基于内容分析法的我国垂直绿化研究进展

2018-09-11陈明戴菲殷利华

风景园林 2018年5期

陈明戴菲殷利华

垂直绿化的概念于1937年由美国学者Stanley Hart White提出[1]，相对于平面绿化而言，它是利用建筑物的垂直面进行绿化（由于建筑墙面绿化为垂直绿化的主要方式，以下“垂直绿化”所指均为墙面垂直绿化）。在国外，垂直绿化发展已经较为成熟，日本在20世纪90年代就已经制定垂直绿化相关政策，将垂直绿化纳入法律法规；德国拥有该领域较为先进的技术；美国许多城市中可见垂直绿化的实施效果；新加坡通过相关政策推动垂直绿化的发展[2]。

相比之下，中国垂直绿化研究起步较晚。20世纪80年代，在上海、北京、南京、重庆等地较早出现了垂直绿化的实践[3]。2010年，随着上海世博会的举办，垂直绿化在国内掀起一阵新的热潮[4]。在高密度的城市建设空间中，发展垂直绿化不仅拓宽城市绿量，还可产生诸多生态效应，例如减缓雨水径流、缓解城市热岛效应、降温增湿、节能减耗等[5]。中国住房和城乡建设部于2015年8月28日颁布了行业标准《垂直绿化工程技术规程》，标志着垂直绿化在行业中的地位提升。

目前，中国垂直绿化研究成果丰硕，但都只涉及垂直绿化的某一方面。为了全面、系统性地了解垂直绿化的研究现状，基于CNKI相关文献分析，梳理了中国垂直绿化的研究历程与所属学科领域，总结其研究热点，并指出后续的发展趋势，尝试为中国垂直绿化的发展提供参考。

1 研究方法

内容分析法是一种定性与定量相结合的研究方法，其本质为将非定量文献转化成定量数据[6]，从而研究文献中本质性的事实或趋势，对事物发展做出预测。这种方法可以客观地揭示文献含有的隐形情报内容，通过对相关文献的调查研究对某一研究领域得到系统性的认知[7]。

首先，通过内容分析法，从以下3个维度分析垂直绿化的整体特征：1）研究历程；2）所属学科领域；3）研究集中度。其次，重点关注近10年（2006—2015年）640篇文献的研究内容，列举其代表性成果，总结垂直绿化的研究热点和方向，并提出研究趋势。

2 整体特征分析

2.1 研究历程

统计文献研究的时间分布发现，中国最早涉及垂直绿化研究的文章发表于1959年，建工部建筑热工组调查得到垂直绿化可降低室内温度1.0～1.6℃[8]。此后21年间（1960—1980年）无任何相关研究。结合中国实施的五年计划，可将1981年后的研究较清晰地划分为4个时期（图1）：

1）酝酿期（1981—1985年）：文献共8篇，改革开放以后，推进园林绿化工作，垂直绿化发展意识觉醒。该时期研究成果少，以概述为主，明确垂直绿化是拓展绿化空间和美化环境的新途径，介绍垂直绿化的类型、特点、功能等内容[9]。

2）萌芽期（1986—1995年）：文献共56篇，分布不稳定，年发表量仍较少。研究以定性描述为主，集中于攀援植物的性状特征、观赏特性、繁殖特性。

3）初步形成期（1996—2005年）：文献共171篇。随着人们生活水平的提升，开始关注人居环境的质量。积累理论与实践经验后，出现了调查研究，探索垂直绿化在中国不同城市或地区的发展现状，侧重植物种类、应用形式、存在问题以及发展策略等[10]。

4）快速发展期（2006—2015年）：文献共640篇，大幅度增长，垂直绿化日益受到重视，研究内容多样化。技术方面，出现丰富的垂直绿化结构系统，并深入研究种植基质和灌溉系统[11]。植物品种运用在广度和深度上都有所拓展，品种涉及耐适性、观赏性与生态性，选择方式也更加科学。效益方面，通过实测和软件模拟有了量化的结论[12]。虽然研究进展迅速，但仍需一个长期的发展过程以使体系成熟完善。

