基于海绵城市理念的绿色屋顶建构探讨★

陈兴帮　邓兰英　　陈　波



·绿色环保·建筑节能·

基于海绵城市理念的绿色屋顶建构探讨★

陈兴帮1邓兰英2陈波3

(1．四川职业技术学院，四川遂宁629000;2．遂宁市城乡规划管理局，四川遂宁629000; 3．遂宁市城乡规划管理局河东新区分局，四川遂宁629000)

摘要:初步分析了绿色屋顶建设的必要性以及现阶段面临的问题，探讨了不同类型绿色屋顶的技术指标，提出了不同类型建筑所适合的绿色屋顶类型，以实现绿色屋顶规划和建设的标准化。

关键词:海绵城市，绿色屋顶，雨水系统，屋顶载荷

0　引言

海绵城市是指城市能够像海绵一样，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。实现海绵城市建设主要有三种途径:1)对城市原有生态系统的保护;2)生态恢复和修复;3)低影响开发。作为我国海绵城市建设内容之一，绿色屋顶满足低影响开发、生态恢复和修复的要求，能够有效降低雨水径流量，消减暴雨峰值，降低雨水汇流时间。

如何抓住海绵城市建设契机促进绿色屋顶的实施，实现土地效益和提升城市空间品质;如何根据不同类型建筑建设绿色屋顶，实现绿色屋顶与建筑的契合;如何对已建和新建建筑绿色屋顶设计和施工，实现设计和施工的标准化，已成为各大城市在海绵城市建设中积极探索的重点问题。

1　绿色屋顶建设必要性

1．1提升人居环境

由国际生态和环境组织调查数据得出，城市建设中人居最佳环境的指标为人均绿地超过60 m2，在我国，由于土地的稀缺性和城市建设的盲目开发，城市绿地面积和人居绿地指标远远不足。在大多数城市旧城区，都存在建设用地稀缺、建设密度过高和开发强度过大等现象，缺乏可以改造为绿地的建设用地，大量的建筑屋面特别是以平屋顶为主的建筑，具备改造成为绿色屋顶的潜力，一旦70%的已建建筑改造成为绿色屋顶，可增加大量绿地面积，提高人均绿地指标，最终提升人居环境［1，2］。

1．2服务海绵城市建设

通过绿色屋顶建设，每平方米的绿色屋顶能存水50 L左右，可有效减少屋面径流总量和径流污染负荷，具有节能减排的作用;同时，通过绿色屋顶雨水管网系统建设，可实现有组织排水，储水及回用的功能。

2　绿色屋顶分类及建造选择

在高楼林立的城市中，建筑屋面是城市重要的雨水汇集面和雨水径流发生地、汇集和排放地，同时也是雨水污染的汇集地，发生地和消除地。根据海绵城市建设要求，建筑屋面在设计时应优先选择对径流雨水水质无影响或影响较小的建筑屋面及外立面材料，建筑屋面不宜采用沥青或沥青油毡。经分析，常用建筑材料对海绵城市影响如表1所示［3，4］。

表1　不同屋顶海绵指标

综合分析，要满足海绵城市建设的最终目的，新建建筑宜选择绿色屋顶作为常用屋顶形式，具备改造条件的已建建筑，应选择绿色屋顶作为改造目标。

人力资本理论起源于经济学研究，17世纪经济学家威廉·配第首次提出劳动决定价值基本理论，之后亚当·斯密、马歇尔、费雪等人对其进行了补充和完善。人力资本理论的构建者美国经济学家西奥多·W·舒尔茨认为，人力资本是凝结在人身上的资本，包括教育、职业培训支出以及机会成本，是以人为载体的各种知识技能存量的总和；人力资本是最重要的资源，其促进国民收入增加的作用优于其他物质资本；应当把人力资本看作是一种投资而非消费行为，教育投资是提升人力资本的主要手段［1］。

2．1改建建筑建构选择

在屋顶结构强度及防渗条件允许的情况下，平屋面、坡度小于15°的屋面以及坡度小于30°的裙房屋面可进行绿色屋顶改造，绿化形式优先选择简单式屋顶绿化。条件不适合的进行改造时，应改建雨水立管，采用断接等方式将屋面雨水引入建筑周边低影响开发设施入渗或下接储水罐储存。

2．2新建建筑建构选择

低层及多层住宅方案以坡屋顶为主的建筑，基于成本考虑不建议采用屋顶绿化，新建局部坡屋顶住宅，可建设花园式屋顶绿化;高层居住建筑宜采用平屋顶，可建设简单式屋顶绿化或组合

3　绿色屋顶建构要点

为达到海绵城市建设要求，绿色屋顶在设计应以雨水的滞和净为基础，以达到雨水有组织排放的目标，满足屋顶载荷情况下宜考虑雨水的蓄水和回用，即满足海绵城市建设中的滞、蓄、净、用、排的功能。重点考虑以下要素:屋顶结构荷载、雨水排放和蓄积、景观和植物种植方式、风力影响、防火、耐根穿刺和保温、浇灌、种植区隔离带、养护和上人通道、系统运作和建造成本。

3．1设计步骤

在充分调查前期资料后，可开始设计，标准化设计步骤如下: 1)改建建筑计算屋面结构荷载(新建建筑在建筑设计阶段应考虑载荷);2)确定屋面构造层次;3)绝热层设计(确定绝热材料的品种规格和性能);4)防水层设计(确定耐根穿刺防水材料和普通防水材料的品种规格和性能);5)保护层和排蓄水系统设计;6)种植设计(确定种植土类型、种植形式和植物种类);7)灌溉及电气照明系统设计;8)园林小品和细部构造。

