屋頂綠化日本的設(shè)計(jì)與技術(shù)

日本的傳統(tǒng)建筑多為木結(jié)構(gòu)，為了雨水的排泄和室內(nèi)空間的保溫隔熱，屋頂基本采用坡屋頂、瓦屋面，隨著新建運(yùn)動(dòng)帶來的建筑觀念轉(zhuǎn)變和新材料、新技術(shù)的廣泛使用，施工方便、經(jīng)濟(jì)合理的平屋面大量取代了傳統(tǒng)的坡頂瓦面。近年來環(huán)境與發(fā)展成為了世界關(guān)注的焦點(diǎn)，特別是城市中的土地資源緊缺、環(huán)境惡化，使得人們的視線聚焦以往被忽略的建筑屋頂。充分利用建筑屋頂進(jìn)行綠化，不僅對于建筑室內(nèi)空間物理環(huán)境的改善有著顯著的作用，而且還原建筑所占用的土地資源，重現(xiàn)灰色城市中的綠色自然，對于城市生態(tài)環(huán)境的改善、節(jié)約能源、減少全球溫室效應(yīng)也有著重要的意義。屋頂綠化不僅改善建筑物室內(nèi)物理環(huán)境，而且在改善周邊環(huán)境和城市生態(tài)等方面也顯著的效果，在這方面研究人員做了大量的工作，使得屋頂綠化的效果顯而易見。

屋頂綠化的效果

1.室內(nèi)物理環(huán)境的改善：實(shí)踐檢測證明屋頂綠化較屋頂保溫層有著更好的保溫隔熱效果，不僅室內(nèi)熱環(huán)境得到明顯的改善，而且屋面的溫度也顯著降低。

2.建筑屋頂綠化同時(shí)也大大降低了建筑對周圍環(huán)境的熱反射和熱輻射，有效地改善了建筑周邊地段的環(huán)境，對于降低熱島效應(yīng)有著顯著的作用。

3.在城市生態(tài)方面，屋頂綠化不僅顯著增加了城市的綠化面積，還為多種生物提供了良好的生存環(huán)境；在城市生態(tài)優(yōu)化、城市生物多樣性方面也有著顯著的貢獻(xiàn)。日本土地資源極為有限，在城市建設(shè)中充分利用了建筑屋頂進(jìn)行綠化，不僅使建筑自身的熱環(huán)境得到了改善，而且對于城市環(huán)境也做出了貢獻(xiàn)。中國目前正處于城市化高峰期，迅速膨脹的城市同樣面臨著土地資源緊缺、城市環(huán)境惡化等問題，日本的經(jīng)驗(yàn)對我們或許會(huì)有所啟示和借鑒。

綠化游園

利用大型公共建筑的屋頂進(jìn)行綠化，同時(shí)引入城市休閑、娛樂等功能，構(gòu)成城市中的空中花園。利用屋頂綠化創(chuàng)造庭園的做法大量運(yùn)用在居住區(qū)的設(shè)計(jì)之中，如竹中工務(wù)店設(shè)計(jì)施工的大阪市新千里東町居住區(qū)，設(shè)計(jì)師將居住區(qū)車庫等較低建筑的屋頂進(jìn)行綠化，設(shè)計(jì)為活動(dòng)游園，并利用坡道和臺(tái)階等將高低不同的綠化庭園聯(lián)系起來，形成富層次的綠化環(huán)境。屋頂游園的綠化以草坪和灌木等輕型綠化為主，輕型土壤的厚度平均在20cm左右，屋面荷載增加不大，屋頂綠化替代了保溫層而且效果更好。屋頂?shù)耐@不僅使居住區(qū)的綠地面積增大了近一倍，而且豐富的庭園空間為居住者提供了更多的休憩與活動(dòng)場所。盡管建筑造價(jià)有所上升，但所獲得的效益遠(yuǎn)大于屋頂庭園的額外投入，屋頂庭園得到了開發(fā)商和居民的一致好評。

