生态文明背景下绿色屋面根阻结构设计研究*

2022-07-27富尔雅赵天怡冯小雨

大众文艺 2022年13期

富尔雅赵天怡冯小雨

（东北林业大学,黑龙江哈尔滨 150006）

习近平总书记为推进保护生态系统，营造绿色工作环境，在全国重要会议上提出：大力推动我国生态环境治理文明体系管理建设，作为国家工程项目建设。生态文明文化体系坚持：人与生态环境相和谐，万金不换青山绿水，将经济文明产业生态化作为发展战略，将生态文明理念在工业生产活动里贯彻，大大促进生态文明绿色发展、发展环境健康农业经济，绿色生态更好地建设依托我国经济的进步发展，努力将科学技术转化为科技成果，坚持不懈生态文明建设建设和绿色发展核心理念。重点监测生态文明风险项目并有效以生态文明建设建设水准为评价指标体系，促进经济社会发展翠绿色化的执行，用生态标准规范企业绿色发展，并将经济发展成果投入生态文明建设中，万不要以破坏生态为基础建设社会发展。坚持控制生态环境资源的开采量并为全面发展、共同繁荣，建设具有生态文明活力的绿色城市护航。

一、研究背景

1.环境背景溯源

我国于2021年夏出台：针对城市规划绿色健康发展的系列意见，在此意见中国国务院提出要加大科学创新成果产出并对其以扶植态度，广泛传播和宣传绿色技术创新创业的发展，以我国市场行业为导向，加大发掘具有潜力的新技术企业，发现具有核心创造力的新鲜力量。以国家体系为发展导向，将国家研究中坚力量、国家生态创新中坚力量、国家科技前沿新兴产业、新型人才进行投入，大力支持我国绿色生态产业的发展繁荣。用这些力量用于第一批城乡规划绿色生态建设发展的创新试点项目，组织开展绿色创新技术攻坚战，集中力度有针对性的支持一批生态文明低碳环保产业的创新发展，并延伸产业链带动周边产业的集体转型升级。面对十四五规划以及民生经济问题，中共提出前瞻性意见：要继续大力发展大型绿色健康建筑、发展生态环境建设新形态。公元前6世纪建成的古巴比伦空中花园被视为最早的绿色屋面，虽然最初目的只是观赏性而非环境绿化，但后世关于绿色屋面的所有研究建造都以它为雏形，将它视为绿色屋面的开端。在强调生态文明的时代背景下，城市面积不断扩大，工业文明发展迅速，这些所伴随的是刻不容缓的环境问题，如绿化面积不足，温室气体排放量大，绿色生态空间不足等，这也是一个世界性的环境问题。除却传统的树木种植保护，生态环境修复等方法，绿色屋面以一种节能环保新形态走进大众视野，为很多环境问题给予可行性方案。

2.环境问题

面对两极冰川融化、海平面上升、全球气温变暖等一系列问题，世界温室气体排放量过大已经对地球生态环境造成影响和改变。从我国城乡建设的发展上看，经济工业飞速进步的同时，温室气体排放总量增速也很快，所面临生态环境污染，水土资源压力不断加大，这针对绿色生态绿色文明的发展方向并不开朗。面对生态问题当下正在实施的解决办法有退耕还林还草还水，修复扩建防护林，限制畜牧量工业排放量等这种方式可以减轻、操纵和修补中国的环境问题。但是大部分适用于郊区环境，并没有具体有效的方法面对小城镇内的绿化面积不足问题，不过绿色屋面的提出在垂直概念上为城乡生态文明的发展提供了新道路，或将成为城乡发展新方向。

3.现有成果

在“十四五”整体规划中，有关部门强调要发展趋势绿色节能建筑，打造出环保产业，在未来数十年的发展进程中，绿色、生态、文明将成为世界性的关键导向词。欧盟等发达国家在近代以后，纷纷展开了对于生态文明的建设，这相比较我国提前领先了半个世纪之久，其中，以美国、欧盟以及其他发达国家的发展进程最快，且技术领先于当时的世界各国。孟庆林等学者将常用于屋面绿化的植物进行收集取样，计算各自的辐射参数，借此屋面绿化的平衡模型出世并为后来者的研究实验提供数据参考。赵定国等学者对绿化屋面实际落地的各项系数进行了实验研究并分类加以整理。在室外阳光直射下，屋面表层所受辐射中的热量额度的百分之30.9会通过反射入空气消失于屋顶，另外百分之58则会通过屋顶上植物叶片的蒸腾作用消散，也就是说仅有百分之1.2的辐射会留存下来成为热量。

