屋顶绿化现状分析及对策研究——探索南京市屋顶绿化概念设计

屋顶绿化现状分析及对策研究
——探索南京市屋顶绿化概念设计

葛翠玉 Ge Cuiyu

[摘 要] 以南京市现有建筑为研究对象，实地和网络调查为研究方法，全面调研了屋顶绿化现状、公众意识、发展障碍、屋顶绿化构造等方面。结果表明：南京屋顶绿化普及率很低，可绿化面积潜力大；有76%的公众支持建设屋顶绿化，有68%公众认为政府应投资。在此基础上，提出了政府立法和财政支持，采取鼓励措施、倡导民众参与，屋顶绿化构造新技术开发等发展对策，为南京市发展屋顶绿化提供参考。

[关键词] 屋顶绿化 公众意识 对策 荷载 防排水

1 背景介绍

目前，随着城市化进程的快速推进，越来越多的城市地面被沥青和钢筋混凝土所覆盖，使得城市中心不能大规模建设绿地，可绿化的地面面积减少，而面积较多的屋顶成为城市增加绿色、改善生态环境的最大待开发空间。文献[1]指出，只有当城市绿化覆盖率超过城市总面积的50%～60%时，城市生态环境才会得到明显改善。而且，屋顶绿化具有降低温室效应、节能节地的作用，带来了良好的社会、生态和经济效益[6]。屋顶绿化可使屋顶内表面平均温度降低3℃、内表面温度波幅降低达80%以上、屋顶传入室内的热流量减少70%以上，并且明显降低建筑物周围的环境温度0.5～4℃[2-4]，且降温效果与植被种类有着密切的关系[5]。课题组针对南京市屋顶绿化进行了实地问卷调研和网络调研、资料查询等方法，对南京市不同区域、不同年代所建的屋顶绿化做了较为全面调研，包括居民对屋顶绿化的认知度、建设和养护费用、屋顶绿化构造技术等，分析了南京发展屋顶绿化的优势和制约南京屋顶绿化发展的障碍，提出了针对性对策，以促进屋顶绿化在南京的推广应用，使其成为南京市建设“国家生态园林城市”的有效途径。

图1 对所在城市屋顶绿化现状的关注度

图2 对屋顶绿化优点的了解

图3 公众对屋顶绿化所担心的问题（1．屋顶结构承重能力、屋顶漏水、坍塌等问题；2．经济成本投入；3．屋顶绿化管理等问题；4．其他原因）

图4 在政府扶持下选择屋顶绿化的比例

图5 民众希望的投资方类别

2 调研背景

南京市地处长江中下游平原东部，气候属亚热带季风气候，雨量较多，年降水约在1200mm。全年平均温度15.4℃，年极端气温最高39.7℃，极端气温最低-13.1℃，年平均降水量1106mm。

为了解南京市住宅建筑屋顶绿化的现状，课题组采用两种调查方法——分区域随机发放问卷和网络调查方法，选取了南京中心老城区、新开发区及周边郊区的住宅进行调研，并对市民发放问卷进行调研。本次调研共发放400份，收回有效问卷350份。

3 调研结果分析

3.1 现状

南京自2002年开始实施“绿色南京”战略，推动发掘与营造城市生态景观空间，在城市绿化方面取得了一系列巨大成就：2007年获“全国绿化模范城市”，2009年成为“国家生态园林”试点城市。目前，南京已建成了一批绿化造林基地，如绿色通道、江河湖防护林等，初步形成了“城林相依、连片成环，路连林隔、城在林中”的生态格局。有关文献[9]指出城区园林绿化覆盖总面积81279hm2，建成区绿化覆盖面积26517hm2；城区人均公园绿地面积为12.99m2，建成区绿地率41.8%，绿化覆盖率46.3%，人均公园绿地13.3m2。而南京的屋顶绿化普及和推广效果并不明显（图1）。调研发现，屋顶绿化多集中在党政机关、金融机构、医院等公共建筑中，大量居住建筑几乎全是裸露屋顶，而设置屋顶绿化的重要方向是住宅。由于公共建筑屋顶绿化可获得财政补贴，并通过政府政策规定强制进行，而住宅属于私有产权，受政策、资金和监管等方面的限制，造成市民不愿意投资搞屋顶绿化，限制了住宅屋顶绿化的发展和推广。

