垂直绿化技术在LONG-PLAN 长屋项目生态建筑的应用探索*

王佳 殷金岩 赵秀芳

城市化进程的快速发展导致了城市热岛效应、雾霾现象、城市内涝等一系列生态环境问题。这些越来越严重的城市病，使得人们更加重视城市的生活环境质量，“森林城市”的概念也逐渐成为人们关注的焦点。城市绿化建设是都市人寻求健康生态环境的重要途径[1]，可以创造舒适安全与健康平衡的生态环境，使得城市建筑与自然环境融合为有机的结合体，比如：垂直绿化、沿口绿化、立交桥绿化、阳台绿化、屋顶绿化和室内绿化等。

在城市绿地面积被急剧压缩的发展现状下，与传统平面绿化相比，城市建筑垂直绿化充分利用建（构）筑物的内外空间进行多层次绿化，具有不直接占用土地、绿化见效快等明显的优点，让“混凝土森林”变成真正的绿色天然森林，必然会成为现代城市绿化建设的重点[2]。垂直绿化不仅将绿色景观引入建筑，美化居住环境，满足了使用者希望在建筑中接触自然的需求，还有利于建筑节能，在一定程度上改善城市生态环境，产生了许多生态和经济的增值效应[3]。

狭长型住宅来源于历史，如“小面宽，大进深”的传统竹筒屋，在岭南地方的气候和地域文化上已适应了很长时间[4～5]，竹筒屋创造了较舒适的微气候环境，改善了生活品质，也为垂直绿化植物提供了良好的生长条件。在借鉴传统住宅的布局模式基础上，结合现代目标客户的生活需求进行了空间设计，是一种拒绝千篇一律高层住宅的未来居住模式。在湿热气候条件下的高密度城市群中，联排别墅往“小面宽，大进深”的方向发展具有实际意义，例如万科第五园。狭长型住宅具备开发的经济价值，可以充分利用老城区的闲置土地，适应更多人群的居住需求，可以充分发挥低层住宅的优势，在创造家庭舒适生活的同时，注重打造和谐愉悦的邻里氛围，形成社区充满活力的人口结构。社区不仅拥有公共开放的前街，还能组合形成怡人的共享后院，满足更多元的使用模式。

垂直绿化在狭长型住宅的运用与推广，可在空间有限的条件下，创造自然的生态环境，符合都市人寻求健康生态环境的需求，快速提升屋主的生活品质。同时传统的狭长型住宅可以通过改造而创造良好通风和采光等微气候环境，利于垂直绿化发挥更好的景观效果和生态效益。

图1 长屋计划室外整体效果

图2 中庭垂直绿墙

1 项目概况

“第十届国际太阳能十项全能竞赛”在山东德州举行，华南理工大学-都灵理工大学联合参赛的LONG-PLAN 长屋项目在室内中庭和室内厨房预留位置进行垂直绿化，将垂直绿化作为建筑的一个要素设计纳入，展示最新的垂直绿化技术和成果，并与建筑有机地结合，成为了项目中最为引人注目的部分，成功展现了人文与自然和谐共容的生态景观。项目完工于2018 年8 月，并获得2018 年中国国际太阳能十项全能竞赛的冠军奖项。

2 设计思路

LONG-PLAN 长屋项目关注城市旧区高密度居住环境问题，以广州传统竹筒屋为代表的狭长式住宅作为设计原型进行体系整合等改良，提倡“重拾自然”的生活理念，将空气、水分、阳光、土壤、生物引入房屋，使原本封闭阴暗的空间变成舒适而宜居的场所，让生态、人文、科技的生活回归城市，营造富于活力的集合共享社区，是针对年轻家庭推出的舒适、低层、高密度、低能耗的住宅（图1）。垂直绿化在该项目的巧妙运用，使得建筑空间与生态系统碰撞成功，很好地展现了项目的设计理念，成为绿色建筑发展不可忽视的补充力量。

深圳市铁汉一方环境科技有限公司（以下简称“铁汉一方”）参与了项目的中庭垂直绿墙（约27 m2）和鱼菜共生绿墙（约8 m2）建设。半室外的中庭垂直绿墙采用布袋式工艺做法，将雨水回收利用于定时灌溉的自动灌溉装置，同时充分利用室内良好的通风与自然采光条件，实现植物正常生长（图2）。为家庭饮食健康提供服务的鱼菜共生绿墙采用种植杯式模块工艺做法，以水培的形式来预培和栽植蔬果、药草和花卉等植物，这种水培形式采用循环供水，从鱼缸内抽水至植物墙顶部，用于植物灌溉，经过每层植物充分吸收后，从绿墙底部再流入鱼缸，形成水循环。

