济南齐鲁软件园社区屋顶绿化适建潜力评估

崔凯娟

持续的城市化引发了一系列环境问题，这些问题促使城市规划者和政府更加重视可持续发展[1]。屋顶绿化作为城市环境可持续发展的可行性方案之一，能够有效缓解城市面临的洪涝压力、热岛效应、空气水质量恶化、生物栖息地丧失和多样性减少等一系列问题[2-4]，是未来城市绿化发展的趋势，是在有限的土地面积上迅速提高城市绿化率的有效途径。

近年来，全球对屋顶绿化相关研究的兴趣日益浓厚。现有的研究涵盖了以下领域：对减少建筑能源使用、雨水径流的影响、城市热岛效应的影响、植物物种的选择、土壤特性、生物多样性、影响城市规划等方面[5-6]。我国关于屋顶绿化的研究多集中在学术研究领域，主要关注工程推广和技术标准[7]。这类研究非常强调小规模和具体的案例，较少涉及城市状况分析、屋顶绿化适建潜力评估。但是，考虑到城市建筑的不断出现，对这些建筑进行屋顶绿化建设可行性分析是值得且有必要的。

城市建筑屋顶绿化适建性评估对于建设生态城市和规范管理政策具有现实意义。因此，有必要实现从定性判断到定量评价的技术转化，从综合的角度，把重点从单个建筑转移到区域单元；有必要评估屋顶绿化的可建造性，挖掘其建筑潜力，为形成具有生态规模效应的建筑生态空间提供基础[8]。基于这一点，本文从城市规划的角度评估了济南齐鲁软件园社区屋顶绿化适建区域和优先顺序。以期为进一步的城市屋顶绿化规划和技术方案筛选提供科学依据，并且为其他地区的同类研究和实践工作提供参考和借鉴。

1 适建潜力评估材料与方法

1.1 齐鲁软件园社区概况

济南齐鲁软件园社区是山东省济南市高新技术产业开发区舜华路街道下辖的社区。该社区是济南市东部的政治、经济与文化中心。社区范围内建筑类型比较全面，包括高层、低层的商业建筑与公共建筑，能够为绿化适建性评估提供较为全面的评估环境；社区内公共空间较少且较为封闭，绿化覆盖率较低，人居环境存在一定问题，更应该利用屋顶绿化改善人居环境、提升居民生活质量。

1.2 评估方法

本文以ArcGIS 为技术平台，以济南市齐鲁软件园社区为例，对研究区内建筑屋顶绿化适建潜力进行评估。以屋顶绿化适建性因素研究为基础，得到屋顶绿化适建性评价指标；用人工判读和卫星遥感影像相结合的方法得到屋顶空间矢量要素；利用实地调研、电子地图等手段媒介收集现有建筑屋顶资源属性信息；在ArcGIS 平台将建筑物屋顶资源属性数据与Google Earth 影像进行叠加，得到建筑屋顶的ArcGIS 空间数据库；以ArcGIS 软件的图层叠加法以及数据筛选功能进行分析，对济南齐鲁软件园社区屋顶绿化适建潜力进行评估，得到研究区适建屋顶绿化的屋顶以及屋顶绿化建设优先等级。

1.2.1 适建性指标的选择与建立

适建性指标的选择。山东省住房城乡建设厅2019 年出台《关于加强全省城市立体绿化工作的指导意见》，从屋顶结构、建筑高度、屋顶坡度等方面明确了屋顶绿化的适建条件。本文以该指导意见为依据，在总结国内外相关研究的基础上探索构建适合济南市中心商业区的屋顶绿化适建性评估指标体系，将建筑年代、屋顶结构、屋顶荷载、建筑高度、屋顶坡度、屋顶归属、屋顶被遮面积、其他占用面积等8 个要素作为评估建筑屋顶绿化适建性的指标因子。适建性指标的建立。本文认为评估数据中有些单个指标一旦达到限定值，则可以判断整个建筑屋顶不适建，这类指标称之为限制性指标，如建筑年代、屋顶结构、屋顶荷载、建筑高度、屋顶坡度、其他占用面积，具体为：第1，建筑年代：根据山东省住房城乡建设厅《关于加强全省城市立体绿化工作的指导意见》，鼓励结合既有建筑改造等项目实施，在实际条件允许的情况下，对建成年限低于20 年且符合建筑安全要求的建筑开展屋顶绿化。第2，屋顶结构：钢筋混凝土结构的屋顶适合进行屋顶绿化，钢或者砖结构的屋顶难以实施屋顶绿化。第3，屋顶荷载：一般情况下，不可上人屋顶（荷载小于0.7 kN/ m2）不适合建设屋顶绿化，而可上人屋顶可以建设屋顶绿化。

