城市屋顶花园的发展历史、功能演变及发展趋势

孙国栋，王鹏飞

(河南农业大学 林学院，河南 郑州 450000)

城市屋顶花园的发展历史、功能演变及发展趋势

孙国栋，王鹏飞

(河南农业大学 林学院，河南 郑州 450000)

城市人口极速增长给人们带来了越来越多高层居住建筑和越来越小的绿地空间，加剧了城市热岛效应，并降低了人们的生存生活质量。屋顶花园在此背景下应运而生，并蓬勃发展，不仅解决了人们日益需求的绿色空间问题，而且在美化城市的同时，有效地遏制城市热岛效应的产生。本文分析屋顶花园从起步到目前快速发展的各个重要阶段的特点及屋顶花园的功能转变，探究了屋顶花园对提高人类生存环境质量和健康的影响，进一步预测了未来屋顶花园发展和推广的前景及其在功能上的变化趋势。

屋顶花园； 绿色空间； 热岛效应； 功能变化； 发展与推广

屋顶花园是一种可以为植物生长提供适宜环境的特殊化的屋顶系统，也被称作屋顶绿色空间、顶部花园等[1]。Cavanaugh[2]完善了屋顶花园的概念，即：一个真正的屋顶花园，依赖于一个完整的从设计、建造、修复、维护到拆除的屋顶系统，重点是在该系统的生命周期中可以有效地利用自然资源和保护全球环境。近年来，屋顶花园在定义上变得越来越复杂，其功能也从一个种植植物的特殊场所发展到保护地球生态的策略。事实上，人们对屋顶花园的利用正在远远地超越这些概念及功能，使其成为一种具有不同特征影响城市生活环境的景观元素。现将城市屋顶花园的发展历史、功能演变及发展趋势探讨如下。

1 发展历史

1.1 屋顶花园的初期发展阶段

有学者认为，最初的屋顶花园可追溯到公元前2000年生活在古幼发拉底河流域的古苏美尔人所建造的大庙塔，被认为是最早的屋顶花园[3]。然而，近代有一些学者和研究人员对此提出异议。他们认为花园式的古庙塔并非真正意义上的屋顶花园，因为古庙塔对人类生活质量以及社会作用甚微，同时建筑上的植物并非严格意义的生长在顶端。真正意义上最早的屋顶花园，当属古巴比伦文明的空中花园。其在设计之初，虽然只是单纯地为了满足一位公主个人的喜好或思想情绪，但符合关于屋顶花园的定义，其创造了植物能够生长的环境。尽管它不涉及处理环境问题，但多数认为古巴比伦文明时期建造的空中花园在一定程度上确是体现为城市居民提供服务功能的第一个高层花园。在多数欧洲国家，人们普遍认可的屋顶花园是起源于公园前600年的美索不达米亚文明。他们在特有的通灵塔上一般都建造有可以种植树及其他观赏植物的平台，这被认为是屋顶花园发展史的一大步，标志着人类开始通过设计，用屋顶花园来美化生活环境[4]。

1.2 屋顶花园的稳定发展阶段

一直到20世纪前叶，众多建筑师和设计师认可并不断改进屋顶花园的建造思路和方法，在欧洲城市建造了大量的屋顶花园，开始成为城市生态系统的一部分。由此，在全欧洲范围内，特别是城镇区域，屋顶花园开始扮演着越来越重要的角色[5]。这标志着屋顶花园步入稳定发展时期，同时也反映了屋顶花园的建设开始从简单的审美扩大到考虑环境的影响，并越来越接近21世纪初所下的定义。竣工于1938年，坐落在伦敦公寓大厦顶端的肯辛顿屋顶花园便是很好的例证，整个屋顶花园包含了多年生植物园、玫瑰园、观赏园等一系列主题的小植物花园，不仅满足了视觉上的美观享受，而且更注重了对环境的保护[6]。

1.3 屋顶花园的快速发展阶段

进入21世纪以来，不仅在发达国家的城市建设中普遍重视屋顶花园的设计与运用，而且在一些发展中国家开始得到快速的发展。国内成立了中国屋顶节能绿化行动组织机构开展推广相关工作，在许多大中城市到处可以看到大量屋顶绿化和立体绿化工程。上海、郑州等城市还组织有关单位专家制定了屋顶绿化的工程技术地方标准。

2 功能演变

在屋顶花园发展的初期阶段，屋顶绿化只是一个具有装饰、美学，甚至有助于一些心理疾病治疗等基本功能的景观元素。然而，20世纪之后逐渐开发的绿色屋顶，开始真正关注绿色植物消减空气中污染物的城市生态功能。随着屋顶花园逐渐发展到20世纪中叶，其功能得到进一步的扩展。大致包括以下4大功能。

