高层建筑设计中攀爬式垂直绿化应用

黄佳敏 徐斌 余江勇

摘要：指出了垂直绿化作为实现绿色建筑的有效方式之一，在实施过程中仍遇到很多挑战，其安全性、可持续性是阻碍垂直绿化在建筑设计中推广实施的重要原因。通过总结佛山市保利华苑垂直绿化项目的设计经验，从攀爬式垂直绿化的设计策略、结构设计、后期维护设施设计、灌溉设计、植物配置方面分别探讨了攀爬式垂直绿化在城市建筑设计中的应用技术。提出了其稳固的结构系统、可持续发展的建筑表皮绿化形式，对我国高层建筑垂直绿化技术的发展具有一定的借鉴作用。

关键词：攀爬式;垂直绿化;高层建造设计

中图分类号：TU986 文献标识码：A 文章编号：1674-9944（2019）17-0057-03

1 引言

随着我国城市化的建设发展，城市高楼林立，建筑密度增大致使绿化面积急剧减少，引发了全球普遍性气候变化。城市人口密度越大，越需要我们建设可持续发展的生态景观来减少能源消耗和应对气候变化口而且高层建筑样式大同小异，使得大部分城市景观趋向于均质化，混凝土建筑外立面看起来冰冷没有生机[1]。把垂直绿化融入到建筑设计中，为建筑生态设计提供一种可能。对于建筑本身，植物墙的效益包括有降低建筑能耗，给予建筑外墙保护，减少室内噪音，提高房产价值;在城市层面上，植物墙的益处包括有降低城市热岛效益、减少大气碳含量，提高空气质量，美化城市景观以及提供生物的多样性。

目前国内外建筑外立面绿化方式大致分为两大类：攀爬自然式和种植模块式口对于高层建筑，种植模块植物墙因造价高，结构复杂，种植盒老化等潜在安全隐患，不利于植物在建筑上的可持续性生长。攀爬式垂直绿化具有很强的实用性和经济性，不仅建造及养护费用较低，而且植物在前期养护得当的情况下，后期植物的生长稳定性越来越高。攀爬式垂直绿化根据是否直接附墙生长，可以分为附壁攀爬式和离壁牵引攀爬式。传统的附壁攀爬式早已在建筑中应用，依附型攀援植物利用植物的吸盘、气生根、卷须等直接攀援在墙壁上，不需要附属支架就可附着于墙体表面生长，墙面越粗糙对植物攀附越有利口但是，攀援类植物一旦扎根或依附于建筑物墙体，无论墙体是什么材质，墙体结构都容易被破坏[2]。所以附壁攀爬式难以大规模应用于城市建筑的垂直绿化。随着技术的发展，植物墙绿化结构也在逐步优化克服着自身的不足，根据建筑设计需要对攀援植物进行辅助牵引，进而可以广泛应用于建筑墙体。本文以保利华苑建筑立面垂直绿化设计项目为例，探讨了攀爬式垂直绿化在城市建筑设计中的应用，为我国高层建筑垂直绿化技术的发展提供借鉴依据。

2 保利华苑建筑立面垂直绿化项目概况及策略

2.1 项目概况

保利华苑建筑立面垂直绿化项目位于佛山市禅城区物华路，楼高19层。佛山地区东西向日照时间较长，为了更好地体现节能环保的理念，保利华苑建筑立面设计将绿化表皮作为建筑外立面的一部分，不仅改善了周边环境也提高了建筑的亲和力。传统建筑立面通常都是硬化贴面或者玻璃幕墙材质，对热量的吸收大，并将热量传递到到建筑内部。为了减少室内吸热，本项目分别在建筑的东面和西面设置了宽度4.8m，高度53.5 m，共2面攀爬式垂直绿化带。另外，在相邻墙面4层、8层、12层、16层的位置，建造了几座悬挑式的空中花园平台，种植有特色的花草和灌木，为人们提供与自然互动的机会（图1）。将水平绿化和垂直绿化融入在建筑设计当中，不仅美化了建筑的视觉观感，还能吸收阳光辐射，提高空气质量。

2.2 垂直绿化设计策略

本项目建筑楼层较高，出于安全性和整体绿化效果考虑，设计师决定采用镀锌钢网架系统对攀爬植物进行牵引和支撑，并且提出“双重立面”的设计构想。“双重立面”即整个绿化系统与建筑外立面分离，植物顺着攀援网架向上攀爬，不与建筑立面直接接触，避免了植物对建筑的侵蚀[3]。这种垂直绿化结构形式一方面為后期垂直绿化墙维护提供了空间，另一方面，绿化立面和建筑表面的空间产生烟囱效应，热空气在隔层内逐渐上升，最终离开建筑体，从而减少建筑的吸热，形成自然隔热层，突出节能环保的设计理念。

