屋顶绿化对于改善人们居住条件和美化城市环境等方面有着重要意义。具体表现如下:节约土地, 提高城市绿地率, 改善城市空中景观;调节室内外温度, 节约资源能源;改善城市热环境, 避免热岛效应;完善城市生态系统, 达到人与自然的和谐共生^[1]。

目前, 绿色屋顶成为改善城市绿化环境的一种重要手段, 在政府的大力推动下, 屋顶绿化的发展越趋成熟。绿色屋顶是指通过种植地被植物、灌木及其他植物, 达到景观花园、蔬菜园池等生态功能的屋顶。绿色屋顶不仅可以为都市居民在紧张的工作之余提供一个休息娱乐的场所, 对于一个城市来说它更是保护生态、调节小气候、净化空气、缓解热岛效应的一项重要措施。“绿色屋顶”技术主要体现在对构筑物顶面种植空间的结构创新。绿色屋顶种植系统主要由屋顶承载结构、根阻层、排水层、滤水垫层、蓄水层、栽培基质层和植被层构成 (见图1) 。

绿色屋顶的分类有3种:简单式屋顶绿化, 花园式屋顶绿化, 经济型屋顶绿化。

自2005年北京市政府把屋顶绿化列入民办实事折子工程, 经过10年的发展, 屋顶绿化面积总量可达200余万m², 其中由政府财政补助建设的屋顶绿化总量约为150万m²。2016年, 北京市“十三五”计划中, 屋顶绿化目标任务量为60万m²。

屋顶绿化的蓬勃发展离不开政策的大力支持, 北京市自2002年以来从绿化用地指标折算、示范工程、财政补助等方面循序渐进地推进种植屋面的发展。2012年4月, 北京市园林绿化局关于《北京市推进城市空间立体绿化建设的实施意见》提出:屋顶绿化按实有面积计入区、县绿化覆盖率指标;凡计入工程绿化用地面积指标的屋顶绿化可享受防洪费减免优惠;建筑占地面积超过1 000m²的, 必须设置可进入的花园式屋顶绿化。北京市屋顶绿化事业正在积极向前迈进。

绿色屋顶近年来发展迅速, 但同时也存在一些问题:城区范围内屋顶绿化相对数量少, 生态效益不明显;建筑屋顶普遍存在绿化条件不完善、绿化施工困难的问题;绿化形式较单一, 未实现屋顶绿化生态效益最大;屋顶绿化产业尚未成熟, 使用材料需进一步规范;要针对实际情况强化施工技术要求。

通过调研发现, 北京市各区屋顶绿化的发展程度不均衡。有些地区发展迅速, 已经形成了一定的规模, 而有些地区的屋顶绿化发展缓慢甚至停滞不前。其中, 发展最好的2个区为西城区和朝阳区, 故本次研究以西城区和朝阳区为主要研究对象, 利用计算机软件Google地球和地理信息系统GIS数据软件, 结合人工判读的方法, 获取了屋顶绿化详细的影像资料及绿化数据, 建立了西城区和朝阳区屋顶绿化数据库, 并进行了详细分析, 提出了未来发展的对策。

西城区位于北京市中心城区西部, 与丰台区相连, 全区东西宽7.1km, 南北长11.2km, 总面积50.70km²。辖区设15个街道、255个社区。从2005年至2012年底, 西城区共实施屋顶绿化80处, 完成屋顶绿化面积共计17.74万m², 涌现出一批优秀屋顶绿化项目, 其中简单式屋顶绿化62处, 11.52万m², 占已完成屋顶绿化面积的61%;花园式屋顶绿化26处, 6.22万m², 占已完成屋顶绿化面积的39%。

西城区作为北京市的中心城区, 一方面建筑密度大、人口密集, 绿化覆盖率和人均绿地率指标相对不足, 绿化发展与城市建设发展用地矛盾突出, 屋顶绿化的需求比较迫切, 而另一方面由于西城区内政府机关大院以及商业区较多, 在推行屋顶绿化方面困难较小, 相对于其他地方来说比较有优势。

本次数字化统计, 通过Arc GIS10.3平台, 将每个屋顶绿化建筑矢量化, 形成分布图, 可清晰明了地归纳出西城区屋顶绿化建筑的分布情况。北京市西城区内屋顶绿化分布并不均匀。总体而言, 二环外多于二环内。经过测量, 北京市西城区内共有80处屋顶绿化, 二环以内有21处, 二环外有59处, 故城中心绿化率较低, 北部较南部数量分布较多。最高的区域集中在德外桥方圆1.5km以内, 其次是阜成门方圆1km以内。