2.1 净化空气

城镇化进程的加快导致城市人口急速增长，加剧城市空气污染。屋顶花园作为城市绿化的重要组成部分，如同空气过滤器对不同层次的城市空间进行空气净化。相对于传统的地面绿化景观，屋顶花园更利于吸收灰尘、有毒气体和二氧化碳，维持城市氧气平衡[7]。

2.2 调节温湿度

屋顶花园增加屋顶的绿色空间的面积，植物的枝叶可以有效减少太阳辐射，自动调节局部的大气温度和湿度。在夏季可有效减轻城市热岛效应，而在冬季则可以起到保温效果。

2.3 娱乐休闲功能

在城市化的世界，每个人都想生活在一个健康的环境中。鉴于现代城市中土地资源的日益稀缺，屋顶花园成为这个问题的完美解决方案之一，美国福特汽车公司大楼便是非常典型的案例。2001年完成的芝加哥市政厅的屋顶花园，尽管在设计之初是旨在测试不同类型绿色屋顶系统的采暖和冷却效益、降雨径流及本土与非本地植被种植的成功率等，但也充分具备了娱乐休闲的设计理念，促使人们把屋顶花园作为聚会场所，进而使高层空间资源得到合理有效的利用[8]。

2.4 空间景观功能

在高度现代化的城市里，由于屋顶花园将城市景观与天际相连，创造出独特的三维景观，在视觉上更具观赏性。因此，屋顶花园除了调节生态环境外，还具备完全不同于传统园林的优势[9]。通过对城市中灰色混凝土、黑色沥青和各种大楼高墙的视觉替代，使现代城市成为一个梦幻般的场景，城市居民能够享受到自然景观所包围的生活空间。

3 影响因素

屋顶花园功能的多样性不仅是人们意识变化的体现，而且是诸多主客观因素共同作用的结果。

发展初期的屋顶花园，由于受制于建筑的低荷载，人们在选择屋顶花园的植物时，只能考虑草木、低矮灌木和爬墙类植物，灌排主要依靠天然雨水和建筑排水沟。这个时期人类管理参与度较低，低矮植物常常肆意生长，绿化的功能仅仅体现对环境的影响[10]。伦敦旧式排屋的屋顶花园是这类屋顶花园的重要代表。过去这些传统旧式伦敦排房的窗户打开时看到的仅仅是破旧的厂貌，而如今看到的是野花盛开的草坪。同时，绿色屋顶的隔离作用也提高了家用太阳能的利用效率。

随着建筑工艺提升，传统的砖石结构被浇筑的钢筋混凝土取代，建筑屋顶的荷载大大提升。人们开始在屋顶花园中增加更多的元素和植物种类，逐渐形成了半密集式屋顶花园。由于混凝土的不透水性，人们在建造这类屋顶花园时需要充分考虑排水系统，否则下雨、浇水产生过多的积水会导致植物根系腐烂。为减轻水分、土壤对屋顶的渗漏和腐蚀，这类屋顶花园一般采用喷灌、滴灌等方法。

为避免高楼楼顶较大风速的影响，现代屋顶花园一般多选用常绿植物和观赏植被，较少采用高大乔木。屋顶花园建设时一般留有小路和庭院供人们休憩和游览[11]。屋顶花园在净化城市环境的同时，着重于创造舒适人文环境，提高人类生活品质。对于大型屋顶，出现了更加完善的密集型屋顶绿化，也称花园式屋顶。密集型屋顶绿化把模仿地面种植的方法发挥到了极致。这类屋顶绿化通常加入树、草、亭子、水池、假山和木椅等各种园林设计元素，植物选择种类比较丰富，灌木或者乔木都可作选择的植物，采用乔、灌、草结合的复层植物配植方式，为人们提供了休闲和运动的最佳空间，由此产生更好的生态和景观效果。一些景观设计上，人类的参与被进一步放大，如花架、山石、水景等较重的物体设计在墙、柱、梁等位置，地面则设计出不同的地形地貌，为人们提供更为放松的娱乐空间，有助于人们改善身心健康。如荷兰赖斯韦克欧洲专利局的屋顶花园设计中，将花园与该镇的历史很好地结合，增添了人们社交的功能，提供人们共同的休闲空间，同时也成为居民和游客重要的观赏地。

