日本屋顶花园技术

日本屋顶花园技术作者：殷丽峰李树华简介：屋顶花园是城市绿化建设中新兴的、最有潜力的绿化方式之一。以目本福冈市的ACROS福冈台阶状屋顶花园为例介绍了日本屋顶花园技术，说明了日本屋顶花园发展的水平。在借鉴国外先进经验的基础上，结合我国的实际情况，旨在为我国屋顶绿化技术的研究与发展提供参考。关键字：日本，屋顶花园，技术屋顶花园是城市绿化建设中新兴的、最有潜力的绿化方式之一。以目本福冈市的ACROS福冈台阶状屋顶花园为例介绍了日本屋顶花园技术，说明了日本屋顶花园发展的水平。在借鉴国外先进经验的基础上，结合我国的实际情况，旨在为我国屋顶绿化技术的研究与发展提供参考。城区中园林绿地的数量与质量，是影响城市环境的重要方面。但在城市建成区内，特别是在城市中心建造园林绿地，不仅耗资巨大，而且困难重重。因此，对于已有建筑物与待建建筑物的屋顶进行园林绿化就成为补充市区绿地不足的可行方法之一。屋顶绿化的意义很大，它不仅可以增加城市绿地面积，还可以改善城市建筑集中地的生态环境。近几年来，我国的屋顶绿化与屋顶花园发展十分迅速，但在营造技术、推广等方面，还存在着诸多问题。本文以日本为例，对屋顶绿化的技术及研究现状作一简单的阐述，以期为我国屋顶绿化技术的发展提供参考。1屋顶绿化的基质与屋顶荷重1．1基质由于屋顶花园是建造在构筑物上面，和大地完全隔离，没有任何的连续性。因此，在构筑物上面堆积土壤，没有地下毛细水的上升作用：土层的厚度也受到局限，有效的土壤水分容量小。同时，由于土层薄，受到外界气温的变化和下部构造传来的热变化两种影响，土温变化大。屋顶种植区由于受到屋顶承重、排水、防水等条件的限制，轻量、保水、透水性稳定、可持续利用的屋顶绿化基质的开发，一直是屋顶绿化技术的重点。在屋顶花园的普及中，各国都根据自己的气候特点及实际情况，特别是针对一些承重条件要求比较严格的建成屋顶的改造问题，制定了土壤开发的性能和指标，开发了相应的屋顶栽培基质。目前，比较常用的屋顶轻质材料有草炭、珍珠岩、蛭石等。日本的人工轻量土栽培技术处于世界领先水平，1968年，日本桥高岛屋屋顶花园的改造过程中，第一次使用人工土壤，是日本改良土壤法、人工土壤法的开始。到1989年，人工轻量土得到普及，形式多种多样(表1)。现在，日本已形成自然土壤法、改良土壤法、人工轻量法和薄层人工轻量法这几种屋顶绿化模式(图1)。可以看出，从自然土壤法到薄层人工土壤法，屋顶绿化的栽培基质在向着轻质、薄层、保水的方向发展。我国在20世纪60年代开始屋顶花园及相关技术的研究，80年代开始对珍珠岩、蛭石等无机物料和泥炭、木屑等有机物料理化性质进行过测定，但近几年才开始研究用于屋顶绿化的轻量土栽培技术，并且仅限于北京、上海、深圳等经济比较发达的地区。例如上海农科院生态保护研究所开展了关于轻型平屋顶绿化技术的研究，北京园林科研所在2001年引进了韩国三逊株式会社的超轻量绿化用无机基质。虽然近年来我国的屋顶绿化有了一定的发展，但与先进国家相比，仍处于起步阶段，至今还没有适合地方特点、系列化的屋顶绿化技术。因此，为了推广大面积的屋顶绿化，开发适合我国国情、气候的屋顶绿化基质势在必行。1.2荷载屋顶花园(绿化)的营造，加大了建筑的荷载。荷载越大，结构材料的断面越大，成本也相应提高。