第4，建筑高度：根据指导意见，建筑层高少于12 层（含12 层）或者高度小于40 m（含40 m）适合进行屋顶绿化。第5，屋顶坡度：根据指导意见，屋顶坡度小于15°的建筑（含裙房），宜实施屋顶绿化。但由于数据源的限制，本文不考虑坡屋顶，将平屋顶作为适建指标。第6，其他占用面积：建筑屋顶上被中央空调外机、太阳能设备或是其他构筑物占用的面积过大，则使屋顶绿化的面积减小或是割裂屋顶空间的整体性，导致建造屋顶绿化的经济性下降。限制性指标评估标准如表1 所示。

表1 屋顶绿化适建潜力评估限制性指标

现有建筑的屋顶绿化实施往往会遇到困难，本文根据屋顶归属、屋顶被遮面积进行屋顶绿化优先级评估：第1，屋顶归属：公有性质、私有性质或是集体所有性质的屋顶，对于屋顶绿化建设能否顺利开展、确定出资人、明确养护主题有重要的影响。第2，屋顶被遮面积：常年被遮荫的建筑屋顶会使植物生长不良，增加维护成本，且光照不足缩小了屋顶绿化植物的选择范围。这两个指标为约束性指标，需要进行赋值量化（表2）。

表2 屋顶绿化优先级评估约束性指标

1.2.2 适建性指标数据的收集与处理

适建性指标的收集主要借助谷歌卫星地图、百度街景地图、房天下全景航拍、百度百科与房产软件的房产信息以及实地调研收集屋顶结构、建筑高度、屋顶坡度、屋顶归属、屋顶被遮面积、其他占用面积各项属性资料。建筑年代指标可通过对比2003 年的卫星影像与2023 年的卫星影像进行筛选，并结合房产信息得出建成20 年内的建筑。屋顶荷载指标可通过判断屋顶是否为可上人屋顶来判定，通过实地走访、问询物业以及相关人员确定研究区内的可上人屋顶：可上人屋顶的女儿墙高度一般比较高，一般有专门的楼梯间至屋顶；不上人屋顶一般设有人孔或钢爬梯[9]。

适建性指标数据处理步骤—遥感影像空间参照系的确定、建筑屋顶空间数据库的建立、数字化及属性编辑、坐标系转换[10]，具体为：第1，遥感影像空间参照系的确定。本文通过添加与遥感图像同名的坐标系文件和空间参数文件来完成遥感影像空间参照系的确定工作，将空间的参照系统设为WGS_1984_Web_Mercator。第2，建筑屋顶空间数据库的建立。屋顶空间数据库采用与Google Maps遥感影像相同的空间参照系统。利用Arc Catalog 创建屋顶属性数据库并添加要素。第3，数字化及属性编辑。在ArcMap 中将研究区范围内所有屋顶逐个描取，得到建筑屋顶矢量化要素，并完成要素属性信息的编辑录入。第4，坐标系转换。结合研究区的地理位置进行投影转换。研究区的地理坐标为117°13′E，36°68′N，位于UTM的第50 投影带中，故将屋顶要素集的空间参照系统设置为WGS_1984_UTM_Zone_50N。

2 结果与分析

2.1 屋顶绿化现状分析

通过实地调研剔除掉一些废弃建筑、简易仓库以及一些正在建设中的建筑，统计发现：研究区总面积1942244 m2，识别建筑屋顶176 个，屋顶面积为295942 m2，占研究区域总面积的15.24%。通过调查发现在现有建筑中未见有建筑屋顶全面绿化，多为居民在楼顶部分区域自发种植绿植，—般都以容器式为主，在较小的范围内形成一定的绿化空间；园林式屋顶绿化仅发现一例，且面积较小，未形成规模，可忽略不计。从这个角度来看，研究区大面积的不透水屋顶区域显示出屋顶绿化的巨大需求与潜力，利用空置的屋顶资源进行绿化来应对城市环境问题是良好的城市绿化方案。

2.2 屋顶绿化适建性评估

在遥感数据和三维电子地图等建立的基础数据库支持下，根据屋顶绿化适建性评估标准，统计发现：适合屋顶绿化的屋顶有64 个，面积约104702 m2，占屋顶总面积的35.4%；不适建屋顶绿化的屋顶有112 个，面积约191240 m2，占总面积的64.6%，适建屋顶绿化建筑屋顶分布如图1。本文得出的结论是基于建筑屋顶的最小承重能力，研究得出的屋顶绿化适建屋顶至少可以实施简单式屋顶绿化。

