高度城市化地区既有建筑屋顶绿化建设潜力评析——以上海中心城区为例

骆天庆 苏怡柠 陈思羽

在绿地有限的城市空间中，利用占城市下垫面65%的屋顶来进行绿化，已成为高度城市化条件下解决城市环境问题的重要手段[1-2]。国际经验表明，全民环境意识、法律及公共政策支持以及屋顶绿化技术体系，是屋顶绿化发展的关键因素[2]。

1 屋顶绿化类型及公共政策推进

1.1 屋顶绿化的类型

按照技术要求和生态效能，屋顶绿化通常分为拓展型、半密集型和密集型3种类型[3]。半密集型和密集型屋顶绿化对建筑的承重要求较高，成本和维护要求也较高，兼具生态效能和观赏、游憩功能，且具备商业价值，适用于屋面承重能力较好的新建或既有公共建筑；拓展型屋顶绿化重量小、成本低、维护要求低，适用于大多数建筑，尤其是既有建筑。虽然就单个屋顶绿化而言，拓展型的生态效能相对较低，但是因为其低成本、低维护[4]、适用建筑类型广，大范围推广可从宏观上实现城市生态环境的改良[1]。

1.2 国内外屋顶绿化的建设发展历程

现代屋顶绿化技术从以德国为代表的欧洲国家向全球传播，其在各国的传播多由公共政策推动[2]。尽管各国的具体政策有所不同，但基本上都采取了先鼓励后强制的推动方式。在率先开展屋顶绿化建设的德国，这一技术的发展经历了由平屋顶的密集型屋顶绿化到以老房屋改造重修的拓展型屋顶绿化为主的过程[5]；而稍后发展的国家，大多通过借鉴德国技术并进行自主创新，鼓励多建筑类型的发展，但基本都经历了由新建建筑屋顶到既有建筑屋顶、由公共建筑屋顶到其他各类建筑屋顶的渐进过程（表1）。

21世纪初开始中国屋顶绿化也呈现出快速发展的态势，相关政策以鼓励为主、强制为辅[2]。相比德国80%的屋顶绿化都是低成本、低维护、适用于多屋顶类型的拓展型屋顶绿化，中国的拓展型屋顶绿化研究亟待开展[6]。

2 既有建筑屋顶绿化推广建设的技术研发支撑

纵观国内外屋顶绿化的建设发展历程，公共政策的推进很大程度上是受到技术水平的制约。既有建筑屋顶类型多样、荷载有限，适用的屋顶绿化技术研发难度相对较大。对此，借鉴德国的经验，发展拓展型屋顶绿化极有必要，既可大大节省既有建筑屋顶重修维护的费用，又具有显著的生态效益[5]。

2.1 拓展型屋顶绿化建设的技术难点

受制于屋顶承重和屋面防水层的保护要求、屋顶严酷的环境条件、施工和养护的操作难度以及资金的缺乏，拓展型屋顶绿化的建造技术难点主要体现在构造创新、基质优化、植物精选及成本控制4个方面。

既有建筑的承重能力和屋面防水性能大多有限，无法满足常规屋顶绿化的要求，必须优选轻型基质，并严格保护屋面防水构造层。相较于地面环境，屋顶日照强、干燥、日温差大、风速高，对屋顶绿化植物的耐寒、抗辐射、耐旱、抗风特性要求极高，对基质的持水保肥性能也有较高的要求。拓展型屋顶绿化的土层薄，植物和基质的选择标准更高。此外，在既有建筑屋面进行绿化施工和养护，操作条件有限。且既有建筑屋顶绿化通常缺少商业价值，大面积的推广必须严格控制成本、减少维护需求。

2.2 内外拓展型屋顶绿化的研究进展

2.2.1 构造

拓展型屋顶绿化的构造层通常包括植物层、基质层、隔离层（过滤层）、排（蓄）水层、保护层（表2），整体饱水重量可控制在49～98kg/m2的范围[7]，勉强可符合中国对不上人屋顶的承重限制。内置式、地毯式和模块式种植槽是3种常见的拓展型屋顶绿化构造方式[8]。其中，模块式种植槽安装简单，拼装图案多元，可适应多种形式的建筑屋面[9]，是相对更适用于既有建筑的拓展型屋顶绿化构造方式。

