绿色建筑中的立体绿化——国内相关研究与应用（下）

袁凌 / YUAN Ling

绿色建筑中的立体绿化
——国内相关研究与应用（下）

袁凌 / YUAN Ling

立体绿化作为一种设计理念与建筑技术，对于绿色建筑具有很多积极的意义。本文上半部分从绿色建筑的角度，对国内近年的立体绿化相关研究进行了综述，分析这一领域取得的进展和存在的不足，探讨了未来相关研究工作的重点方向。本文的下半部分对我国绿色建筑中的立体绿化应用典型案例进行研究，总结了其在应用中的基本原则，并展望了未来理论与实践相结合的发展趋势。

立体绿化 绿色建筑 研究综述 案例研究

1 概述

无论大江南北，立体绿化在我国普通民用建筑中的应用都有着悠久的历史，并且在各个地区体现出不同的智慧。例如，在北京老城的胡同中，居民们利用一切可利用的空间种植攀爬类的观赏植物和瓜果蔬菜等，已有数百年的历史，成为北京胡同景观和居民菜篮子不可分割的一部分；又如在陕北黄土高原的窑洞建筑中，上层窑洞利用下层窑洞的屋顶作为绿化庭院、菜园的现象也很常见。而在我国南方地区，特别是气候温和、降雨充沛的四川盆地和岭南地区，多层住宅、办公楼顶上的屋顶花园或菜园非常普遍，几乎与平屋面系统引入这些地区同时出现。在人地矛盾突出的浙江农村，还出现了在普通低层住宅屋顶上种植水稻大获成功的案例（图1）。这些传统智慧与创新精神，都是绿色建筑可以不断学习借鉴的宝库。

现代意义上的屋顶绿化和垂直绿化技术源自西方。我国于1970年代后期开始在一些公共建筑屋顶进行花园式的屋顶绿化，早期具有代表性的案例有广州的东方宾馆、北京的长城饭店、上海的华庭宾馆等，这些工程按照现代建筑的设计与建造方法，科学系统地解决了荷载、防水、阻根和运维等问题，不仅设计精美，景观游览效果和地面园林基本无异，而且经历了时间的考验，大多至今仍然绿意盎然，游人如织。但这些花园式屋顶绿化案例是建立在大量资金投入的基础之上的，一般只有高端酒店、商场才能负担得起高昂的建造和运行费用（即意味着较高的人工、能耗和用水量），并不完全符合绿色建筑的理念。

图1 立体绿化在我国普通民用建筑中的应用案例

进入21世纪，随着我国高速的城市化进程，大城市特别是一二线城市的园林绿地被大量鲸吞蚕食，建筑密度越来越大，城市热岛效应、空气污染、洪涝灾害等问题越来越突出，立体绿化成为一种有效且必要的补救措施。北京等城市在筹办2008年奥运会期间开始大力推广屋顶绿化，政府出台了一系列的鼓励政策和技术指引，在新建和既有公共建筑范围进行了推广。2006年国家《绿色建筑评价标准》（GBT50378-2006）的颁布，为立体绿化在绿色建筑中的应用指明了方向，从此立体绿化在绿色建筑中的应用越来越广泛。

另一方面，随着生活水平的提高，人们对绿色、生态、健康生活的关注越来越多，随着2010年上海世博会的举办，西方国家近年来兴起的以帕德里克 · 布朗克（Patrick Blanc）为代表的绿墙（Living Wall）时尚风潮对我国影响甚大。2010年后，我国的立体绿化应用进入新的快速发展阶段，出现了越来越多的优秀应用案例。

2 立体绿化在我国绿色建筑中的应用案例

本文主要选取若干典型的应用案例，分析立体绿化在我国绿色建筑中的发展水平、特点和存在的问题，探寻立体绿化未来的发展方向以及未来研究领域的相应需求。

2.1 山东交通学院图书馆：因地制宜、低成本与适宜性的立体绿化

图2 山东交通学院图书馆的屋顶绿化、边庭绿化（来源：袁镔，2007）

山东交通学院图书馆是我国绿色公共建筑的经典作品，是首批获得绿色建筑三星级设计标识和二星级运营标识的示范项目，该项目提出的被动优先、主动优化、优先选用低成本+适宜性技术（包括地道风、拔风中庭、南侧阳光边庭、外遮阳等）等基本设计原则，较低的造价（4 500元/m2，包括土建、设备和装修），以及建成后在节能、节水和室内环境等方面的卓越表现，对于我国绿色建筑特别是公共建筑的发展具有重要的指导意义。

