城市立体绿化的创新探索

虞金龙

1 项目背景

1.1 国内外立体绿化由来

城市立体绿化的鼻祖可追溯到公元前6世纪的古巴比伦国王尼布甲尼撒二世，他为王后修建的“空中花园”是已知人类历史上最早的立体绿化。中国立体绿化的历史也源远流长，据《古今图书集成》记载，距今2 400年的春秋晚期，南京古城墙上曾栽种过绿色植物，这可能是我国历史上有记载的最早的城市立体绿化。

世界发达国家对立体绿化非常重视，如德国在2002年颁布《屋顶绿化指导原则》，145个城市把屋顶绿化等纳入城市发展规划内容，70个城市提供财政补贴，207个城市有减免排水费的激励措施，现德国屋顶绿化已有1亿多平方米，占可绿化屋顶的50%以上，取得了可持续的绿色发展效果；新加坡政府在有限的国土面积上不仅开发建设了许多公园和绿地，还在政策上对立体绿化进行扶持，由政府承担50%的费用，规划时严格要求沿街围墙、沿口预留种植槽等植物的规定，有力推动了立体绿化的发展；日本东京在1991年颁发了《城市绿化法律和都市建筑物绿化计划指南》，在《自然保护法》中规定住宅与商业建筑20%以上屋顶必须绿化，目前东京的屋顶绿化已占14%以上。世界发达国家的绿色新政推动了以发展绿色低碳经济为核心的新经济革命，立体绿化已在生态系统承载范围内改变着生产与消费方式、城市文化、市民精神。

在上海市立体绿化专项规划(2016版)中，明确定义立体绿化是指以建(构)为载体，以植物材料为主体营建的各种绿化形式的总称，包括屋顶、垂直、沿口与棚架绿化等[1]。为鼓励立体绿化的发展，在上海市绿化委员会办公室2015版《立体绿化文件汇编》中确立了绿化折算比例[2]。

近年来，国内外立体绿化不仅仅体现在法规的制定、政策的扶持与生态绿色的增量上，还进行了针对存在问题的技术攻关，如植物在空中长期存活率低、艺术性缺失，以及安全和维护等亟须解决的痛点问题。再者，形式单一也是立体绿化发展的瓶颈，如何在创新中推动立体绿化向前发展成为一个新的课题，要在科学的基础上进行艺术与形式的创新，让立体绿化的发展空间变得更加广阔。

1.2 国际上立体绿化创新案例

新加坡的立体绿化不仅绿量大、形式多、布局新、风险小，而且科技含量高、生态与美学效果显著。以新加坡皮克林酒店[3](图1)沿口立体绿化为例，项目示范了如何在城市核心区用立体绿化来解决城市环境对绿化需求的问题，设计时考虑了周边街区的人流需求，在建筑沿口每隔3层设置一个混凝土岩层种植槽与养护道，在种植槽中种植不同的植物。随着植物的不断生长，建筑逐渐被垂直与横向绿植所包围，而梯田状的连续岩层板被用来衔接酒店各功能板块空间，用绿色形成独特的空中花园，以安全与创新的方式模仿梯田状的连续混凝土板种植槽种植各种植物。在符合新加坡国家立体绿化政策前提下，创造了连立体绿化在内的15 000m2的绿化面积，相当于基地7 500m2的2倍，等同于酒店前芳林公园面积，成为世界上高楼林立城市中立体绿化创新的成功典范[4]。

图1 皮克林酒店立体绿化仰视图Fig.1 Bottom view of three-dimensional greening of Pickering Hotel

日本大阪难波公园的立体绿化(图2)，根据建筑构成的商业梯级峡谷形态，在商业各层的露台、沿口层层设置种植池与种植槽，种植植物形成美妙的平面及峡谷立体花园，让游客在行走时可以从不同的角度体验到不一样的花园式自然空间氛围。2006年意大利米兰设计师斯坦法诺·博艾里把730株乔木、5 000株灌木、11 000株草本植物种植到了近112与80m高的2栋高层住宅建筑物空中的露台上，以科学的供排水系统、种植土层、安全的支撑与养护系统、不同的植物共同形成了空中的垂直森林，不仅起到了阻尘、降噪等生态功能，还美化了城市。如种植的植物随着季节变化而产生不同的景色：春天，这些植物将成为一道充满渐变绿意及开花的风景；夏天，枝叶的浓荫给住户带来清凉；秋天，不同类型的植物形成五彩斑斓的美景；冬天，植物会变成另一种状态。这个垂直森林的目的是最终建立起人与自然的和谐共生关系，2014年建成后每年吸收CO230t，每天放出O252kg。

