上海佘山世茂洲际酒店 (以下简称深坑酒店) 位于上海市松江佘山国家级旅游度假区, 是由世茂集团投资兴建的全世界海拔最低的酒店, 也是全球第一座建于废弃采石坑内的建筑。酒店总占地面积10 000m², 总建筑面积61 087m²。主体建筑坑上裙房共3层, 其中地上2层, 地下1层, 坑内部分水面以上14层, 坑内水面以下共2层, 共有客房336间。酒店主体依附在纵深达80m、坡度约80°陡峭深坑崖壁上, 建筑立面风格与周边环境自然融合, 造型新颖独特 (见图1) 。

由于深坑酒店依崖壁而建, 考虑到自然岩体会因风吹日晒、雨水侵蚀等作用产生危岩甚至落石, 会对酒店的安全运营造成影响。为消除这类安全隐患, 在酒店主体结构施工之前, 将300多m周长的建筑区内崖壁面植被及危岩进行了人工清除, 并对清理后的岩面进行喷射混凝土加固处理。处理后的崖壁岩面与周围自然环境极不协调, 故需做生态修复处理, 以呼应深坑酒店“与自然融合”的设计理念。

崖壁建筑区域内混凝土护壁厚度较小, 并未对天然崖壁岩面的外形轮廓造成明显破坏, 且混凝土护壁的颜色与天然崖壁原色较相近 (见图2) , 故对加固区的崖壁岩面本身无须额外进行处理。但由于护壁施工前已将崖壁天然植被全部清除, 使得加固区的崖壁显得贫瘠荒芜, 需通过人工手段进行植被恢复, 使其与周围环境相协调。

目前技术条件下, 可通过垂直绿化种植技术实现崖壁植被修复。垂直绿化是指利用植物材料沿建筑物立面或其他构筑物表面攀附、固定、贴植、垂吊形成垂直面绿化。根据植物种植形式, 垂直绿化大体可分为攀爬式、垂吊式、板槽式、模块式、摆花式、铺贴式、布袋式等。由于崖壁面极度不平整, 上述种植形式中, 异形立面适应性最好的当属攀爬式和布袋式, 考虑到攀爬式垂直绿化可供选择的植被种类较少, 且观赏性相对较差, 经研究决定采用布袋式垂直绿化技术进行崖壁生态修复。

由于坑内自然环境与坑上有所不同, 在结构施工阶段, 项目部对深坑进行综合环境质量检测, 为垂直绿化植物选型提供选择依据, 以保证垂直绿化的植物存活率。

根据上海市历史气象记录, 分别选择气象数据较有代表性的11月及7月对坑内空气质量进行检测, 检测指标为坑上与坑内的空气质量和照度、风速等参量。检测仪器有GrayWolf多功能室内空气质量检测仪、PCC10毒害气体检测仪和GrayWolf/handheld 3016 IAQ颗粒物检测仪, 以及METREL MI6201环境质量综合测试仪, 检测结果如表1所示。

由检测结果看, 坑内与坑上的环境数据相比于风速有明显差距, 从2个月的检测数据看, 坑内平均风力随季节变化不大, 基本维持在1～2m/s (风力等级为1级) 。温度方面, 坑内的平均温度要比坑顶低1.75℃左右。CO₂含量坑底比坑顶略高, 但差距基本可忽略不计。坑内照度方面, 朝阳的北崖壁照度与坑顶基本保持一致, 南崖壁为背阳朝向, 故照度较低。相对湿度坑底比坑顶略高, 但差距同样不大。故对于植物选择来说, 主要考虑光照及季节交替引起的温度变化。另外, 由于坑顶部分风力检测数据显示, 11月本地域坑顶部位风力较强, 需对种植毯的抗风性能进行针对性的优化设计。

采用VENT风场模拟分析软件, 模拟计算深坑酒店坑上与坑内的风环境, 主要分析过渡季坑上和坑内的风速、风向, 结合实测数据展开分析。坑上与坑内风环境模拟分析如图3, 4所示。