我国的最高反腐败机构应该是从宏观上领导、监督和协调全国的反腐败斗争，因此，该机构的名称，不能拘泥于“反贪污”、“反贿赂”、“检察院”等狭义名称，可考虑定名为“中央廉政总署”或“国家廉政总署”。

统计文献研究的地域与机构分布，研究对象集中在上海、重庆、深圳、厦门等高密度的大城市，从事研究的机构以高校与科研机构居多，共占50.7%。因此推断研究发展基于2条线索，一是城市高密度建设空间不断侵蚀绿地与开放空间，激发研究不断开展；二是科研发展产生新技术，注入垂直绿化研究中。这些研究极少涉及室内垂直绿化，仅占总量的2%，因此以下研究仍以室外垂直绿化为主。

1 各年度文献数量分布图Annual quantity distribution of literature

2 所属学科领域(前20个)The top 20 subject areas

2.2 所属学科领域

经文献整理，CNKI显示垂直绿化涉的学科领域共46个，主要包括5个：林业、农业综合、园艺、建筑科学与工程、基础科学工程，占总文献量78.6%（图2）。其中，林业、农业综合、园艺领域主要关注垂直绿化的植物资源与筛选，建筑科学与工程、基础科学工程领域主要关注其设计和施工建造技术。从图2还可以看出，垂直绿化还涉及环境学、生物学、美学等方面的研究，体现学科的综合性和交叉性。

2.3 研究集中度分析

对1981年以后的文献按照数量划分为11个等级，得到研究集中度图谱（图3），将近10年的研究热点归纳为4个方向：垂直绿化的植物品种应用、新技术应用、生态效益分析、实践应用及其他。下面就这4个方面内容阐述研究热点。

3 研究集中度图谱Research concentration map

3 垂直绿化的植物应用研究

植物应用是垂直绿化的首要工作，贯穿研究的整个过程。前期主要关注选择什么样的植物品种适用于垂直绿化，从80年代初就受到学者的广泛关注。到了90年代以后，开始出现植物配置、植物造景方面的研究，说明人们不再满足于单一的植物品种应用，更注重通过多样的植物营造美好的景观环境，然而这方面的研究成果不多，还处于一个相对较低的研究层次。

建筑环境、土壤、水分、温度、湿度等是垂直绿化植物生存的重要约束条件。早期的植物品种以爬山虎、扶芳藤、紫藤、南蛇藤等攀援植物为主[13]，此后，景天科及草本植物也被逐渐运用到垂直绿化中[14]。目前，植物品种的选择仍是研究热点，研究人员正努力寻找更多的植物品种使其能达到更好的效益。

研究通过实验深入了解植物的抗逆性、长势、形态、生态功能等，基于层次分析法或百分法建立综合评价指标与权重体系，筛选出优质植物品种[15-16]。由于垂直绿化植物的生长环境条件恶劣，在应用中应考虑场地所处位置、墙面朝向、高度等因素，决定垂直绿化植物应拥有较强的耐旱、耐寒、耐阴、耐土壤贫瘠等特性，例如景天科植物、垂盆草、爬山虎、白蔹等[14,17-19]。此后，随着人居环境质量的改善，垂直绿化植物选择还应考虑它的观赏性，例如植物的花、果、叶、形态和观赏天数，可选择赤雹、山牵牛、金银花、打碗花等[13,20-21]。同时研究还关注植物的生态效益，以期达到降温增湿、固碳释氧、滞尘、水土保持等效益，例如常春藤、五叶地锦、桂叶老鸦嘴、薜荔、爬山虎等植物[18-19,22-23]。上述常用的植物品种在中国不同地区受气候影响，其植物品种数量与类型有着明显的差异性，绝大部分植物可适用于华中、华东、西南地区（西藏除外）。华南地区适用的垂直绿化植物品种最丰富[24]，多达100种以上，其中包含山牵牛[20]、美丽桢桐[22]等热带植物。华北及以上地区植物品种大大缩减，以常见的爬山虎、紫藤、五叶地锦、山葡萄等植物为主[5]，除这些品种外，蛇白蔹、南蛇藤、赤雹等是东北地区的特色植物品种[19]。西北地区植物品种最少，仅爬山虎、常春藤等少数几种攀援植物[25]，其发展垂直绿化的主要目的是增加城市绿量，造景、生态方面的功能并不明显。