3 项目建造的垂直绿化关键技术要点

3.1 绿化工艺的选择

中庭垂直绿墙以“四水归堂”为设计理念，以绿墙的灵动感与艺术感，表现流畅的竖向线条和起伏的高低线条。为了更好地实现景观效果，项目选用了铁汉一方的口袋式工艺（图3），口袋定制尺寸主要为150 mm×120 mm，由超细纤维布特制成，固定在PVC 发泡板上，提前预培植物在其内，于施工现场固定安装。超细纤维布具有超强的吸水性、均匀的扩散性以及良好的持水能力，可给植物提供生长必须的水分。该工艺施工简单灵活，种养方便，成本低，使用广泛，可以创造更为自然生态的植物景观，植物也有足够的生长空间，生长更为稳定。

图3 口袋式工艺

图4 种植杯

鱼菜共生绿墙选用了铁汉一方的规格为508 mm×187 mm×120 mm种植杯容器[6]（图4），此工艺构件主要由PP+UV 材质的种植篮和种植底壳组成，并直接安装在钢承载骨架结构上，其材质能防紫外线和防老化，且施工见效快，更换方便。模块作防沉降设计且具有一定的储排水功能，非常适合用于家居室内水培种植，干净无土，与鱼缸系统结合，可以实现水循环和营养互给。

3.2 承载结构

选定绿化工艺后，垂直绿化建造的第一步是承载结构建造及其荷载核算。这是非常重要的一步，为保证项目的安全稳定性，必须核算承重结构，确保在建筑结构荷载的范围内[7]。中庭垂直绿墙采用40 403 mm和40 202 mm 热镀锌钢管，钢管安装间距1 225 mm。鱼菜共生绿墙采用50 504mm 和30 202 mm 热镀锌方管，据对应安装的种植杯容器尺寸，定位钢管安装间距，采用M8不锈钢膨胀螺栓固定。项目钢骨架结构的恒荷载和活荷载经多次严格测算，为0.3 KN/m2，在安全范围内。钢结构安装焊接满足《钢结构工程施工质量验收范围》[8]等相关要求，所有焊接点均采用满焊、除渣、防锈处理，确保设计年限满足要求。

防水处理是垂直绿化建造非常重要的第二步，以防对原建筑结构的腐蚀，确保项目的使用年限。中庭垂直绿墙在钢骨架结构安装完成后，安装厚20 mm 的PVC 发泡板作为种植口袋的承载结构，规格为1 250 mm×500 mm，自下而上搭接，接缝处用工程胶密封，达到 II 级防水要求。采用涂膜防水直接在种植墙面进行鱼菜共生绿墙的防水处理，防水层厚度须达到 1 mm 以上，满足《屋面工程技术规范》[9]要求的II 级防水标准。

3.3 节水灌溉系统

灌溉系统为植物提供必不可少的水分和养分，项目运用了2 种节水灌溉技术，包括管网滴灌灌溉系统和循环水灌溉系统，除了确保灌溉均匀度达到85%以上和具备精准节水灌溉的特征外，还保证用水安全，杜绝网管滴漏、回灌和管网污染。尤其通过灌溉控制系统，实现灌溉控制高性能，使得养护便捷和高效。

中庭垂直绿墙采用了以色列耐特菲姆全自动灌溉设备，整套灌溉系统稳定可靠，由供水管、稳压阀、止回阀、水压表、3/4 接口过滤器、施肥泵、干电池电磁阀、智能控制器、PE 滴灌管件（图5）组成[10]。根据季节、地域差异以及植物的特性状态，人为调节并设置灌溉量和灌溉周期，系统根据所设参数定时灌溉，保证植物正常生长。灌溉系统的工作原理为De25 给水管从房屋系统在绿墙附近预留的给水口接入，经过滤器过滤较大颗粒物保证水质干净，由自动控制器发送指令信号将电磁阀打开后，通过横向布置的PE 滴灌管向种植袋表层均匀供水。

鱼菜共生绿墙采用了循环水灌溉系统，不仅保证灌溉均匀度，还可以给植物生长提供养分。灌溉系统的水泵将鱼缸里富有鱼类粪便的营养水源泵入绿墙顶部，通过输配水管道，对绿墙植物进行浇灌，经过每层植物吸收后，水份从绿墙底部再引流返回至鱼缸。相比室外绿化，室内环境清洁干净、气候相对稳定，植物病虫害种类少、发病频率低，病虫害防治难度较低，可通过增加光照和通风提升植物光合作用率等方式，或使用家居型低毒或无毒化学药剂进行防治，回流至鱼缸的水分并不会对鱼类的健康造成影响。