3.2 屋顶绿化发展障碍

（1）防水及荷载问题

屋顶绿化在推广初期受到公众认知、技术、费用等方面制约。由于屋顶绿化对建筑顶层的防水质量和荷载等都有一定的要求，如果建筑物本身不具备相应的要求，推行屋顶绿化就会遇到很多技术环节的问题。调研数据分析，有80%以上的居民认识到屋顶绿化所带来的好处和生态利益，能意识到屋顶绿化无论对建筑物本身还是对整个城市生态环境都起着积极作用。但部分受试者对实施屋顶绿化存在顾虑。他们认为多数屋顶绿化成本高、承重风险大，尤其砖混结构住宅，设置屋顶绿化会加重屋顶负荷，引发屋顶塌陷而造成雨水渗漏（图2）。从图3可以看出，有32%和29%的受访者分别认为设置屋顶绿化会出现楼面荷载过重和后期管理不善等问题，58%的受试者认为会加大成本投入。

（2）政府政策问题

目前，我国还未有一部针对屋顶绿化的法律，南京市有关部门虽然出台了有关屋顶绿化政策，但没有切实的法律制约和机制来支持，导致屋顶绿化仍处于试点阶段，尚未进行整体推进。同时，由于前期的建筑规划并没有预留屋顶绿化的空间，这在一定程度上增加了政策的推广、执行难度。其中，资金是影响屋顶绿化普及率的主要问题之一。通过问卷调查，有80%的受访者认为，如果政府对屋顶绿化给予一定补贴，他们倾向于选择屋顶绿化，并有68%的受访者认为应该政府投资建设，有17%的人认为开发商投资，仅有15%认为是住户自己投资建设（图4～5）。调研小组对屋顶绿化所需费用分摊进行了调研，发现不论在顶层的住户（58%）还是不住在顶层的住户（63%），都希望对屋顶进行绿化，并愿意适当承担部分费用。这说明居民在生态环境保护意识有了很大提高，同时也为屋顶绿化的推广和大面积建设提供了思路。

从以上数据分析可知，屋顶绿化的推进和开展还需要以政府为主，形成一个专门协调和指挥屋顶绿化的权威机构，并通过一定政策的扶持，其他机构和公众参与屋顶绿化建设和改造。可以参照德国等发达国家的做法，即从政府直接介入，转向政府、公众、开发商和其他机构相结合。

图6 平屋顶屋顶绿化构造

图7 坡屋顶屋顶绿化构造

4 屋顶绿化构造方案改良

针对目前南京地区屋顶绿化构造所出现的问题，课题组根据调研的数据资料和屋顶（平屋顶和坡屋顶）现有构造方式，在荷载和防水问题上提出了有效的设计方案和改进措施。

4.1 荷载问题的解决

荷载问题是阻碍屋顶绿化发展的一个重要原因。由绿化产生的荷载增加了已有结构的地基基础、柱墙、梁板等构件的内力，且增幅较大，尤其是对屋面梁板构件承载安全性影响较大[10]。因此，为了减轻荷载，应将部分较重的设计构件放置在承重结构或跨度较小的位置上，并选择人造土、泥炭土、腐殖土等轻型材料。设计屋顶绿化采用何种形式主要取决于房屋结构，应以屋顶允许承载重量为依据。必须做到：屋顶允许承载重量＞一定厚度种植层最大湿度重量+一定厚度排水物质重量+植物重量+其他物质重量。因此在进行屋顶绿化改造时应注意对屋面结构的加固处理[11]。

