建筑物立体绿化景观生态效益评价研究

　　摘要：在城市化进程中，保持城市生态系统平衡的重要方法之一就是在保证现有平面绿化的基础上，使更多的绿化向空间发展，城市的立体绿化已经得到了广泛应用和深入研究。但对中国立体绿化评估仍处于探索阶段，对其评价研究较少，未建立成熟的立体绿化评估体系，从而限制了中国立体绿化工作的开展。因此，文章为了更好地量化立体绿化的生态效益，引入西雅图绿化系数方法，它是一套绿色建筑和社区的生态性能评价工具，其分析结果更准确地反映立体绿化的生态性能和价值。文章以深圳市建科大楼为例进行具体剖析，其研究结果以期为指导城市绿地建设，促进立体绿化技术的提升，为相关部门制定管理措施和办法提供依据，并对中国建筑立体绿化生态效益定量评价的广泛开展具有一定意义。
　　关键词：立体绿化；西雅图绿化系数；生态效益；建筑；评估
　　一、引言
　　随着城市化趋势的加剧，高楼大厦鳞次栉比，城市人口猛增，城市土地资源越来越少，仅靠栽植地面绿化的手段已不能满足城市发展的需要。中国是一个地少人多的国家，每人平均所占土地的总面积为0.70ha，约为世界人均数（2.4ha/人）的三分之一，美国人均数（3.3ha/人）的五分之一，各大城市的人口密度更大，大部分都在8000人/km2以下，如首都北京为11500人/km2，天津在10500人/km2，而世界其他发达国家的城市用地一般在6000人/km2以下，如伦敦5100人/km2，巴黎3550人/km2，华盛顿1300人/km2等。在现有的城市用地现状下，只有研究、推广、实现立体绿化，才能实现城市绿化覆盖率达到40%-50%的城市宜居标准。
　　为了更好地绿化、美化城市环境、提高城市绿量、软化城市建筑的硬质景观，充分发挥绿化在城市中的生态作用，立体绿化是解决人和建筑物两者与绿化争地的矛盾，满足城市绿化要求的最佳措施之一。目前，立体绿化逐渐成为城市植物地理学和城市生态学、城市园林景观学的重要研究内容，并受到城市规划及园林景观规划学者的高度关注。而研究内容主要集中在屋顶绿化和立体绿化的设计、方式、技术方法、荷载量要求和计算等层面，随着生态城市、绿色建筑的理念的深入，城市、建筑物的立体绿化生态效益研究逐渐呈现出一定发展趋势，但是主要集中于定性分析和半定量评估方面，而关于立体绿化生态效益定量分析还缺乏一套成熟的指标体系和工具。
　　美国西雅图计划和发展部（DPD）开发的Green Factor模型是一套建筑物、绿色社区生态性能评估工具，它是在柏林生态面积系数（BAF）基础上改良而成。该评估系数不仅限于绿化面积，还考虑各种铺地与植被生态质量。从关注数量，到关注最终效果，这套体系在美国和欧洲逐渐发展，成为城市立体绿化、可持续景观评价体系。本研究尝试应用西雅图绿化系数的模型和评估系数对深圳市建科大楼及周边进行立体绿化的生态性能评估，其结果有助于推动中国的立体绿化生态效益评价体系研究，对于规范和引导中国立体绿化的发展具有重要意义。
　　二、研究案例与研究方法
　　（一）深圳市建科大楼基本情况介绍
　　深圳市建科大楼（简称建科大楼）位于深圳市福田区北侧城市郊区（E114°33′，N22°34′），占地面积3000m2，建筑面积1.8万m2，总高度为57.9米，地上12层，地下2层。于2009年4月使用。该建筑集被动式和主动式绿色技术于一体，获得中国绿色建筑设计和运行标识三星级认证。
　　深圳市建科大楼的立体绿化特征有：在建科大楼3000m2的占地面积中，努力在大楼的各个地方，种上植物，增加绿量。立体绿化“亮点”之一是“空中花园”，它位于大楼中部的6层，层高6米，是大楼低区实验和高区办公区域的过渡转换层，为上、下两部分提供一个自然便捷的绿色交流空间。它和底层的架空绿化、顶层的屋顶花园一起，成为均匀分布在整栋大楼立体绿化的绿色生态框架。它与底层的架空绿化、顶层的屋顶花园一起，成为分布在整栋大楼立体绿化的绿色生态框架。大楼各层走廊、平台的周边均设置了种植花槽，湿地、生物滞留池。采用高透水性与高保水性、低日照反射率的路面铺装材料；确保地面铺装被建筑或高大乔木的阴影覆盖，覆盖率超过50%；建筑外立面立体绿化，结合西向遮阳设计爬藤类植物，各层设置花坛绿化（见图1）。