在許多建筑中，屋頂花園已不再是草坪和花卉形成的輕型綠化，灌木、喬木、水面等園林綠化元素也被廣泛使用，形成豐富的空間和綠化景觀，這方面具有代表性的建筑是難波公園。難波公園建造于原大阪棒球場，整個(gè)建筑群分為30層的超高層塔樓和8層的商業(yè)中心兩大部分，難波公園就是利用商業(yè)中心的屋頂建成的。難波公園面積8000m2，其中綠地面積3300m2，道路廣場面積4700m2。難波公園內(nèi)種植2.5m以上的樹木35種420余棵，灌木、花草200余種，此外還設(shè)計(jì)了泉水、溪流、池塘等綠化景觀，和咖啡座、亭臺(tái)、露天表演場等休閑娛樂設(shè)施，結(jié)合公園下商業(yè)中心內(nèi)的100余家店鋪構(gòu)成了大阪市中心集商業(yè)、休閑、景觀為一體的都市綠洲。難波公園的屋頂庭園采用了跌落式的布置，8層的屋頂公園隨著建筑室內(nèi)空間由南向北層層升高，這樣不僅使公園的空間跌宕起伏，還將屋頂公園與城市的街道空間連為一體，使公園的景觀完全展現(xiàn)給城市空間。難波公園不僅為喧囂擁擠的大阪城市中心營造了一個(gè)充滿鳥語、花香的綠色自然，而且吸引了大量的游客，使屋頂公園下的商業(yè)中心也獲得了巨大的效益，形成了環(huán)境與經(jīng)濟(jì)效益的雙贏。

自然叢林

屋頂種植與養(yǎng)護(hù)技術(shù)的發(fā)展使原先只能在地面種植的大型喬木也可以在較薄的土壤中生存，這使得利用大型建筑的屋面建設(shè)城市叢林成為可能。大阪中央體育館就是這一構(gòu)想的成功實(shí)例，也創(chuàng)造了大跨度公共建筑全面屋頂綠化的先例。大阪市中央體育館設(shè)計(jì)為半地下建筑，體育館屋頂直徑110m，屋頂最高點(diǎn)距室內(nèi)地面高度達(dá)30m，體育館屋頂全部覆土種植，種植土層平均厚度為50cm，覆土種植后的屋頂宛如自然的山丘。與難波公園不同，該建筑屋頂綠化力求自然，沒有用人工雕琢的綠化與庭園，也沒有大量的人工鋪地，設(shè)計(jì)師利用叢生的樹林、灌木、野草和自然的小徑創(chuàng)造出了都市中自然的景觀，讓人們體驗(yàn)到返璞歸真、重返自然的感受。

薄型屋頂綠化

由于綠化游園、自然叢林等屋頂綠化要求種植層較厚，并且植物自身的重量使建筑屋面的荷載大增，并且對于植物的養(yǎng)護(hù)也有較高的要求，因此不易在一般建筑中普及。因此相對于這些重型的屋頂綠化，更多的建筑采用了比較輕巧的薄型屋頂綠化。薄型屋頂綠化不僅節(jié)省成本、易于養(yǎng)護(hù)，而且在景觀和保溫隔熱方面也能收到良好的效果。如大阪市新千里東町居住區(qū)住宅入口建筑屋頂?shù)木G化，該屋頂綠化采用輕型種植土厚度僅5cm左右，綠化植物使用了一種生命力較強(qiáng)的草本植物(類似于國內(nèi)常見的太陽花)，在苗圃培育后鋪設(shè)于屋頂。這種薄型屋頂綠化不僅屋面荷載增加很少，而且基本不用澆水、養(yǎng)護(hù)，成本低廉，配合車庫等建筑的屋頂游園與其他庭園綠化，形成了豐富的建筑第五立面。

移動(dòng)綠化、屋頂水面

日本的屋頂綠化方式多種多樣，除固定的綠化之外可移動(dòng)的屋頂綠化、屋頂水面等也是常用的屋頂綠化手段。由于固定于屋頂?shù)拇笮途G化養(yǎng)護(hù)較為困難，而且形式較為固定，因此類似于布景形式的盆栽綠化與可移動(dòng)的屋頂綠化經(jīng)常使用，這樣可以通過季節(jié)的變化及使用的需求變化多種多樣的綠化方式。

水面作為日本建筑中經(jīng)常使用的景觀處理方式，也被大量運(yùn)用于屋頂綠化和景觀的構(gòu)成。如安藤忠雄先生在真言宗本福寺水御堂的設(shè)計(jì)中將屋頂設(shè)計(jì)為寧靜而富有寓意的蓮花池；黑川紀(jì)章先生在他的大阪國際會(huì)議中心的屋頂設(shè)計(jì)中利用很淺的水面與簡潔的立柱構(gòu)成了純凈而富有動(dòng)勢的屋頂庭園。