表1 国外屋顶绿化推广案例Tab. 1 Cases of roof greening promotion abroad

防水材料的技术发展可以解决既有建筑建设屋顶绿化的防水问题[10]。目前表现较好的拓展型屋顶绿化防水层加强方式有功能集成式的防水卷材和模块内置防水层[11]。

2.2.2 基质

（6）日常管理。每天坚持早、晚各巡塘一次，早上观察有无鱼类浮头现象。如浮头过久，应适时加注新水或开动增氧机。下午检查鱼类吃食情况，以确定次日投饲量。另外，酷热季节，天气突变时，应加强夜间巡塘，防止意外。

拓展型屋顶绿化使用的种植基质应密度低、渗透性佳、疏松、持水性高并含充气孔隙度[12-13]。基质厚度可直接影响植物生长和存活率、种植屋面的热力性能表现以及屋顶绿化的持水性能。不同基质、植物和气候条件下，种植屋面的节能效应差异显著；相同条件下，基质越厚，可承载的植物种类越丰富[14]，对屋面温度的昼夜变化有更大的减缓作用[15]，持水性也更强[16]。拓展型屋顶绿化的基质厚度一般建议在75～100mm[15,17]。目前中国市场中的轻质基质，在75～100mm厚的饱水状态下可满足既有建筑屋面承重要求，并可支持景天属植物的正常生长。但中国对于不同厚度和配比的基质对屋顶绿化生态效益的影响尚缺少研究。不过近几年针对拓展型屋顶绿化常用的景天属植物，已开始研究利于其生长的基质配比[18]，以及不同配比基质的持水性能[19]。

2.2.3 植物

国外研究表明，拓展型屋顶绿化一般宜选用喜光，抗旱、耐热、营养需求小、低穿刺型浅根性的植物[20]，如景天及部分草本地被植物。这类植物病虫害较少、维护要求低、生长缓慢，可以适应屋顶的严酷环境。要构建长期稳定的屋顶绿化系统，植物选择还须考虑当地环境[21]。

佛甲草等景天科植物耐旱、节水，在北京、上海等地区的推广应用都较为成功[22]。但相较于国外重视屋顶群落的建设，中国目前拓展型屋顶绿化的植物品种相对单一，应扩大筛选范围，从野生资源中挖掘更多的种类，增加生物多样性[23]。

2.2.4 成本

屋顶绿化的成本包括建造及维护费用。拓展型屋顶绿化具有显著的成本优势[4]，在既有建筑中推广较具潜力。

3 上海既有建筑屋顶绿化的建设潜力评估

上海城市化水平高，人多地少，须充分利用屋顶绿化以改善城市环境。相对轻质的拓展型屋顶绿化有可能解决上海大量既有建筑的屋顶绿化难题。

3.1 上海推广屋顶绿化建设的政策助力

上海是国内屋顶绿化发展较早的城市之一，近年来相关政策的出台力度相当大，已率先开始从鼓励性①向强制性②转变。但屋顶绿化的推广类型目前仍局限于新建和改、扩建的平屋顶公共建筑。进一步的政策推广有待于低成本、低维护、适于大面积推广的屋顶绿化模式的研究臻于成熟。

3.2 上海地区拓展型屋顶绿化的技术研发

上海早在1982年就开始了利用景天类植物进行拓展型屋顶绿化的实践[24]。针对既有建筑的建设实践难点也已有试验研究展开[25-26]。2004年提出了“平改绿”的既有建筑屋顶绿化一次成坪技术，在地面培育佛甲草苗块后移至建筑屋面[27]。杨浦区绿化管理署自2008年起在工业园区老厂房进行屋顶绿化改造时，选用“轻型屋顶绿化节能技术”，以组合容器的方式建设草坪式屋顶绿化[28]。住宅建筑屋顶绿化改造的渗水、承重等关键技术问题已经基本解决，推进过程的关键在于屋顶绿化知识的宣传、政府的扶持力度和政策支持的加强[29]。

3.3 上海中心城区既有建筑屋顶绿化发展的量化潜力评估

3.3.1 适建标准

参照研究文献，屋顶绿化适建性评估涉及建筑属性、屋顶属性、屋顶绿化属性和区域城市建设4类指标（表3）[30-34]。而目前中国的屋顶绿化相关规范则出于工程建设限制和规划管理指标的考虑，对屋面荷载、防水等级、屋面坡度、植物抗风、绿化面积占比等进行了限制性规定（表4）。考虑抽样调查的可行性、指标的说明性和必要性，精简了较难操作调查的指标（如屋顶归属、建筑年代）、与适建性相关度不高的指标（如区域城市建设指标、屋顶绿化属性指标）及重复冗余的指标（如建筑承载力、屋顶设计承载力和屋面荷载），得到的既有建筑屋顶绿化适建标准（表5）。

