建筑外墙垂直绿化应用研究*——以郑州市为例

田朋朋 杨芳绒 刘恩亮 张 漪

建筑外墙垂直绿化应用研究*
——以郑州市为例

田朋朋 杨芳绒 刘恩亮 张 漪

郑州市曾有着“中原绿城”之美誉.近年来，随着城市化的发展，带来了越来越多的生态环境问题，使郑州“绿城”风貌遭到了严重破坏。建筑垂直绿化对于建设绿色生态城市，实现城市的可持续发展有着积极的促进作用。为了推动垂直绿化在郑州市的应用，通过查阅文献及大量的实地调研，详细分析了郑州市建筑外墙垂直绿化现状，并进一步探讨了其应用对策及保障机制，对于恢复郑州“绿城”特色及生态环境有着重要的意义，同时也推动了绿色建筑设计及其理论的研究。

郑州市；建筑外墙；垂直绿化；应用对策；绿色建筑

建筑垂直绿化历史悠久。据文献记载，古代的美索布达米文明就曾在其建造的金字塔上栽种各种灌木植物，我国明代造园家计成在《园冶》一书中也提出了“围墙隐约于萝间”的观点[1]。近年来，随着城市化进程的日益加快，人口的膨胀给城市带来的压力与日俱增。城市建筑密度越来越大，绿化率却越来越小，生态环境遭到不断的破坏。垂直绿化将生态的理念纳入建筑设计之中，在一定程度上补偿了地面被建筑所占的绿地，促进了城市的生态平衡，优化了人居环境，作为一种新兴的景观方式，成为城市空间开发的一个重要环节，对整个城市的生态环境建设有着重要的意义。

郑州市地处中原腹地，历史文化悠久，曾有着“绿城”的美誉。近年来随着城市化的发展，城市规模不断扩大，高层建筑不断增加，相应的其绿地面积日渐减少，如今再也没有了往昔绿树成荫的面貌，其带来的环境问题也日渐突出。建筑外墙的垂直绿化对于恢复以往郑州“绿城”风貌有重要的现实意义，同时，也是郑州市建设必不可少的一个重要环节，因而系统地对郑州市建筑外墙的垂直绿化进行调查分析研究是非常必要的。此外，建筑外墙的垂直绿化也将成为建筑设计人员和景观设计人员不得不考虑的问题。

1 建筑垂直绿化概述

建筑垂直绿化，顾名思义即在建筑垂直方向上进行的绿化，是指利用植物材料沿着建筑物立面或其他构筑物表面进行攀附、固定、贴植、垂吊等所形成的垂直面的绿化[2]。本文中所提出的垂直绿化主要是指建筑外墙面的绿化。

建筑垂直绿化的功能及作用有以下几点：（1）通过向建筑立面索取垂直绿化空间，以增加建筑的有效绿量，相对于地面绿化、屋顶绿化而言，具有贴附建筑，不占用空间的优点。在用地面积一定的情况下，城市绿化范围大大增加，从而提高了其绿化覆盖率，弥补了城市绿化用地不足的缺点。（2）以大理石贴面、玻璃幕墙和金属等作为表皮材料的大多数现代高层建筑，在强烈日光的照射下，会反射耀眼的光线，形成眩光，使人产生头晕、失眠、视力下降等不良症状。在建筑外墙上设置垂直绿化，可以有效的降低反射光强度，从而减少城市光污染所带来的一系列问题[3]。（3）墙体绿化植物可以遮挡直射而来的太阳辐射，使建筑表面吸收的热量大大减少，从而有利于减弱城市的“热岛效应”[4]。（4）植物的光合作用可以吸收二氧化碳以及空气中的污染颗粒，释放出大量的氧气，有利于缓解“温室效应”，给大自然以干净和舒适，从而改善城市的生态环境，使城市的生态保持平衡。（5）建筑外墙的垂直绿化具有明显的保温隔热性，能有效的改善建筑的微环境，优化其热工性能[5]。在夏季可以对墙面遮阳，减少太阳对室内环境的热辐射，从而产成良好的降温效果，而到了冬季又能够阻挡建筑室内温度的流失，形成保温层，对室内气温的调节有重要作用。（6）建筑外墙上的垂直绿化植物的枝叶不仅可以增加建筑物对外界声音的遮挡物厚度，而且还可以反射与吸收外来声波，使建筑外墙垂直绿化具有隔音降噪的作用。（7）绿化植物可以将裸露在空气中的建筑墙面保护起来，延缓其表面材料的老化，使建筑物的使用寿命得以延长。此外，建筑外墙垂直绿化还能够美化建筑外立面的景观效果，丰富建筑外观形式，对于提高城市形象和居民的生活质量有着重要的意义。