循环水灌溉系统包括鱼缸、水泵、水位传感器、控制器、输配水管、管件和灌水器。其中，水位传感器可以保护水泵并提供鱼缸缺水信号。

节水灌溉系统的供水水源是整个建筑的雨水回收池，雨水经处理后，用于植物灌溉。中庭垂直绿墙和鱼菜共生绿墙的灌溉采用“干则浇水，浇则浇透”的原则，一般1周灌溉1 次。整个灌溉系统和建筑的雨水回收和中水回收措施搭接，灌溉后多余的水份会再回流至雨水回收池，节水环保，在立体绿化行业起到一定范式作用。

图5 滴灌系统设备示意图

图6 一楼鱼菜共生绿墙植物

3.4 种植基质筛选

配制满足保水透气、无病虫害残留、轻质环保要求的基质，使得供水水源经过垂直绿化系统后，少量余水可不经处理直接回流至整个建筑的雨水回收池。中庭垂直绿墙主要选用水苔，其保水透气，偏弱酸，且干净无病虫卵，是很好的天然基质。绿墙底层适当减少水苔的比例，垫铺陶粒，以提高绿墙下层的透气排水功能。鱼菜共生绿墙主要选用水苔和火山岩，比例为1:3，保证植物的生长。为了满足装配式建筑的需求，配合一体化设计的进度，提前更换基质，预培植物，以确保更好地展现景观效果。项目在施工前1～2 月，便将植物更换到种植基质内预培，以保证现场植物成活率，降低养护成本；绿墙在施工前1～2 日，进行植物杀菌除虫和修剪黄叶处理。

3.5 植物选择

植物的色彩、质感、大小、形状、季相变化和生命周期变化等特性，都是影响垂直绿化景观效果的重要因素。项目整体从安全性、艺术性和生态性的设计原则出发，用植物的景观效果去传达“让绿色走进室内，让人们拥抱自然”的生态建筑理念。

中庭垂直绿墙共设计有12 种植物，如高大肾蕨（波士顿蕨）Nephrolepis exaltata、龟背竹Monstera deliciosa、 银边吊兰Chlorophytum capense、红粗肋草Aglaonema commutatum、蝴蝶兰Phalaenopsis aphrodite、石斛Dendrobium nobile、油点木Dracaena surculosa‘Maculata’、鹅 掌藤Schefflera arboricola、骨碎补Davallia mariesii、八角金盘Fatsia japonica、花叶络石Trachelospermum jasminoides、巢蕨Asplenium nidus，大多数是从华南地区筛选出的抗性强、耐修剪、观赏特性稳定的耐阴植物。提前1～2 个月预培植物，为其适应环境提供了充足的时间。故即便在高温高湿的7 月，也能保证室内呈现色彩丰富、层次分明的绿化景观效果。后期养护采用全自动滴灌装置，人为干预少，室内自然采光好，植物整体表现优良。

鱼菜共生绿墙采用自然式的设计手法，植物以团聚状布置，兼具观赏和实用价值，以常见植物为基底，展示特色蔬果药用植物。共设计有11种植物，如白苞蒿Artemisia lactiflora、蕺菜（鱼腥草）Houttuynia cordata、落葵（木耳菜）Basella alba、珊瑚樱Solanum pseudocapsicum、锦绣苋Alternanthera bettzickiana、德国鸢尾Iris germanica、车前草Plantago asiatica、虎耳草Saxifraga stolonifera、迷迭香Rosmarinus officinalis、薄荷Mentha canadensis、山麦冬Liriope spicata，种类丰富且均为华南地区适生的药用和香草植物，以满足面积不大的岭南家庭的功能使用需求（图6）。

3.6 景观补光系统

光照是植物生长的关键因素之一，对垂直绿化的景观效果也起到重要的渲染烘托作用。为了减少能源消耗，垂直绿化最好设置在室内光线充足或能进入自然光的位置，如果现有条件不能满足植物墙生长需求，则需要人工光源补光，否则植物会因为长期光照不足而生长不良影响景观效果，甚至死亡[11]。

项目的建筑设计初期考虑了植物生长所需的光线和通风，充分利用建筑的天窗和中庭天井，将自然光线引入，让植物得以充分生长。岭南建筑的重要元素—天井的应用，很好地解决了室内的人居和植物的通风需求。因此中庭垂直绿墙和二楼鱼菜共生垂直绿墙的灯光系统主要满足景观渲染的功能；而一楼鱼菜共生绿墙处于厨房的仓储间，自然采光不佳，白天光线平均处于1 000 Lux 以下，需设置补光系统，其含植物生长所需的红橙光和蓝紫光光谱，80% 接近自然光，400～840 nm 全光谱区间具备连续稳定的高输出，有效辐射率高，色温4000～5000 k，显色为自然白光，补光时间保证在8 h以上，每平方米（m2）功率在30 W 以上，可满足大部分耐阴植物的正常生长。