过渡季坑上最大风速为7.76m/s, 风向为东南向;坑内最大风速为2.88m/s, 风向发生了较大变化, 即由坑上的东南向转变为西北向, 主要是由于坑上的风场被西面崖壁阻挡, 风向发生改变, 且风速降低。在东南向的酒店外弧形区域, 风速最低。

由图5可看出, 东南向吹来的主导风经崖壁阻挡, 部分风能在坑内回旋, 由于坑有近80m深, 在坑中间40m高度的风速最低, 接近0。坑上的风速由近7.76m/s逐步降低, 在临近酒店客房外侧的风速为0.3～2.88m/s, 相比于坑上的风速有大幅降低, 且主要风向相反。

根据上述分析, 崖壁种植毯需在-40.000m至坑顶±0.000间进行重点加固, 加固强度由下至上逐步加强。

根据深坑内环境监测数据, 分别对南、北两侧崖壁进行绿植选型。为了使崖壁绿化显得更突兀有致、富有立体感, 拟选用4大类植物, 植物高度由高到低分别为灌木类 (30～40cm) 、藤本类 (20～25cm) 、草本类 (12～25cm) 、苔藓类 (高度不计) 。

布袋式垂直绿化配套土壤要求土质疏松、透气、渗水性好, 具体理化形状要求, 如表2所示。

崖壁垂直绿化布置原则如下。

1) 根据崖壁外貌相协调原则, 尽量做到平面与凹凸面分布均匀。

2) 植物种植区分布密度与非建筑区域天然崖壁植被相一致, 避免出现分布过密或分布过稀情况。

3) 兼顾植物生物习性, 根据环境检测数据合理排布。

根据以上几点布置原则, 本项目设计如图6所示。

施工“蜘蛛人”垂吊基础→铺设不锈钢网片→打化学锚栓固定网片→铺设布袋式种植毯→金属压条固定封边→安装铺设自动灌溉网→试水试验→放置植物→浇灌定根水→检查验收。

根据坑内环境检测数据及风环境模拟分析结果, 深坑崖壁在部分时段会有较强的风力, 故本工程采用的布袋式垂直绿化种植工艺需做特别的防风处理。此外, 拟种植区域内崖壁表面高低起伏较大, 不利于种植毯固定。

针对上述问题, 项目部与专业分包方进行多次研究讨论, 决定在原有工艺基础上, 在种植毯与崖壁间增设1层不锈钢网片作为结构转换层, 不锈钢网片材质为304不锈钢, 钢丝直径1mm, 网眼尺寸15mm×15mm。网片通过M12化学锚栓与崖壁进行固定, 根据风环境模拟数据, 40m以上部分, 1m²设置15个化学锚栓 (局部凹陷较大处适当增加锚栓数量) ;40m以下部分, 1m²设置9个化学锚栓 (见图7) 。

此外, 在每块种植毯外边缘设置1道M形铝质压条, 将种植毯与崖壁紧密贴合, 防止侧向风灌入种植毯内侧, 破坏固定基层。

由于本工程垂直绿化种植于纵深达50m的深坑崖壁, 植物的养护难度及危险性非常大, 为了便于养护同时提高作业安全性, 经研究决定采用全自动智能控制浇灌系统。整套控制系统包括3套水系统控制箱、1套电系统控制箱及温湿度传感器等。该系统可根据温湿度传感器获取的实时数据, 科学合理地对不同习性的植物进行针对性浇灌, 以达到全自动智能养护的效果。

由于本工程崖壁进行了喷射混凝土加固, 使得其表面显得较为贫瘠, 与坑内非建筑区自然环境极不协调。本项目创新性地采用经特殊改良后的布袋式垂直绿化种植技术进行崖壁植被修复, 解决了传统布袋式垂直绿化技术无法适应极端异形立面的问题。由于坑内环境与坑上环境略有不同, 为保证崖壁绿化的存活率, 项目部创新性地采用环境质量检测与风环境模拟等技术辅助进行植物选型。在后期养护方面, 采用新型全自动智能浇灌系统代替人工养护, 既保证了养护作业的安全性, 又降低了养护成本。