住宅屋顶空间生活系统研究与应用——以顶层露台为例

■ 周 敏 马丞瓅 殷正声



住宅屋顶空间生活系统研究与应用
——以顶层露台为例

■ 周 敏 马丞瓅 殷正声

【摘 要】以住宅顶层露台为例，对现有屋顶空间生活的可持续系统和交互系统进行了分析，提出可持续的空间规划和设计，为现有住宅屋顶空间的可持续设计提供参考。

【关键词】住宅屋顶；空间生活系统；可持续

周敏，同济大学建筑与城市规划学院建筑学博士，河南理工大学建筑与艺术设计学院讲师；马丞瓅，同济大学设计创意学院本科生；殷正声，同济大学建筑与城市规划学院、同济大学设计创意学院教授，博士生导师。

1　综述

在中国城市建设过程中，长期以来，屋顶空间大都是被闲置的，或是充当杂物置放的场所。近年来，随着城市的扩张，绿化的减少，人们渴望拥有更好的城市生活环境，从而开始重视屋顶空间的利用。商业场所的屋顶空间被设计成屋顶花园，或屋顶农场等绿色休闲空间，既增加了城市户外活动的空间，也缓解了城市的“热岛效应”[1]，有效改善了城市生活的品质。

但是，住宅的屋顶空间却一直存在利用不足的情况。随着高层和小高层成为房地产市场开发的主流，顶层带露台（或退台）的户型成为新的关注焦点。这种户型为业主提供了宽敞的露天活动空间，也增加了住宅屋顶空间设计的新问题。顶层带露台的户型作为住宅中的一个独特分支，由于中国国情和政策因素的影响，以及此类住宅特有的稀缺性，其设计研究尚缺乏全面和系统的理论指导。

因此，对住宅屋顶空间的利用，大多数人只是稍加改装，做成阳光室，或是直接做成楼顶花园，对这个空间的具体设计还缺乏多样性和创新性。对住宅屋顶空间进行系统规划和设计有两个难点：一是产权问题，导致很难进行大规模的规划设计；二是面积问题，面积的多样化导致很难进行标准化设计。

2　住宅屋顶空间生活系统分析

对住宅屋顶空间生活系统的研究，主要从空间环境的可持续系统和人与空间环境的交互系统两大方面来进行分析。空间环境的可持续系统包含光电系统、中水系统和屋顶种植的可持续系统。

2.1空间环境的可持续系统

2.1.1可持续的光电系统

从太阳孕育生命，生命转化为储藏在地下的能源，能源被人们采集使用，经历了漫长的岁月。光能和电能是人们日常生活中最普遍使用的能源。现在家庭中比较常见的太阳能热水器，安装方便、使用简单、热转化率高，是一种常见的对光能的利用方式。但是它存在着局限性。首先，热水在水箱中长时间存储容易滋生细菌；其次，夏季高温和长时间强光照射，水箱易损耗；再次，太阳能热水器时效性较强，阳光强烈的白天使用较少，夜间需求量大时反而供热不足。甚至在夏季最炎热时，不得不通过补充冷水给太阳能热水器降温，这样大量浪费自来水的行为不利于可持续发展。

我们的生活中时刻离不开电能，将光能直接转化为电能使用，可节省时间和能源的损耗。在住宅屋顶安装适当面积的光电太阳能电池，可直接将太阳能转化为电能，满足家庭的生活用电。虽然复杂的转化流程使得它的热转化率略低，但是太阳能电池和水源不发生关系，独立的线路保证了各自的有效利用。同时，由于国家的大力补贴，将光伏电池产生的绿色电力出售给电网还能得到理想的收益。在日间电力系统高负荷运转，供电压力大的时候，家庭向电网输送电力，减缓电网压力。在夜间用电低谷时，家庭可以半价享用电力。

2.1.2可持续的中水系统

全球多个国家已经采用中水系统，重复利用水资源。虽然中水的供应范围比较小，但是在园林灌溉、道路保洁等方面却是最好的自来水替代水源。我国大城市大部分处于水资源缺乏的状态，如果城市采用中水系统，可以大大缓解城市的缺水状况。但是由于中水的处理过程较为复杂和昂贵，家庭可以采用一些简单的中水处理系统，也能有效降低自来水的使用。尤其当屋顶种植大量植物时，中水系统能更好地完成灌溉工作。

