达到30GW，2050年将达到100GW。根据电力科学院的预测，到2050年中国可再生能源发电将占到全国总电力装机的25%，其中光伏发电占到5%。但在建筑屋顶的开放空间上的到现在几乎还是空白，目前只有上海市在做这方面的论证研究。

2．2 屋顶绿化

屋顶绿化或屋顶花园起源于公元前2000年左右的古代幼发拉底河地区(即现在的伊拉克），古代苏美尔人建造的最古老名城之一Ur城的亚叙古庙塔，或称 “大庙塔”，是屋顶绿化的发源地。考古发现该塔三层平台上有种植过大树的痕迹[10]。

屋顶绿化，就是指在建筑物屋顶平面种植植物，以扩大城市绿色面积和空间，是改善城市生态环境的重要途径之一。这种绿化方式在北美各国及新西兰、澳大利亚等国家普遍流行，欧洲一些国家也很热衷。亚洲地区的新加坡、日本等国更是将屋顶绿化作为建筑设计中不可或缺的一部分。我国起步较晚，仅从20世纪80年代初才开始尝试屋顶绿化，但随着现代城市经济的发展和房地产行业的进步，屋顶绿化也正在逐步快速发展。屋顶绿化之所以能够被各国所接受，无疑是有着充分的合理性以及重要意义。

2．2．1 屋顶绿化的文化意义

不同风格类型的屋顶绿化成功的事例，体现出了现代科技和材料的发展和繁华的建筑创作所带给人民的生活方式的革命性的改变。屋顶绿化是在建筑屋顶场所中综合体现了园林艺术、建筑艺术，它是屋顶文化的发展和延续，是屋顶居住文化的再创新[6]。

2．2．2 屋顶绿化的生态效应

首先，屋顶绿化是政府增加城市绿化面积和人均绿化率的主要方法途径。其次，屋顶绿色植物通过光合作用吸收空气中的CO2和CO，放出大量氧气，改善和净化空气的功能，它是环境中CO2和CO的调节剂。第三，是蓄积吸收雨水。屋面雨水由于受污染不大，水质较好，稍加处理甚至不需处理即可用于一般城市用水，如冲洗厕所、浇灌绿地或用作水景；此外，对雨水的缓冲和截流功能会减少城市中由屋顶收集排放的雨水量，减轻城市排水系统的工作压力，进而可以减少市政设施的投资。第四，就是绿光波的保健功能，资料证明，照射到植物上面的阳光有20%～25%被叶面反射，林中及草坪上的绿光波能够保护人的眼睛，减少刺激。第五，是屋顶绿化能调节 “小气候”，降低城市 “热岛强度”，当外界温度大约在30℃时，没有绿化的屋顶面可以达到40～50℃，而有屋顶绿化的的屋顶基层10cm的温度则为的20℃[9]。第六，是降低城市噪音污染，实施屋顶绿化后的屋顶与沙砾屋顶相比，可降低噪声2～3dB。屋顶土层在12cm厚时隔音大约为40dB，土层厚度在20cm时隔音大概为46dB；最后生物相恢复效果也很明显。

2．2．3 屋顶绿化的经济效应

首先，屋顶绿化能保护屋顶建筑构造层。外界温度的变化会引起屋顶构造的膨胀和收缩，会使屋顶产生裂缝，从而导致雨水下渗。而屋顶绿色植物有效阻挡了阳光、紫外线对屋顶面的直射和辐射及雨水的直接接触，加上对夏天和冬天的极端温度调节，防止了建筑结构的大幅度热胀冷缩现象，在一定程度上保护了建筑资源和建筑安全，因此说屋顶绿化可以保护建筑物，并且可以延长其使用寿命。其次，屋顶绿化能节约能源。屋顶绿化可使建筑物周围环境温度下降0．52～1℃[11]。据有关资料表明，盛夏时屋顶绿化能使室内温度下降2～4℃，可使空调用电量减少20%～40%。有研究表明，绿色屋顶至少可以减少5%～15%的夏季用电量，大面积屋顶绿化，可缓解夏季城市的电能紧张的局面。第三，屋顶绿化是缓解城市土地紧张矛盾的重要途径之一。屋顶花园由于合理的利用了闲置的屋顶空间，为城市中高密度聚居区居民提供了户外交往活动的空间；它拓展了城市土地的传统的平面利用，提高了城市土地资源的利用率，是缓解城市土地供给紧张矛盾的重要途径[8]。此外，屋顶绿化提高了建筑的档次和品质，促进了房地产的销售，也促进科学技术及材料、设备方面的发展。

2．3 其他用途

屋顶开放空间的其他用途，没有以上两种应用的广泛，有的只是在个别建筑单体屋顶有所采用，如屋顶网球场、直升机停机坪等，屋顶网球场一般多为商业建筑顶层采用较多，如会馆、酒店等，其他一些公共建筑的屋顶也有，但不多见；而直升机停机坪在国内更为少见，在特大城市的特殊功能建筑和一些高层建筑的屋顶可能设计有，如指挥中心、大型消防站等。随着我国经济建设和城市建设的飞速发展，大中城市的超高层建筑不断增多，其中设置屋顶直升机停机坪的建筑也愈来愈多，由于 《高层民用建筑设计防火规范》的出台，这些高层屋顶也有直升机的停机坪。

3 结语

城市屋顶开放空间的利用能提高土地资源利用率，充分利用曾被建筑师们忽视的建筑外部空间，改善城市中高密度聚居区居民户外活动环境。通过在高密度聚居区的跨街天桥，将进一步完善城市立体开放空间系统开发利用。目前，我国正处于城市化高速发展阶段，急剧增加的城市建设活动与城市紧张的土地供给问题及严峻的城市生态环境危机，给规划师、建筑师与景观设计师们带来了机遇和挑战。无论是城市中心的高层建筑屋顶及群楼的开放或半开放的屋顶花园，还是在别墅屋顶、露台上供家庭成员休息的场所，都是一个具有吸引力和丰富内涵的户外活动环境。设计师们应运用理论与艺术引导土地使用者与从业者运用新思维、新手段、新技术、新材料去创造城市、实现梦想。

[1]房庆方，宋劲松，马向明，等．营造开放空间，提高城市品质 [J]．城市规划，1998，（6）：33-38．

[2]张春阳．人·开敞空间·城市．跨世纪城市规划师的思考 [M]．北京：中国建筑工业出版社，1995：98．

[3]叶 冰，李 平．准确理解 《明日的田园城市》所体现的思想内涵——评介世界名著 《明日的田园城市》[J]．地域研究与开发，1998，（2）：93-94．

[4]杨永春．西方城市空间结构研究的理论进展 [J]．地域研究与开发，2003，（4）：1-5．

[5]顾朝林，徐海贤．改革开放二十年以来城市地理学的研究进展 [J]．地理科学，1999，（3）：320-331．

[6]余 琪．现代城市开放空间系统的建构 [J]．城市规划汇刊，1998，（6）：49-56．

[7]高原荣重，（杨增志等译）．城市绿地规划 [M]．北京：中国建筑工业出版社，1983：213．

[8]卢济威，郑 正．城市设计及其发展 [J]．建筑学报，1997，（4）：4-8．

[9]黄金祈．屋顶花园·设计与营造 [M]．北京：中国林业出版社，1998：8-9．