需要把土壤和植物荷载控制在最小限度，并要有防渗漏的处理措施。因此，在屋顶花园的营造中，土层厚度、植物重量都需要进行详细的计算。1．2．1土层的厚度在自然土壤中，土壤表层以下30cm处分布着60％～70％的植物根系，而60cm以下，则分布着80％～90％的植物根系。屋顶绿化由于受到建筑结构、承重等因素的影响，难以满足植物生长条件。根据植物种类、栽培的目标可选择适当的土层厚度。但对于一些薄层屋顶绿化来说，可根据实际情况来确定适宜的土层厚度(图2)。1．2．2树木的重量(1)地上部的重量树叶重量为树干重量乘以增重率，即W=k-n-(d／2)2Hw(l+p)，其中，W：树木地上部的重量d：目测直径(m)H：树高(m)k：树干形状系数(因树种树龄而不同，估算时约为O．5)w：树干单位体积的重量p：依树叶多少的增重率(O_2～O．3)(2)地下部的重量(图3)W=k-n-A3wA：根坨直径(m)，通常A=4D+012，D：根部直径(m)d：目测直径，D=1．5d(d>O2m)：D=2-2．5dfd≤0．2m)k：根坨形状系数w：每单位体积根坨重量1．3种植模式的建立根据不同建筑的允许荷重，应因地制宜地建立适合本国、本地区的屋顶栽培模式，解决屋顶绿化的技术问题。日本长期以来，提出了建设节能、循环、环境共生型城市目标，经过多年的研究，已建立了适合不同荷重、不同气候特点的屋顶种植模式。以人工轻量法为例说明屋顶种植模式的建立{表2)。可以看出，对于屋顶绿化的不同形式，分别选用不同厚度的基质层、排水层：然后选择不同植物，计算屋顶的荷载。通过这些严格的选择，确定适合的屋顶绿化方法。2屋顶种植层的构造技术典型的屋顶种植层由排水层、过滤层以及植物的栽培层构成。排水层的设计是为了改善屋顶栽培基质的透气性，其次是储存并排出多余的水分。过滤层材料应选择既能透水，又能过滤、阻隔土壤下渗，经久耐用而又价格低廉的材料。基于以上的要求以及屋顶绿化的条件，用于屋顶绿化的排水、过滤、防根等新材料的开发成为各国研发的热点。传统的人工渗排水结构由粗砂滤层、砾石排水层和盲管(沟)组成。为了减轻建筑顶板的荷载，在建筑的屋顶上用容重较轻的不同粒径的陶粒来替代粗砂和砾石。这种构造只适用于种植草坪和花卉。近年来研制了新的渗排水板材，这种排水板具有对上部土层的支撑作用，它的多孔结构还能将土层中多余的水渗漏到板层下并通过排水管排走。近年来我国也开始有了自己的产品，一类是橡胶制品片状板上凸起梅花形分布的粒柱，利用粒柱间隙排水：另一类是热熔性聚丙烯制成连续长纤维状的多孔型人工合成材料，有片材和管材《俗称塑料排水垫和盲沟)，利用丝条间小空隙排水。常见防水层的种类和铺设方法如{图4)。3植物材料的选择屋顶种植环境的特殊性，限制其植物种类的选择和应用。建筑屋顶的种植由于隔断植物与大地的连接，植物缺乏持续的养分、水分的供给调节，加之屋顶上光照强，风速高，空气湿度变化大，抗旱、耐瘠薄植物是屋顶绿化植物的首选。欧洲在屋顶绿化植物研究方面一直处于世界前列，德国在“建筑物大面积植被化”的研究中，就曾对植物选择及其屋顶绿化技术进行过深入研究。1970年，德国将佛甲草、垂盆草等景天科植物用于屋顶绿化中，并在世界各地得到了应用与推广。在近20年的屋顶绿化植物选择过程中，约1。