图2 大阪难波公园立体绿化Fig.2 Three-dimensional greening of Osaka Namba Park

各国不同立体绿化项目旨在净化寸土寸金城市中的空气质量，吸收CO2和灰尘颗粒，并制造O2供人吸收。用立体绿化创造的不仅仅是人类和植物的联系，还会吸引一些昆虫、鸟类等动物的到来，促成一个生物多样性的城市生命共同体，是自然与建筑和谐共生的新模式。

1.3 城市立体绿化的重要性

大城市从规划上留给绿地建设的面积是有限的，而立体绿化能有效利用城市平面以外的有限空间，让绿色由平面走向空间，提高城市的绿化覆盖率与绿视率。在功能上能吸尘，降噪；能保温隔热，节约能源；能滞留雨水、缓解城市下水排水压力等；能起到改善城市生态环境、提高居民生活质量与城市街区视觉美感等多方面的作用。因此，整体上是城市绿地生态系统的重要组成部分，是城市中的自然。自然中的城市的绿色增量，对于寸土寸金的大城市发展立体绿化的重要性是不言而喻的，这也是各国对立体绿化进行政策导向与扶持的原因。

2 项目案例及实践

基于对立体绿化重要性的认识及国际上创新立体绿化项目的数据参考，在上海中心城区进行了立体绿化形式创新探索与技术难点攻关。

2.1 恒基旭辉天地

项目位于上海市黄浦区的新天地板块，建筑基地占地面积8 000m2，建筑40 000多平方米，遵循上海市城市绿地与立体绿化实施细则条例(2015.9)[2]，充分考虑政府对项目绿地率的比例要求，在提高城市空间绿视率的同时实现城市生态、生活美学、历史人文等社会功能的复合。其中，地面绿地有一层，加底下中庭种植面积为1 700多平方米，另外的绿地面积根据上海对立体绿化的面积折算要求，采取种植1 000多平方米的立体绿化来满足绿地率要求。基于国际上成功的城市立体绿化经验与上海城市中心高楼林立的现状[5]，在创新意识驱动与缓解城市绿量缺失的前提下，在4栋建筑的14个外立面窗口外沿布置了大小不等的2 500个创新设计的艺术花钵(图3、4)，连绵种植着各色植物，意图在寸土寸金的中心城区既解决政府规定的绿地比例要求，同时成为立体绿化创新探索的实践典范。

图3 内街沿口绿化实景图Fig.3 The actual view of the greening along the inner street

图4 内外街沿口绿化实景图Fig.4 The actual view of greening along the inner and outer streets

2.1.1 基于生态、人文、美学的方案创意

1)花钵创意：老上海法式建筑，其建筑外立面多为砂岩米色，而屋顶多为丹霞红色，本项目建筑师设计的建筑外墙砂岩色与内墙丹霞红色彩灵感源于街区的历史与人文。另外在建筑上会沿窗口外悬挂花钵并种花草来体现法式的浪漫生活。根据植物生长与艺术创新的思考，花钵的形式(深盆)、色彩、结构、与空中的艺术排列组合都是独创的。

2)花钵的艺术排列组合：根据建筑构成的类似峡谷空间，花钵的排列创意根据自然峡谷植物生长的空间沟槽与绘画美学原理进行排版，实现因街区绿化形式变化而来的视觉聚焦、艺术享受与街区激活。

3)空中长效混合花园：根据自然峡谷中植物生长方式与商业街区空间美学的需求，基于植物的生态习性要求，以常绿园艺植物为基调加入其他不同的变色与开花植物，形成长效、稳定、色彩变化的容器园艺组合。