1) 建筑类型要素分析按照使用功能将研究区范围内所有建筑分为办公建筑、观览建筑、居住建筑、商业建筑、文教建筑和医疗建筑等共6类。如图2所示, 文教建筑的屋顶绿化面积最多, 为60 907.12m², 共有31座建筑;其次是商业建筑, 35 057.11m², 数量15个和居住建筑17 522.07m², 数量13个。观览建筑的面积最少, 文教建筑是屋顶绿化现在和未来发展的主要力量。

2) 建筑高度单要素分析从GIS软件得出按照建筑高度分析的西城区绿色屋顶的数据统计图, 按照建筑高度将研究区范围内所有建筑分为低层 (低层建筑高度≤10m, 1层≤层数≤3层) , 多层 (10m<多层建筑高度≤24m, 3层<层数≤7层) , 高层 (高层建筑高度≥24m, 住宅层数≥10层) 。从低层建筑、多层建筑和高层建筑在西城区的分布不难发现, 许多20世纪90年代所建的多层建筑较多, 在原有建筑上修建新的屋顶绿化较为普遍。各高度类型屋顶绿化面积比例:多层>高层>低层。

3) 屋顶绿化方式要素分析如图3所示, 花园式屋顶绿化面积为86 624.63m², 数量为43个;简单式为54 473.65m², 数量为37个。本次通过GISArc Map10.3摇杆地图的使用以及分析统计, 得出整个西城区有绿色屋顶80处, 总面积141098.28m²。其中建筑类型包括办公、文教、居住、观览、商业、医疗。屋顶绿化的建成, 有效增加了辖区的绿化总量和可视绿量。

北京市朝阳区位于北京市东部, 西与东城区、丰台区、海淀区相毗邻。南北略长, 最长约28km, 东西稍窄, 最宽约17km, 全区面积470.8km²。

2009—2011年期间朝阳区积极响应北京市政策号召, 共计完成十几处。截至2014年完成屋顶绿化建设11处, 新增绿化面积2.03万m², 经调研, 绿化楼宇主要包括北京中医药大学图书馆、工商局机关办公楼、小关街道办事处。

通过Arc GIS10.3统计计算得出, 朝阳区内屋顶绿化建筑约53座, 屋顶总面积达124 424m²。通过对全区24个街道602家单位的屋顶绿化摸底调查, 其中教育事业单位96家, 机关单位62家, 公共事业单位378家, 住宅小区66个, 得出可绿化屋顶的总面积为550万m²。

根据GIS软件按照建筑类型统计的屋顶绿化情况, 将研究区范围内所有建筑分为居住建筑、公共建筑、商业建筑3类。其中居住建筑是屋顶绿化现在和未来发展的主要力量。如图4所示, 朝阳区屋顶绿化总面积是12.442 4万m²。其中, 公共建筑屋顶绿化面积最多, 是6.81万m², 占总面积的55%。商业建筑屋顶绿化面积是4.12万m², 占总面积的33%。屋住建筑屋顶绿化面积最少, 只有1.51万m², 占屋顶绿化总面积的12%。

屋顶绿化所必需的光照、温度、水分、风速等气候条件随屋顶高度不同而异;居住、商业、公共等不同建筑类型又影响了屋顶绿化的构造和实施。将这两者结合起来分析, 有助于进一步研究各高度层次上屋顶绿化的适建状况和实现方式。

从表1中可以看出, 整体而言, 7层及以下建筑是目前屋顶绿化的主力军;高层建筑是所有高度、所有建筑类型中绿化率最高的群体。各高度层中, 居住建筑的屋顶绿化率不高。通过Arc GIS10.3软件研究分析详细统计表结果可得出, 总屋顶绿化面积达124 424.4m²。最大块屋顶绿化面积达16 326m²。拥有绿色屋顶的建筑中, 最高层数有达到33层的, 最低建筑有1层的建筑, 分布在多层建筑中的绿色屋顶最多, 常见有酒店、学校、医院等。拥有绿色屋顶的建筑组合方式有单体形式、单体和裙房组合形式等。

调查到的朝阳区屋顶绿化建筑中, 简单式屋顶绿化占50%, 花园式屋顶绿化占50%。

屋顶绿化将传统的地面绿化上升到屋顶平面, 在节约土地资源的基础上, 开拓城市的公共利用空间, 创造城市的空中庭院, 且屋顶绿化对于调节室温起到了明显的作用, 减少了空调的使用, 有效地为建筑节约了能源。近年来朝阳区和西城区屋顶绿化建设事业蓬勃发展, 建设单位的居住和办公环境都得到了明显的改善。