3．2屋顶结构载荷

屋顶结构载荷是绿色屋顶的核心，简单式绿色屋顶荷载不应小于1．0 kN/m2，花园式绿色屋顶荷载不应小于3．0 kN/m2，均应纳入屋面结构永久荷载。屋顶绿化系统的重量计算是以所有材料的饱和重量进行计算的(即可变载荷)，主要包括基质层、蓄水模块和植物三个方面。

1)基质层。基质层需考虑在湿容重和干容重状态下的重量，据统计，基质层在湿容重状态下的重量为干容重的1．2倍～1．5倍。基质层在设计时，应根据不同排水要求选择基质材料，根据不同类型的植物选择基质层深度。

2)植物荷重。在计算植物重量时，应包括初栽植物荷重和植物生长期增加的可变荷载，除须考虑初始植物载荷对屋顶的影响，还需考虑植物生长后荷重(见表2)。

表2　不同类型植物荷重

3)蓄水模块荷重。在设计蓄水模块容量时，需以屋顶载荷为基础，建议计算公式如下:

蓄水模块容量=(屋顶载荷－结构层重量－基质层湿容重－植物生长载荷)×0．7。

3．3雨水排放和蓄积

在海绵城市建设中，雨水系统的建设是核心。当屋顶绿化吸收大部分雨水后，建筑屋面雨水排放的达峰时间将会被推迟至少20 min以上，通过减少雨水的排放量和推迟达峰时间可以减少城市排水管网的压力。因此，在绿色屋顶设计中，应重点考虑雨水系统的建设，实现雨水的有组织排放和再利用。

在雨水系统建设时，将降落在绿色屋面的雨水经过初期弃流后，宜优先考虑雨落管断接方式，将建筑屋面雨水引入周边绿地中分散到海绵城市设施(如雨水花园、植草沟、雨水桶等)下渗、净化、收集回用。

3．4雨水净化功能

在基质层和绿化植物选择时，应优先选择具备雨水净化功能的基质层和植物。据统计，雨水在通过屋顶绿化各结构层及过滤层后，能够将雨水中95%以上重金属物质和营养物质蓄留在屋顶绿化中。这种雨水净化功能在屋顶绿化建成5年后基本达到最高峰。

4　结语

绿色屋顶的建造，有利于海绵城市建设，符合海绵城市的各项指标，是一个多效益的工程。建设完成后，可以用较低的成本实现雨水蓄流、减少热岛效应、提高空气质量、降低雨水排放、提供生物栖息地等多个功能。为此，借助海绵城市建设的东风，绿色屋顶将面临更为广阔的发展前景，建议各大城市在海绵城市建设过程中，以100元/m2～200元/m2的标准给予业主单位补偿，提高业主建设积极性。通过海绵城市的建设，能让绿色屋顶有序推广，促进城市雨水变废为宝，使我们的城市中处处见绿，最终恢复被城市建设所破坏的生态［7］。

参考文献:

［1］ 李卫．浅谈绿色屋顶的节能效应及其景观价值［J］．城乡建设，2013(3):156-160．

［2］ 牛皓，周集体，Peter，等．华盛顿绿色屋顶环境效益的经济评价［J］．建筑经济，2010(12):87-90．

［3］ 牛皓，周集体，Peter，等．城市范围绿色屋顶环境效益评价方法研究——以华盛顿市为例［J］．建筑经济，2013(2):71-74．

［4］ H．D．万·波赫曼，A．L．A．弗瑞哲，M．欧特勒．生态工程:绿色屋顶和绿色垂直墙面［J］．钟璐，译．风景园林，2009 (1):42-49．

［5］罗鸿兵，刘瑞芬，邓云，等．绿色屋顶径流水质监测研究进展［J］．环境监测管理与技术，2012，24(3):12-17．

［6］ 陈小平，黄佩，周志翔，等．绿色屋顶径流调控研究进展［J］．应用生态学报，2015，26(8):2581-2590．

［7］ 贺坤，项耿铭，韦捷峰，等．城市绿色屋顶生物栖息生境设计与营建研究［J］．环境科学与技术，2013(9):15-18．

中图分类号:TU201．5

文献标识码:A

文章编号:1009-6825(2016)17-0194-02

收稿日期:2016-04-10★:四川省教育厅课题(课题编号:16ZB0394)

作者简介:陈兴帮(1984-)，男，硕士，讲师式屋顶绿化。办公建筑以平屋顶为主的推荐进行绿化处理，宜采用花园式屋顶绿化;商业建筑屋顶以平屋顶为主，宜结合商业对屋顶进行屋顶花园景观设计，有条件的可以使用太阳能;一般性公共建筑(如学校、医院等)屋顶宜采用平屋顶，并应进行绿化处理;口岸功能性公建(如车站等)等大型公共建筑屋顶根据建筑性质选择适当形态进行设计，非坡屋顶应进行绿化。

Discussion on green roof construction based on the ideas of sponge city★

Chen Xingbang1Deng Lanying2Chen Bo3
(1．Sichuan Vocational and Technical College，Suining 629000，China; 2．Suining Urban and Rural Planning Administrative Bureau，Suining 629000，China; 3．Hedong District Branch of Suining Urban and Rural Planning Administrative Bureau，Suining 629000，China)

Abstract:Preliminary proposed the necessity of green roof construction and the problem of the present stage，analyzed of technical indicators of different types of green roofs，and then put forward the suitable for different types of building green roof types，in order to achieve the standardization of the planning and construction of green roofs．

Key words:sponge city，green roof，rainwater system，roof load