天泉生态屋顶绿化技术在“海绵城市”建设中的应用——以湘江新区交通枢纽中心屋顶绿化工程为例

张翼维，马 攀，陈善湘，李尝君，杨剑华

（湖南天泉生态草业工程有限公司，湖南　长沙 410205）



天泉生态屋顶绿化技术在“海绵城市”建设中的应用
——以湘江新区交通枢纽中心屋顶绿化工程为例

张翼维，马 攀，陈善湘，李尝君，杨剑华

（湖南天泉生态草业工程有限公司，湖南长沙 410205）

摘 要：以长沙湘江新区交通枢纽中心屋顶绿化工程为例，介绍了天泉生态屋顶绿化专利技术的应用情况。该技术以无土生态基质和耐旱耐贫瘠植物为载体，将防渗、隔离防根、保水、轻型基质、植被等合为一体应用于城市屋顶绿化。实践表明：该技术可增加储水量36～50 L/m2，可使建筑内部平均降温2～3℃，同时节约空调耗电量20%～40%，对城市水资源的减流、削峰、再利用效果显著，在“海绵城市”建设中具有较好的应用前景。

关键词：天泉生态屋顶；海绵城市；蓄水

近年来，我国城市水生态平衡严重受损，影响了城市居民身体健康以及城市社会经济的可持续发展。面对城市水资源现状，党中央、国务院提出：建设自然积存、自然渗透、自然净化的“海绵城市”，即利用城市下垫面对降雨的蓄存，让城市似“海绵”吸收和释放雨水，从而适应城市环境变化，应对自然灾害［1］。生态绿化屋顶作为“建筑屋面—绿地—硬化地面—雨水管渠—城市河道”五位一体的第一步，其源头减控效果显著，可实现对城市降雨的“渗透、滞留、蓄存、净化、回用、外排”，有利于构建新型的城市低影响雨水开发系统［2］。

根据国内外相关资料显示，“天泉生态屋顶”具有的技术特性和创新设计已达到国外简洁屋顶绿化同类技术的先进水平，拥有多项专利和专有技术。“天泉生态屋顶”以天泉无土生态基质、景天科植物和耐旱、耐热灌木为主要材料［3］，采取将隔离层、过滤排水层、种植层、植被层合为一体的技术结构，工厂化生产后安置到屋顶。屋顶植物无需精细管理就具有蓄水、保水之功效，且无积水现象发生，能实现对城市降雨的再利用，既可减少人工灌溉、节水，同时又有明显减流、削峰作用，可在南方“海绵城市”建设中广泛应用。

1 湘江新区交通枢纽中心屋顶绿化方案

1.1 湘江新区交通枢纽中心概况

长沙湘江新区交通枢纽中心位于长沙湘江新区的核心区域，湘江新区是中部第1个国家级新区，正努力朝全国两型社会建设引领区发展。该地区属亚热带季风性湿润气候，1月平均温普遍在0℃以上，夏季较热，7月平均气温约25℃，年降水量在1 400 mm以上。随着“海绵城市”建设工作的推进，城市水系统建设以及城市立体绿化日趋受到人们的重视，湘江新区交通枢纽作为集地铁、长短途客运、城市公交、出租车、社会车辆等多种交通功能及多种商业功能于一体的城市交通综合枢纽，其屋顶节能绿化措施势在必行。

1.2 湘江新区交通枢纽总体屋顶绿化方案

根据湘江新区交通枢纽中心屋顶特点，结合外界气候因素以及天泉生态屋顶植被的生长特性，确定整个屋顶以“海绵城市”建设的要求进行设计、施工，项目将屋顶排水管系统连入地下蓄水池，从而实现对城市水资源的循环利用，同时发挥其对城市水资源的区域调控作用。屋顶植被主要为小乔木、灌木、藤本、地被草坪等，修筑蓄水池，使之与天泉生态屋顶草毯形成乔-灌-草以及多种水景的景观配置，通过一段时期的生长形成稳定的生物群落，实现雨养型屋顶绿化（见图1）。

图1 湘江新区交通枢纽屋顶绿化鸟瞰图

湘江新区交通枢纽屋顶绿化工程将整个屋顶设计为3个主要功能区，该屋顶项目建成后不仅能发挥收纳城市降雨、调节所在区域雨水资源的功能，还能发挥休闲、运动、科普的作用，为城市居民提供绿色生态的娱乐休闲场所（见图2和图3）。

2 湘江新区交通枢纽中心屋顶绿化实施步骤

2.1 屋顶基础建设施工

屋顶基础建设施工主要包括：工程放样、放线，屋顶排水沟、盲沟以及种植区排水层修筑。施工过程中需将该工程的排水系统接入建筑物已有的排水管道，通过湘江新区交通枢纽中心地下蓄水池对城市雨水进行收集，水体经过处理后可用于屋顶以及建筑物周边的植物养护，实现对城市降雨的储存、缓释作用。