室内垂直绿化研究极少。相关文献表明，室内垂直绿化较多使用于商业建筑办公空间，由于室内光照、温度、湿度等因素影响，室内垂直绿化植物品种与室外有较大区别，侧重于选择耐阴、空气净化效果好的浅根系植物，例如龟背竹、绿萝、吊兰等[26]。

4 垂直绿化新技术研究

垂直绿化新技术的研究发展较晚，包含组成垂直绿化完整结构系统的研究不断增加。也有专门针对种植基质与灌溉技术进行的研究，但所占比例很小，意味着这类研究水平还处在一个相对较低的层次。

新型垂直绿化结构系统可归纳为挂板安装系统、模块种植系统、毡布种植系统[26-27]（图4、5），这些系统在室内外垂直绿化均可适用。系统基本上由植物、种植容器、种植基质、灌溉系统、辅助支撑结构等要素组成，而室内垂直绿化则受限于光照、通风、温湿度等因素，往往需配套更高标准的光照补偿控制系统、温湿度检测监控系统、通风循环控制系统、灌溉系统、异常水位预警及断电保护系统等[28]。

传统地栽式垂直绿化栽植于地表土中，随着新技术的发展，基质被置于种植容器中，需综合考虑基质的重量、蓄排水性、营养含量、稳定性等因素，进而推动基质的研究。目前使用的种植基质分为以泥土类（泥炭、黄泥等）、植物有机类（树皮、腐叶、椰糠、木屑等）、砂类（珍珠岩、石英砂等）、矿石类（蛭石、浮石等）为主的天然基质和矿物质燃烧物（煤渣、粉煤灰等）、化合物（人造三聚氰胺尿素甲醛树脂、脲甲醛泡沫）为主的人工合成基质[29-31]。常用植物有机类为主的天然基质，人工合成基质由于稳定性较差，因此较少投入使用。同时研究也致力于种植基质材料的配比，使得基质肥力最佳、容重最小、对植物的生长效果最好。还针对不同植物品种（例如花叶络石、红叶石楠、常绿六道木），提炼适合它们的基质配方[4]。不同的种植系统决定了垂直绿化的灌溉方式，包括人工灌溉、自动灌溉（滴灌、喷灌）2种，其中滴灌为目前常用的一种方式。例如Osma Squareline系统、压力补偿聚乙烯滴灌系统。计算机程序根据环境温湿度、现有水量、植物各生长阶段等信息反馈，设置灌溉频率、灌溉量，并自动调节电磁阀，将水箱中的水分或营养液经水泵或压力补偿器输送到植物根部[32]。科学的灌溉能够保障植物的正常生长，但需注意水量的控制，避免水量过多导致植物烂根抑或使建筑受潮，以及不同高度水压不平衡带来的浇灌不均问题。

这些种植基质与灌溉系统的实验研究仅在部分城市开展，新技术应用尚不成熟。尤其西北地区受气候限制，植物筛选、栽培基质的研究较少，难以形成适合当地的垂直绿化新技术，因此仍以传统的地栽式垂直绿化为主[25]。相对而言，室内垂直绿化基本上依附墙面，以模块式、毡布式等垂直绿化技术应用为主[26]。

此外，这些技术与传统的自然地栽方式相比，需要较高的建设成本（种植容器、浇灌系统、固定框架等），模块、毡布种植系统每平方米的综合造价分别约1 000～2 000元、800～1 000元，比传统地栽式高出数10倍[33]，也会产生相应的维护费用，因此普及度并不高。在实际应用中，提倡以自然栽种为主，室内或重要位置可适当采用模块式垂直绿化形式。