由于城乡建设的不断向横向和纵向扩张，城乡公路汽车尾气向空气中排放，空调制冷剂等消耗极大，城乡供暖系统等产生的温室气体大量排放入空气，道路大面积铺设水泥沥青等情况，使周边气温升高，与周围郊区形成温度差造成热岛效应，急需增加城镇绿化面积，减缓温室气体的扩散。绿色屋面作为现阶段并未普及的项目，一旦加以覆盖所增加的绿化面积无疑巨大，借此提出假设并以理想状态推测，若将一个城市的所有屋面进行绿色屋面的种植改造，可以吸收城市上空中约百分之80的二氧化碳具有生态效益，可以不错的减轻在我国绿植不够的环境问题。绿色建筑屋面同样可以用于涵养水源，这是行之有效的。除此原因，绿色屋面的建设不占用平地土地资源，施工同样在屋面上，节约土地资源高效利用竖向空间并且不干扰路面交通和生活。为了更好地达到国家翠绿色绿色节能建筑的规定，又能减少建设成本，未来将急需新型低成本绿色建设技术，也因此研究绿色屋面的根阻技术势在必行。绿色屋顶挡根产品结构设计技术性可以合理处理目前室内空间不能满足城市园林绿化总面积规定的问题，将城市竖向空间合理运用，在不对城市现有结构进行大的改变的同时以较小成本增加绿化面积，为实际环境应用提供可行方案。

二、技术设计

1.设计理念

植物根系生长的延展力度很大，常常可以直接穿透岩石层若在屋面原有防水层上时光无疑会破坏屋顶的原有防水层甚至会向更深层次发展破坏，这种根系破坏不仅对屋顶防水层进行强力穿透还破坏了房屋的刚性结构，修复成本同样很高，如果补救不及时或者没有发现，将会成为建筑物的安全隐患。如果植物的根系不加控制的生长直至穿透结构层,将会形成更严重的结构损伤，威胁居民生活的安全。在绿色屋面防水技术这一领域内，世界各国关于它的研究从多个方面而言，已经有了不同程度上的成果，但并无切实且可作用于广泛推广。国内外均有少数实验实例，但技术资金要求较高，无法完成普及。设计中简化技术，降低成本，增加绿化面积实现生态文明理念，以期在实际落地的应用中兼具社会性效益以及经济性效益，改善城市居住环境。设计上依据植物根系的向水性引导，减少根系对防水层和底部的压力，对原有施工形式经过创新，不仅提高安全性和实用性，并且有效进行根阻，装配式结构的运用、可拆解的结构相比其他绿色屋面防水方式运输安装更加便利，节约了耗材，减少屋面负重。适用于现有大多数民用房屋商用房屋，以至于写字楼等办公房屋，适用范围广，建设成本低，在增加城市绿植面积，吸附温室气体，缓解热岛效应等，不仅作用于建设海绵城市，同时美化城市环境，增加可观赏性，浪漫又有意趣，审美独特力争发展为新型城市的标签，使具有合理性、审美性、科学性。

2.方案原理

该绿色屋面根阻技术包括：种植结构，根系引导结构，排水结构等如图一表二，总体呈现凹槽状在可以平稳置于屋面的条件下可为屋顶小景观设计提供技术支持。该技术采用植物根系向水性原理，采用一植物槽一水槽的结构形式，相互作用形成植物槽内土壤两侧湿润下方干燥的结构形式，引导植物的根系生长，呈现出新型屋面结构。运用灵活可拆卸，成本较低且易推广。

高分子聚合物防水且密度大，重量轻且价格低，铺在原有防水层上贴合较好。置于土槽底部的陶粒吸水性好，坚硬不易被根系突破，作为第二道放线。水槽与土槽的接触处使用易渗水结构，利用植物根系的向水性对根系进行引导，减少根系向下的趋势，与土槽底部的陶粒相互作用，使土壤形成两侧多水，底部少水的形态，从根系的习性上做到对其生长的引导。并且在水槽的一定高度上设水限，水高于水限时，流入水槽上所设的管道中，汇集到总管流下屋顶，可以达到涵养水源、水资源多次利用的节约环保作用。如图1为设计结构。

