生态城市建设中的绿色屋顶在城市防洪中应用研究

路立新

（长江工程职业技术学院 湖北省武汉市 430212）

目前看来，人类的生存环境日益恶化，作为人类聚居地的城市受到生产生活等人类活动的影响，普遍存在包括城市建设而使自然土地及植被覆盖率降低，废气排放污染导致的热岛效应，排水系统建设不善导致的城市内涝，沙尘暴、扬尘大风天气多发等问题，如何改善人类生存环境，建设社会经济与自然环境和谐发展的新型社会关系，使经济发达、社会繁荣、人民安居、生态良好等现实目标达成高度协调统一，重新激发城市活力，提高城市文明程度，成为世界各国关心和急需解决的问题。

1 绿色屋顶概述

我国自60年代起开始研究建造绿色屋顶，随着改革开放进程的加快，在旅游业蓬勃发展的历史阶段，我国的绿色屋顶研究及建造事业也迎来巨大发展，但发展只是停留在理论研究方面，具体应用效果不佳。以首都北京为例，从20世纪80年代出现第一座屋顶花园至今，北京建有绿色屋顶的建筑不到城市建筑总数的1%，面积约为60万m2。相比之下，日本东京的绿色屋顶建设率已经达到城市建筑总数的14%，远远超过北京。

作为绿色屋顶建造业的开创者，德国在1975年成立专门研究组织，“园林绿化研究、发展与建设组织”，研究了一系列绿色屋顶建造技术，并制定了详尽的规范标准，到2002年时，德国的103座城市已经制定出台推进绿色屋顶建造的规定，到2004年时，德国的绿色屋顶已占全国建筑总数的14%，并且这个比例还在激励补贴措施的实行推动下以每年12%左右的速度持续增长。

根据联合国环境署的研究报告显示，当一个城市的绿色屋顶建造总量达到城市建筑总数的70%时，该城市夏天的气温将下降5～12℃，热岛效应得到大幅缓解甚至解除，同样是这个比例，每平方绿色屋顶每年可以截留雨水0.43t，有效起到蓄水保湿，缓解城市内涝情况的产生。

在城市土地类型发生巨大转变的当下，下垫面透水面积被大量硬质铺装的不透水下垫面所取代，这是导致城市内涝问题出现的主要原因。而城市建筑屋顶约占到了不透水下垫面总面积的50%，如何利用先进的种植技术绿化好这一城市的“第五立面”，起到一定的蓄水排涝作用，成为城市防洪管理的重要课题及全新研究领域。

绿色屋顶发挥防洪的作用，主要是通过调控雨水径流实现，这是因为一方面绿色屋顶的结构设计保证其对雨水有一定的蓄水和滞缓作用，另一方面植物在进行生命活动时会吸收或蒸发一定的水量，当绿色屋顶建造面积达到一定规模时，就可以有效实现城市防洪作用。

2 生态城市建设中绿色屋顶的分类及结构解析

绿色屋顶之所以可以在生态城市建设中起到防洪作用，是因为绿色屋顶增加了城市的透水性面积，其自身的结构特点具有一定的渗透性和蓄水功能，这就减弱了城市的雨水径流情况，从而起到防洪作用。

按照空间格局、绿化方式、基质厚度等标准，可将绿色屋顶进行如下分类，见表1。

表1 绿色屋顶的分类

特别需要注意的是，目前国际上是按照基质厚度对绿色屋顶进行分类，标准界限为150mm。粗放式和精细式的绿色屋顶也是目前世界通用的形制，前者建造简单、造价较低、养护容易，后者结构复杂、美观度高、植被种类多、使用寿命长，二者各有利弊，适用于不同的情况。

组合式绿色屋顶多被应用于旅游业发达的城市，这是由于组合式绿色屋顶选用植被种类多，可形成错落有致的景观，能够更好地实现美化城市的作用，目前在我国的上海、深圳、杭州、重庆等地市，多采用此类型。

不管绿色屋顶按照何种标准进行分类，其结构特点都有一定的相通性，由上到下可包括植被、基质、蓄水、过滤、排水、根阻、防水等，各层作用及材料见表2。

表2 绿色屋顶结构

由表2可以看出，绿色屋顶在设计阶段，既充分考虑到植物生长，控制雨水径流，避免建构筑物损坏等问题，兼顾城市美化及净化空气、防洪蓄水等实际功效，如此科学的设计，充分体现了在生态城市建设中，绿色屋顶可以有效实社会效益、经济效益、生态效益的相互统一，是推动生态城市建设的重要举措。