表2 拓展型屋顶绿化的构造类型Tab. 2 Structural types of extensive green roof

表3 既有建筑屋顶绿化适建性评估指标Tab. 3 Assessment index of existing building roofs suitable for roof greening

3.3.2 适建性调查

利用上海市中心城区2016年的18级谷歌地图与百度地图，通过ArcMap随机取点抽样（图1），用人工判读的方式，采集建筑屋面信息（共获取2 529条有效信息）。按适建标准筛选后，适建屋顶绿化建筑共1 815处，占样本总数的72%。其中适建坡屋顶占比（51%）高于平屋顶（49%），居住建筑占比（37%）高于工业建筑（35%）和公共建筑（27%）。综合考虑屋顶绿化的建造和维护成本，建议坡屋面、工业建筑以拓展型屋顶绿化为主，平屋面的居住建筑以半密集型屋顶绿化为主，平屋面的公共建筑以密集型屋顶绿化为主。按该选型建议，上海市既有建筑中66%适建拓展型屋顶绿化、13%适建半密集型屋顶绿化、21%适建密集型屋顶绿化。拓展型屋顶绿化将是上海既有建筑屋顶绿化中应用最广的类型。

3.3.3 调查结果比较检验

本次抽样调查中，上海市中心城区已建屋顶绿化的建筑中，办公建筑占比26%，其次为科教文卫建筑（24%）、居住建筑（22%）、工业建筑（14%）、商业建筑（7%）和旅游建筑（7%）。在2014年由黄浦区绿化管理署牵头进行的黄浦区屋顶绿化实地调查中，居住建筑占比30%，其次为商业建筑（29%）、办公建筑（21%）、科教文卫建筑（9%）、旅游建筑（8%）[35]。黄浦区位于上海市中心，商业繁华而工业建筑较少，故其商业建筑和工业建筑的屋顶绿化占比与本次中心城区抽样调查结果存在差异。此外，2015年《上海市绿化条例修正案》正式实施，新建或改建的公共建筑须建屋顶绿化，因此本次调查中科教文卫建筑的屋顶绿化占比高于2014年的黄浦区调查结果。2次调查虽然方法不同，总体上数据较为吻合，故认为本次调查结果可作为上海中心城区既有建筑屋顶绿化建设发展潜力量化评析的参考。

4 结论与展望

高度城市化地区既有建筑占比高，建设用地日趋紧张，城市绿地拓展受限，推广建设屋顶绿化是缓解城市环境问题的有效方法。囿于用地，上海其中心城区的绿地建设一直困难重重。上海2016——2035年规划进一步明确提出了城市建设用地总规模的“负增长”要求，意味着后续新增绿地和建筑的难度也越来越大。因此，推进屋顶绿化建设是正确的方向，而既有建筑应是屋顶绿化建设的主要市场。

从上海中心城区的屋顶绿化适建调查结果看，拓展型屋顶绿化的市场占比最高。而适建拓展型屋顶绿化的既有建筑中，坡屋面建筑占比较大。因此，对适用于坡屋面既有建筑的拓展型屋顶绿化进行相关技术的研发，将对既有建筑屋顶绿化的建设推广具有决定性的推动作用。

表4 既有建筑屋顶绿化的适建限制Tab. 4 Construction restriction of roof greening on existing buildings

表5 既有建筑屋顶绿化的适建标准Tab. 5 Suitability index of roof greening on existing buildings

上海已率先对于新建及改建公共建筑的屋顶绿化建设强制立法，并且在“十三五”规划中继续强调立体绿网的建设。尽管当前的政策未及既有建筑的屋顶绿化建设，鉴于目前拓展型屋顶绿化技术的研发态势，未来上海全面推进屋顶绿化建设指日可待。

1 研究区域和随机样点分布Study area and random sample points

注释：

① 参见2007年发布的《上海市绿化条例》第十七条。

② 参见2015年10月1日开始实行的《上海市绿化条例修正案》和2015年11月发布的《屋顶绿化技术规范》。

③ 图1由作者自绘；表1根据参考文献[2]及孙健、李亚齐、胡春的《日本屋顶绿化建设对我国的启示》，赵红霞、姜太昊的《韩国屋顶绿化的激励制度和技术》，多拉茜 罗摩的《哥本哈根屋顶绿化政策将推动城市向绿色城市转变》绘制；表2根据德国景观发展和研究协会（FLL）提出的屋顶绿化技术规范绘制；表3、5由作者自绘；表4主要摘自《种植屋面工程技术规程》（JGJ 155-2013）。