该建筑采用了多种低成本、易维护的立体绿化形式（图2）。屋顶为上人屋面，为学生提供一个放松、交流与休憩的环境空间，同时考虑造价与维护因素，用加气混凝土植草砖代替大面铺装，另外，在女儿墙、结构柱顶附近布置小型花池、棚架和座椅，种植耐旱耐寒的小型乔木、灌木和攀爬类植物（袁镔，2007）。这种设计的荷载、造价和实际功效均介于简式与花园式屋顶绿化之间，体现出建筑师不拘一格、因地制宜的灵活创作手法。

为了利用冬季日照形成“温室效应”，从而降低采暖能耗，该建筑南侧设置了阳光边庭。阳光边庭为学生提供了自习和交流的咖啡厅，地下室为设备用房。为了形成四季如春的室内环境，在边庭内部，结合建筑结构布置了一些树池和花池，在端部侧墙上设计了一个跌水及水生植物环绕的水池以改善室内湿度。这些点缀性的立体绿化设计手法，用量很小却层次丰富，取得了很好的视觉和环境效果。此外，该建筑还结合层层后退的露台，在东侧山墙设置了花池与棚架，形成攀爬类垂直绿化，作为各层阅览室的室外交流与休憩空间，同时也成为建筑立面的一大特色（图3）。

总体而言，该建筑根据绿色建筑的理念，因地制宜、不拘一格地采用了多种与建筑结构和构造紧密结合的、低成本的立体绿化方式，很好地控制了建造与维护成本，同时取得了良好的环境和景观效益。

图3 山东交通学院图书馆东侧山墙的棚架垂直绿化（来源：袁镔，2007）

图4 深圳建科大楼屋顶花园、6层平台花园示意（来源：张炜，2013）

2.2 深圳建科大楼：以生态恢复为目标的高层办公建筑立体绿化

深圳建科大楼也是我国经典的绿色建筑之一，特别是对南方夏热冬暖地区的高层公共建筑而言，具有很好的示范意义。深圳建科大楼采用的立体绿化技术比较简单，以屋顶（平台）绿化为主，但是通过巧妙的设计取得了很好的生态效果。

首先，建筑师将立体绿化纳入广义的自然生态环境背景中，提出了补偿恢复与大楼占地（3 000m2）同样多面积的空间给自然的设计目标，突出了“与自然和谐共生”的绿色建筑理念（张炜，2013）。其次，建筑师巧妙地结合该办公楼的功能与流线组织，在地下车库下沉采光庭院、6层平台和屋顶设置性质不同的空中庭院，将自然生态系统引入建筑内部，并与建筑物的使用功能很好地结合起来。例如，6层平台实际上是整个建筑在空中的公共活动空间，以会客接待、会议、交流讨论、休息及儿童活动为主，立体绿化设计手法丰富多样，包括各种（喜阴观赏植物）花池、水生植物、下垂式植物、攀爬类植物等，配合各个活动空间灵活布置，创造出高效舒适的室外环境。

另外，深圳建科大楼还将提升生物多样性和发展都市农业作为设计目标，建筑师充分利用南方适宜的气候，丰富的植物种类，以及中水灌溉等人工辅助设施，在建筑内外创造了从地下室庭院到屋顶的各处绿化平台、花池、水池（图4）。经过几年的经营和自我完善，这里形成了一个可持续发展的生态系统，各种树木、灌木和花草都在人工环境中茁壮生长，一些昆虫、水生动物、小鸟和员工饲养的小动物逐渐安家。广大员工及家属也积极参与到瓜果蔬菜的种植中，不但收获了食物，而且获得了身心健康。这个过程增强了企业凝聚力，使生态绿色的理念深入人心，充分实现了立体绿化的综合价值。