为了保证垂直绿化墙的安全性及可持续性，在建筑设计之初就考虑了垂直绿化的实施和后期维护等相关问题，预留好后期的养护通道，将垂直绿化结构与建筑一体化设计，种植槽随建筑主体一起施工，结构稳定性高。攀援网架的设置不仅为攀爬植物提供了良好的生长空间，也控制着植物攀爬的形态，避免植物疯长遮挡建筑物的重要部位，能够很好的控制整体的绿化效果。

3 垂直绿化结构系统设计

3.1 种植槽防排水设计

建筑的承载能力及防排水能力是垂直绿化实施的基础，垂直绿化的植被、种植基质及结构系统增加了建筑的荷载，植物常年需要灌溉则要求种植槽具有良好的防排水能力。因此在建筑结构设计之初把新增的荷载计算在内，提前做好防排水设计，对垂直绿化系统后期的稳定性至关重要。本项目建筑为钢筋混凝土结构，因此通过预制混凝土种植槽，满足植物的种植需求。根据攀爬植物的习性，每隔两层楼，即5.8m设置一个种植槽，分层进行攀援植物种植，提高绿化覆盖率。为了避免植物灌溉的水分对建筑主体的影响，种植槽防排水设计上主要通过以下几个方面进行优化设计。

（1）种植槽底与四周的防水均按照卫生间地面或者一般天面做防水处理。

（2）预留的种植槽设置排水口，排水口与建筑排水管相接，排水管与雨水管相连，当种植槽汇水过多时，水流通过排水口，顺着建筑排水管道流入雨水管，最终汇入市政管网中。并且种植槽避免使用常规与地面持平的地漏，采用高型过滤防堵塞地漏，能够有效防止树叶杂物堵塞管道，保障种植槽的排水通畅。

（3）在预留的种植槽中放置攀援植物专用塑胶种植盆（图2），独立种植盆的设置使得种植基质和植物与种植槽不直接接触，而且塑胶种植盆本身具有储水和排水的功能，大大降低植物种植对种植槽结构的影响，也有利于后期植物更换。

（4）塑胶花盆底部采用轻质砖垫层将其垫高与种植槽齐平，轻质砖垫层的使用有两个作用，一是能够垫高塑胶花盆，留出空隙排水，防止种植槽堵塞;二是减少种植土的用量，降低建筑的负荷。

3.2 金属网架结构及后期维护设施设计

本项目采用镀锌钢网架攀爬式牵引系统，可用于支撑结构系统的材料有塑料、木材、金属或不锈钢电线等，其中塑料和木材容易受天气和植物生长的破坏，随着时间的推移，阳光暴晒，气温的变化，这两种材质均为会变得脆弱，不建议在高层建筑上使用。金属网使用寿命长且易维护，能够适应多种植物和风力负荷，因此通过采用预制镀锌钢网为植物攀爬提供支撑和牵引[4]。攀援网由镀锌钢框架和预制攀援网模块拼装而成，支持提前定制。支撑框架与墙体预埋金属件连接，确保了支撑架的牢固性。标准攀援网模块长2.8m，宽2m，网孔规格为100mm，该网格大小经严格挑选以最大化刺激使君子、炮仗花植物在攀援网上的覆盖面积[5]，并且不易变形。由于攀爬网具有足够的承载能力，因此也兼有安全网、防盗网的作用，对建筑的安全性能也起到一定的防护作用。

无论用哪种植物种植形式，植物的正常生长不仅需要充足的水分及养分，还需要定期修剪和维护。安装滴灌系统只能保证水分养分的供应，后期设备的维护及植物更换需要通过预留的养护通道进行。本项目垂直绿化墙与建筑表面之间有0.7m的空间，每层楼均设有检修爬梯和扶手（图3），确保有足够的维修面，为后期植物、设备养护提供可行性。工作人员可以通过窗子沿着爬梯进行养护，维护期间，所有的养护器械均需用绳子拴在养护工人身上，养护工人在养护操作前，穿防滑鞋，带高空作业安全绳等等，植物临时更换和修剪，也要嚴格按照养护标准。