将这些自然、生活、文化元素转译到当下立体绿化中，成为街区里一种新颖的、有生态功能、有文化内涵、有绘画美学的立体绿化新形式，这些源于生活与艺术的灵感构成了恒基旭辉天地立体绿化的创新空间形式、艺术构成与植物生命季相的本底。

2.1.2 基于方案的具体设计与技术难点

1)花钵与固定。

本次立体绿化承载植物的容器是特别设计的花钵，根据植物生长对土壤的要求，摒弃以往高空常规的浅盆做法，创新点在于花钵高度加高，使容纳植物生长扎根的土壤更深，同时把花钵由外体(图5)与内胆(图6)组合而成，利于更换与温度传导的隔断。花钵外体规格有6种，直径分别为570、510、440、410、360、310mm。花钵钢构底托与上部不锈钢拉杆结合，使两者的结合体与窗沿口墙体稳固连接(图7)。外体采用强化混凝土(HUPC)与板材料制成，花钵的颜色与整体墙面颜色保持一致。花钵内胆选用不锈钢条网与纳米布结合。

图5 花钵外体Fig.5 Outer body of flower pot

图6 花钵内胆(单位：mm)Fig.6 Flower pot liner

图7 花钵固定Fig.7 Fixing of flower pot

2)种植介质。

种植介质要求结构疏松、通透性好，保水、保肥能力强。

3)植物种类选择的前提条件。

考虑到植物对光照、风力、温度等自然因素有一定的要求[5]，通过对光照、风向、温度的分析，提出了基于气候学、生态学、园艺学的植物选择策略。

(1)场地光照。

东南、南立面上部及内街南立面上部、西立面光照强，适宜选择喜阳植物。外街下部、内街北立面和南立面下部、北立面光照弱，选择耐阴植物。北侧和东北侧光照强，选择阳性植物。

(2)风力。

东立面为十字路口，风速较大，要选择根系发达、小叶、革质或半革质灌木。西立面静风区较多，可选择耐半阴、较大叶植物。

(3)温度。

植物对温度有一定要求，在最适温度下，植物能迅速而正常地生长发育；在最低和最高等不利情况下，植物将停止生长发育或受到伤害，但仍可维持生命；如果温度再继续下降或上升，植物将受损甚至死亡。

(4)植物种类选择。

基于以上种植容器位置、所处街区的气候分析，在空中的植物生境条件是比较差的，非生物因子如光照、温度、风力、水分等影响特别明显。在花钵植物种类选择上，抗风、抗蒸腾、抗高温、抗低温及须根发达植物为上佳选择，通过2019—2020年的实验工厂与预栽培种植筛选出叶小、革质、抗性强的小灌木与多年生植物，如杜鹃、络石、小叶扶芳藤、火棘、南天竹、金叶大花六道木、花叶香桃木等几十种植物，这些植物叶片的蒸腾作用相对较小、生长慢，能够减少风、光、温等不利环境对空中植物的影响。到了蒸腾作用旺盛的夏季，叶片厚厚的革质层有利于抵御阻挡一部分的水分被蒸发，有效避免了夏季高温叶片卷边等现象[6]。

2.1.3 植物的创新配置

植物配置遵循从生态学、园艺学、绘画美学原则出发的创新长效混合园艺配置，以植物四季变化来与建筑、空间、人一起成为生命、生长、生活的共同体，空中绿色统一聚焦与融合了从不同角度来的视线，创新实现从个体到组合到群体的生长稳定的可持续园艺种植模式。内街园艺配置强调丹霞红背景里的绿色渐变，浅绿、嫩绿、鹅黄到墨绿的韵律组合，以常绿植物为基调在四季变化中调和内街空间，吸收各波段的光，春天开花的杜鹃等植物和冬天开花的茶梅等植物穿插于绿色群落中；外街米黄沙色背景里强调绿色中各种开花植物的组合，用绿色与各种开花植物、变色植物来美化与激活街区，如开花的安库杜鹃、八仙花、紫娇花，变色的红枫、小丑火棘等组合形成空中联系中又有变化的风景绿带。基于绘画的美学原理，在建筑外立面植物色彩分布上的色系为上浅下深，用不同植物组合凸显植物的四季变化[9]。