图5 上海市委党校东立面，左侧深色部位为绿墙（来源：陈剑秋，2013）

2.3 上海市委党校：回归经济合理的立体绿化

在2010年上海世博会上，很多场馆采用立体绿化特别是绿墙模式，取得了很好的视觉和宣传效果，也让绿墙这种新型立体绿化形式在国内公众和建筑师中获得很高的关注，在随后的许多建筑和室内设计包括绿色建筑中获得越来越广泛的应用。虽然相对于攀爬类垂直绿化，绿墙具有见效快、植物种类多、视觉效果丰富等优点，但也存在设计与构造复杂，建造和维护成本高，植物生长风险较大等弊端，失败的案例在国内外比比皆是。

目前在国内实际项目中，室内绿墙的应用已相对成熟，而室外绿墙的应用还处于探索阶段，成功的案例也比较少。上海市委党校的绿墙是在总结上海世博会相关项目经验基础上，考虑长期运维的需要，在各个方面均进行了改良的一次有益尝试（图5）。

上海市委党校大楼采用了屋顶花园、模块化绿墙和藤本植物攀爬钢丝网3种立体绿化方式。据建筑师和绿墙设计师介绍（彭璞，2011；顾文斌，2014），该项目在设计中追求绿色建筑中立体绿化所必须具备的特征：功能实用、节能环保、造价可控、长期维护便捷低廉、景观效果持续保证，以及生态效益显著，等等。

上海市委党校大楼东立面采用了大面积模块化绿墙（图6），总面积约为430m2，设计与施工吸取了上海世博会期间很多大型绿墙的教训，如：（1）植物品种的选择方面，只考虑短暂的视觉效果，而对长期的生长和环境因素考虑不足。例如，对上海夏季的高温和冬季的湿冷以及台风和梅雨季节等问题考虑不充分；又如多种植物混合种植，后期修剪、施肥、打药维护难度极大，而且由于植物生长周期不同，长势较快的品种往往把长势慢的品种吞噬掉，无法实现设计师最初的设想，等等。（2）种植容器空间太小，介质选择不合理，制约了植物生长。（3）缺乏科学、合理的灌溉系统设计以及使用、维护的常态化管理，绿墙往往在高温季节遭到毁灭性的打击。因此该项目的绿墙系统重点根据节能环保、造价可控、长期维护便捷、景观效果持续的目标，进行了大量的改良工作，如绿墙模块安装、维护的便捷性和稳定性、植物生长的可持续性等。

图6 上海市委党校绿墙外观与构造示意（来源：陈剑秋，2013）

该项目运行数年来效果良好，其绿墙系统在上海及华东地区的其他项目中得到一定推广，较好地发挥了三星级绿色建筑的探索和示范作用。

2.4 北京四中房山校区：各种空间融合的田园学校

北京四中房山校区是近年建成的优秀绿色建筑作品，获得了业界的一致好评。该建筑在立体绿化应用方面也有独到之处，建筑师将“田园学校”作为该建筑的基本立意，最终呈现出建筑、绿化（景观）与使用活动融为一体的效果，也反映了该作品受到西方“景观建筑学”影响的一方面。

建筑师李虎（2015）观察到中国城市学生迫切需要“更多充满自然的开放空间”，而场地的局限（和北美典型的学校相比，绝大多数中国学校用地过于紧张，而且大多位于高密度的居住区）则使建筑师创造出“在垂直方向上创建多层地面的设计策略”：学校的功能空间被组织成上下两个部分，花园穿插其间，大地景观与建筑空间融为一体。建筑师刻意打破了屋顶、室外地面、地下室及裙房的界限，将3者通过斜坡屋面连成整体，形成与大地相连的屋顶绿化，大量倾斜的屋顶不但丰富了建筑造型与室外活动空间，也丰富了绿化景观（图7）。

上部建筑主要容纳教学、实验、办公和住宿等功能，并连成一个整体，屋顶则规划为一个有机农场，为学校36个班级提供36块实验田（图8），让学生与自然零距离接触，学习种植的方法和体验收获的乐趣。这种做法较常规的学校屋顶花园更能引起学生和社会的浓厚兴趣。

2.5 北京园博府居住小区：科学系统的立体绿化规划方法

图7 北京四中房山校区屋顶农田（来源：林波荣 等，2013）

园博府居住小区是北京长辛店生态城的首发示范项目（图9）。该项目在立体绿化应用方面有两个特点：一是在宏观层面的生态规划中，根据生态目标对立体绿化（主要是屋顶绿化）进行了规划，并以屋顶绿化率（屋顶绿化面积占屋顶面积的比例）的形式落实为每个地块的控制性指标；二是屋顶绿化与其他绿色建筑技术系统的协调。