0种(含品种)植物成功地应用于基质厚度15cm以下的屋顶绿化中，其中景天类植物约50种，占总数的50％，成为薄层屋顶绿化植物的最大群体。日本借鉴、引进德国的先进经验，也开发多种屋顶绿化植物，目前有约40种景天科等多肉植物用于屋顶绿化，其中的十几种已经有了成熟的绿化栽植模式。中国的上海、深圳等地用于屋顶绿化的佛甲草(Sedumlineare)、垂盆草(S．sarmentosum)，已经形成了一套栽培技术，在当地得以推广并取得了良好的效果。成都市屋顶绿化目前实际采用的植物材料有150多种，其中最常用的有80多种。4屋顶绿化的灌水问题生态、节能、粗放型的屋顶绿化一直是各国追求的目标。屋顶上有限的土壤层，使植物根系的可用水与露地相比大大减少。特别是对于干燥、年降水量小的地区，屋顶绿化的灌溉也成为关键问题。屋顶的灌水方式有表面灌溉、地中灌溉和底面灌溉3种。表面灌溉也就是简单的人工浇水，地中灌溉中最为常见的是滴灌。这两种方法工程量、需水量大，但优点是简单易行。底面灌溉更适于容器绿化。5屋顶绿化的防风对策位于高层的屋顶，风速要比地面大，加之有限的土层厚度，种植乔木容易被风吹倒。特别是对于一些多风的国家和地区，目前常用的几种防风方法如(图5)。6屋顶花园实例——以日本福冈市的ACROS福冈台阶状屋顶花园为例ACROS福冈台阶状屋顶花园位于福冈市中央区天神地区。建筑ACROS福冈内有写字楼、商店等民间设施以及福冈交响乐演奏礼堂、国际会议中心等具有国际性、文化性、信息性的公共设施。为了建造能够使台阶状屋顶花园与建筑南侧的公园连为一体的绿化空间，设计者有意把整个建筑的1／4处理为地下空间，把地上1～13层(60m)的台阶状屋顶设计为屋顶花园。6．1设计概要把建筑ACROS福冈的台阶状屋顶当成一座山体处理，以花鸟风月为主题，表现“春之山、夏之荫、秋之林、冬之森”植物季相变化的空间，使南侧公园的绿化植被与台阶状屋顶的混植植被融为一体(图6、7)。每一层植被由台阶屋顶植被与栽植于下一层墙体上容器内的植被组成，整体上仿佛山脊植被与山谷相连。竣工数年后植被已经郁郁葱葱，在城市中央形成了～座绿色的“人工山林”，成为福冈市民娱乐休憩的理想空间。种植设计以位于京都的皇室园林——修学院离宫斜坡上的台阶状大块混植为蓝本，在从1层到13层的台阶屋顶上，利用15种混植手法种满了枝叶色彩富有变化的常绿树与落叶树。同时，每年都有鸟类带来的植物种子落在此地，现在树木种类已经达到110余种，随着树木的生长发育，植物景观日益丰富。6．2技术试验调查施工之前，对人工土壤的性能、排水系统、灌溉系统、树木支柱保护、景观、台阶花园的管理等进行了预备试验，建成后，还进行了人工降雨试验。在经历多次的台风危害以及1994年夏季大干旱后，植物依然生长茂盛，是日本屋顶花园技术的成功展示和优秀范例。对土壤的比重、经年变化、保水性能、排水性能、耐风性能(支柱、防止飞散)、管理、施工等项目进行了综合试验后，选择了质轻、保温与保水性优良的人工土壤。屋顶的雨水通过土壤渗透到下一层台阶，最终到达地面而被排掉。另外，台阶状屋顶花园建成后，没有进行过人工灌溉。现已达到了近于无灌水、无农药、无肥料的生态型管理要求。6．3施工过程6．3．1铺设耐压透水通气板对于人工栽植基盘的绿化来讲，排水与通气是最重要的条件。