4 垂直绿化的模块种植系统Module planting system of vertical greening

5 垂直绿化的毡布种植系统Felt planting system of vertical greening

5 垂直绿化效益定量分析研究

垂直绿化研究涉及环境学科领域，虽然总体上文献所占比例不大，但垂直绿化从竖向空间增加城市总体绿量，对于调节城市小气候、改善空气质量、缓解雨水径流等具有重要作用与研究价值，逐渐成为当前的研究热点。说明人们越来越关注人居环境质量的提升，正努力寻找一些解决方法予以应对。早期的效益研究偏人的主观感知，后期通过定量分析方法，得到效益的具体量值，也为垂直绿化植物的选择提供参考。

1）降温增湿效益。降温增湿效益与植物的茂密程度、分布均匀度成正比，在距离植物覆盖层20cm范围内，环境温度可降低0.3～4.6℃，空气湿度提升4.1～9.7%[34]。秋冬季节垂直绿化对建筑具有保温作用，垂直绿化率越高，保温性能越好，当室外温度为15～20℃时，保温效果最佳[35]。外加垂直绿化墙面与建筑墙面之间会形成一个微气候区，该区温度波动范围比室外小，当2个墙面之间的距离在30～600mm之间，间距越小保温隔热效果越显著[36]。早期研究通过实验测量[37-38]，以爬山虎为主要植物，得到垂直绿化降温增湿效果。随着数值模拟技术的发展，计算流体力学（Computational Fluid Dynamics，简称CFD）开始得到应用[39]。

2）维持空气碳氧平衡。垂直绿化植物通过叶片固碳释氧，从而缓解城市热岛效应。据统计，每平方米绿化墙面可吸收1.375%的CO2，减少11%的CO2排放量[40]。

3）净化空气。植物叶片吸附空气中的颗粒物，达到滞尘效果。叶片表面披毛或叶脉越明显，滞尘效果越好。经测量，叶面积指数（LAI）为3.12±0.01的植物，单位叶面积和单位绿化面积可滞尘3.74g、11.67g，广州14.5万m²（2013年）的墙面绿化，一次滞尘量可达1.69t，加上雨水对植物叶片冲刷的影响，实际滞尘量远大于此[41]。室内垂直绿化植物可吸收甲醛、二甲苯和氨等有毒物质，在植物品种、规格、数量一致的情况下，垂直绿化的空气净化效果优于普通的地面盆栽摆放[28]。

6 实践应用及其他研究

2006年以来，垂直绿化的实践应用文献大幅度增加，重庆、上海、厦门、深圳等地开展了较多的调查研究。一方面，探讨垂直绿化在中国不同地区的发展现状，发现垂直绿化普遍存在覆盖率低、区域分布不平衡、绿化形式及植物类型单一、植物的管理养护不周等问题[42]。另一方面，探讨垂直绿化在城市不同场所的应用情况，较典型的有居住区、公共建筑及高校校园[26,31,43]。例如，深圳国际低碳城会展中心的外墙垂直绿化[31]（图6）、江苏康居小区的垂直绿化项目、武汉纺织大学教学楼的垂直绿化等[44]。此外，2010年上海世博会期间展示了大量国内外垂直绿化的优秀作品，是我国垂直绿化发展的一大飞跃。尤其随着绿色建筑理念的发展，建筑垂直绿化一体化设计开始兴起，垂直绿化是建筑的表皮逐渐成为一种共识，在高层建筑垂直绿化技术上，研究提出了安装构架与墙体构造的创新设计，使垂直绿化突破高度的限制，应用范围更广[45]。研究还从建筑形态、建筑空间及构件、建筑功能等方面探索如何与垂直绿化相结合，使建筑设计达到经济节约、兼具景观及生态的多重效益，成为建筑设计未来发展的趋势之一[44]。