长辛店生态城在规划层面提出了建筑节能、可再生能源/清洁能源利用、碳排放与碳汇、雨水径流控制与利用、热岛效应控制等一系列生态目标，并进一步根据相关理论，在各个地块的控制性详细规划中落实为一系列的生态控规指标。比如屋顶绿化在建筑节能、雨水径流控制与利用、热岛效应等方面都有一定贡献，规划师经过一定的量化计算，在园博府小区所在地块给出了屋顶绿化率70%的控制性指标（叶祖达，2011；鞠鹏艳，2011）。该方法具有清晰的生态目标（即计划达到的生态效应）、相对明确和系统的计算方法和指标体系，虽然在与实际结合时还存在一些理论和技术问题需要完善（袁凌，2012），但仍不失为一种相对科学系统的立体绿化规划方法，在生态规划、立体绿化专项规划中有一定的借鉴意义；这种以量化的生态效应目标控制立体绿化设计的方法，也是未来绿色建筑中立体绿化设计的重要发展方向。

另一方面，除了屋顶绿化率70%的指标外，园博府小区还需要满足其他多项生态指标，包括可再生能源利用率21%、雨水回收设施、在现行规范基础上再节能21%等，这需要屋顶绿化在有限的屋顶空间，与太阳能集热器、新风热回收机组与管道等设备相协调，建筑师采用“复合屋顶式”设计，将太阳能集热器整体架空抬高4m，成为建筑造型的一部分，下方屋面布置15cm厚度的简式绿化，种植耐旱耐寒的多种景天科植物，实际运营效果良好。

2.6 成都、上海等城市的区域性案例调查

图8 北京四中房山校区屋顶绿化剖面示意（来源：林波荣 等，2013）

除了以上优秀的应用案例，还有一些区域性的案例调查具有较高的参考价值。这些研究一般以某个城市为对象，从宏观视角对立体绿化的应用现状进行调查和分析，能够比较客观地反映实际的整体发展水平和存在的问题。

成渝地区是我国立体绿化应用较为广泛的地区。黄瑞等（2015）基于地理信息技术（Geographic Information System，GIS）对成都市二环路以内的屋顶绿化现状进行调查，获得一些很有价值的基础数据：首先，该区域内屋顶绿化总面积达142.2hm2，绿化率为13.4%，这表明成都市的屋顶绿化水平在全国处于领先地位，但仍然有巨大的潜力；其次，屋顶绿化水平分布不均匀，一、二环路之间屋顶绿化率明显高于一环路以内，城中心区域最低，与不同区位所对应的建筑类型、建筑年代以及屋顶形式有关；再者，该研究表明7层及以下的居住建筑是成都屋顶绿化的主力，绿化率为17.1%，商业建筑及公共建筑屋顶绿化率都不到5%，居住建筑屋顶绿化面积占整个屋顶绿化面积的94%，而且居住建筑屋顶绿化以（私家）花园式为主，如果单从绿量即生态效应来衡量，商业建筑和公共建筑的屋顶绿化几乎可以忽略不计。这些数据与笔者在成渝地区的直观感受相符，与其他地方主要推广公共建筑屋顶绿化、主要研究适合公共建筑的屋顶绿化技术和政策的方向相左，值得思考。

由于气候温和、降雨充沛、物产丰富，成渝地区的城市居民在经济还不发达的1970、1980年代，只需要付出少量资金和劳动，就能够在平屋顶上建起一座花园或菜园，居民自发建造的私家花园或菜园式屋顶绿化一直是成渝地区立体绿化的主要类型，具有广泛的群众基础。大多数能上人的平屋面都被顶层住户占据，在福利分房时代就成为一种常见现象。在住房商品化时代，成都楼市则有“金顶银地”之说，意味着顶层住户在购买的时候多花了钱，开发商、物业、其他住户也就默认了顶层住户的屋顶绿化改造行为。由于能够直接从屋顶花园中享受节能、降噪、景观、健康和都市农业等生态价值，所以顶层住户大多能够精心实施和维护，而公众也享受到降低热岛效应、雨水蓄滞、净化空气、提高生物多样性等外部价值，社会在一种约定俗成的氛围中达成共识，解决了看似复杂的产权法理问题，这非常值得其他地区借鉴。

