屋顶绿化的技术、类型与设计特点

乔 峙，周 曦

根据《风景园林基本术语标准》[1]，屋顶绿化(Roof Greening)的概念是：“在各类建筑物和构筑物顶面的绿化”。随着工程技术的发展，屋顶绿化应用范围越来越广阔，衍生出多种屋顶绿化类型。在建筑设计、园林景观设计中占有一席之地。本文结合日常设计工作中的一些工程实践，搜集整理了一些屋顶绿化方面的案例、技术、类型等资料，梳理归纳、总结成文方便设计中参考使用。

1 屋顶绿化的技术优势

1.1 改善建筑的物理环境

(1)减少水土流失，发挥海绵城市的作用

屋顶绿化有如一个巨大的海绵，具有一定的蓄水功能，雨后建筑能保持水分50%～90%[2]，缓解了雨水短时间内由屋顶进入城市下水管网的问题，减轻了城市排水系统的压力，体现了海绵城市的作用。另一方面，土壤吸收的水分为植物所利用，变相地增加了城市中水的利用程度，而水分又通过蒸腾作用进入大气，改善了城市建筑的微环境。

(2)净化空气，减少扬尘

城市中人口稠密，产生大量废气，植物绿化具有显著的净化空气的作用。此外大量城市尘埃堆积在建筑屋顶，遇到大风扬起粉尘造成空气污染。经测算采用屋顶绿化可以减少扬尘20%。相关统计数据显示：当一个城市屋顶绿化面积达到70%，该城市上空二氧化硫的含量将降低80%[2]，效果显著。

(3)增强建筑的隔音性能

屋顶绿化还可以显著地减轻城市噪音污染，可以减少约3dB的噪音①。对诸如机场、火车站、高架桥、商业区周边的建筑隔声是一种非常有效的方法[2]。

(4)增强建筑的保温效能

植物与种植土共同形成的微气候增加了建筑的保温隔热效能，最多可以增加建筑50%的保温能力。夏季植物叶片可以减少太阳直射，据测定，有植物遮阴的建筑屋顶光照强度仅为直射的几十分之一甚至百分之一，可使屋顶表面温度降低至25℃。同时，植物覆盖建筑表面后空气湿度可以提高10%～20%[2]，在炎热夏季可明显提高人们的舒适感。

1.2 创造宜人的活动环境

屋顶绿化不仅改善建筑的物理环境，还能营造无法用金钱或其他数据来衡量的绿色环境。在钢筋混凝土的现代城市中，建筑屋顶呈现出的绿意盎然景象必将提升城市宜居度。一些较大屋顶绿化形成城市公园，为居民提供休憩游玩场所，如瑞士首都伯尔尼市的格罗斯·尚斯公园[3]，建造在四层建筑物之上。屋顶绿化还能为城市中小生物如鸟类、昆虫等营造生存、繁衍、休憩场地，形成一个微型生态圈。

1.3 具备一定的经济效益

屋顶绿化的营造势必会增加建筑的造价，增加日后的维护成本，短期来看似乎经济上是不划算的。但是如果设计合理、管理得当，从长期来看具备一定的经济价值。

(1)延长建筑屋顶防水和保温材料的使用寿命

建筑屋顶表面防水与保温材料夏季受高温烘烤，冬季严寒收缩，材料易发生老化而失效。采用屋顶绿化以后，由于植物遮蔽和种植土层热容较大，屋顶表面温差大幅降低，屋顶寿命可以延长到原来的2倍，可减少维护和翻修费用[2]。

(2)降低建筑运行能耗

通过屋顶植物与覆土共同作用，可以显著地降低室内温度波动，实现冬暖夏凉的效果，降低空调和采暖设施的运行能耗，从而减少能耗费用。

(3)直接生产农产品

有些屋顶花园被开发出来种植经济作物，不啻为一片小型农场。业主通过种植水果、花卉、蔬菜甚至水稻、小麦，可以直接提供日常所需。日本东京保圣那集团总部大楼屋顶种植的蔬菜，可供公司食堂烹饪[4]。

2 屋顶绿化的类型

屋顶绿化的分类标准根据引进技术的国家不同而不尽相同。其中德国屋顶绿化技术发展较为完善，德国景观研究发展与建设学会(The Landscape Research Development &Construction Society)标准[5]中将其分为：①拓展型(Extensive green roof)、②半密集型(Semi-intensive green roof)、③密集型(Intensive green roof)。我国城市规划和园林绿化管理中尚无统一标准，一般习惯性地区分为：植草屋顶绿化、灌木型屋顶绿化、花园型屋顶绿化。分别大致对应拓展型、半密集型、密集型屋顶绿化(图1)。

图1 各型屋顶绿化示意图片(图片来源：德国金科有限公司)

总体来说，由拓展型(植草型)、半密集型(灌木型)到密集型(花园型)屋顶绿化，覆土层越来越厚，储备营养和水分的能力逐渐升高，可选择植物的种类增多，景观效果越好；但是荷载越重，养护越加困难，构造越加复杂(表1)。