通过调研发现，南京市屋顶绿化普遍采用“直种型”，即在防水层上直接种植植被。这种种植方式存在两个问题：一是植被损坏后修后麻烦；二是防水层损坏后修复困难。为解决这些缺点，课题组通过改变屋顶绿化构造，将“直种型”改为“模块型”，即先将植被层模块化，在预制模板种植植被，再将模板拼接在屋顶上，使得植被层与屋面相互独立。如果植被或防水层破坏，可便于维修。具体构造层次参看图6～7。

4.2 防排水问题的解决

从图5可以看出，市民担心的是铺设屋顶绿化是否带来渗漏问题。由于植被下面长期保持湿润，加之有酸、碱、盐的腐蚀作用，长期使用会对防水层造成破坏。第一，屋顶植物的根系会侵入防水层，破坏屋面结构而造成渗漏。第二，屋顶上面有土壤和绿化物覆盖，如果渗漏，很难发现漏点在哪里，难以根治。因此，屋顶绿化的防排水就显得至关重要。

针对防排水问题，由于旧建筑数量巨大，其重点是旧建筑改造。原有旧建筑多为混合结构，已敷设防水层并不能防止屋顶植物的穿透。为了解决这一问题，可在屋面的完成面之上设置具有防水作用的隔根膜，即根系阻断层，与建筑完成面分离，这样可避免破坏原有建筑防水层，可在不破坏建筑防水层情况下更换，实施起来更可靠，业主更容易接受。

具体施工措施由下到上是：

①在屋顶结构层上铺设一层隔汽层和保温层。由于南京市在热工分区上属于夏热冬冷地区，因此需要考虑冬季保温和夏季隔热等问题。为此，课题组采用了在屋顶结构层与防水层之间从下到上增加防潮层（防潮层采用沥青或塑料薄膜）与保温层，采用APAO新型柔性防水卷材代替以往的防水卷材，解决了住宅顶层“冬冷夏热”问题。

②在防水层上铺设隔根膜，目的是避免在因时间长久，植物根系对防水层的腐蚀、渗透而导致渗水。隔根膜材料通常采用两种方式：化学阻根和物理阻根[12]。在设置屋顶绿化时首先要对材料进行根阻实验[13]。在防水层上设蓄水盘管，盘管既起到蓄存雨水，防止阻塞，又保证底层透气良好，有利于植物的生长，同时每个管孔形成一个中空夹层作为绿化滤水、疏水的通道，这一层解决了屋面绿化的渗漏和排水、透气等问题。

③过滤层：一般在培植土层的下部设置过滤层，防止土层及肥料流失，使多余水分顺利排到蓄排水管，同时防止屋顶绿化植物造成破坏。过滤层材料应选择既能透水又能隔绝种植土中的细小颗粒，如聚酯纤维无纺布等。

④隔板：由于坡屋顶具有一定的坡度，植被的土壤和营养层会随着雨水而沿屋面流失。为了解决这一问题，课题组在屋面上加设了横向隔板，将屋顶的“斜剖形”设为“阶梯型”，成功地阻挡了雨水流失（图8a，8b）。同时，为了解决因坡度较大的屋顶绿化中的土壤存在下滑力而导致产生“滑移”现象，采用了不同深度塑料网格覆盖于土壤表面，将屋顶上的下滑力分解成很多小块，超出屋面摩擦力由网格来负担从而解决“滑移”问题。

图8a 坡屋顶构造概念设计

图8b 平屋顶构造概念设计

结语

通过对南京市屋顶绿化的全面调研，发现地域气候对屋顶绿化的发展提供了植物保障。由于城市建筑屋顶绿化普及率很低，使得可绿化面积的潜力巨大，并且调研数据显示公众对设置屋顶绿化支持率很高，这为南京市屋顶绿化大力推进和发展起到一定数据支撑作用。