近些年来，随着建筑及排水技术的进一步发展，以及营养性栽培土的出现，越来越多的人倾向于建设生产型绿色屋顶。由此，城市空中农场应运而生。这类屋顶花园更需要配有完善的灌溉和排水系统。由于种植用的人工土层一般只有200～300 mm，灌溉用水量需要精确把握。像滴管毯这类新型灌溉技术的出现，一定程度上促进了生产型屋顶花园的发展。位于韩国首尔市中心，相邻中央商务区中人口稠密的清溪川的城市空中农场，为这类屋顶花园开了先河。受到巨型树木生态系统的启发，城市空中农场是一个原型垂直农场项目，主要支持当地粮食生产和分配，同时通过水、空气过滤和可再生能源生产改善环境质量，发挥着人类随时参与体验或休闲享受的社会福利功能。相信在不久的将来，随着屋顶花园的不断私有化，私家空中菜园会成为发展的主流。这就要求建筑工艺，排水灌溉系统，以及相关种植技术等因素不断提高和更新。

具体来说，屋顶花园功能变化离不开以下几方面技术层面的革新。

3.1 控制屋顶荷载能力

屋顶绿化的荷载包括静荷载和动荷载。其中静荷载包括屋顶结构自重、防水层、保温隔热层、找平层、排水层、栽培介质层、园林植物及设施等。动荷载是指屋顶绿化中游人，降水等变化的荷载。建筑结构和样式的不同，造成了建筑荷载力的差异。为了减轻荷载，设计师在设计屋顶花园时，将亭、廊、花坛、水池、假山等重量较大的景点设计在承重结构或跨度较小的位置上，同时尽量选择人造土、泥炭土、腐殖土等轻型材料。尽可能地减轻屋顶花园静重力对屋面和建筑结构的压力(表1)，从而变相增加动荷载，以此来实现屋顶花园社会活动，农场等功能。

表1 屋顶绿化的植物荷重及种植荷载

3.2 防水和排水技术的革新

屋顶花园的结构，从上而下依次为种植土、隔离过滤层、排水层、防根穿刺层、隔离层、防水层、砂浆基层、保温层。种植土为屋顶花园植物生长提供养料，一般可选用田土、生土或改良土(表2)，土层厚度由种植植物而定。为了防止种植土被水带入排水层流失，故在种植土下放置一层隔离层。隔离层采用无纺布或玻纤毡，可以透水，又能阻止泥土流失。大雨或人工浇灌水过多时，种植土吸水饱和，排水层此时发挥作用。排水层采用卵石，粒径不大于3 cm。总厚度5～6 cm。排水层又可作蓄水层，多余水蓄在卵石层内，当种植土干燥时，可返吸入土中。现在有多孔硬泡板，可吸收大量水，供给种植土返吸。蓄水层具有节约用水，又能保持土壤湿润的作用。防根穿刺层则是为了保护防水材料不被根茎侵蚀，一般采用耐腐蚀且防水性较好的材料。我国目前主要采用聚氯乙烯、高密度聚乙烯和低密度聚乙烯土工膜、铝合金卷材三种材料作为防根穿刺层。有时候出现耐根穿刺层和防水层不相容现象，为此中间需加一道隔离层。隔离层采用聚乙烯膜、玻纤布、无纺布，或抹一道水泥砂浆均可。防水排水层面的进步与发展，实则是相关材料的革新与进步。近几年，我国出现了利用纤维多孔网和蓄排水板来作为防排水材料，极大地提高了防排水能力，同时减轻了荷载，为屋顶花园功能的丰富，奠定了基础。

表2 屋顶绿化改良土基质的配置比例

3.3 植物配置的优化

屋顶花园植物的选择主要需考虑屋顶的荷载和环境。一般来说，屋顶花园中的植物都脱离地面较高，日照时间长，水分蒸发快，湿度小，昼夜温差大，所以要求植物有较强的抗风、抗病虫、耐贫瘠能力。从经济方面考虑，本土植物优先选择。同时还要考虑植物四季的观赏性、层次感。随着相关种植技术及基质层的革新，植物配置上有了更多的选择，植物功能层面的变化，直接影响了屋顶花园功能的丰富性(表3)。

3.4 养护方式

世界范围内，特别在中国，屋顶花园的养护和管理主要采用人工养护。这种方法虽简单易行，但工程量大。随着技术的发展，一些地方采取了新技术，例如高效节水灌溉控制器Rz-G2000。科学高效的养护管理会逐渐取代低效的人工养护，同时变相为屋顶花园功能层面的发展提供了基础。