表1 屋顶绿化各类型的技术特点

2.1 拓展型——植草型屋顶绿化

拓展型，也称为植草型，指屋顶绿化以草坪、苔藓类等为主，植物能自我生长。这一类型屋顶绿化几乎不需要管理养护，不需要人工灌溉，不需要修剪，需要的覆土层厚度较薄。植物在屋顶上能自我发展，自我维持，一年四季中随季节呈现不同的面貌。此型屋顶绿化的功能以节约能源、保护环境、延长屋顶使用寿命为主。生长成型后高度在2.5英寸～8英寸(6cm～20cm)，荷载10lb/sqft～30lb/sqft(49kg/m2～146kg/m2)，保持水分能力约23L/m2。

2.2 半密集型——灌木型屋顶绿化

半密集型(灌木型)屋顶绿化介于拓展型(植草型)与密集型(花园型)两者之间。需要定期养护，定期灌溉。可以种植从草坪到灌木的植物类型，生长成型后植物高度在5英寸～10英寸(13cm～25cm)，荷载30lb/sqft～40lb/sqft(146kg/m2～195kg/m2)，保持水分能力约53L/m2。

2.3 密集型——花园型屋顶绿化

密集型(花园型)屋顶绿化的绿化与景观效果类似于地面花园。这类型屋顶绿化需要精心养护与灌溉。需要的覆土层较厚，因此对屋顶结构要求较高，不适合旧建筑改建。可选用的植物类型也较多，从草坪到灌木、乔木均可以。绿化生长成型后高度在6英寸～>40英寸(15cm～>100cm)，荷载30lb/sqft～>100lb/sqft(146kg/m2～>489kg/m2)，保持水分能力约140L/m2。

3 屋顶绿化的构造

为满足建筑屋顶植物生长，屋顶绿化的构造比较复杂，并要求安全可靠。经过长期技术经验积累，目前构造技术已比较成熟，按自上而下的顺序(图2)包括[6]：

图2 建筑顶面绿地构造示意(图片来源:德国金科有限公司)

3.1 植物生长基质

植物生长基质简单讲就是种植土层。屋顶绿化因各方面条件限制，植物种植土层厚度、重量受到严格限制，不能简单采用地面土壤搬到屋顶上去。目前一般采用改良土壤或者新型超轻基质作为植物生长基质。如一种新型人造土壤以人造纤维聚丙腈和奥龙等经过加工后生产成絮状颗粒物。含水后重量仅为普通土壤的1/5，干重为土壤的1/10～1/15。有时在种植土壤上还增加了一层护根层，由多孔网状材料构成，主要作用是防止土壤飞扬。

3.2 隔离过滤层

隔离过滤层主要功能是防止植物生长基质随雨水或灌溉冲刷流失，堵塞排水管道造成漫灌。材料可采用玻璃纤维、尼龙布、金属丝网、无纺布等。过滤层应有良好的透水性，又要能阻隔种植土层的流失。

3.3 排水层

排水层的作用是在降雨和灌溉中让土壤中不能保持的水分排走，防止积水和漫灌，同时需要能够支撑上面的种植介质的重量。排水层的材料种类很丰富，常见的有松散材料，如砂砾、陶粒、碎石等颗粒块状材料；或者格板材料，如各种泡沫平板、异型硬质板等。

3.4 阻根防护层

阻根防护层的作用是防止植物根系穿透防水层造成屋面漏水。植物根系的生长能力很强，会穿透隔离过滤层、排水板甚至建筑防水层、楼板的缝隙，造成严重破坏。所以需要设置阻根层来隔绝植物根系穿透。一般采用合金板、橡胶、聚乙烯等材料。

3.5 防水层、保温层、建筑结构层

防水层作用是防止水渗透进入建筑物内。保温层一般做在防水层下，其下为建筑结构层。这些构造层都属于建筑屋顶构造范围，构造方式与一般的屋顶构造做法无异。新建项目根据屋顶绿化的类型，计算覆土所需厚度与荷载，需要加强屋顶结构设计；如果是改建项目则必须要控制屋顶绿化的荷载，采用盆栽与植草等方式减轻屋顶绿化重量。

4 屋顶绿化的设计特点

屋顶绿化虽然绿化量能达到地面绿地的标准，但是其仍然与地面绿地存在一些差异，在建筑设计中要充分认识到这些问题，并采取相应措施方便屋顶绿化的使用[7]。

4.1 生态角度

从生态角度来看，屋顶绿化的绿量控制暂无标准，各种设计中屋顶绿化的绿量相差很大：如福冈国际大厦[5]屋顶绿化绿量达到了很高的水准，阶梯状的平台几乎为郁郁葱葱的绿化所覆盖；而剑桥中心屋顶绿化[5]则采用了花坛、花架的轻质绿化方式，绿化量很小，整个屋顶还呈现裸露的状态。

