随着城市发展, 城市居住、交通压力与日俱增, 生活环境随之恶化, 绿地不断被建筑蚕食。对于裸露于地表的平屋面、坡屋面、地下室顶板等建筑表面, 屋顶绿化不仅可增加绿化面积, 还可改善城市环境面貌, 缓解城市热岛效应, 治理大气污染, 提高市民生活和工作环境质量。屋顶作为建筑第五立面, 是城市建设与美化过程中不可忽视的环节^[1]。屋顶绿化不同于地面绿化, 屋顶花园是以建筑为载体且形式较为特殊的绿地^[2], 屋顶绿化施工中存在很多细部处理, 需对原设计进行更深化、更细致、更具可操作性的“施工设计”。

海绵城市指城市能像海绵一样, 在适应环境变化和应对自然灾害等方面具有良好的“弹性”, 下雨时吸水、蓄水、渗水、净水, 需要时将蓄存的水释放并加以利用。海绵城市建设应遵循生态优先等原则, 将自然途径与人工措施相结合, 在确保城市排水防涝安全的前提下, 最大限度地实现雨水在城市区域的积存、渗透和净化, 促进雨水资源利用与生态环境保护。在海绵城市建设过程中, 应统筹自然降水、地表水和地下水的系统性, 协调给水、排水等水循环利用环节, 重视其复杂性和长期性。低影响开发雨水系统主要应对中小降雨, 注重地块内部“渗、透、滞、蓄、用、排”雨水工程的优化布局, 依托技术包括屋顶绿化、透水铺装、下凹绿地、雨水花园、植草沟、雨水湿地、湿塘、调节塘和初期雨水弃流技术等;雨水管渠系统、超标雨水排放系统主要应对中大降雨, 需考虑地块间竖向优化布局。

屋顶绿化是海绵城市建设的重要低影响措施, 设计合理的屋顶花园不仅具有滞留雨水、错峰排放的作用, 还能美化环境, 吸收空气中的污染气体, 过滤空气及降尘, 提高空气质量, 维持城市生态平衡, 缓减城市“热岛效应”, 延长屋顶使用寿命, 调节室内温度, 节省能源, 降低噪声等。雨水调蓄与收集利用等措施还可提高雨水积存和蓄滞能力, 减少硬化屋面对水资源环境的影响, 净化初期降雨污染, 错峰排水减轻雨水管网压力。

陕西西咸新区是我国首个以创新城市发展为主题的国家级新区, 承担着探索和实践以人为核心的中国特色新型城镇化道路的历史重任, 也被选为我国首批16个海绵城市试点之一。沣西新城作为西咸新区五大组团之一, 位于西安、咸阳建成区之间, 是西安国际化大都市综合服务副中心和战略性新兴产业基地。自沣西新城设立以来, 始终秉承“现代田园城市”建设理念, 坚持以“对历史负责, 做世界一流”的态度, 高标准规划, 大手笔建设, 精细化管理, 努力建设“品质沣西”。瞄准信息产业发展方向, 最先在国内举起“大数据”旗帜, 引入中国联通、中国移动、中国电信、陕西广电网络4大电信运营商;成功与微软公司联姻, 共同建设微软在国内规模较大、功能最全、孵化能力和产业带动能力最强的全产业链项目, 建设全国首个大数据产业园区。被国家发改委、工信部授予“国家云计算服务创新发展试点示范区”, 被陕西省发改委批准为“陕西省云计算高技术产业基地”。沣西新城还是打造海绵城市建设的先行样本, 广泛应用低影响开发、综合管廊、能源综合利用等技术, 成为全省乃至西北地区的典范和标杆。在沣西新城, 传统“工业园”将被充满活力的新城区所取代, 成为一个适合居住、创业、学习、休闲的活力城市。

本项目是陕西省西咸新区沣西新城管理委员会8, 3, 4, 10号楼及连楼屋顶绿化设计, 建筑屋面总面积5787.5m², 可绿化面积约5223.3m²。

推动海绵城市建设理论和实践技术交流, 推广新材料、新技术应用, 着力提升“海绵”型城市建设相关技术标准, 打造现代田园生态城市。项目设计以“山水乐活”为主题建造屋顶花园, 即仁者乐 (yue) 山, 智者乐 (yao) 水, 行者乐 (le) 活。整体设计围绕现代生活、传统文化和生态城市3大背景进行屋顶绿化 (见图1) 。