表3 屋顶绿化的植物基质厚度

4 发展趋势

几个世纪以来，屋顶花园已经从装修手段演变为具有生态环境和社会效益的空间。那么，将来其功能会如何进一步拓展呢？换言之，怎样才能使屋顶花园更好地为人类生存的空间与环境服务？

4.1 相关技术的革新与应用

屋顶花园相关技术包括提高荷载的建筑构造和材料的革新，植物基质(种植层)的革新，防排水层材料的革新，养护管理的进步。

4.2 相关法律法规的完善

将屋顶绿化计入总绿地面积，将大大提高开发商对屋顶绿化开发的积极性。同时，来自政府方面的政策和法规方面的支持，特别是对屋顶花园建设的专项补助，将会极大提高全民建造绿色屋顶的积极性。目前，我国不少省市出台了自己的关于屋顶花园建设的法律法规，比如深圳市的《深圳市屋顶美化绿化实施办法》，重庆市的《重庆市种植屋面规程》，上海市的《上海市绿化条例》，成都市的《成都市屋顶绿化及垂直绿化技术导则(试行)》等。但由于缺少总的规程或标准，各地屋顶花园建设发展参差不齐，缺少长期规划。目前，屋顶花园相关的规范准则，只有由北京市园林科学研究院整理并发布的屋顶花园设计标准规范。

4.3 加强屋顶花园的科学性建设

中国在屋顶绿化方面做的科学实验较少，现今的许多混乱都是因为科学实验不到位造成的。屋顶绿化顶层的基质用什么，各基质的比例是多少，介质与植物材料之间有什么关系，植物配置的原则是什么，南方和北方在做屋顶绿化上有哪些差异，只有真正的科学实验回答了这些问题，而不是浮躁地盲目判断，才能制订出科学的行业规范，才能对屋顶绿化进行科学的指导，才能将混乱降到最低，进而保证屋顶绿化健康快速地发展。

大量研究人员预测未来绿色屋顶建设将会呈现高速增长趋势，且这种趋势的走向将取决于最重要的2点，即城市地区的公众意识和需求转移[12]。正如斯坦利所言，芝加哥市政大厅屋顶决定种植密集的绿色植物，意味着该决定有效提高了公众对这种形式的认识，市政大厅屋顶之旅促使人们更加了解屋顶花园创新建设的意义。芝加哥屋顶花园的案例，使人们对私人屋顶绿化的兴趣上升，私人屋顶花园将成为有益于整个城市屋顶网络的一部分。因此，所有的公民都将是城市生态系统建设的参与者[13]。屋顶花园将更多出现在城郊区域，并将更加重视艺术品质、人文关怀、民族和地区文化。事实上，现代屋顶花园的一些案例常常与异国情调和农村元素有关，如香港地区的一些家庭屋顶农场，可以为个体家庭带来成本低廉且无公害的食物，延长屋顶材料的使用寿命，提高物业价值等。

总而言之，当代建筑师已经利用建造屋顶花园作为保护城市环境的重要措施，将其成为密集城市中传统地面绿色空间的代替品。可以预测，屋顶花园的人文功能将越来越受到私人用户的青睐，从而创造出优质的城市屋顶花园网络及城市空中农场。

5 小结

屋顶花园在各方面都有益于城市生态系统，并且随着时间的推移，屋顶花园的角色将越来越重要。进入21世纪以来，屋顶花园已经从单一性功能(仅满足个人需要或美化环境)变为集合性功能(城市生态系统的参与者和生活质量的提高)。虽然在某些方面，绿色屋顶仍然无法服务于所有居民，但市区屋顶花园却会对人类生存环境和生态环境带来好处。在人口极速增长的当今社会，公共绿地在持续缩小，相信屋顶花园将来会越来越受欢迎，因为它可以为高度城市化的社会提供乡村般健康的生态环境。未来的屋顶花园将不再只服务于少数人，它将会更平民化和私人化。随着屋顶花园功能的更加完善，公众认识的不断提高，以及相关设计和施工规范的修订，屋顶花园建设在不久的将来会进入一个新的发展高峰。

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(责任编辑：吴益伟)

2017-09-11

孙国栋(1991—)，男，河南郑州人，研究生，从事风景园林相关工作，E-mail：sunguodong910418@126.com。

文献著录格式：孙国栋，王鹏飞. 城市屋顶花园的发展历史、功能演变及发展趋势[J].浙江农业科学，2017，58(11)：1944-1947，1952.

10.16178/j.issn.0528-9017.20171126

TU985

A

0528-9017(2017)11-1944-04