海绵城市

刘洋+方正+娄岩岩+林川靖

摘 要：根据建设海绵城市的“渗”“滞”“蓄”“净”“用”“排”方针，结合武汉当地的气候地理特点，提出了利用APP远程控制滴灌线型排列的九宫格式绿色屋顶的构想，从而使人们在日常生活中就能够参与到海绵城市的建设当中。

关键词：海绵城市 九宫格式绿色屋顶 屋顶的主要创新点

中图分类号：TU201.5 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）07（b）-0120-02

1 提出九宫格式绿色屋顶背景

十八届五中全会提出，促进人与自然和谐共生，构建科学合理的城市化格局、农业发展格局、生态安全格局、自然岸线格局，推动建立绿色低碳循环发展产业体系。关于建设海绵城市的构想与推进，正是上述绿色发展思路的一个生动实践与具体努力——继2015年4月财政部、住建部和水利部联合发布16个海绵城市建设试点名单后，10月中旬，国务院办公厅又印发了《关于推进海绵城市建设的指导意见》，部署推进海绵城市建设工作。

屋顶绿化[1]对增加城市绿地面积，改善日趋恶化的人类生存空间环境，改善城市高楼和众多道路的硬质铺装取代自然土地和绿色植物的现状，改善因过度砍伐树木、硬化铺装面积增多、各种废气污染而形成的城市热岛效应、减少沙尘暴等对人类的危害，开拓人类绿化空间，建造田园城市，改善人民的居住条件，提高生活质量，以及对美化城市环境、改善生态环境等方面都有着极其重要的意义[2]。

2 九宫格式绿色屋顶的主要特点

九宫格式绿色屋顶装置由宫格装置、雨水收集装置、智能滴灌和太阳能动力系统组成。适用于华中地区几乎所有平屋顶的建筑。

由屋顶的光伏电池板给水泵提供能源，通过手机APP智能控制滴灌系统，在植物缺水时，由水泵抽取顶层永久性集水箱内的屋顶雨水（由土壤下渗）进行滴灌。绿色屋顶外观采用九宫格形式，一株植物种在一个宫格内，种植的植物可以直接从装置中取出，便于更换及养护，同时能减轻屋顶重量、加快渗水。为确保建筑的安全性，九宫格绿色屋顶在建筑平屋顶上采用线型排列的方式。

该系统利用光伏扬水逆变器将光能转化为电能，给水泵的电动机提供动力来源；利用传感器对土壤中埋放数据传感器，监测土壤湿度；利用网络服务器和远程客户端相结合的技术，实现手机APP远程控制。系统具有清洁、节约、环保、智能、美观的优点。

3 绿色屋顶的组成

该系统主要由以下4个部分组成：（1）采用九宫格式绿色屋顶形状；（2）屋顶雨水的收集利用；（3）太阳能手机APP滴灌系统；（4）绿色屋顶的排列方式。

3.1 九宫格式绿色屋顶的形状

九宫格式绿色屋顶装置。该装置的受雨面积主要被分为9个正方形的格子以及中间的透水间隙，透水层主要由透水砖、过滤层和排水层、保湿层、防根层、防水层和结构层构成。九宫格绿色屋顶装置的优势主要包括以下几点：

（1）宫格式的造型能够增大受雨面积和透水的能力，当该装置遇到较大的雨水时，土壤的渗水速率不够，透水间隙可加快渗水，避免雨水的累积，导致植物受涝或者是屋顶的压力太过大。

（2）宫格的造型在稳定性上较好，并且便于植物的更换以及养护，种植的植物可以直接从装置中取出，这样可选择不同的植物品种使绿色屋顶更加适应季节的变化。

（3）九宫格的装置还便于植物的灌溉，每个宫格安装喷洒装置，可以减少水资源的浪费。

（4）日常装置的维护相比于其他的绿色屋顶也更加方便，由于分为几个部分，在寻找装置的问题时也更加方便，不需要破坏植物，在日常养护以及清理时，如果觉得植物产生了较大的影响，可以暂时移位，等待养护结束后再放回原处。