4 讨论与建议

4.1 建筑立体绿化一体化设计

在本项目中，为了更好地实现建筑和立体绿化的一体化设计，从建筑结构设计阶段开始，立体绿化技术人员便与建筑设计师沟通确认垂直绿化的前期结构基础、工艺选择、设计理念，微环境的打造等，为垂直绿化工程预留了工艺空间，确定走水位置和方式，工艺稳定的基础设施等。因此，建筑立体绿化一体化设计可充分利用建筑内空间，创造植物所需的生长条件，生态节能，降低养护难度，实现“懒人养护”。同时，可使项目效果更为稳健，和整体风格协调呼应。

为了更好地推广建筑立体绿化建设，政府可以主导编制建筑立体绿化技术规程，提出鼓励发展建筑立体绿化的相关政策，使建筑立体绿化有法可依。比如：在新建、改建建筑的设计、施工、验收的同时，审查建筑立体绿化设计，监理建筑立体绿化施工，验收建筑立体绿化效果等。

4.2 优化植物种类选择

项目地址位于山东德州，夏热冬冷，空气湿度低，尽管项目室内环境条件与华南地区差异较小，且已进行了1 个月以上的植物预培，少部分植物种类仍出现了生长不良的现象。因此，需要根据地域调研选择项目所在地的优势植物，继续筛选更多的抗逆性强、有观赏价值的植物，在兼顾植物生长特性和景观效果前提下，最大限度发挥植物的生态功能。还可根据条件使用藤本植物，其具有成本低、效果稳定且方便维护的优点。

4.3 灌溉系统实时远程监控

植物成活率的高低决定于生长环境的温光水气，前文中提到，整个建筑充分考虑植物的生长习性且为植物创造了适宜的光照、温度、水分和通风的生长条件，其中，项目使用的灌溉控制设备可靠稳定且简单易行，可保证系统供水的稳定和满足非专业人士简便的植物养护需求。中庭垂直绿墙处具有供水水源，通过交流电控制器去控制灌溉设备，设定好灌溉和补光程序即自动运行，稳定均匀。鱼菜共生绿墙处无供水水源，采用循环水系统，通过时控开关去控制灌溉设备，设定灌溉时间和灌溉周期。

但是，目前项目使用的灌溉控制器，需要根据经验判断植物的水分吸收情况来设定灌溉参数，可能存在不精准的情况，无系统执行情况监控功能，需要人工定期检查及维护灌溉系统。当出现缺水断电等异常情况，无预警功能协助人工及时进行系统维护和调整养护方案，亟需更为智能便捷化的灌溉控制系统，来帮助非专业人士实现远程养护。

随着近年来互联网技术的发展，智能控制系统可以解决这些痛点问题，其可以远程实时监控、管理绿墙的滴灌、施肥、补光、通风执行情况，有浇水记录、报警、数据报表等功能[12]。

4.4 维护效率低

项目结束后，施工人员会设定好光照、灌溉的时间和周期等，调试系统至稳定后，向非专业人士进行维护技术交底。只要使用者按照要求，定期进行简单的检查和维护，植物的生长情况便可以得到很好的保证，养护人员也会定期回访，确保植物生长状况。

但是由于建筑内部空间狭小且绿墙设计层高较高，尽管可使用脚手架，但并不与狭小空间匹配，在现场植物种植及植物修剪养护中，操作耗时较长且不方便。因此，针对空间有限的家居环境，亟需选择或开发匹配的高效率施工和养护配套设施，提高工作效率，及时保证景观效果。

5 结语

在旧城改造过程中，狭长型低层高密度住宅是亟需研究改造的对象，建筑垂直绿化是该种住宅可突破的生态契机。但是目前市场上多数的垂直绿化项目是在建筑建成后才设计建造，需要重新搭建钢承载结构和人为创造生态微环境等，因而面临项目成本高居不下却收效甚微的现状问题。LONG-PLAN 长屋项目是一个很好的岭南建筑示范项目，满足了生活、娱乐、休闲、交流、自然教育等多项使用功能，垂直绿化在建筑建造中的一体化设计、施工、管理，是多个新技术成果的集中展现。该项目的获奖，意味着采用的技术得到各专业人群的认可，因此这些技术将会有深远的发展、应用前景。

将建筑立体绿化纳入到城市未来发展的各个层面，其必将受到越来越多的重视，未来也仍有很多内容有待深入索探，例如植物在建筑中具体产生的生态效益，新型基质的开发与应用，装配式建筑立体绿化工艺技术，建筑立体绿化植物的筛选与应用等。

致谢：感谢深圳市铁汉一方环境科技有限公司温庚金、刘春常、李悦宁、罗旭荣、蒋慧在此项目中给予的资金投入和技术支持，感谢华南理工大学萧蕾、许安江、薛加伟的工作付出。

注：图1～5 由徐嘉迅拍摄，图 6 由许安江拍摄。