春季色彩韵律变化：不同的绿色作为组合，金色-花叶-翠绿-深绿，从上至下由浅色逐渐过渡至深色(图8、9)。

图8 春季植物配置Fig.8 Plant configuration in spring

图9 春季色叶及开花植物Fig.9 Colored leaves and flowering plants in spring

夏季色彩韵律变化：选用叶色为蓝灰、银灰及开蓝色、淡紫色花的植物，用冷色调从视觉上给炎热的季节降温。

秋冬季色彩韵律变化：选用秋冬植物叶、茎的红色或秋冬植物的变色以及果实、花色的暖色调能与建筑在色彩上更为融合，增加亲近感。

不同规格花钵通过有规律的艺术排列组合与窗沿口墙体固定，花钵里种植不同的植物并控制其生长高度，形成自然与美学的植物韵律变化(图10)。

图10 植物配置效果Fig.10 Plant configuration effect

2.1.4 滴灌系统与吊篮维护系统

1)滴灌系统是维持植物生长的必备条件，采取集中供给、分层安装给排水管到花钵，每盆设置2个滴箭，根据不同楼层、不同植物组合为花钵设置自动与人工控制结合的水分与肥料滴灌系统[7]。

2)空中吊篮维护系统：在建筑缺失养护通道的前提下，以横向移动轨道与吊篮系统解决维护通道缺失的难题，实现了安全、有效、及时的精细养护。

2.1.5 阶段性成果

1)立体绿化实景。

通过以上基于街区、人文、生态、美学与社会学思考与安全前提下的创意设计与实践，由2 500个大小不同的花钵组成的空中艺术花园(图11、12)让绿化从平面走向了空中，走向了重构、链接、新生的空中花园。可达性公共空中花园可以唤醒人们的感官与感知，体味现代都市的生活意趣与艺术氛围；以生态习性、现代设计和科学手法打造出沉浸式空中花园，实现以绿色催生出城市的文明格调与精神内涵[7]。

图11 仰视效果Fig.11 Bottom view effect

图12 局部实景Fig.12 Part of the actual view

2)容器、植物、养护等的技术攻关。

创新与技术支撑密不可分，容器的创新与色彩设计、植物的选择与园艺配置、滴灌的分层与分时控制、养护吊篮的运用支撑了恒基旭辉天地立体绿化项目的形式创新与实际效果，克服了空中植物生长的不利因素。

2.2 天安千树立体绿化

天安千树位于上海普陀区苏州河畔，根据政府规划保护建筑予以保留，新建建筑为2座山形的综合性商业、办公高层楼，遵循上海市城市绿地与立体绿化实施细则条例(2015.9)[2]，充分考虑政府对项目绿地率的比例要求，设计方案采取结合基地建筑形态、滨水区域、人文历史沿革，整合滨水公园与一、二楼平台及栏杆、空中树坛等复合立体绿化的关系。用立体绿化来补充绿地率指标(图13)，形成上海苏州河畔的天安千树多样化城市立体绿化格局，以栏杆垂直绿化、台地屋顶绿化(图14)、空中树坛(图15)的实践来实现城市立体绿化形式的创新。

图13 绿地率指标Fig.13 Greening rate index

图14 二楼屋顶绿化Fig.14 Roof greening on the second floor

图15 空中树坛Fig.15 The tree pot in the sky

2.2.1 立体绿化的特色

1)二楼平台屋顶绿化：遵循上海《屋顶绿化技术规格》(DB31/T 493—2010)，设计主要用长效混合花境来营造，形成园艺配置的千花与空中千树的呼应关系，而且会带来平台的活力，又能欣赏苏州河水流动的美景。

2)栏杆垂直绿化：充分利用栏杆进行垂直绿化，种植了百米长的紫藤花带与月季花带，从而形成另外一种美丽的立体花园。

3)通过混凝土立柱的支撑与固定，在空中形成种植树坛，形成有特色的空中森林立体绿化新形式。

2.2.2 设计与施工的难点——不同高空树柱植物的选择与安全

1)考虑荷载、雨、风及雪等因素。

2)在负荷允许区选择种植矮灌木、地被植物，6层以上严格控制空中生命树坛内树高不超过4m。

3)遵循植物适应性的原则，选择适合的植物。

4)选耐修剪、粗放式管理及生长缓慢的植物。

5)选择能够高抗风、抗旱与抗高低温的植物。采用多年生植物以减少维护需要。

6)避免选择果实植物以减少因为果实坠落而引起的危险。

2.2.3 空中树坛的植物配置(图16)