另外，为了避免因长时间降雨导致的屋顶渗漏以及屋顶植物烂根、死亡现象，屋顶绿化工程中还需回填厚约40～50 cm的天泉无土营养基质（采用“高活性腐殖酸复混肥及其制备方法”的发明专利技术，专利号：ZL201010511374.1），并铺设防渗层、隔离层、保水层等（图4）。同时，这一措施还可在一定程度上缓解昼夜温差过大对屋顶寿命的不利影响。需注意的是：增加的喷灌设施需接入建筑物的排水系统，以提供屋顶植物后期生长所需水分。

图2 湘江新区交通枢纽屋顶绿化功能布局图

图3 湘江新区交通枢纽中心屋顶现状实景

2.2 屋顶植被的种植

图4 湘江新区交通枢纽中心屋顶营养基质回填

屋顶基础建设工程完成之后采用天泉特有的屋顶营养基质进行屋顶植物种植。该基质源于天泉的专利和专有技术，产品原材料为农业有机废弃物，无毒无害，经生物发酵后无虫卵，且质地轻、保水性强、营养丰富，有利于植物的正常生长［4］。

屋顶草坪采用天泉系列配方草种技术和天泉特有的佛甲草种植盘（专利号：ZL200520051596.5X，是天泉为适应市场不同层次的需求而研制的独有技术，见图5），其植被均属于能适应屋顶高温、干旱气候环境的景天科植物。同时，为满足屋顶绿化的景观效益以及喷灌设施范围，只需对佛甲草种植盘的摆放方式进行规划，在保持屋顶植被成活的同时，形成较好的即时景观效果。

图5 天泉新型屋顶绿化种植盘模型（专利）

3 湘江新区交通枢纽中心屋顶绿化初步成效

3.1 屋顶植被的生长概况

湘江新区交通枢纽屋顶绿化工程于2014年5月开始修建，到2015年11月屋顶植物生长状况如图6所示。从图6中可以看出，屋顶植被基本全部恢复正常生长，尤其是景天科植物中的佛甲草，其平均株高达10～15 cm，且呈毯状，对降雨的吸收、滞纳能力较强，能在一定程度上缓解湘江新区交通枢纽区域内的雨洪管理压力。

图6 湘江新区交通枢纽中心屋顶植被的恢复概况

3.2 屋顶乔、灌、草配置

该项目根据湖南地区的气候条件以及适应高层屋顶绿化的需要，以具有耐旱、抗高温、耐寒、浅根和易养护等特点的月季、柏树、铁树、石楠、兰引草毯、佛甲草和蔓长春等常绿灌木、花卉、草坪作为主要绿化品种。2015年11月，该工程灌木、花卉、草坪的生长状况如图7所示。从图7中可以看出，灌木、花卉、草坪已完全恢复正常生长，95%以上的灌木已萌生新枝，天泉生态屋顶草100%存活且地上部分和地下部分的生长势均较好，植物根系广泛分布于整个屋顶种植层，在满足屋顶景观效果的同时，充分发挥了滞留雨水、节能减排、缓解热岛效应等作用。

另外，屋顶绿化在增加城市绿色空间的同时，通过建筑雨水管断接技术，将雨水管线接入湘江新区交通枢纽中心地下水体收集池集中贮存雨水，水体经净化处理后可“反哺”湘江新区交通枢纽中心的屋顶绿化、周边绿化养护、景观用水、补给地下水等，从而改善了城市生态环境。

图7 湘江新区交通枢纽中心乔、灌、草的配置状况

3.3 湘江新区交通枢纽中心屋顶绿化工程在“海绵城市”建设中作用

3.3.1 水资源再利用现状 该项目利用小型、低成本的景观方式来控制降雨所产生的径流，在项目规划设计中，设置水池并种植水生植物（如图8所示），并将管线接入湘江新区交通枢纽中心的排水系统，构建新型的城市低影响雨水开发系统，实现了雨养型屋顶绿化。实践表明：该技术可增加储水量36～50 L/m2。目前，该屋顶绿化工程基本实现对城市降雨的资源化利用，收储的城市降水基本可满足屋顶绿化植物生长所需的水分，在一定程度上降低了城市建设成本。同时，该项目保护利用了天然水系，使屋顶中的园林、绿地及景观水体与建筑物的水利调蓄设施相结合，形成城市防排水体系，降低了城市市政建设、运营、维护费用。此外，该项目还可在一定程度上降低城市水灾发生几率，减少水灾造成的经济损失以及治理水环境所产生的费用，经济效益显著。

3.3.2 隔热保温效果 天泉大型屋顶绿化为城市形成一片“空中森林”，成功实现绿地资源再生，将极大地改善城市的小气候，缓解城区的“热岛效应”。经测试：完整的屋顶绿化可使建筑内部平均降温2～3℃，同时节约空调耗电量20%～40%。

图8 湘江新区交通枢纽中心屋顶绿化工程水资源再利用现状

3.3.3 吸尘降霾作用 天泉大型屋顶绿化，丰富的植物材料和平地的植物一样，具有释放氧气、吸收二氧化碳、吸收有毒气体、吸附尘埃等作用。据专业测试：每平方米每天吸收二氧化碳15 mg，释放氧气9 mg；吸尘滞霾作用明显，可吸收灰尘150～200 g/（m2·a）左右。