（5）由于设计成为了宫格造型，则会增加装置的表面积，空白的表面积可以根据产品的需要发挥，例如安装太阳能，支持节能减排。

（6）将种植植物的区域划分成九宫格造型，所使用的土壤比一般种植植物的土壤要减少很多，可以減轻装置的重量，适用于更多的屋顶。

3.2 屋顶雨水收集

资料表明武汉市的年平均降雨量为1 260 mm，雨水是水利用的重要组成部分。通过绿色屋顶的初步净化作用，流入雨落管的雨水相对初期雨水而言水质良好，这个时候通过导流槽把雨水收集到集水箱内。集水箱可以建造成永久式的，占地面积不大，却能冲洗卫生间，清洗道路，实现雨水的再利用，还能对屋顶的绿色植物进行浇灌。

3.3 太阳能手机APP滴灌系统

主要包括：智能滴灌系统[3]、太阳能作为动力能源、手机APP的监控。首先，在土壤中埋放数据收集器，用于检测土壤湿度，从而实现滴灌的自动化和无人化。其次，太阳能作为动力来源，经过光伏扬水逆变器将光能转化为电能给水泵的电动机提供动力来源，充分利用自然资源，达到自动控制的目的。最后，手机APP的监控。由技术人员通过设计程序，开发出来相应的APP来控制绿色屋顶，可以让我们更方便地来控制绿色屋顶。

（1）智能滴灌系统：首先，在土壤中埋放数据收集器，且其表面做金属处理来延长使用寿命，埋放于土壤之中，利用传感器来将其转化为数字信号，用于检测土壤湿度，当湿度低于植物正常所需时，向控制中心输出信息，启动水泵的开关，开始对植物进行滴灌，在滴灌过程中，如果发现湿度达到要求，则向系统传递一个结束信号，停止滴灌系统的工作，从而实现滴灌的自动化和无人化。

（2）太阳能作为动力来源：在屋顶安装太阳能光伏电池板，经过光伏扬水逆变器将光能转化为电能给水泵的电动机提供动力来源，充分利用自然资源。当土壤湿度低于植物正常所需时，水泵启动，将集水箱内的水往上输送至滴灌系统，对植物进行滴灌，在滴灌过程中，若湿度达到要求，则向系统传递一个结束信号，停止滴管系统的工作。多余的太阳能还可以用于家庭照明、热水、供暖等。

（3）手机APP控制：由相关技术人员通过设计程序，开发出来相应的APP来控制绿色屋顶，不仅可以随时检测到绿色屋顶的工作状态，而且可以控制屋顶整个系统的工作，利用网络服务器和远程客户端相结合的技术，可以让我们更方便地来控制绿色屋顶，即使工作出差无人在家依旧可以控制系统的工作。

3.4 绿色屋顶的排列方式

当在平屋顶上修建绿色屋顶时，土壤、植物等绿色屋顶组成部分势必会增加建筑物的屋面荷载，在一定程度上会对建筑物的使用造成影响。因此，在修建绿色屋顶之前，笔者需要通过屋面受力等方面的计算，确保建筑物的安全性。除此之外，笔者还提出九宫格式绿色屋顶在平屋顶上的线型排列方式。由于宫格式屋顶，拆卸灵活，笔者根据实际需要将其线型摆列在主梁、次梁等受力结构上，确保其使用的安全性。

4 结语

我国海绵城市建设的试点，正是向这个方向转变迈进的一大步和跨越式发展的尝试。而屋顶绿化具有改善城市生态环境、美化城市景观、减少城市热岛效应，完善城市生态系统；缓和周边小气候，改善城市环境；创造城市内的生物共栖空间，增加建筑节能效应的作用。因此文章提出的绿色屋顶对我国海绵城市建设具有重要意义。

参考文献

[1] 周林园，狄育慧.绿色屋顶的研究现状及前景分析[J].洁净与空调技术，2013（3）：49-51.

[2] 陆芸.绿色屋顶的生态效益研究[D].北京林业大学，2016.

[3] 梁君，卢珍，李光辉，等.户用型网络智能化太阳能光伏滴灌系统开发研究[J].现代农业科技，2017（2）：155-156.

[4] 俞孔坚，李迪华，袁弘，等.海绵城市理论与实践[J].城市规划，2015，39（6）：26-36.

[5] 吴丹洁，詹圣泽，李友华，等.中国特色海绵城市的新兴趋势与实践研究[J].中国软科学，2016（1）：79-97.