在调研数据基础上，课题组利用计算机建模软件（天正建筑）在防排水和荷载方面对屋顶构造进行了一定改进：

①结构方面，将植被预先种植在预制模板上，然后将模板拼接在屋顶上，这样使得模块化植被层可不与屋面连接而独立存在，便于修复损坏的植被以及防水层。

②构造方面，针对平屋顶与坡屋顶分别设计了两种不同的方案。为了防止植被土壤和营养层随着雨水而沿屋面流失，创新性地在坡屋顶屋面上加设了横向挡板，划“斜剖形”为“阶梯型”，解决了雨水流失问题。

③材料方面，用APAO新型柔性防水卷材代替原有的防水卷材，解决了顶层“冬冷夏热”问题。

本文对南京居民对屋顶绿化的认知度进行了调研，并提出了适应当地气候的屋顶构造概念设计，但对南京市屋顶绿化构造对建筑室内热环境的影响还未涉及。在本调研数据基础上，后续研究工作重点将以屋顶绿化的热工性能为研究方向，用定量的方法提出屋顶绿化对室内热环境的影响及其城市热岛的作用。

资料来源：

文中图片均为作者根据调研数据绘制而成。

参考文献：

1 张伟，张杰. 石家庄城市立体绿化建设的现状及对策. 河北经贸大学学报，2010（1）：91-93．

2 唐鸣放，王科，蒋琳. 屋顶绿化节能热工参数研究. 中国建筑防水，2010（23）：18-21.

3 殷丽峰，李树华. 北京地区绿化屋面对屋顶温度变化影响的研究. 中国园林，2006（4）：73-76.

4 时真男，高旭东，张伟捷. 屋顶绿化对建筑能耗的影响分析. 工业建筑，2005（7）：13-15．

5 项铮，储依. 几种屋顶绿化形式的隔热及节能效果研究. 土木建筑与环境工程，2011（S1）：42-44．

6 张琛麟，田明华，赵蔓卓. 北京市屋顶绿化建设项目成本效益分析. 中国城市林业，2009（4）：61-63．

7 陈昕，杨丽薇，王军，等. 南京市屋顶绿化初步研究. 江苏农业科学，2007（6）：343-347.

8 南京99.5%的建筑何时不“秃顶”？http：//paper.people.com.cn/jnsb/html/2010-08/19/ content_599750.htm?div=-1.

9 杨秋萍. 论南京生态园林城市建设. 绿色科技，2010（7）：60-62.

10 徐福卫，陈海玉，秦丽. 屋顶绿化层荷载对已建建筑结构安全性的影响. 工程建设，2010（5）：57-59．

11 武汉屋顶绿化设计中应注意的问题.http：//www.yuanlin365.com/construct/1655/.

12 李恒威. 基于屋顶绿化的构造层次研究. 科学技术与工程，2012（34）：293-295．

13 余伟增. 屋顶绿化技术与设计. 北京：北京林业大学，2006．

Study on the Current Situation and Countermeasures of Roof Greening: Exploring Nanjing Urban Roof Greening Concept Design

[Abstract] Taking the existing city buildings in Nanjing as research object, fi eld study and network survey as research methods, the current situation of roof greening, public awareness, development obstacle, roof greening construction, were surveyed comprehensively in this paper. The results show that popularity rate of roof greening in Nanjing is very low, the potential of roof areas which can be greened is high; 76% public support roof greening and 68% public think the government should investment roof green. On this basis, many countermeasure, such as government legislation and finance support, enhancing new technology development, taking measures to encourage and advocating people to participate in, roof greening construction new technology development were put forward in order to provide references for developing roof greening in Nanjing.

[Key words] Roof greening, Public awareness, Countermeasures, Load, Waterproof and drainage

中图分类号：TU985.19

文献标识码：B

文章编号：1003-739X（2016）08-0079-04

·国家杰出青年科学基金资助项目（编号：51325803）·

·“十二五”国家科技支撑计划课题资助项目（编号：2014BAJ01B01）·

·江苏省建设系统科技资助项目（编号：ZD17）·

作者信息

葛翠玉，西安建筑科技大学建筑学院博士研究生，南京工程学院建筑工程学院副教授，[e-mail]

收稿日期：2016-04-14