图1 适建屋顶绿化建筑屋顶分布图（来源：作者自绘）

从适建资源的建筑类型看，适合建设面积最大的为商业建筑，共35 个建筑屋顶，占80.05%（约83814 m2）；其次为居住建筑，共20 个建筑屋顶，占12.65%（约13246 m2）；排在第3位的是公共建筑，共8 个建筑屋顶，占7.2%（约7535 m2）；适建面积最小的为其他建筑，共1 个建筑屋顶，占0.1%（约106 m2）。研究区适建屋顶绿化的商业建筑居多，屋顶绿化建设潜力较大。

2.3 屋顶绿化适建屋顶优先级评估

利用上述优先级评估标准，得到建筑屋顶绿化优先实施等级如图2 所示。优先等级一有8 个建筑屋顶，约7536 m2。大部分是公共或市政管理建筑，政府拥有这些建筑的产权，并能给予屋顶绿化的实施投资重点，应该加快实施屋顶绿化。而且这些屋顶几乎不受遮阴影响，阳光充足，适合植物生长。优先等级二有30 个建筑屋顶，约69861 m2。大部分是新兴产业、商业和办公建筑，这些建筑主要用来经营企业，产权较为明晰，屋顶绿化阻力小，在屋顶种植植物可以促进商业以及经济活动。而且这些屋顶受遮阴影响小、屋顶种植植物可选择性较多。优先等级三有26 个建筑屋顶，约27305 m2，这些建筑主要是住宅，为个人或团体所有，必须在适当的时候唤起公众绿化意识来推动屋顶绿化建设，还有一些遮阴状况比较差的商业建筑，在进行屋顶绿化时应该优先选择耐阴植物。

图2 建筑屋顶绿化优先实施等级图（来源：作者自绘）

3 关于适建结果的讨论

邵天然等选择了建筑年代、建筑结构、遮荫状况、屋面构造、屋顶功能、屋顶坡度、设备面积、建筑高度这些指标因子对深圳市福田中心区进行城市屋顶绿化资源潜力评估，得出有51%的屋顶适合建设屋顶绿化，其研究方法中认为屋面构造、屋顶功能、屋顶坡度、设备面积、建筑高度这些指标的混合型也符合适建条件[11]。王新军等对常州市新北中心区屋顶绿化适建性进行评估，用层次分析法（Analytic Hierarchy Process，AHP） 确 定了建筑年代、建筑结构、屋顶设计承载力、建筑高度、屋顶归属、屋顶被遮面积、其他占用面积、屋顶坡度、建筑坐落位置这些指标的权重，在权重赋分的基础上进行评估，得出适建屋顶绿化屋顶面积占研究区总面积的48.2%[12]。

本文通过研究发现研究区适建屋顶占研究区屋顶总面积的35.4%，相较于类似研究，本文得出的适建屋顶面积占比更低，是因为在屋顶绿化适建筛选上选择的指标因子有建筑年代、屋顶结构、屋顶荷载、建筑高度、屋顶坡度、其他占用面积，这些指标中只要有一个不符合适建条件就判断为不适建，相对于其他评估方法更为严格，得到的适建屋顶更少。

本文采用人工目视解译的方法对遥感图像进行分析。虽然建立了高度精确的土地利用和建筑屋顶空间资源数据库，但人工解译过程有些耗时，尤其对于大面积的研究更加浪费时间和人力。对于城市规划发展来说，如何快速准确地识别建筑屋顶是迫切需要解决的问题。另外，本文没有进行结构计算来评估建筑物的屋顶荷载，仅基于可上人平屋顶做了简单的荷载估算，评估结果是基于简单式屋顶绿化改造。如需建设更高层次的屋顶绿化则需要对屋顶荷载进行进一步深入研究。

4 结论

对于高度城市化的地区，优化屋顶空间利用已经成为一种趋势。本文建立了一种城市中心商业区屋顶绿化潜力评估方法。筛选出适合实施绿色屋顶的屋顶，并在潜力评估的基础上提出实施优先顺序，在空间上划分了重点区域。

总体而言，研究区具有较大的屋顶绿化改造潜力，其中公共建筑和商业建筑占大多数，相比其他建筑类型产权清晰，资源利于集中，屋顶绿化实施较为容易，可以作为济南市屋顶绿化优先实施区域。

本文虽然只是屋顶绿化建设潜力研究的一部分，但对于以整体方法研究绿色屋顶建设潜力很有意义。由于屋顶绿化有较高的复杂性和专业性，因此在今后的研究中应进一步加强对屋顶绿化相关理论和技术的研究，深入开展调查、研究和评估工作。同时要加强对屋顶绿化建设相关政策法规、规范标准的研究和制订，积极探索适合我国国情和城市发展现状的屋顶绿化模式。