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绿化热点

垂直绿化在城市高层建筑中的应用

高层建筑的最大特征是其竖向外表面积远大于其平面占地面积,建筑垂直绿化不仅能有效提高绿化覆盖率,而且与我国绿色建筑的设计理念相符合,是解决空气污染、生态失衡、建筑能耗过大、城市灾害加剧等问题的一条有效途径。垂直绿化是利用植物材料沿建筑物立面或其他构筑物表面攀扶、固定、贴植、垂吊形成垂直面的绿化。

垂直绿化技术应用于低层、多层建筑已经比较成熟。然而,随着建筑高度的增加,建筑小环境发生改变,垂直绿化技术是否能同时适用于高层建筑?高层建筑与垂直绿化能否作为整体进行一体化设计?

1         垂直绿化现状与案例

早期主要是藤蔓式墙体绿化,是攀爬的藤本植物吸附墙体或缠绕线条网格等绿化方式。1927年,澳大利亚以法律形式规定,如果需要建造围墙,必须采用植物墙。近20年来,一些国家陆续制定立体绿化的政策法规,上海市在1998年制定了《垂直绿化技术规程》。在近几年的相关研究中,有介绍上海世博会场馆垂直绿化的设计经验,城市立体绿化的设计理念;也有总结典型的垂直绿化实例和经验,介绍垂直绿化系统的原理,吴玉琼结合垂直绿化实例,对垂直绿化技术的应用进行了研究;还有研究总结了模块式墙体绿化特点、模块支架与墙体的构造措施,分析垂直绿化对建筑节能和城市微气候的影响。

传统垂直绿化的高度由植物的攀爬特性决定,但攀缘植物的生长高度是有限的,因而在高层墙面绿化过程中会有一定的困难,且植物生长需较长时间。武汉理工大学综合楼的攀缘植物在多年后爬上了八层楼的高度(图1)。图2为英国圣安德鲁斯小镇一角垂直绿化。

上图1  武汉理工大学综合楼植物墙图片

上图2  英国圣安德鲁斯小镇一角垂直绿化植物墙案例

垂直绿化新技术则突破了高度的限制,可达到的墙体的高度不由植物特性决定,而是由结构系统控制。垂直绿化技术包括模块式墙体绿化及铺贴式墙体绿化。模块式墙体绿化是将带有种植容器的模块化构件安装到墙体上或釆用独立的可拆卸的构架支撑,在模块中种植植物实现墙体的绿化。铺贴式的墙体绿化直接将植物的生长基质铺贴在墙上,在生长基质上种植植物,灌溉系统为植物提供溶液肥料和水份。新技术具有标准化生产和大规模快速安装组合、即时成景、图案可控、方便维护、适用范围广等特点。模块的刚韧度高、抗老化、重量轻、还可回收利用,可以适应绝大多数气候。

2010年上海世界博览会的主题馆,其东西立面墙体上使用了可拆卸模块式墙体绿化,墙体的绿化覆盖面积达到了5000m2,高26.3m。采用压力补偿式滴头和滴箭形式,滴灌管道布置于墙体背部,滴箭则由种植盒槽背部的孔中插入介质。初步估算,该绿墙可实现年滞尘量870t、年固碳量175t、年减排CO296t,并能在夏季节省空调用电125000KW/h

英国伦敦雅典娜大酒店是用绿色植物覆盖了的8层楼(图3)。墙体由1.2万棵绿色植物组成,在墙面上铺设了一层铝制框架起固定作用,在铝层上又加上了一层塑料,在塑料表面铺上了合成纤维以便植物能够扎根。植物中有80%为常绿植物,20%为季节性植物。

上图3  英国伦敦雅典娜大酒店植物墙案例

智利CONSORCIO-SANTIAGO大厦垂直绿化,17层,高74m(图4)。1993年设计采用垂直藤蔓植物形成“竖直棚架和双层绿色外墙”,棚架搭建在建筑墙外1.4m处,这段空隙为上升气流循环提供了充足的空间,同时也用来安放植物生长所需的土壤和自动灌溉系统,并更有利于清洁人员对植物进行修剪,消毒和施肥。

上图4  智利CONSORCIO-SANTIAGO大厦垂直绿化植物墙

2         垂直绿化优点

高层建筑垂直绿化的优点已越来越为人们所认识:垂直绿化的占地面积少,绿化面积大,可以净化空气,城市中绿化较好的区域,灰尘总量比没有绿化的区域可能减少50%甚至更多。垂直绿化是鸟类和昆虫的栖息处,提升了城市的环境质量。通过合理的设计,垂直绿化还可以为人们提供绿色食品。

垂直绿化可以减少建筑能耗,节省能源。垂直绿化可以减小慢风的速度,改变风的方向,抑制阳光反射,减少光污染,减少辐射,起到保温隔热作用,减低城市的热岛效应。绿色植物可以隔音和减少噪声污染,可能减少噪声5~10d B