2 郑州市概况

郑州市作为河南省省会，地处中原腹地，北临黄河，西接古都洛阳，东为黄淮平原，南有莲都许昌。截止到2016年底，市域面积已达到7446.2km2，其中平原主要集中在郑州东部地区，约占郑州市总面积的三分之一。郑州市下设六区五市一县，分别为：金水区、二七区、管城区、上街区、惠济区、中原区、巩义市、登封市、荥阳市、新郑市、新密市、中牟县。

郑州属暖温带半干旱大陆性气候，气候特征明显，该地区一年四季分明，温度变化较大，春季干旱少雨，夏季炎热多雨，秋季气爽怡人，冬季寒冷干燥。年平均降水量约为641mm，但降水季节多集中在夏季，年平均温度为14.2～14.4℃，全年无霜期为220天，日照时间约为2400小时。郑州境内共有大小河流120余条，其中较大的河流共有29条，分属于黄河与淮河两大水系。[6]

郑州处于亚热带与暖温带的过渡地区，该地带内植物资源种类非常丰富，根据相关资料统计，郑州市范围内共有植物3158种，其中园林苗木共计417种。丰富的植物种类，为郑州市建筑外墙面的垂直绿化提供了多种多样的选择。

3 郑州市建筑外墙垂直绿化现状调研分析

3.1 调研内容

本文采用实地调研的方法对郑州市建筑外墙的垂直绿化情况进行统计与分析，进而展开进一步的研究。将金水区、二七区、中原区、管城区、郑东新区范围内的37个场所作为调研对象，包括学校、商场、社区、写字楼等。于2016年7月至2016年8月和2017年3月至2017年4月分两次对其进行调查统计，具体到调研对象建筑外墙垂直绿化的类型、植物种类、景观效果、建设利用的技术手段以及管理存在的问题等等。

3.2 建筑外墙垂直绿化现状

郑州市地处中原，虽然在建筑外墙垂直绿化方面起步较早，但是发展较为缓慢，与北京、上海或其他发达的沿海城市相比，在建筑外墙垂直绿化方面还有很大的差距。郑州市的人们对于提升本地区的绿色生活环境、品质有着迫切的渴望，政府在建筑外墙垂直绿化方面较之前也有比较明显的重视，在这方面的投入力度也在不断加大，但是局限于郑州的地理位置和环境气候因素，建筑外墙的垂直绿化现状及问题主要表现为以下几方面：

（1）建筑外墙垂直绿化采用的植物种类较为单一，缺乏地域特色。在大部分调研场所内所采用的植物多为爬山虎或常春藤等攀缘类植物，这类植物易攀附于建筑的外墙上，生长较快，对人为管理需求较低，但其长势不易控制，不易营造出好的景观效果。

（2）城市建筑外墙垂直绿化所占比例较小，且分布不均匀。根据现状调研发现，郑州市建筑外墙垂直绿化面积在城市绿化总面积中所占比例非常小，一些大型的政府机构、医院、学校等几乎没有进行建筑外墙垂直绿化[7]，这也反映出郑州市建筑外墙垂直绿化还有着非常大的发展空间。