图1 根阻结构图

3.向水性实验

在1985年,杰夫与同事用豌豆突变体进行实验，根据试验中的高效数据信息，证实了绿色植物根茎地向水溶性与向地性不相干。该实验控制变量为湿度，当实验土壤中的湿度达到95%-98%时,根系在生长出土壤后也不再会弯曲,而是向着湿润度较高的空气中生长。当把变量湿度调整为85%-90%时，原本向湿润度较高的空气中生长的根则会向下弯曲迅速生长，直至扎根入比空气湿润度更高的土壤层里面。通过这一实验数据,得出结论：根系具有感知土壤中湿润度的能力，并且对于湿度的反应较为明显。借此实验我们可以证明植物根系的向水性。所以可以利用控制植物种植土内的土壤湿润度引导根系生长方向，从而实现绿色屋面的根阻。方案中向水性的引导利用两用方式一起作用，简而言之为“一吸收，一渗透”，其一是在种植土底部铺设吸水陶粒，将底部的水分吸收；其二是在土层的两侧设置渗水结构网将水由两侧缓慢渗出，达到两面湿润度高于下方，进一步增加土壤各部分的湿润差值。

三、方案实施

1.研究对象

相同土壤不同湿润度分布情况下，同种植物根系分别生长形态。

2.实验目标

模拟方案的实际实施过程，查验设计方案的可行性分析，找到计划方案的欠缺并勤奋科学研究处理，验证推广性。

3.实施步骤

以根系向水性为依据制定本方案，于场地内搭建模型，各参数为理想状态进行实地模拟研究。植物槽内土壤位置高于渗水网，引导槽内水位高于渗水网且低于控水口，植物选用地毯草，于通风平整处进行实验。设置对照组，用等量土壤、同种类植物进行平行摆放，水分来源区别于实验组，采取人工浇灌的方式进行培育，每七日分别进行观察并拍照记录，对比根系生长区域以及对种植槽是否破坏进行检查。

四、实验结果讨论

通过以上实验多次进行，发现在具有引导槽引导的植物根系在生长时，大多数根须横向生长，多数延伸至水分较多的渗水网附近，而向下生长的根系明显减少。无引导槽引导的植物根系向下生长，随时间增多下方根系积累越多向下力明显，若长此以往对于种植物底部则会造成损伤。在应用初期可选择全国范围内选取不同乡镇进行实验试点，标准一是要有较好的绿色发展基础，有利于进一步实施；二是它们需要分布于不同典型气候区，便于实际设计使用时针对不同地域条件进行改进优化，更好地服务社会应用；另外，它们也需要不同于北上广等大城市的房屋紧张，新建建筑用地的面积规模比较大，要保证城镇运作无压力。从落地应用中各试点的实际思考问题，这更有利于绿色屋面的普及。

五、实验总结

实验过程较为严谨，通过控制变量方法，将实验结果进行整理分析，确认向水性引导根阻结构设计具有可行性，可以有助于当下问题的解决。较我国现有技术的多层叠加式相比，多层叠加式成本较高，体积较大，检修不便。而用向水性引导的根阻技术不是单纯依靠对于根系生长的抑制和阻拦，符合植物根系生长习性。装置简便减轻重量，为装配型设计，在面对不同铺设面积、铺设环境、铺设要求时变通灵活，可多次拆卸，运输更加便捷的同时也使检修更加的方便，降低耗材、提高铺设效率。综上所述向水性引导型根阻结构可以满足市场需求，具有实际可推广性。

六、方案总结

本设计主要依靠根系向水性作业，在减少成本的前提下为城市增加绿化面积。不仅可以吸收更多温室气体，对于原有屋面也有着保护作用，尽量避免阳光的直射，减少自然因素造成的屋面材料损耗，如冰雹等。绿色屋面同样具有吸收噪音屋顶隔热的作用，以普遍而言可以减低大约8分贝以内的环境噪音并且可以吸收太阳辐射，冬季保持屋内热量的稳定，且夏季阻碍外界热空气的渗入，使房屋内部的冬暖夏凉，从另一方面减少了空调的使用，对节能环保有着很好的效益。在这样的大环境下，市民对于绿色屋面的相关内容了解较少，即使有愿意进行安装也会对于实际落实时一些并不明确的条款抱有怀疑和踌躇态度。因此，需增加普及率，呼吁加强国家在绿色屋面上出台更强有力的明确条款，亦可增加建设补助等机制，减少实施方的后顾之忧。将进行有关知识的宣讲在居民中进行，以期望从对于绿色屋面的排斥不了解转变为积极配合安装，使绿色屋面的建造深入广大群众群体，并在这个过程中深入群众集体，不断完善改进方案以期形成适合各地区发展的特色屋面。也需要对安装人员进行技术培训，提高工人的技术水平，将技术普及。