垂直绿化具有显著的可识别性外观,是建筑师创造建筑外表皮的新选择,可创造出全新的建筑立面形象和别具一格的建筑空间感受。垂直绿化的景观效应明显,提升城市美感,给人类的心理带来满足感、放松感、精神活力感和畅快感,使生活更加贴近自然,更有益于人们的健康。

虽然高层建筑垂直绿化的成本费用较高,垂直绿化的质量保证、高空操作、对环境的适应性和后期维护的局限性制约着垂直绿化的发展,但是它有助于建筑产品的增值,可使建筑升值15%~20%

  3   垂直绿化设计要点

高层建筑其外部环境与低层、多层建筑有很大不同,如风压变大、日照更强、温度变化明显、防火抗震要求更高。高层建筑垂直绿化要考虑的因素有其特殊性。

3.1  植物与种植

1)植物类型与选择

常见的藤本类攀缘植物具有吸盘或吸附根,如落叶藤本类有紫藤、葡萄、爬山虎等,常绿藤本类有常春藤、金银花等。植物选择主要注意以下几点。

①适合高层建筑的植物要求。应选用根系牢固,枝叶不易脱落的植物,不宜栽植过于高大以及容易掉落枝叶和果实的植物。在建筑底部配置喜欢温暖潮湿环境的植物,中部选用对排水性要求高的植物,到了建筑顶部则要配置易生长、好护理、耐寒耐旱以及抗风的植物。建筑物南墙面应选择喜阳的落叶树种,在冬季可吸收较多的太阳辐射热,如凌霄、蔷薇等。北墙面应选择耐阴的攀缘植物,如中国地锦、常春藤等;西墙面绿化应选择喜光、耐旱的植物,如爬山虎等;沿街楼房山墙等宜种植炮仗花、牵牛花、茑萝等开花攀缘植物。模块式植物在模块中培养数月,直接运到现场便可安装,快速成景,避免在栽培初期被强风吹损,便于更换、利于维修、操作简便。配置植物要就地取材和因地制宜,选择适合当地气候特征的乡土植物。

②适合绿化目的选择植物。为了降低墙体和室内温度,可选用生长快、枝叶茂盛的爬山虎、五叶地锦、蔷薇、常春藤等其中的一种或两种;如果楼房临街,主要防止灰尘进入室内,就宜选用叶面粗糙且密度大的攀缘植物,如爬山虎、中华猕猴桃等。为了全年都有景观,应进行植物搭配,根据使用功能采用灌木、一年生和多年生草本植物和季节性植物,或根据审美要求搭配花叶类植物。

2)种植基质的选择

种植基质也称植物生长介质,新型植物生长介质有人工复合土壤、泡沫基质、纤维基质等。种植基质在垂直绿化中起的作用主要是固定植物、保持水分、根系通气和提供部分营养,还应满足植物生长的条件,如贮水能力,也要有很好的渗透性,同时要有一个长期充分的根生长空间,且应无异味、不易滋生病虫害。 高层墙体或阳台施工时可预先设置适当尺寸的种植槽,在其内装入适量土壤或其他生长介质。同时设计供肥水装置,在底部设置排水孔。高层垂直模块式种植基质还应该具有质量轻、含水率一般、肥效较长等特点。采用耐风雨、抗腐烛、寿命长的塑料或金属等材料制成的种植容器,固定安装在支撑骨架与墙体上,也可拆卸及独立于墙体,环保可循环利用。

3)灌溉系统

人工灌溉是最原始的灌溉方式,同时也是非常方便、廉价的灌溉方式。但是这种灌溉方式需要时常看管植物,并且对个人的植物养护知识要求较高,需要控制浇水量。

自动化灌溉系统根据植物生长的不同阶段,不同的气候条件自动循环供给植物生长所需的水分和养分。机械喷灌是在建筑立面上架设管道,通过安装动力设施将水喷灌到植物上。滴灌法通过控制水压,使水缓慢地滴灌到土壤中,利用温度和湿度传感器自动开启浇灌系统,不仅用水节约,滴灌效果也较好。高层垂直绿化在上层适合自动化灌溉和机械喷灌。

4)后期维护措施

高层垂直绿化使植物脱离了地面,在更薄更小的空间生存,需要精心地定期维护以确保植物生长。维护的内容包括:种植模块的检查与维修,灌溉和排水。

大多数植物在生长期及高温季节,应经常浇水,但应避免水分过多。可将肥料溶于水中,再通过灌溉系统浇灌植物。如果植物长期不施肥或施肥不足,会引起叶黄的现象;施肥过多,植物吸收不了把根系烧伤,吸收水份过少也会导致叶黄。

植物的病虫害主要是叶斑病。如果是室内的植物,应保持室内通风透气,及时喷药预防。要及时替换单个病害模块,定时进行修剪梳理、液体肥料、植物健康状况检查等。

3.2       安装构架与墙体构造

(1)       安装构架

大尺寸墙体的绿化,需要按照安装构架、种植植物、安装种植模块的顺序进行施工。安装构架大部分采用钢托架或金属网格状垂直支架和水平支架的组合,支架通过螺栓和焊接固定在墙体上。或者在墙体上预留种植槽、种植平台,绿化的重量由建筑承重墙所承担。