孙金金等（2015）通过对上海市已建成实施的74个绿色建筑（其中公共建筑47个，居住建筑27个）进行全面调研，详细分析了建筑立体绿化的实施与运行情况。该调查表明，上海市立体绿化在绿色建筑中的应用比较普遍，但存在一些差异与实际运行问题。

首先，调查的47个公共建筑中有26个（55%）实施了屋顶绿化，8个（17%）实施了垂直绿化，而27个居住建筑均未采用立体绿化。对比上文引用的成都市的相关调查研究，无论对于立体绿化还是绿色建筑来说这都是一个令人尴尬的现实。

该调查还表明，立体绿化的实施效果与投入成正比：随着公共建筑绿建星级的提高，立体绿化应用比例也相应升高，业主投入也较多，实施效果也更好。上海绿色建筑中，屋顶花园即密集型屋顶绿化（intensive green roof）的数量占比较高，且都配备了灌溉系统，由专业人员定期维护，运行效果较好，国外常见的低成本的开敞型屋顶绿化（extensive green roof）占比反而较少，且存在一些植物长势不好的情况。

上海的这些现象并不符合绿色建筑的初衷，实际上，以较少的投入和消耗获得较大的生态效应才是根本目的。这表明我国绿色建筑中的立体绿化应用总体上还处于较低水平，不少项目陷入了“高星级=高投入”的误区。此外，立体绿化在绿色建筑实际运行中的运维成本、节能等实际效益，还缺乏实测数据。

图9 园博府居住小区屋顶绿化

3 结论

根据对绿色建筑优秀应用案例以及实际应用情况的考察，本文选取的5个优秀应用案例，分别说明了立体绿化在绿色建筑应用中应该遵循的5个基本原则：

（1）因地制宜原则。“地”不仅指项目所在的地域及其气候、生态、环境等特征，也指项目的需求和特征，甚至具体到所需要绿化的空间的需求和特征。立体绿化必须建立在这些基础条件之上。

（2）生态友好原则。对绿色建筑而言，设置立体绿化最根本的原因是密集的建筑活动对自然环境以及人类身心健康造成了扰动和负担，而建筑周边的普通绿化无法弥补，或难以满足使用者对自然环境近距离接近的需求。因此立体绿化的设计应以生态友好为原则，以生态修复或补偿为目标，力求通过合理的、创造性的设计降低对环境的压力，产生最佳的生态效应；同时满足使用者的亲生物性需求，巧妙地将建筑空间与绿化相结合，提供健康、适用和高效的使用空间，使人工建筑环境、人类活动与自然和谐共生。

（3）经济合理原则。绿色建筑关注全生命周期内“最大限度地节约资源”，对立体绿化的最低要求是不能成为建筑和环境的负担，最有效的操作方法就是根据项目定位，充分考虑运行维护的需求，采用合理的设计、构造技术、植物配置，严格控制建造和运行维护的费用。

（4）空间融合原则。在技术进步、生活与文化愈加多样化的背景下，未来建筑的发展将不断突破既有的藩篱，现有的屋顶绿化、垂直绿化，甚至屋面、墙面、地面这些概念也可能变得模糊不清，相互交融，不仅如此，建筑与景观、农业、林业、环境科学的融合、相互促进与刺激，还会产生更多的新概念、新形式和新技术。

（5）科学系统原则。我国绿色建筑发展到今天，越来越需要用性能和数据说话；立体绿化的应用归根到底应该基于对其全生命周期内生态效应和负荷的准确计算，这有赖于大量科学系统的基础研究，决策者才能够做出客观准确的判断。而规划设计者也应丰富自己的知识和方法，不能仅满足于美学和经验，以及粗略的类推，而应该和研究者一道逐步建立科学的计算模型和指标体系。

