依托屋顶花园建设低碳节水型城市—以西安市为例

武振国,李雪敏

(1.西安建筑科技大学 建筑学院,陕西 西安 710055;2.西北大学城市与环境学院,陕西 西安 710127)

依托屋顶花园建设低碳节水型城市—以西安市为例

武振国1,李雪敏2

(1.西安建筑科技大学 建筑学院,陕西 西安 710055;2.西北大学城市与环境学院,陕西 西安 710127)

屋顶花园是屋顶文化的延续和发展,是屋顶景观的再创造。它的营建可以为城市创造良好景观与环境,减少碳排放量、高效利用雨水、节约地下水,直接提高城市居民生活空间的舒适化和居住环境质量,而且合理的屋顶花园布局必然产生巨大的社会效益、经济效益和生态效益。

屋顶花园;低碳节水;西安市

0 引言

格罗皮乌斯(Walter Gropius)在《新建筑学与包豪斯》中写道:“随着空间的发展,建筑师在必须对所设计的房屋的鸟瞰效果象对立面处理同样注意了……从天空下俯瞰屋顶苍翠的未来城市,将会呈现一片无尽的空中花园景色。”

随着屋顶花园在欧美国家的普及,我国的建筑学、景观学学者越来越重视屋顶花园的研究与推广。本文就屋顶花园的特点,结合西安市地域特点对其进行了初步探讨。

1 概述

1.1 相关概念

屋顶花园是城市中园林绿化的一种新形式,为改善城市生态环境,创建绿色家园开辟的新途径。屋顶花园(roof garden)是指在建筑物屋顶上建造的花园(2002年 10月颁发的《建设部关于发布行业标准(园林基本术语标准)的公告》中对园林基本术语的定义)。屋顶绿化(Roof greening)是指在高出地面以上。周边不与自然土层相连接的各类建筑物、构筑物等的顶部以及天台、露台上的绿化。

1.2 屋顶花园的历史与发展现状

屋顶花园并不是现代建筑发展的产物,它可以追溯到距今近 4000年以前,在古代幼发拉底河下游地区(即现在的伊拉克),古代苏美尔人曾建造了雄伟的亚述古庙塔或称“大庙塔”,被后人称为屋顶花园的发源地。但是,被人们称为真正屋顶花园的是在亚述古庙塔以后 1500余年出现的巴比伦的“空中花园”。我国屋顶绿化的开展,目前主要在一些发达城市,广州、北京、上海等地区发展较早较快。西安地区近些年也有应用。

2 屋顶花园的功能

城市屋顶绿化不需要占用专门的土地,能够弥补城市范围内平面绿化的不足。在不增加绿化用地的情况下,极大地增加人均绿地的占有量,丰富了城市园林绿化的空间结构层次,有助于进一步恢复城市生态平衡。屋顶绿化可改善城市的生态环境,减碳、降温、增湿、净化空气、缓解雨水流失和降低噪声。绿化植物可以净化空气中的有害病菌,有益于居民的身体健康,直接提高城市居民生活空间的舒适化和居住环境质量。合理的屋顶花园布局必然产生巨大的社会效益、经济效益和生态效益。

2.1 生态效益

2.1.1 美化环境

屋顶花园可以将整个城市建筑都披上绿装,可以增加城市绿地面积,丰富城市景观层次,植物的千姿百态和色彩的季节变化,使城市环境富于变化。楼房建筑等大量的硬质景观与植物的柔质景观配合得当,能够丰富对城市的视觉享受,使城市更富有生气和美感。

2.1.2 改善和净化空气

屋顶的绿色植物通过光合作用吸收空气中的 CO2、CO放出大量氧气。是环境中 CO2和 O2的调节剂,被人形象地称为城市“高空氧吧”。

植物叶片能吸收、解毒或富集于体内而减少空气中的有毒物质如 SO2等。植物对空气中的烟尘和粉尘有明显的阻挡、过滤和吸附作用。相当一个“除尘器”,绿色植物还可以净化空气中的有害病菌,有的植物含有挥发性的杀菌素,可以直接杀灭真菌细菌和原生动物;有的植物可以减少空气中的烟尘及其携带的病菌,使空气中的病菌含量大为减少。

2.1.3 降低噪声污染

科学种树植草,让植物去吸收噪声和阻滞其传播是有效而节约的办法,这主要是植物对声波有反射和吸收作用。据北京市园林研究所测定 20 m宽的草坪可减少噪音 2DB(分贝)。在城市中,处于不同层次的屋顶绿化对降低噪声污染起着不可小觑的作用。