2.1.3屋顶种植的可持续系统

近年来，屡屡刺激着人们神经的食品安全问题，使得许多人喜欢自己种植瓜果蔬菜等作物。在有限的空间进行绿色种植，成为许多国人的爱好，在住宅的屋顶空间进行种植无疑成为一种新的时尚。利用雨水收集的中水系统和太阳能等生态技术，在屋顶空间种植瓜果蔬菜等作物，形成一个纯天然的空中循环系统，不仅改善了生态环境，还具备一定的经济效益[2]。

对于屋顶空间种植的可持续性，除了光、电和水的可持续性，还要考虑植物选择上的可持续性[3]。一是尽量选择不同的植物，能够在一年四季观赏和食用；二是蔬菜、水果等农作物的选择尽量满足业主的生理需求，比如种植适合老年人食用的薄荷、迷迭香等有镇静安神作用的香草，或是给年轻人食用的防癌、抗衰老、减肥功效的番茄，或是满足全家人食用的抗感冒、抗衰老、维护心血管健康的洋葱。不同的植物带来不同的功效，交叉种植形成的种植系统，能够满足不同人群的需求。

屋顶种植的可持续发展，不仅给生活在工业文明中的人们带来了健康的绿色休闲方式，也使人们享受了劳动的愉悦。同时，屋顶种植系统还可以给城市降温隔热、缓解暴雨压力，以及保护屋面的结构。

2.2人与空间环境的交互系统分析

人与环境的交互系统主要研究人在空间中的环境行为和环境心理，从而创造更加适宜人们生活和居住的空间体系，提升环境设计的品质和感受。家庭成员的使用行为和在行为过程中产生的心理状态，是室内空间功能划分的基本依据。

首先，从住居学角度分析业主家庭常住人口的代际数，即人们常说的“三代同堂”、“四世同堂”等；然后，分析家庭不同成员的年龄、生活经历、教育程度等个人背景，家庭成员的背景是其行为的重要解释；最后，分析家庭不同成员在屋顶空间环境中的行为方式。

在屋顶的空间生活中，最常见的是家庭成员的休闲活动。然而，如今出于对绿色环境的追求和向往，种植花草和蔬菜、水果也成为了非常重要的选择。老年人喜爱种植一些蔬菜或者可食用的植物。年轻人喜欢花花草草，但是也有一些年轻人出于对有机食品的喜爱，而选择种植蔬菜、水果和香草。对于有孩子的家庭来说，儿童的玩耍空间和亲子空间成为必不可少的活动空间。

3　以上海某顶层露台为例的住宅屋顶空间设计

设计场地为上海杨浦区同济大学附近的某小区，16层顶层住宅屋顶露台空间，屋顶总面积为180m2。设计目的是结合业主日常活动的需求和家庭资源的消耗，综合利用屋顶空间，改善屋顶休闲活动，同时最大限度地减少对自然的索取，降低对传统非清洁能源的依赖。

3.1可持续系统的功能空间

作为一个普通家庭对资源的需求主要集中在食物、光、电和水。尝试以屋顶空间所采集的资源，维持屋顶活动和日常生活所需，例如适合业主饮食习惯与健康的厨房花园，提供能源的薄膜光伏电池，以及用于厨房花园灌溉的雨水收集装置等。

如果采用汉能薄膜光伏电池实施光伏发电，光电转化率保守估计为25%，每平方米理论发电量为400kWh，保守估计转换效率的话，经过简单计算，至多30m2的安装就可以满足家庭所有电力需求。

对于中水系统的储水空间则与实际住宅所处地理位置有直接关系。上海年平均降水量在1200mm左右（数据来源《上海统计年鉴》）。16层迎水面积为130m2。蓄水池可储存170mm3水量用于灌溉。雨水、电能和植物在系统内相搭配，最大限度利用雨水，实现灌溉，形成中水可持续系统。

在种植空间划分中，应考虑植物的生长特点和生活习性，即充分考虑照度、温度、湿度和耐寒程度对植物的影响。大多数香草类植物喜爱阳光，比如洋甘菊、迷迭香、薰衣草和薄荷等，而蔬菜类对湿度和照度要求较高。但是水果类的植物，如番茄、金桔、无花果等却对照度、湿度要求不高[4]。