屋頂綠化除了考慮景觀和植物的栽植之外還要考慮屋面荷載、防水、澆灌、排水、防風(fēng)固定等問題。在這些方面，日本的研究人員進(jìn)行了深入的研究，并對屋頂綠化的效果進(jìn)行了詳盡檢驗(yàn)。

1.屋頂綠化類型與做法

竹中工務(wù)店的技術(shù)研究所研究開發(fā)了多種的屋頂綠化形式，這些類型包括高大的樹林、灌木花卉、水塘植物、草坪、以及免灌溉類型和超輕薄類型，每一種綠化形式均有相應(yīng)的綠化技術(shù)與工程做法，從草坪、花卉到喬木、灌木、水面，每一種作法均詳細(xì)注明了種植植物的高度、種植層厚度、栽植措施等，并且提供了相應(yīng)的屋面荷載。多種屋面綠化類型讓建筑師在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)可以有更大的發(fā)揮自由。

2.高大樹木的栽植

高大樹木的栽植與養(yǎng)護(hù)在屋頂綠化中一直是個(gè)難題，特別是屋頂綠化的種植層較薄，樹木的防傾倒更為棘手。為了防止屋頂樹木的傾倒，在樹木種植時(shí)必須加安全支護(hù)措施，支護(hù)措施一般分為地上和地下兩種，地面支護(hù)簡單易行，但是由于支撐物影響了樹木的美觀和庭園的景觀效果，現(xiàn)在大多被地下支護(hù)所替代。地下支護(hù)的做法是，首先在屋面安放基座，樹木較大時(shí)基座還須與屋面固定；基座的頂端連接數(shù)根鋼索將樹木底部拉接固定，起到支護(hù)作用；屋面覆蓋種植土層后，將基座和固定鋼索掩埋，地面看不到任何支護(hù)措施。如果樹木靠近建筑外墻，則設(shè)計(jì)時(shí)必須將女兒墻升高或增加防護(hù)欄或防護(hù)網(wǎng)，一方面可以起到防風(fēng)的作用，讓樹木更加安全，另一方面可以防止植物傾倒、墜落的威脅。對這些種植于屋頂?shù)臉淠镜臐补啻蠖嗖捎梦⒐嗉夹g(shù)，灌溉管道埋于地下，直接作用于植物根部，既節(jié)約了水資源又可以根據(jù)樹木的習(xí)性進(jìn)行科學(xué)調(diào)節(jié)。

3.種植土層

一般的泥土荷載較大，同時(shí)在土壤的營養(yǎng)和保水性方面也不能滿足屋頂綠化的需求。因此在屋頂綠化種植時(shí)一般均采用專門配制的輕質(zhì)土壤。這種土壤由珍珠巖、腐質(zhì)土、鳥糞等混合而成，不僅可以保證輕質(zhì)土壤的普遍采用，并且讓屋頂綠化土層的厚度與荷載大大降低。目前國內(nèi)屋頂綠化土層的最小厚度一般為30cm，高大樹木的種植土層往往要達(dá)到1.5m以上，而在日本屋頂綠化技術(shù)中，種植土層最小厚度僅為5cm，而有大型樹木的屋頂綠化種植土層的厚度僅在60cm左右。例如，大阪難波公園屋頂綠化的種植土層平均厚度為55cm，高大樹木部分深度為80cm。大阪中央體育館屋頂種植土層平均厚度僅為50cm。屋面種植土層的降低為設(shè)計(jì)帶來了更大的靈活性，同時(shí)屋面荷載的降低也減少了土建的投資。

防根層：植物的根系對建筑的防水層和結(jié)構(gòu)層有一定的破壞作用，因此在屋頂綠化中必須加入防根層，避免綠化植物對建筑的損害。

安全防護(hù)：由于屋頂綠化土層較淺，為了防止高大植物因大風(fēng)等原因從高空墜落，因此，對于高大植物必須進(jìn)行安全防護(hù)。除了利用樹木基座將樹木與屋頂固定外，在靠近外墻的位置還應(yīng)設(shè)置擋墻或鐵絲網(wǎng)作為防護(hù)構(gòu)件。

排水：對于種植土層較薄的屋頂綠化類型，由于土壤對雨水的保持與涵養(yǎng)較差，為了使大雨后多余的雨水順利排走，應(yīng)在種植層和防根層下設(shè)排水層和水平雨水管，連接到屋面落水口。