　　
　　
　　
　　（二）西雅图绿化系数评估的原理
　　西雅图绿化系数评估模型由数据模块和评估系数、模型结构三大部分组成（见图2）。主要包括水景、屋顶绿化和墙体绿化和透水铺装等四个部分的立体绿化数据，同时还有生物滞留池（湿地）、种植区域和植被等三个部分的绿色社区数据。根据两大数据模块，以及绿化系数中根据评价标准拟定的评价系数，运用绿化系数模型，将各个要素的面积乘以相对应的系数值，然后将灌木、乔木、植被以及绿色屋顶、墙体绿化考虑进去，将各要素的面积乘以相对应的系数值（范围从0.1-0.7），加权求和，除以区域面积总数，得出评估的结果。
　　根据西雅图绿化系数的42个案例点的经验值表明，对于居住小区或住宅建筑，绿化系数值应不低于0.6，而对于商业区或者商业办公住宅来说，绿化系数应不低于0.3。
　　其模型为：
　　Gf=■Airi+B1η1+■Biηi+■Ciδi+Dθ+Eε+■Fiρ+Gτ+■Hiμi
　　式中：Gf为绿化系数，Ai为土壤厚度，ri为土壤系数；B1为植被要素，η1为植被面积系数；Bi为植被要素，ηi为植被棵树系数；Ci为绿色屋顶，δi为绿色屋顶系数；D为绿化墙体，θ为绿化墙体系数；E为人工水景，ε为人工水景系数；Fi为透水铺装，ρ为透水铺装系数；G为结构土，τ为结构土系数；Hi为加分项，μi为加分项系数。
　　（三）评价标准和系数
　　绿化系数评估方法旨在鼓励大型植物、透水铺装、绿色屋顶、绿色墙壁等绿色要素的应用，以及还有植物的分层次种植和提高城市景观等要素。建筑物的立体绿化评估包括以下景观要素和加分要素：土壤、树木、绿色屋顶、墙体绿化、水景、透水铺装和加分项。Seattle Green Factor中所考虑的要素优先次序为，景观功能（土壤），选取的概率达到了97%，其次是草坪和其他植被（土壤厚度>60cm），其概率达到95%；灌木（土壤厚度>60cm），概率达到87%；耐寒植物的概率为85%；其他要素被选取的概率依次为小型树木、绿化墙体、中小型树木、透水铺装、绿色屋顶、大型树木、灌木（<60cm）、草坪和植被（<60cm）和珍稀树种、水景等。
　　具体的指标要素分析如下：
　　土壤：土壤是植物生长的基本条件，同时也能够促使雨水渗透，达到减少雨水径流的目的。土壤厚度是重要的考虑要素之一，在绿化系数评估中，土壤厚度为60cm是决定建筑物立体绿化评估的关键数值。不同的土壤深度和结构赋予不同的系数，包括：土壤深度<60cm（A1），系数定为0.1；土壤深度>60cm（A2），系数为0.6；结构土和塑性土（G），系数定为0.1。
　　树木：对于建筑物的立体绿化，改善城市微环境所带来的功能性效益要超过其他要素。树木带来的效益随着时间而增加，因此将树木大小赋予不同系数，包括：小型树木（B3），系数为0.3；中型树木（B5），系数为0.4；大型树木（B6）系数0.4；现存大型树木（B7），系数为0.8。
　　种植区域：种植区域质量是立体绿化的关键因素之一。通过分层次种植的方法可提高立体绿化的功能效益。其生态效益包括促进雨水滞留或渗透，减少热岛效应，通过蒸腾作用使周边地区温度舒适，增强城市美化作用等。根据种植区域的高度赋予不同系数值，如：植被高度<60cm（B1），系数为0.1；植被高度>60cm（B2），系数为0.3。
　　
　　屋顶绿化：屋顶绿化与传统屋顶相比，生态功能具有显著改善；减少径流量，改善雨水水质，缓解热岛效应。能够为昆虫和鸟类提供栖息地。绿色屋顶在建筑设计中的应用由LEED资质认证来评判，如降低少采暖和制冷成本，延长屋顶近一倍的寿命。绿色屋顶厚度5-10cm（C1），系数为0.4；绿色屋顶厚度>10cm（C2），系数为0.7。
　　墙体绿化：墙体绿化可为建筑提供遮挡保护，设计得较好的墙体绿化还能起到调节气候、降低噪音的功能。墙体绿化在下雨时还可暂存雨水，减少排水系统的高峰负荷。墙体绿化（D），系数为0.7。
　　水景：水景可使人更加愉悦。此外，还能利用雨水，减少排水系统的负荷。水景系数（E）为0.7。
　　透水铺装：透水铺装方式强调了使场地雨水尽量以自然方式下渗。场地雨水径流量的减少和减缓显著降低了雨水系统的高峰负荷。透水铺装也限制了非点源污染进入地表水体，有助于保持水体的清洁。透水铺装（F），系数为0.2或0.5。