（3）建筑外墙垂直绿化植物缺乏管理与维护。这些垂直绿化植物大多是放任其自由生长，建筑场所内缺乏专业的垂直绿化管理人员，不能科学有效地对其进行及时的修剪和养护，甚至在一些社区内存在着垂直绿化植物遮挡窗户采光的情况，对住户造成了极大的困扰。

（4）建筑外墙垂直绿化技术手段普遍落后。郑州市区域内的建筑外墙绿化大多是以攀缘类植物或垂吊类植物为主，只有部分建筑能够采用国内外先进的建筑外墙垂直绿化技术，如贴铺式、骨架式等，这也是造成郑州市建筑外墙垂直绿化普遍落后的主要原因。

（5）建筑外墙垂直绿化不能因地制宜。除大多数建筑采用较传统的垂直绿化手段外，另一部分新建筑一味采用国内外先进的建筑外墙垂直绿化经验进行营造，不能够做到根据郑州市自身的地理特点和气候特征做出调整，建筑外墙垂直绿化植物由于这些因素的影响，生长效果较差，导致景观和绿化效果不尽人意。

（6）建筑外墙垂直绿化灌溉系统较为简陋。通过现状调研发现，郑州市建筑外墙垂直绿化在灌溉方面存在着很大的问题，例如：建筑外墙垂直绿化灌溉方式大部分采用的是人工灌溉，这种方式不仅造成了水资源的浪费，同时也不利于垂直绿化植物的生长，要想实现建筑外墙垂直绿化的较好效果，应当引进或发掘适合郑州建筑外墙垂直绿化的灌溉系统。

4 郑州市建筑外墙垂直绿化应用对策

4.1 墙体绿化设置要点

首先，建筑外墙的垂直绿化不得影响建筑的正常使用。其次，在选择植物材料前，应当优先考虑到郑州当地的自然状况、墙面材料、墙体的朝向以及建筑高度等因素。如绿化植物应优先选择本地耐旱、耐风并且可以抵御极端气候能力的植物；清水墙通常比混水墙更适宜于进行墙体绿化，而玻璃幕墙以及铝合金板墙不容易对其进行外墙绿化；由于冬季时建筑外墙的垂直绿化可以保护墙面，降低建筑内环境的热损失，因此在选择绿化植物时，宜在建筑的东、西、北外立面上种植常绿植物，而在南立面上宜选择种植落叶植物，使南向墙面在冬季可以吸收较多的太阳热辐射；对于低矮的建筑墙面，可选择种植凌霄、常春藤、络石等植物材料，对于较高的多层住宅建筑墙面，可选择种植爬山虎等生命力旺盛的植物材料[8]。在选择垂直绿化植物的时候，应考虑到其攀援能力的强弱以及耐寒耐热耐旱性，最好是速生常绿植物，同时依据垂直绿化外墙的日照情况，选择适宜的喜阳或喜阴植物，如在建筑南立面上选择喜阳性的凌霄、蔷薇等植物，在北立面上选择喜阴性的络石等植物，西墙面日照时间较短，可选择喜光耐旱的爬山虎等植物，东墙面日照时间较为均衡，可选择的植物种类也较为广泛。此外，还应尽可能的选用不同种类之间的植物进行搭配设置，以增加建筑整体效果的观赏性。

4.2 植物选择

在郑州市建筑外墙垂直绿化中选择好适宜的植物才能最终实现垂直绿化的效果，依据郑州市特有的气候条件与地理位置，适宜于郑州市建筑外墙垂直绿化的植物，按植物形态主要分为乔木、灌木、藤本植物和草本植物[9]。

乔木：是指由根部生出独立主干的高大树木，其特点为树干与树冠有明显的区分，可分为落叶乔木与常绿乔木，常见的乔木如白桦、木棉、玉兰、松树等。由于乔木自重较大且需要大量的土壤进行种植，因此种植乔木的建筑构件需要对其根系的生长提供足够大的空间和承载力。