图16 空中树坛的植物园艺配置Fig.16 The plant gardening configuration of the tree p ot in the sky

在保证安全稳定的基础上选择多样化树种，保证色彩搭配美学。建筑生命树柱的阴面，选择耐阴树种；边角树柱选择耐阴、抗风、耐倒伏的植物。

阴面常绿树占比比阳面更大，为保证色彩丰富度选常绿色叶树，如红叶石楠、红花檵木等。阳面选择喜阳树种，如垂丝海棠、紫薇等开花品种。边角树柱因为风口影响，需选用抗风、耐倒伏树种。为保证四季皆有绿，阳面常绿树种的占比不低于50%，高空建筑生命树柱关系到景观阴暗面及风口气候问题，在树种选择时，从安全、习性和美学等多方面考虑。落叶树的色彩丰富，且花、叶随季节变化不断，在景观上增添了更多的趣味与亮点[8]。保证植物园艺美学配置分布的同时，落叶树周围结合常绿树种，保证每个区域景观面在冬季不会出现偏枯现象。生命柱中垂藤植物布置于外侧、角点处软化边角。柱盆内灌木控制常绿、落叶互相搭配，保证四季皆有绿色。

2.2.4 空中树坛乔木的安全与固定

1)种植时土球顶低于树坛水平面25mm，有利于土球的固定。2)乔木土球在土层中固定。3)乔木主干四方用钢拉索固定。4)树坛设置防倒栏杆。5)定期检查生长状况，及时修剪掉挡风枝与病枯枝。6)保持排水良好，防止水分过多引起土壤软化与松动(图17)。

图17 空中树柱及大树的拉索固定Fig.17 Sky tree pillar and cable fixing of the tree

2.2.5 阶段性成果

通过施工完几年来的观察，天安千树的立体绿化目前已相当稳定并在健康生长，因为安全措施得当，空中的生命树坛与树坛中乔木保持着良好的状况(图18)。

图18 天安千树鸟瞰效果Fig.18 The aerial view of Thousand Trees in Tian'an

3 问题和建议

3.1 植物受冻

2020年12月上海极端气温达到-10℃，恒基旭辉天地与天安千树的部分植物受冻明显，如千层金全部冻死，肾蕨、千叶兰、黄金菊受冻明显，影响景观效果。建议各城市根据气候特点选择耐高温又能耐低温的植物种类，并采取相应的预防措施[10]。

3.2 滴灌材质

恒基旭辉天地滴灌使用的是PVC管，虽然硬度好，但受冲击时易脆裂；天安千树用的铜管具有韧性好、强度高、使用寿命长的优点。建议以铜管为长久考虑选择。

3.3 养护不便

2个项目因为没有考虑养护通道，只能依靠空中吊篮与高梯进行检查与养护，建议高空立体绿化以发达国家为例建立横向养护通道或横轨吊篮，便于养护。

4 结论

通过恒基旭辉天地和天安千树立体绿化形式的创新设计与实践，用不同习性的植物混合种植于花钵、空中树坛中，形成连续有韵律的、生长于空中的植物园艺式布置，既增加了寸土寸金中心城区街区中的生态绿量，提高了绿视率，又用绿色激活和提升了可达性街区里的美学、历史、人文等社会学价值，实现了用立体绿化形式来补充绿地率不足的问题，同时用立体绿化唤醒街区的活力，重构、连接、新生出一种新街景花园文化。在对花钵、空中树坛的创新形式、色彩、结构及植物生长支撑体系中的实验、预栽培及立体绿化实施中取得的经验与成果，将有利于上海及其他大城市立体绿化形式的创新发展[11]，有利于植物选择、容器等的个性化、专业化、产业化发展，也将对城市立体绿化形式创新具有指导意义和参考价值。

注：文中图片均由作者拍摄或绘制。