3 城市防洪中绿色屋顶的关键技术应用

绿色屋顶的建造具有科学与规范性，有系统的技术指标及工程规范作为施工依据，只有建造达到要求，才能保证绿色屋顶发挥作用。

绿色屋顶发挥防洪的作用，主要是通过调控雨水径流实现，它对于控制径流量、峰值时量有着显著的效果，研究发现，当绿色屋顶建造数量占城市总建筑数量的50%时，对于雨水径流的削弱可以达到60%的效果，当设置蓄水层时，这一效果还会提高。

绿色屋顶设计要考虑多方面因素，既包括技术因素，也包括生物因素，具体来说要考虑建材是否轻便，易于安装搬运；要考虑现有建筑物屋顶架构条件，避免或较少改动及破坏；要考虑保护当地物种，防止物种入侵；要考虑如何实现屋顶范围内的生态平衡，通过科学配比，实现区域内的生物多样性。基于这些因素，下文选择部分绿色屋顶建造中的关键技术环节进行论述。

3.1 植被选择问题

植被层是绿色屋顶结构中最为重要的一层，改善空气质量，控制雨水径流的作用基本是靠植被层实现。在选择植被时主要有三方面的考虑，首先是选择本地植物，防止外来物种入侵；其次是选择耐旱、抗风、常绿、生长速度快的植物；最后是选择根系浅的植物。

综合这三方面考虑，矮小、根浅、抗风能力出色的花灌木、小乔木、球根类花卉成为宜选对象，目前应用比较广泛的有佛甲草、卧茎佛甲草等，个别地区还会根据具体情况采用连翘、金银花等中药材进行种植。

植被的选择除了考虑植物自身特性之外，还可根据基质层的厚度进行选择，一般厚度达到100～70cm时可选择小乔木，70～50cmm时可种植灌木，50～30cm时则可选择种植中药材、蔬菜等一年生草本。

3.2 基质配置问题

配置绿色屋顶基质，应考虑三方面问题：①基质的量级要轻，理化性质稳定，不易蒸发沸燃；②保持水土能力强；③有一定的透水性，保证屋顶正常排水。

目前常用的基质包括以田园土为代表的天然表层土，以混合材料为代表的改良土，以天然矿物质为代表的人工土。由于屋顶是露天设计环境复杂，加之建筑材料类型繁多，为了适应不同的环境变化及适应各种理化需要，一般选择按照科学的比例将三种基质混合使用。

3.3 防水排水问题

绿色屋顶防水排水设计要与原始屋顶设计相结合，避免阻滞情况，有效实现减缓雨水径流，为城市排水争取时间，实现蓄水保湿，为植物生长提供必要的元素，实现快速排水，防止屋顶积水或植物根茎受淹等情况。

目前在绿色屋顶建造中，多采用专业的排水板，这类专用建材，充分考虑了上述问题，具有排水、蓄水等功效，被广泛应用。

3.4 根阻层设计问题

根阻层存在的意义在于隔离植物根系与屋顶构件，防止植物根系穿刺屋顶的问题发生。一旦植物根系生长过于发达，而根阻层设计不利，就会导致植物根系刺破屋顶防水层及结构层，从而导致漏水问题的发生，维修工作量大，难度高，耗费成本大，这也是要选择根系浅，并在结构中设置根阻层的原因，根阻层一般情况设计厚度为0.05～0.1cm，多选用低密度聚乙烯、聚乙烯、聚丙烯或部分理化性质稳定的化学材料。

3.5 新材料尝试应用

绿色屋顶建造材料要符合绿色环保理念，清洁无污染，基于这一根本要求，近年来，世界各国对绿色屋顶建造材料的研究有所突破，开发并应用了很多新的建造材料，对于我国的绿色屋顶研究及建造事业具有很强的参考意义，比如玻璃轻石、农用岩棉、绿地贴、宝绿素等，这些材料都具有量级轻、理化性质稳定、保水能力强、环保可再生等特点，能够有效提升城市防洪的工作效率，满足生态城市建设各项要求。

4 结语

按照我国住建部的规划，我国要加快生态城市建设，从质和量上实现绿色建筑整体的飞跃性发展。作为生态城市建设中城市防洪管理的重要举措，对于绿色屋顶的研究与应用，已经进入到社会关注，国家重视，全民参与的新时代，本文通过绿色屋顶概述，绿色屋顶分类及结构，绿色屋顶建造关键技术应用等方面的阐述，不仅说明了绿色屋顶的城市防洪作用，更说明了绿色屋顶的科学性及规范性，说明了其在我国推动现代城市化进程，打造全新的生产与生活方式中所扮演的关键性角色。