2.1.4 缓减城市热岛效应

绿色植物的蒸腾作用可以降低城市的温度,提高湿度。在酷热的夏天,当温度大约在 30℃时,没有绿化的顶面已经达到 40℃～50℃,而绿化了的屋顶基层 10 cm的温度则为舒适的 20℃。屋顶绿化可以极大程度地增加绿色植物的叶面积,增加绿地覆盖率从而更好地平衡城市大气环境中的二氧化碳和氧气含量,提高城市大气环境质量,调节温度、湿度,缓减城市热岛效应。

2.2 社会效益

2.2.1 缓和建设用地与绿化面积的矛盾

城市建设中绿化面积与建筑用地的矛盾日显突出,屋顶花园可以成为政府增加城市绿化面积和人均绿化率的主要措施。屋顶绿化节约了城市的建设用地,有效解决城市建设用地的紧张和城市绿化总量的缺乏。

屋顶花园合理的利用了闲置的屋顶空间,填补和扩大了城市高密度聚居区居民户外交往活动空间;拓展了城市土地的垂直利用渠道,提高了城市土地资源的利用率,是缓解城市土地紧张矛盾的重要途径。

2.2.2 为城市居民创造舒适环境

屋顶花园充分利用了被建筑师们忽视的建筑顶部空间,改善了城市高密度聚居区居民户外活动环境。屋顶绿化改善了城市大环境,塑造了居民生存的绿色空间,同时改善了人的心情,调节人的心理健康,给居住在城市的人们以回归自然的感觉,让现代人感受到自然和谐,使人获得了健康和长寿。有研究资料表明,阳光照射到植物上面有 20%～25%被叶面反射;林中及草坪上的绿光波能保护人的眼睛,减少刺激,使人心情宁静爽快。

2.2.3 节能减“排”

屋面绿化可以大幅度降低建筑能耗,有效减少传热量。大面积屋顶绿化可明显降低建筑物周围环境温度,产生冬暖夏凉的效果,缩短居民室内空调的使用时间,一定程度上可缓解夏季城市的能量紧张。同时,屋顶花园中植物对雨水的截留和蒸发作用,以及具有较大吸水能力的人工种植土对雨水的吸收作用,使屋顶的雨水排放量有所减少,来自加拿大约克大学绿色屋顶的改进项目的数据所显示:每年绿色屋顶的项目能够保证有 60%雨水再利用,甚至其他的一些所进行的研究已经显示出来他可以将雨水再利用率达到 98%,98%的雨水都可以被保留,这样,随着屋顶花园日益增多,大雨后通过屋顶排入城市下水道的水量将明显减少。因此城市排水管线直径可适当缩小,从而节约市政府设施的投资。

3 西安市屋顶花园实施分析

屋顶是建筑的重要组成要素,它不仅是一种形式,而且具有丰富的内涵,屋顶花园是园林艺术、建筑艺术在建筑屋顶场所的综合体现。它是屋顶文化的延续和发展,是屋顶居住文化的再创造。但屋顶花园的设计与推广一定要考虑当地的气候特点、文化传统,因地制宜等因素。下面就从不同层面对西安市屋顶花园实施进行初步分析。

3.1 区域气候因子

屋顶花园的设计,应首先考虑当地的气候条件是否适宜,这关系到是否能在城市内普遍推广屋顶绿化。

西安市位于黄河流域中部关中盆地,东经 107°40′～109°49′和北纬 33°39′～ 34°45′之间 ,海拔 400 ～ 700 m,属暖温带半湿润大陆季风气候,冷暖干湿,四季分明。冬季寒冷、风小、多雾、少雨雪;春季温暖、干燥、多风、气候多变;夏季炎热多雨,伏旱突出,多雷雨大风;秋季凉爽,气温速降,降霖明显。年平均气温 13.0℃～13.4℃,最冷 1月份平均气温-0.4℃ ～0.9℃,最热 7月份平均气温 25℃ ～26.6℃,年降水量 558～750mm,年平均相对湿度 70%左右,年平均风速 1.8m/s,全年盛行风向为东北风。

以上分析可见,西安市日夜温差较大,日照充足、雨量较少,年均气温 13.3℃等地理气候条件表明适宜普遍推广屋顶花园。但与地面相比较,日晒、风吹、水分蒸发过快、干旱、昼夜温差大、湿度小等环境恶劣因素也将制约屋顶绿化植物的选择以及栽培技术。

3.2 建筑屋顶形制

西安作为我国十三朝古都、历史文化名城,城内保留有大量传统建筑,我国古代建筑采用传统的坡屋顶形式和采用木构架的结构承重,而坡顶上不易营造屋顶花园,木结构也难以承受较重的种植土,而且木架构的材质对防腐非常不利,所以明城内的传统建筑不能建屋顶花园。