　　加分项：加分项是除景观要素功能之外的选项。如本地植物/耐寒植物、集水设施、景观、立体农业等，系数依次分别为0.1、0.2、0.3、0.1。
　　三、结果与分析
　　根据模型运算，通过符合评估规则要求的总绿化系数面积为1500m2，在景观要素中，建科大楼立体绿化的土壤厚度集中在A1 类型（<60cm）面积为1055.71m2；在绿化植被要素中，建科大楼的绿化植物集中在高度为>60cm的花灌木或者蔓藤植物（B1）类型，单位面积的平均棵树为0.63棵/m2，而植被高度为<60cm的植被或者草本植物（B3）的面积为674.05m2；在屋顶绿化要素中，屋顶绿化（土壤厚度为10cm）（C2）面积为377.7m2；人工水景要素中，人工水景（E）主要包括人工湿地和六层空中花园部分，总面积为311.7m2；在透水铺装要素中，透水铺面集中于厚度为15cm-60cm的类型，材质是混凝土透水砖，面积为144.39m2；在加分项中，主要在屋顶花园、墙体绿化和六层空中花园采用了无水浇植物（耐旱植物）和本土植物，但是由于培育技术的要求，该面积仅为32m2；而在屋顶花园中，立体农业，员工菜地，种植的品种有丝瓜、红薯等的面积为145.36m2。将各要素的面积乘以相对应的系数值，加权求和，除以区域面积1500m2，得到建科大楼的立体绿化评估值为0.68。
　　从评估结果比例中可以看出（见图3），建科大楼的生态性能评估中，透水铺面、屋顶绿化、人工水景三大要素的比例占的较高，依次为27%、25%、21%，占总的绿化系数达到73%，而景观要素（土壤厚度）、人工湿地和植被等要素的比例不高，仅为10%、7%、5%，屋顶花园中立体农业的比例为最低，仅为1%，今后应扩大人工湿地、绿化植被（乔木、灌木）的面积，并提升相关的绿化技术。
　　
　　
　　四、讨论
　　本文利用Seattle Greening Factor模型计算出深圳建科大楼立体绿化生态性能评估值，为0.68，根据绿化系数评估标准规定，在商业区的建筑物绿化系数标准为（Gf>0.3），住宅区的建筑物绿化系数标准为（Gf>0.6），可知深圳建科大楼的绿化标准远高于商业区建筑物的绿化系数标准，达到并优于西雅图住宅区建筑物绿化系数标准，其生态性能较高。其生态性能主要体现在透水铺面、屋顶绿化、人工水景三大要素中，与美国案例区的生态评估结果相比，美国西雅图的绿化生态性能主要集中在景观、绿化植物（>60cm）的乔木、灌木和绿化墙体等要素中，而对于人工水景和绿化植物（<60cm）的比例较低。
　　现今，绿色建筑评估体系LEED没有强调生态场地设计，许多获得LEED资质的建筑未完全考虑生态环境方面的影响和对场地生态建设的帮助，因此，可以考虑在现有的绿色建筑评估中融入Seattle Greening Factor模型方法。2006年，美国Seattle Greening Factor模型从开发至今，广泛应用在生态社区、绿色建筑的生态性能评估上，它是在柏林的生态社区系数和瑞典的马尔默绿色空间评估系数基础上改进而成，对西雅图42个商业街区和街区内的建筑的立体绿化进行评估，评估的目标是为了从美学和环境功能方面提高生态景观质量。由于立体绿化措施，绿色屋顶、墙体绿化、绿色街区在封闭建筑密集的城市里发挥了重要的功能：如减少雨水径流、改善空气质量、减少城市热岛效应、增加生物多样性等等。可以预见，Seattle Greening Factor模型在绿化生态性能评估以及可持续发展方面将具有一定的发展前景。
　　在利用Seattle greening factor模型计算深圳市建科大楼时，由于直接采用立体绿化评估系数和标准，基准为国外的建筑和小区，其结果还有待于进一步完善，需要调整其中有关于景观、人工湿地、水景等方面的系数，以符合中国的实际情况。今后，应结合国内更多的绿色建筑物和生态社区的调研，建立符合中国当地特点的立体绿化评估方法和对应数据库，使其评估结果更为合理，指导和规范中国的立体绿化发展。
　　参考文献：
　　1、中国城市科学研究会.中国低碳生态城市发展战略[M].中国城市