灌木：是指没有明显的主干且呈现出丛生状态的一类树木，有阔叶植物与针叶植物之分，常见的灌木如杜鹃、小檗、铺地柏、月季、沙柳、荆、玫瑰、牡丹、黄杨、连翘、沙地柏、迎春、茉莉、栀子花、小叶女贞、绣线菊、大叶黄杨、花叶冷水花、朱砂根、棣棠花等。

藤本植物：是指茎干细长，不能依靠自身进行直立生长，只能依附在他物向上攀援或缠绕的植物，其有着较长的建筑垂直历史。常用藤本类攀援植物如蔷薇、叶子花、常春藤、爬山虎、岩爬藤、凌霄、紫藤、铁线莲、五味子、忍冬、牵牛花、钩藤、络石、三叶地锦、五叶地锦、葡萄、南蛇藤、金银花、吊兰、绿萝、中国地锦、藤本月季、藤萝、木香、猕猴桃、啤酒花、旋花、香豌豆、何首乌、茑萝、扶芳藤等。

草本植物：这种低矮的草本植物可形成较大面积的垂直绿化面。通常是将种子预埋在土壤袋或模块中，然后使其垂直布置在建筑外立面上，最终形成大面积的外墙绿化面。常见的草本植物如三白草、冷水花、紫茉莉、石碱花、赤胫散、常夏石竹、佛甲草、耧斗菜、垂盆草、金叶景天、白车轴草、多花酢浆草、火星花、萱草、金钱蒲、沿阶草、庐山楼梯草、美人蕉、千日红等。

4.3 种植技术

4.3.1 种植技术分类

目前，国内常用的建筑外墙垂直绿化种植技术主要有以下几种：

（1）附壁式。这是一种较为传统的建筑外墙垂直绿化形式，主要以吸附类攀缘植物为主，其最大的特点是植物的根系根植于地面或地面上的种植箱，利用植物自身的吸附性沿着粗糙的墙面自行攀缘，使绿化植物布满整个建筑外墙墙面。

（2）直壁容器式。即把每株植物分别栽种在与地面基本平行的不同容器中，并将其悬挂或者放置在钢筋混凝土、不锈钢等材料做成的支撑骨架上（也有的将若干个容器与支撑面板连接成为一个整体，形成一体式容器种植装置，体积小，便于模数化设计操作），从而形成一种立体绿墙的绿化方式[10]。

（3）垂直模块式。它是由浇灌系统、结构系统、绿化模块三大部组成，其中绿化模块的长宽尺寸一般不超过50cm，重量在10～15kg范围内，以种植绿色植物为主，并通过结构系统将其固定在建筑外墙上，从而形成绿化面[11]。浇灌系统一般采用滴灌法，它是由水管、水泵、过滤器、程序控制器、施肥器、抗阻塞微灌溉滴管以及电子阀组成，水管可以沿结构构件布置，也可将其设置在结构构件中，通过水泵来增压输送水分，此种智能灌溉系统会依据植物种类以及所处的位置、生长阶段、气候条件设定来调整养分与水分的供给。

（4）植物袋式。主要是将优质无纺布通过精密裁剪和加工做成各种样式的种植袋，然后每个种植袋上又分别做了若干个培土袋，再使用专用乳胶将植物袋粘贴至建筑外墙上，最后用封边条对其进行加固处理，在培土袋里对其进行绿化种植[8]。

（5）不织布营养液式。其做法为先在结构墙面上架设金属格架，铺上PVC板材（具有防水作用），再用钢钉在PVC板上固定两层不织布，然后依据设计要求割开表层的不织布，将绿化植物的根部置入开口中，种植密度约为30株/m2～60株/m2，两层相迭的不织布为植物根部的生长提供了附着空间，最后在绿墙上方安装自动控制灌溉系统，定时的对植物施以营养液，营养液在自重作用下通过不织布向下扩展，为植物生长提供所需的养份[7]。

（6）草坪毯式。在建筑外墙上直接铺贴生长基质与植物组成的绿化系统，或采用特制喷混机械将土壤、植物种子、肥料、强吸水性树脂、粘合剂、保水剂等混合后加水喷射到建筑外墙面上的一种垂直绿化技术[12]。其总厚度通常在10～15cm左右，具有防水阻根及保护建筑物的作用。