在长期土壤干燥的情况下，可以通过灌溉来解决，但土壤过湿会对植物的生长造成危害。土壤的排水性与通透性具有直接的关系。所以，铺设耐压透水通气板是屋顶花园施工时最主要的作业之一，同时，该层也具有一定的防止植物根系穿透的作用。6．3．2铺设透水无纺布透水无纺布对调节水分与空气的流动具有重要作用，并可以防止土壤颗粒的下渗。一般需要铺设屋顶绿化面积的120％，即如果绿化面积为100m2的话，则需要铺设透水无纺布120m2。6．3．3填入特制栽培基质先填入一层排水层，再填入特制栽培基质，充分浇水后，进行轻轻碾压。6．3．4栽植植物多把盆栽苗木从盆钵中移出后连带土坨一并栽植。6．3．5铺设表层保护基质特制栽植基质为白色粒状物，在栽植植物的缝隙铺设3cm的表层保护基质。6．4降低环境负荷竣工以来，有关的大学研究室与技术研究所对台阶状屋顶花园的热环境进行了调查。夏季水泥屋顶的温度比有绿化的部分高出20余摄氏度，栽植土壤的地温也比气温低近10℃，绿化还降低了室内温度。建筑各侧的气温，以有台阶状绿地的南面为最低，这是由于屋顶花园植物的降温作用所致。由于屋顶绿化所使用的人工土壤具有优良的保温性与保水性，降低了空调的负荷，由植物的蒸腾作用带走热量，抑制了周边气温的上升。台阶状屋顶花园不仅创造了城市中优美的景观，还降低了环境负荷，同时抑制了日益严重的城市热岛现象。6．5栽植植物种类竣工时共栽植植物76种，后来由于追加以及鸟类的带入，现在已经达到110种以上。其中常绿混植树种10种，半常绿混植树种2种，常绿、落叶混植树种3种，落叶混植树种13种，混植修剪绿篱树种3种；台阶下部混植树种8种，小乔木21种，藤本匍匐植物5种，大面积栽植树种7种，地被植物3种，最下层栽植树种13种。另外，从1996—2000年追加补栽的树种30种，由鸟类粪便带来的植物3种。7对我国屋顶绿化发展的探讨屋顶绿化合理地配置利用城市的上层空间，增加城市的绿化面积，提供了新的生活、休闲场所，为城市绿化建设开辟新的蹊径。但由于其特殊的环境，对施工、技术的要求高，在推广和普及方面有一定的难度。借鉴国外的先进经验，引进国外的先进技术，总结经验，结合我国的实际情况，开发适合我国的屋顶绿化技术已经势在必行。(1)对主要城市现有的可绿化屋顶面积进行普查，掌握可进行绿化空间的现状。同时对城建项目与居住区屋顶绿化制定推动鼓励政策与编制相应的标准和统计指标。(2)开展对屋顶绿化技术及其绿化效果的科学研究，研究发展新型屋面绿化构造系统与材料，推广将保温、防水、排水等功能整合的屋面做法，形成完善的屋顶种植模式。(3)加强对屋顶绿化高科技产品的研究，鼓励研究开发高新技术与材料，如人工轻型土壤、新型蓄排水材料、高效绿化种植水性化肥、高效阻根性防水材料、渗水砖等。(4)在屋顶绿化与屋顶花园的建设中，推广乡土植物应用。乡土植物对当地的气候有较强适应性。特别是在环境条件相对恶劣的屋顶，选用乡土植物易于栽培管理。另一方面，屋顶绿化作为城市绿化的一部分，可以反映一个城市的地域文化内涵，而乡土植物的选用最为恰当。(5)提高对屋顶绿化重要性的认识，建立面向一般市民开放的屋顶绿化与屋顶花园示范区。8结语屋顶绿化使传统的地面绿化上升到立体空间，是一种融建筑与绿化技术为一