但是,明城区内现存的大量建于 80、90年代、形式单一的平屋顶低层、多层住宅,以及城中村里数量众多的破旧简陋的低矮住宅,由于它们的高度有限,屋顶即使在正常视高也很容易被纳入视野,尤其当前高层建筑的大量兴建,我们获得了越来越多的从高空俯瞰城市屋顶景观的机会。而那些屋顶几乎千篇一律全是混凝土平顶,加之年久失修,难以有效地防止渗漏,大量的热量被反射,加剧了城市的热岛效应,因而解决这一问题刻不容缓。

目前,通过改造住宅的屋顶形态来改善城市面貌是简单易行的方法,所以,西安建筑在如火如荼地进行着“平改坡”运动,城市建筑群里的各种颜色的歇山顶、斜坡、四坡顶、悬山顶……千姿百态坡屋顶已经成为城市的一道重要的景观。将建筑的平顶改坡顶,主要是起了美化城市景观的作用,同时对单体建筑有一定防水隔热作用,而且有利于形成较好的城市肌理,加建的坡顶可以通过传统材质的使用,以及色彩的搭配协调其自身与历史文化名城城市风貌间的关系,在一定程度上改善城市面貌和居民居住质量。但是,大量建筑“平改坡”的缺点也很明显,如坡顶的硬质 材加剧城市热岛效应,屋面形式处理不当反而造成视觉污染等。所以,对于西安明城区大量建于 80、90年代的平屋顶建筑,在不改变历史文化名城肌理以及不影响古城历史传统文化传承的前提下,屋面绿化也许更为适宜。屋顶绿化非但涵盖了平改坡的大多数优点,还能有效缓解城市热岛效应、改善空气质量、保持水土。因此,我们应该在明城内有条件、选择性的进行屋面绿化,在其他市区的已建及新建平屋顶建筑中应广泛推广屋顶花园。

3.3 其它因子

当然,屋顶花园的推广与普及还要考虑相当多的因素,首要解决的便是调查旧建筑物的设计结构及承载能力,必须在建筑物的安全承重范围内进行设计施工,以及加强对绿化屋顶的技术防护;还要考虑屋顶花园建设的资金来源问题以及普及人们对屋顶绿化的知识、提高他们对之的认识与观念等等。

4 总结

综上所述,屋顶花园不仅可以提高城市绿化率、减少碳排放量、有效利用雨水、节约地下水、改善居民生活空间、为城市带来诸多效益,而且气候条件允许其在西安市普遍推广。西安市为了进一步改善城市市容景观,彰显古都风采,2004年颁布了《西安市建筑物屋面整治改造管理办法(试行)》,指出在明城墙周边地区、文物古迹周围及其他应当改造的区域加强建筑物屋面整治工作,即指对多低层房屋平屋顶改为坡屋顶,对房屋平顶进行绿化以及拆除屋顶违章建构筑物的行为,这又为我们提供了政府的监督与支持。现阶段,需加强对屋顶绿化的立法,鼓励进行屋顶绿化的技术创新并且加大对其的资金投入以加快西安市屋顶花园建设,改善城市居住环境、积极营造低碳节水型城市。

[1]龙雄军,刘煜,郭立伟.西安城市建筑屋顶生态设计策略初探[J].建筑设计研究,2008年第 10期

[2]郑检根.推进屋顶绿化所面临的问题及对策初探[J].中国新技术新产品,2009年第 5期

[3]陈昕,杨丽薇,王军,朱长玉.南京市屋顶绿化初步研究[J].江苏农业科学,2007年第 6期

[4]龚飞,方大凤,李轩.浅析屋顶花园的绿化设计[J].杨凌职业技术学院学报,2009年第 3月

[5]绿色·生态·节能,建筑绿化让城市生活更美好——2010国际建筑绿化(屋顶绿化＆立体绿化)发展论坛

Relying on Roof Garden to Build Low-carbon＆W ater-saving City—— Take XIAN as An Exam ple

WU Zhen-guo1,LIXue-m in2

(1.Department of Architecture,Xi'an University O f Architecture And Technology 710055 2.Department of Urban and Environment,NorthwestUniversity Xi'an 710127)

The roof garden is the roo f of continuity and development,and the roof re-creation of the landscape.Its construction can create a good landscape and urban environmentand reduce carbon em issions,efficientuse of rainwater,groundwater conservation,urban residents directly improve the comfort of living space and living environment quality,and reasonable layout of the roof garden must have an enormous social benefits econom ic and ecological benefits.

roof garden;low-carbon＆water-saving;Xian

X 503.23

B

1004-1184(2011)01-0097-02

2010-10-21

武振国(1985-),男,内蒙古乌兰察布人,硕士研究生,研究方向:城市与区域发展。