（7）水培式。它是一种新型的无土栽培式建筑垂直绿化类型，其基质是由植物生长所需要的水和养分配制而成的营养液，这种方式可以更好的促进绿化植物的正常生长，具有干净卫生、技术简单、操作方便、观赏力强等特点，推动了垂直绿化在建筑中的应用。

4.3.2 植物生长介质

生长介质的选择既要有利于绿化植物的生长，同时又要满足施工及后期维护管理的方便，不应对建筑的围护结构与使用寿命产生影响。由于土壤具有自重大、不易固定等缺点，常用国内外研发的人工复合土壤、泡沫基质、纤维基质、水培营养液等新型介质来代替土壤作为垂直绿化中植物的生长介质。

4.3.3 自动灌溉系统

由于植物栽种完以后需要经过数月的精心养护（水分、养分等的补给）直到其能够正常生长才算完成，并且这种庞大的垂直绿化系统仅靠人工进行自然浇灌和养护是几乎不可能的，因此，一个自动化的灌溉系统对于垂直绿化植物系统的养护与管理是非常重要的。目前比较成熟的技术有滴灌系统和喷灌系统。滴灌系统常用于大面积的垂直绿化使用，而喷灌系统的设置则相对灵活。

4.3.4 结构支撑系统

垂直绿化系统的重量，可以由独立的结构系统（如在墙体上安装金属网架）或建筑自身的结构系统（如在墙体上预留种植槽或种植平台等）来承担。对于郑州市内的超高层建筑来说，由于考虑其抗风、抗震等因素的影响，使用建筑结构系统来承担垂直绿化系统的重量较好。

4.3.5 后期养护管理

建筑外墙垂直绿化植物在经过生长时期形成理想的绿化面以后，为使垂直绿化效果能够长期持久进行下去，后期的精心养护与管理工作显得十分重要，其主要包括浇灌、排水与施肥。及时的对绿化植物进行浇水，可以预防植物因干旱而枯萎死亡；在排水方面，应注重雨季时将大量的雨水及时排出，使植物能够正常生长；施肥方面，其目的在于提高生长基质的肥力，对植物的生长补充营养，考虑到后期施肥方便的问题，一般是将肥料溶于水中，然后通过自动浇灌系统渗入生长介质，以此来达到施肥的效果。

4.4 建筑外墙垂直绿化的一体化设计

传统的建筑外墙垂直绿化设计一般是在建筑物建成之后再对其进行绿化设置，这与建筑设计的相关性非常小，不能最大程度的发挥垂直绿化应有的生态效益与经济效益。建筑外墙垂直绿化的一体化设计就是在项目从策划到设计再到施工，最后再到后期的运营管理，将垂直绿化的要素贯穿这一项目建设的全过程，最终使垂直绿化对建筑及环境产生增值效应[13]。

对于建筑师来说，应该将垂直绿化与建筑设计综合考虑，依据不同的建筑功能和建筑表皮设置合理的外墙垂直绿化，使绿化植物不仅仅为附加物，而且还是一种自然有机的建筑表皮材料[14]。在进行建筑设计时可先将植物种植部分的种植箱或种植槽预留出，并合理的设计自动灌溉系统，可以在其上种植藤本植物、灌木及草本植物，形成建筑和种植容器的一体化。同时，将垂直绿化与建筑立面元素相结合，还可以丰富建筑立面造型效果，形成特有的建筑风格，给人以美的视觉享受。