总体而言，立体绿化在我国绿色建筑中的应用还处于起步阶段，即从刚刚解决“有无问题”到迈向“实施好、维护好”的阶段。大多数建筑师和设计师仍然主要凭经验和美感对立体绿化进行设计，主要关注视觉效果、构造做法和植物搭配；在运行维护方面，整个行业还在摸索之中，虽然积累了一些经验，但尚未形成完整成熟的体系。而在绿色建筑最核心的生态效应方面，实际应用还很少涉及，生态效应的获得基本“靠天吃饭”，缺乏相关专业的深度合作，缺乏量化的生态效应目标及相应的科学系统的计算与设计方法。将生态效应的相关研究成果科学系统地应用到规划设计的方法中，将是未来立体绿化研究与应用重点结合的方向。

项目信息

山东交通学院图书馆

建筑师：袁镔，清华大学建筑学院

地点：山东济南

设计：2001年

建成：2004年

建筑面积：1.5万m2

绿色建筑标识：首批三星级设计标识（2006年）、二星级运营标识（2007年）

深圳建科大楼

建筑师：张炜

地点：深圳

设计：2006年

建成：2009年

建筑面积：1.8万m2

绿色建筑标识：三星级运营标识（2012年）

上海市委党校

建筑师：陈剑秋，同济大学建筑设计研究院地点：上海浦东

设计：2011年

建成：2013年

建筑面积：3.6万m2

绿色建筑标识：三星级设计标识（2012年）

北京四中房山校区

建筑师：李虎

设计：2011年

建成：2014年

建筑面积：1.5万m2

绿色建筑标识：三星级设计标识（2013年）

北京园博府居住小区

建筑师：袁凌

设计：2011年

建成：2014年

建筑面积：10万m2

绿色建筑标识：三星级设计标识（2012年），三星级运营标识（2016年）

[1]袁镔.简单 适用 有效 经济——山东交通学院图书馆生态设计策略回顾[J].城市建筑，2007（04）.

[2]张炜.夏热冬暖地区绿色示范建筑的实践运营分析——以深圳建科大楼为例[J].建筑技艺，2013（2）.

[3]彭璞.上海市委党校二期工程垂直和屋顶绿化设计创作感想[J].绿色建筑，2011（4）.

[4]陈剑秋.绿色技术的建筑表现——上海市委党校二期工程[J].新建筑，2013（4）.

[5]顾文斌.上海市委党校二期工程配套垂直绿墙的设计与施工[J].绿色建筑，2014（5）.

[6]李虎 黄文菁.田园学校 北京四中房山校区[J].室内设计与装修，2015（3）.

[7]林波荣，张德银，肖伟，等.北京四中长阳校区绿色设计实践[J].建筑学报，2013（7）.

[8]叶祖达.低碳生态空间：跨维度规划的再思考[M].大连：大连理工大学出版社，2011.

[9]鞠鹏艳.创新规划设计手段 引导北京低碳生态城市建设——以北京长辛店低碳社区规划为例[J].北京规划建设，2011（2）.

[10]袁凌.生态控规指标在建筑设计阶段的落实——以北京长辛店生态城B53居住地块项目为例[J].生态城市与绿色建筑，2012（4）.

[11]黄瑞，董靓，吴林梅.基于地理信息技术的成都市屋顶绿化现状调查与分析[J].中国园林，2015，31（1）.

[12]孙金金，杨青照，马素贞，等.立体绿化技术在绿色建筑中运行实效分析及建议[J].绿色建筑，2015（2）.

注:

“绿色建筑中的立体绿化——国内相关研究与应用（上）”对我国立体绿化相关研究进行了综述，并从绿色建筑应用需求的角度总结了相关研究存在的不足，提出了生态效应基础研究、规划设计方法研究、经济政策研究3个领域各自未来研究的重点问题。详见《生态城市与绿色建筑》2016年夏季刊P42～47。

2016-06-21

VERTICAL GREENING IN THE GREEN BUILDINGS OF CHINA: LITERATURE REVIEW AND CASE STUDY (II)

As a design concept and architectural technique, vertical greening has many positive implications for the green building. From the perspective of green building, the first half of this paper provides an overview of the relevant studies in China, as well as the progress and limitations. Based on the study of typical cases, it summarizes the basic principle about the application of vertical greening in green buildings in the second part, and prospects the future development trend in this field.

Vertical Greening, Green Building, Literature Review, Case Study

袁凌，清华大学建筑设计研究院有限公司生态规划与绿色建筑设计研究所