屋顶绿化能调节空气湿度、使城市空气清新、洁净、与地面植物相比，屋顶植物生长位置较高，能在城市上空多层次地净化空气，起到地面植物达不到的效果。还可以调节人们的视觉感受，对身居闹市环境中的人们减缓紧张度、消除工作中的疲劳、减缓心理压力起到良好的调节作用。

4 结论与讨论

为解决城市水生态失衡及城市雨洪问题，实现水资源永续利用，全国16 个城市率先进行“海绵城市”建设。“海绵城市”也称为“低影响开发雨水系统构建”（Low Impact Design or Develop-ment，简称LID），即降雨时，通过具有“吸收、存储、渗透、净化”功能的系统管理城市降雨。

屋顶绿化作为有限城市空间内提高绿地率最有效的方法之一，即有利于改变城市的空中景观、净化城市空气、降低城市热岛效应，也可通过屋顶绿化提高城市蓄水能力，减少城市降雨的下泄和流失。据估计，实施屋顶绿化后，建筑物屋顶可滞留50%的城市降雨，降雨可贮藏于植物根部、栽培基质或屋顶水池中［5］，降低对地下水道的压力，有利于城市大气环境平衡及城市水环境管理。同时，屋顶绿化还具有明显的隔热保温效果和吸尘降霾作用。

湘江新区交通枢纽中心屋顶生态绿化工程，采用“天泉新型屋顶绿化技术”与传统屋顶绿化技术相结合的方式，其中“天泉新型屋顶绿化技术”将防渗层、隔离防根层、保水层、轻型基质层和植被层连成整体，方便安装和维护，且无须对屋顶进行特殊处理，适用于各种新、旧建筑屋顶，具有较强的可推广性［6］。

通过对湘江新区交通枢纽中心屋顶绿化工程的观测发现，3个月内，屋顶植被根系可深入营养基质或土壤中，植物恢复正常生长后，地上部分与地下部分相结合，可降低土壤以及生态基质的流失率，增加对城市降水的滞留量，缓解城市内部洪涝灾害；同时，还可改善城市环境，加强屋顶绿化工程的景观效果，促进湖南省“海绵城市”的建设工作。据估算，该屋顶绿化工程可增加储水量36～40 L/m2，使建筑物平均降温2～3℃，节约空调耗电量20%～40%，达到了“海绵城市”建设的目标。

综上所述，以“天泉新型屋顶绿化技术”与传统屋顶绿化技术相结合的方式进行屋顶绿化，可实现快速、有效、可持续屋顶覆绿，是集生态效益、经济效益、社会效益于一体的屋顶绿化工程，该工程可满足“海绵城市”建设要求，实现对城市生态环境影响最低的开发建设，值得广泛推广。

参考文献：

［1］ 胡灿伟. “海绵城市”重构城市水生态［J］. 生态经济，2015，31（7）：11.

［2］ 刘 品，王 庆. 海绵城市：从理念到实践［J］. 建筑设计管理，2015，（5）：42.

［3］ 刘维东. 成都市屋顶绿化植物的选择及其生态效益研究［D］. 雅安：四川农业大学，2006. 2-10.

［4］ 殷丽峰，李树华. 屋顶绿化基质的选择及绿化种植模式的建立［J］.风景园林，2006，（4）：46-49.

［5］ 叶建军. 屋顶绿化对城市水环境的改善［J］. 水土保持研究，2007，（4）：186-187.

［6］ 瓦你特·科尔，布塔西洛·施瓦茨. 屋顶绿化［M］. 沈阳：辽宁科学技术出版社，2002. 15-85.

（责任编辑：成 平）

Application of Tianquan Ecological Roof Green Technology in Construction of “Sponge City”——Taking the Roof Greening Project of the Traffic Hub in Xiangjiang New District as An Example

ZHANG Yi-wei，MA Pan，CHEN Shan-xiang，LI Chang-jun，YANG Jian-hua
（Tian-Quan Ecological Grass Engineering Co. Ltd， Changsha 410205， PRC）

Abstract：Taking the roof greening project of the traffic hub in Changsha Xiangjiang New District as an example， introduced the application situation of Tianquan ecological roof green patent technology. The technology took the non-soil ecological substrate and the drought tolerant plant as the carrier， applied prevent leakage， anti-root isolation， water retention， light substrate， vegetation and so on as one to the urban roof greening. Practice showed that the technology can increase the storage capacity 36～50 L/m2， can make the interior of the building an average temperature drop 2～3℃， save the power consumption of air conditioner is 20%～40% at the same time， have the significant effect on the reduction of the urban water resources， peak shaving， and recycling， there is a good application prospects in the construction of “sponge city”.

Key words：Tianquan ecological roof； sponge city； water storage

中图分类号：S731.2

文献标识码：A

文章编号：1006-060X（2016）05-0069-04

DOI：10.16498/j.cnki.hnnykx.2016.05.020

收稿日期：2016-03-16

作者简介：张翼维（1963-），男，湖南宁乡县人，高级园林工程师，主要从事生态屋顶绿化的研究与应用、无土生态草毯的研究与应用、生态环境治理等工作。