5 保障机制

5.1 加大垂直绿化的宣传及引导力度

政府首先应当加大对郑州市建筑外墙垂直绿化的宣传力度，采用生动形象、科学可行的宣传手段，向公众普及建筑垂直绿化所带来的当下与未来的生态、经济与社会价值，提升公众了解及参与的意识，因为只有通过调动建筑企业或个人的积极性，才能从根本上扩大郑州市垂直绿化的实现数量与面积，创造多重效益。政府在扩大建筑垂直绿化宣传力度的同时，应当出台相应的奖励措施，例如对进行建筑外墙垂直绿化的企业或个人进行财政补贴，免费技术指导等措施，鼓励公众个人或企业积极的参与到建筑外墙垂直绿化的建设中去，为提升城市的整体形象共同奋斗。

5.2 加强对郑州市建筑垂直绿化的相关科研

建筑外墙垂直绿化研究是由建筑、园艺、园林、生态等多个学科共同构成，同时建筑外墙垂直绿化工程的建设又涵盖了植物选择，造型设计，建设施工等多方面的要求。如何才能对建筑外墙垂直绿化进行普及推广，可行、简便的技术保证是关键，这就需要各个行业的专家及业内精英协同合作，组织成立相关研究机构，开展对建筑外墙垂直绿化的植物材料、景观设计、防水处理等课题的深入研究，广泛开展行业交流活动，建立健全建筑外墙垂直绿化的行业标准和技术标准，并组织专家教授对社会中从事垂直绿化的施工人员进行技术指导和培训，为郑州市建筑外墙垂直绿化的发展做出贡献。

5.3 完善郑州市建筑垂直绿化的相关法律法规

郑州市政府应逐步完善关于建筑外墙垂直绿化的地方性法律法规，明确政府及各职能部门在城市发展及建筑垂直绿化建设中的任务与责任，拟定各部门关于审批和管理城市建筑垂直绿化的规章制度，提出在建筑外墙垂直绿化建设阶段和使用阶段出现各种问题的解决方案，共同协作营造出新时代的“绿城”郑州。

6 结语

建筑垂直绿化补充完善了城市的平面绿化，能够有效的增加城市绿量，提高城市的绿化指标，缓解城市绿地面积的不足，是改善城市生态环境和景观质量的重要手段。同时，建筑外墙垂直绿化也是实现绿色建筑的有效途径之一，推动着绿色建筑的整体化设计水平，对于营造舒适、健康、适用和高效的使用空间以及与自然和谐共生的建筑有着积极的指导意义。

建筑外墙的垂直绿化是一个系统工程，它涵盖了建筑设计、绿化技术以及施工管理等多方面的要求。在实际应用中，不仅要结合郑州的地域特点和气候特征，选择适宜的植物和种植技术，而且还要注重后期的精心养护与管理，使建筑垂直绿化效果能够长久保持。

此外，建筑外墙垂直绿化的一体化设计，还给建筑师及科研人员提出了新的挑战，将建筑与垂直绿化相结合，也应是当今郑州城市化建设的新主流。这对于实现郑州未来的可持续发展，建设郑州“绿城”特色有着十分重要的现实意义。

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Zhengzhou city has a reputation of "Zhongyuan green city",In recent years,with the development of urbanization,it has brought more and more ecological environmental problems,so that Zhengzhou "Greentown" style has been severely damaged.The vertical greening of buildings plays a positive role in the construction of green ecological city and the sustainable development of the city.In order to promote the application of vertical greening in zhengzhou,Through literature review and a lot of field research,the present situation of vertical greening of architectural exterior wall in zhengzhou city is analyzed in detail,and further discussed its application countermeasure and safeguard mechanism,it is of great significance to restore the characteristics of "green city" and ecological environment of zhengzhou,It also promotes the study of green building design and its theory.

Zhengzhou city ; building exterior wall ; vertical greening ; application measures ; Green building

C912

A

1674-4144（2017）-10-51（6）

田朋朋，河南农业大学建筑学硕士研究生。

杨芳绒，河南农业大学建筑学教授，博士（通讯作者）。

刘恩亮，河南农业大学建筑学硕士研究生。

张 漪，河南农业大学建筑学硕士研究生。

国家自然科学基金“城市绿地布局对大气颗粒污染的影响机制和尺度效应”（编号：31600579）。

责任编辑：张吉明