4 攀援植物配置设计

佛山气候温和，雨量充沛，四季如春，攀援植物种类丰富，生长迅速、四季常绿、观赏价值高。垂直绿化墙的植物需要极好的耐受性才能经得起自然条件的考验，在植物配置的选择，优先选用乡土攀援植物，因为乡土植物经过固定气候长期驯化，植物抗性强[6]，大大提高垂直绿化的成活率和绿化效果，降低后期养护难度。但同时也要有安全保障，不能选择果实较大的攀援植物[7]，如何首乌、马兜铃、油渣果以及瓜类植物等，以免果实成熟掉落时砸伤建筑物下面的行人。因此，本项目选择耐旱性和耐寒性较强的金银花和使君子作为主干植物，辅以喜阳的炮仗花，将不同物种的攀援植物混搭，生态系统更为稳定，并且病虫害少。保利华苑项目垂直绿化攀援植物特征见表1。

5 灌溉系统设计

对于高层垂直绿化来说，灌溉系统的地位也极为重要，智能灌溉系统大大降低维护难度及费用。保利华苑垂直绿化项目采用自动灌溉系统，根据植物的需水量，只需要设置好灌溉时间及灌溉频率，就能为植物的健康生长创造理想的干湿循环条件，灌溉系统流程图如图4所示。灌溉系统根据垂直绿墙的分区，将控制器、施肥器、过滤器、阀门等，包括水表、压力表等设备集中安装到控制箱。由中央控制器对绿墙滴灌进行精准操控，每棵植物都配备了规格为4L/h的压力补偿式滴头，压力稳定，滴灌均匀，避免植物因灌溉不均水分过多或者吸收不到水分，达到了定时定量定速的滴灌效用;同时在另一支路上设置了自动配比施肥器，控制植物施肥用药[8]，将水溶药剂和营养液溶于水中，进入灌溉支路即可实现肥料营养液的供给。为了避免滴头堵塞，在灌溉系统水源端头增设滤水器，能够对水源进行二次过滤，延长滴头的使用寿命，不易堵塞。

6 结语

高层垂直绿化不但降低了建筑耗能，美化了城市景观，也是实现绿色建筑的有效途径之一，是未来城市发展的必然趋势。其安全性和可持续性是高层垂直绿化设计主要考虑的问题。保利华苑建筑立面垂直绿化项目正是基于垂直绿化的安全性和可持续性，对于垂直绿化技术的应用，坚持垂直绿化结构与建筑一体化设计策略，将种植槽、支撑结构、后期维护设施等与建筑完美地融合在一起，形成一套集设计、施工及养护等的综合体系，达到了施工建设成本较低，安全性能高，绿化效果持续稳定等特点，具有良好的示范工程效果。

高层建筑垂直绿化技术发展存在着许多客观制约因素，要完善其技术体系仍需大量的工程实践进行验证和总结。只有在保证建筑结构的安全及垂直绿化可持续性的前提下，不断创新提高垂直绿化技术，注重施工质量和后期维护细节，逐步完善高层垂直绿化的技术特点及经验，才能促进高层垂直绿化技术的推广与应用。

注：本文图1由佛山保利房地产开发有限公司提供，其他均为作者自摄和绘制。

参考文献：

[1]（英）伍德，（美）巴拉米.高层建筑的垂直绿化：高层建筑的植生墙设计[M].桂林：广西师范大学出版社.2014：9-10，20.

[2]袁维.模块式绿化在垂直绿化空间中的设计与应用[D].沈阳：鲁迅美术学院，2013.

[3]公超.建筑外立面垂直绿化技术研究[D].北京：北京林业大学，2015.

[4]李玉函.关于中高层建筑垂直绿化装置的设计研究[D].沈阳：沈阳航空航天大学.2018.

[5]焦航.攀援网对4种攀援植物形态、光合生理和生物量的效应研究[D].福州：福建农林大学，2016.

[6]黄叶梅.珠三角地区立体绿化植物选择与配置研究[D].广州：华南农业大学，2016.

[7]曾昭雄.垂直绿化系统在建筑外内墙体设计中的研究[D].上海：东华大学，2016.

[8]金生英，徐玲.攀援植物在高层建筑垂直绿化中的应用技术以广州市万科峯境垂直绿化项目为例[J].中国园艺文摘，2016，32（3）：60～65.

收稿日期：2019-09-16

作者简介：黄佳敏（1989-），女，工程师，主要从事风景园林景观设计工作。