3.2行为情景与空间

业主家庭是三代同堂，家庭中有爷爷、奶奶、爸爸、妈妈和孙子。奶奶退休后在住宅内停留时间最久，并承担了主要的打理工作。奶奶热衷于在屋顶种菜，尝试了鸡毛菜、上海青、生菜等各式蔬菜。除了农耕乐趣，奶奶最大的需求就是和朋友在午后喝茶闲谈，休憩小聚。爷爷最大的爱好是读书，周末独自在家时喜欢安静的阅读。调皮的孙子需要一个发泄过剩精力的活动空间，也是与长辈们发生互动的亲子空间。全家人在周末则会聚餐，享受难得的家庭活动。

根据以上分析，可得到业主对屋顶空间的功能需求，主要有安装光伏电板和储水箱的空间、种植空间（厨房花园）、厨房和聚餐空间、阅读空间、休闲小憩空间和儿童活动场所，如图1所示。

3.3空间设计要素

3.3.1屋顶空间的系统设计

在有光电系统和中水系统的屋顶空间设计中，需要对供电和供水进行系统化分析，如图2所示，尽量做到合理的空间规划，充分考虑相邻空间的设计。考虑到太阳能板需要较大和独立的空间，因而将其放置在角落，并与休闲空间做好隔离的装置。考虑到中水系统主要用于灌溉，将储水空间靠近种植空间（厨房花园）更合理。厨房最好紧邻种植空间和聚餐空间，并将吧台、阅读、亲子等休闲空间做出合理设计。图3的空间布局和设计中还包含不同的植物所设置的空间。

图1　需求与功能空间

图2　可持续系统

3.3.2经济实用因素

经济实用是一般家庭绿化的主要目的，合理地利用空间，经济实用地选择植物进行栽培。从成本和后续使用上，采用可移动、方便制作的架子等辅助设施。采用可持续、系统的设计，既能改善城市的生态环境，保障家庭的经济收益，也为家庭提供良好的生活、休息和玩耍的场所。

3.3.3安全因素

由于屋顶露台是开放空间，其安全性是设计的重要因素。一是结构安全，即要满足基本的建造条件，不能超过建筑物结构构件的承受能力；二是防水安全，尤其有种植空间存在时；三是围护安全，必须建设牢固的防护措施，尤其是对有儿童的家庭，防止坠物。屋顶女儿墙虽可以起到栏杆作用，但其高度应至少超过1500mm才能保证人身安全，如不满足则必须加铁栏杆以使达到要求，同时还应满足相应的强度要求。

图3　屋顶空间布局

4　结语

通过对业主家庭成员环境行为和环境心理的分析，分别从光电系统、中水系统和屋顶种植系统，对屋顶空间生活进行可持续性研究，使不同的水、电、植物系统相互支撑，最大限度地降低了对外部环境资源的依赖。从而对屋顶空间进行合理的规划和设计，包括整个屋顶的空间功能分区、布局规划和不同区块之间形成的系统，最终满足业主家庭的不同成员在不同情况下的使用，为现有住宅屋顶空间的可持续设计提供了参考。

参考文献：

[1]Sir Terence Conran. ECO House Book [M]. Conran Octopus Ltd,2012:23-26.

[2]Susan K. Weiler, Katrin Scholz-Barth. Green Roof Systems: A Guide to the Planning, Design, and Construction of Landscapes over Structure [M]. John Wiley & Sons, Inc., Hoboken,2009:58-59.

[3]Rachel Kaplan, K. Ruby Blume. Urban Homesteading: Heirloom Skills for Sustainable Living [M]. Skyhorse Publishing,2011:18-20.

[4]Andrea Bellamy. Small-Space Vegetable Gardens: Growing Great Edibles in Containers, Raised Beds, and Small Plots [M].Timber Press,2015:30-40.

Study and Application of Living System of Residence Roof Space --Taking Top Terrace for Instance

Zhou Min Ma Chengli Yin Zhengsheng

【Abstract】With top terrace of residence as example, this paper analyzes sustainable system and interactive system of existing roof living space and proposes sustainable spatial planning and design so as to provide reference for sustainable design of existing residence roof spaces.

【Keywords】residence roof, space living system, sustainability

收稿日期：（2015-11-12）