高层模块式绿化系统重量也可以由完全独立的、不依附建筑墙体的支撑骨架系统所承担,支撑骨架将自身重量及绿化植物重量传到地面。建造时首先安装支撑骨架,然后通过滑道、卡槽等方式安装种植模块,随时可以进行拆卸或替换。

(2)       墙体构造

高层建筑垂直绿化应充分考虑到墙体的结构、构造和材料特点,区分可承重的厚外墙和非承重的轻质外墙,考虑是否对墙体(含施工缝)进行防潮和防水处理,检查墙体的表面是否光滑平整、没有裂缝,保证框架安装的牢固性。

种植模块通过支撑骨架固定在承重墙上,如果墙体是非承重的,那么支架应当固定在梁或楼板上。在门窗洞口、墙身转角以及模块的上下沿都是防水防潮的重点部位,在顶部要进行收头处理,底部进行排水处理。

3.3       平台上的垂直绿化

高层建筑阳台、窗台、屋顶等平台上的垂直绿化对美化环境起着很大的作用。阳台、窗台空间有限而且处于混凝土硬质材料之间,种植槽土壤相对较浅,在夏秋季节,蒸发量大,冬季则寒冷。这些环境特点、空间大小和形式等决定着应选择抗旱、抗风、耐寒、水平根系发达的浅根性植物,并要求生长健壮、植株较小。高层建筑应采用分段分高度绿化的方法,分段安装种植槽和种植模块,并将灌溉用的水箱放置在建筑顶部。

3.4       建筑设计与绿化设计的结合

过去的绿化设计是在建筑物建成后再对其立面进行绿化设计,与建筑设计的相关性很小。新型垂直绿化系统,让植物不仅仅是附加物,还是一种自然有机的建筑表皮材料,它更新建筑绿化的概念,带来了新的设计手法。垂直绿化新系统有承担荷载的功能,骨架和模块的外加荷载计算和连接构造的设计是要考虑的问题。支撑骨架可通过挑梁的形式脱离建筑墙体,与墙面保持20mm以上的距离以保证植物墙与建筑墙体之间空气的流通,防止建筑墙面受潮,从多个角度展现绿化植物。

高层建筑垂直绿化与风、阳光、周围温度与微气候的相互影响比一般垂直绿化更大。应根据建筑所处环境、气候、自身使用功能的不同、有无窗户和阳台、墙体的表皮、材料和结构的不同来进行设计和选择不同的垂直绿化方法。

在设计初期要进行统筹设计,综合考虑保温、隔热、通风、采光、防水、灌溉等问题,以期得到改善环境的效果。例如为了提高采暖地区住宅冬季室内温度,减少外墙热交换,可在阳台窗内或在阳台外加装独立的透明玻璃罩,增加植物的温度和防止灌溉水管冻坏;在非洲等离赤道近的区域,由于气候风俗习惯,通常选择厚墙及无窗的设计,垂直绿墙植物作为热阻墙,阻止热空气进入室内,同时起到降低室内空气温度的作用;温带湿热地区的一些建筑适合设计成轻质外墙,有开窗和开敞阳台,应选枝叶密集、有较高隔热性、喜阳耐晒的植物,具有遮阳和降低温度的作用。

在进行墙体绿化设计时,应该考虑建筑立面风格,尽量做到模块类型和植物的种类与建筑搭配协调。根据不同类型的建筑墙体结构、不同风格的建筑墙面、建筑拐角等特殊要求,可以设计出相应的植物盒结构及尺寸。还可以在植物墙中添加一层隔音或隔热材料,使植物墙达到更好的隔音隔热效果。

藤蔓式墙体绿化对周边环境的负面影响最小,是节能和最经济的选择,如能将攀爬植物与新技术的结构系统相结合,则可能出现更优化的垂直绿化系统。模块式垂直绿化新技术,其构图灵活性大,立面效果多样,为城市增加生物多样性,为室内外创造良好的自然条件,让保温节能特性达到良好的平衡。

高层建筑垂直绿化是将建筑设计、绿化设计、结构设计和机械加工、施工和维护都紧密地联系在一起的新技术。

结语

关注各国垂直绿化实施的经验,都离不开当地法律和政策的大力支持。为了快速推广垂直绿化技术,我国政府应制定有利政策,加大政府支持力度,鼓励民间资本投入,增强民众参与绿化的意识。

国外的技术与国内的有所差异,不能完全照搬,应将其本土化,就地取材和因地制宜,配置乡土植物,同时不断改善技术,扩大生产规模,降低垂直绿化的造价。

鼓励传统的阳台、窗台、屋顶绿化和藤蔓式墙体绿化,加快发展各种平台上的垂直绿化、模块式墙体绿化及铺贴式墙体绿化等新技术。鼓励将垂直绿化纳入高层建筑设计之中,在高层绿色建筑评价体系中提倡垂直绿化奖励机制,同步设计同步施工,使之在格局、色彩甚至植物配置有统一的布局,更好地发挥垂直绿化的优势。

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