1) 为防止植物根系穿破建筑防水层, 应选择须根发达的植物, 避免选择直根系或根系穿刺性较强的植物。

2) 选择易移植、耐修剪、耐粗放管理、生长缓慢的植物, 避免植物逐年加大的活荷载对建筑静荷载的影响;选择抗风、耐旱、耐夏季高温的园林植物。

3) 选择具有耐空气污染, 能吸收有害气体并滞留污染物的植物。

4) 根据不同植物对种植基质土层厚度要求, 将乔木、灌木进行树池栽植或在绿地进行局部微地形处理。

本设计集中展示适合屋顶绿化栽植的园林植物53种, 通过低矮常绿植物、落叶植物、宿根花卉、地被植物进行搭配, 组团式搭配及配合花境种植, 根据场地风格、主题内容进行设计。利用钢板围边做高差处理, 降低屋顶荷载且简约环保。局部配植观赏草类植物, 不仅具有观赏性, 也可营造一种自然环境。在分析建筑梁柱结构基础上进行扩展设计, 灵活组合, 应用覆盖式绿化、固定种植池等多种绿化形式, 适当设置铺装、平台活动区, 并配以丰富的植物种类。通过以上处理方法, 在屋顶花园小尺度绿化空间营造出精致、细腻的视觉感受 (见图2) 。

项目提出绿色屋顶率的低影响开发为主要控制指标之一, “绿色”屋顶在滞留雨水的同时还可节能减排、缓解热岛效应, 既能实现资源利用最大化, 又能发挥生态效益最优化。

根据建筑荷载及项目需要, 本次种植土选用改良土和人工轻量种植基质2种类型。改良土是在自然土壤中加入改良材质, 减轻荷重, 提高基质保水性和通气性。采用30%多孔岩、60%土、10%有机肥的配比换填, 局部试用20%多孔岩、60%土、10%椰糠、10%有机肥。人工轻量种植基质由表面覆盖层、栽植育成层、排水保水层3部分组成。干容重1.2k N/m³, 湿容重4.5~6.5k N/m³, 具有不破坏自然资源、卫生洁净、重量轻、保护环境等特点。在正常状况下, 有机基质截水量比无机基质截水量小, 进而推断, 无机基质比有机基质截留雨水能力强, 对于缓解城市雨洪作用更大 (见表1) 。

屋顶绿化可有效截留雨水, 缓解城市雨洪压力。研究结果表明, 花园式屋顶绿化可截留雨水64.6%, 简单式屋顶绿化可截留雨水21.5%。在排水工程中可相应减小下水管道、溢洪管及储水池尺寸, 节省建材费用。屋顶绿化与女儿墙间空隙铺砾石, 保护环形排水管。保留原有排水系统, 原排水槽填充砾石, 有利于排水板与排水槽畅通, 下水口处直接用砾石填至面层, 不回填土, 以使地表径流产生的雨水顺利排走。利用楼栋电梯间实现雨水回用, 外挂水箱作为雨水储存模块 (见图3, 4) 。

经调查, 咸阳地区降水量为537~650mm/年, 按平均降水量600mm/年测算, 花园式屋顶绿化种植基质厚度按300mm、简单式按100mm计算。本次屋顶绿化工程可截留雨水1146.9t/年 (见表2) 。

根据试验数据, 相较于未绿化的水泥屋顶, 简单式及花园式屋顶绿化的滞尘效果显著;多重比较分析表明, 花园式屋顶绿化不同部位 (高、中、低处) 及地块的简式绿化, 其相对应的滞尘效果也存在显著差异。在立地条件基本相同情况下, 乔灌草结合的花园式屋顶绿化滞尘效果优于单一植物品种简单式屋顶绿化。根据屋顶绿化植物整个生长季节的滞尘结果分析, 花园式屋顶绿化滞尘量平均为12.3g/m²;佛甲草简单式屋顶绿化滞尘量平均为8.5g/m², 由此推断, 本次屋顶绿化工程可滞尘40.3kg/年 (见表3) 。

屋顶绿化作为新形势下绿色建筑及海绵城市构建的关键要素之一, 应进一步提升其功能和技术。通过屋顶绿化可缓解城市热岛效应, 拓展城市绿化空间, 丰富城市第五立面。同时也应通过技术手段增强建筑屋面排蓄水功能, 减少空中二次扬尘污染。这要求园林设计师不仅需考虑意境、构成等传统设计手法, 还要深入探索海绵城市因素, 如雨水径流量、种植土蓄水能力、净化能力、排水速率等一系列量化设计。作为城市第五立面, 屋顶绿化设计还需通过园林要素实现现代空间感知与文化景观的对接与传承, 真正达到海绵城市建设中的屋顶景观设计与功能和谐统一。