因此，屋顶绿化需要达到一定的绿化量才能纳入设计指标体系。参照《公园设计规范》(GB51192-2016)的有关规定中小型绿地的绿化用地比例，建筑屋顶绿化比例应达到65%～70%以上为宜。

4.2 活动角度

从人的活动角度来看，屋顶绿地与地面绿地最大的不同之处在于绿化层的标高不同。地面绿地方便人员出入，而屋顶绿化高于地面数米到数十米，进入屋顶绿地的途径是限定的，如楼梯、自动扶梯、电梯等，进入方式比较繁琐，会对人的使用热情产生影响，有些人嫌麻烦不愿意前往。

“如果需要穿过一道坚固的防火门，走过一个昏暗而冷清的走廊，才能抵达花园入口，即便是设计一流的花园也会冷冷清清”[3]。如美国洛杉矶联邦银行广场，位于洛杉矶市中心一个大型停车场屋顶，面积达150000平方英尺(13935平方米)。虽然屋顶绿化且周边办公大楼有大量工作人员，但是广场的使用效率却不高，即使是午餐时间使用者也寥寥，主要是因为广场缺少与周边大厦直接相连的入口，降低了人群前往的热情。

在设计中，如果屋顶绿地的使用对象主要面对内部使用人群，屋顶绿地应与建筑的公共空间和垂直交通部分紧密联系；如果屋顶绿地还需要服务外部的公共人群，其出入口宜布置醒目的大踏步和自动扶梯，方便人员出入；此外，还需要注意残疾人、老幼人员的无障碍设计，增设坡道、升降平台、电梯等设施连接屋顶绿地[9]。

4.3 心理角度

从人的心理角度来看，如果屋顶绿地标高过高，屋顶绿地边缘处高差过大，会对人的使用心理产生一定影响。据国外调查资料显示，人群中有91%的比例出现过恐高症状，其中10%属临床性恐高。他们不敢乘透明电梯，不敢站在高层阳台边缘，4楼的高度也难以忍受。如果屋顶绿地标高过高，会造成患有恐高症的游客不愿意前往，或者不愿意到屋顶绿地的边缘附近活动。

屋顶绿地边缘的设计需要考虑到人使用过程的心理感受。一些设计中采用花坛、草坪等装置隔离人群到屋顶绿地的边缘，削弱了屋顶绿地高度的感觉。如图3：图a在栏杆到边缘处设计了一段花坛，图b则在栏杆向内侧设计了一段花坛，这两种措施使人群远离了高差边缘，缓解恐高人群的紧张心情[3]。

图3 屋顶绿地边缘处理方式

4.4 景观角度

从景观角度来看，通过屋顶绿化技术手段，人们在屋顶绿化内部活动不会感受到身处空中，但是从外部地面观察，建筑的体量仍然是难以消除的。人在垂直平面的最佳视区在水平线以上0°～30°的区域②。如果屋顶绿地标高过高，从外部观察时屋顶绿化接近人正常垂直视野范围边缘，造成绿化感官的下降(图4)。

图4 地面绿化与屋顶绿化外部景观效果对比

现代屋顶绿地设计中，常将屋顶绿地与变化的屋顶结合起来形成一个空间组合，往往成为设计的精髓所在。如上海世博会的众多展馆将绿化与建筑体量结合起来设计[8]；如福冈国际大厦、江宁织造博物馆案例等，将屋顶绿化布置在多个标高的平台上，形成空间层次丰富的台地式屋顶绿地；再如新加坡南洋理工大学艺术学院、苏州彩世界商业中心等案例[5]，采用倾斜的屋顶绿地形式，降低了建筑体量感，形成了别样的空间效果。

4 结语

屋顶绿化有着悠久的发展历史，依托于新型建筑工程技术的提升，与城市发展相交织，体现出来很多独具魅力的优势：首先能改善建筑的物理环境，减少水土流失，发挥海绵城市作用；能净化空气，减少扬尘；能增强建筑的隔音性能和保温性能；然后能创造宜人有趣的环境；除此之外，具备一定的经济效益，如延长建筑屋顶的使用寿命，降低建筑运行的能耗，甚至直接生产农产品。

参考国内外不同标准，屋顶绿化的类型可以分为：拓展型(植草型)、半密集型(灌木型)到密集型(花园型)屋顶绿化，各自具有不同的技术特点和景观特点。屋顶绿地的构造已发展成熟，具有不同层次满足种植植物的需要。综合以上技术特点和类型特征，设计需要从生态角度、活动角度、心理角度和景观角度发展出有针对性的设计手段，最大限度的发挥屋顶绿化的优势，避免屋顶绿化的缺陷[9]。最终将其与建筑设计深度结合起来，为城市绿化扩容、建筑空间增绿开辟一条新的路径。

[注 释]

① 根据覆土层厚度30cm～120cm计算.

② 根据http://zhidao.baidu.com/question/41700437.html?fr=qrl整理.