垂直綠化在城市高層建筑中的應(yīng)用

高層建筑的最大特征是其豎向外表面積遠(yuǎn)大于其平面占地面積，建筑垂直綠化不僅能有效提高綠化覆蓋率，而且與我國綠色建筑的設(shè)計(jì)理念相符合，是解決空氣污染、生態(tài)失衡、建筑能耗過大、城市災(zāi)害加劇等問題的一條有效途徑。垂直綠化是利用植物材料沿建筑物立面或其他構(gòu)筑物表面攀扶、固定、貼植、垂吊形成垂直面的綠化。

垂直綠化技術(shù)應(yīng)用于低層、多層建筑已經(jīng)比較成熟。然而，隨著建筑高度的增加，建筑小環(huán)境發(fā)生改變，垂直綠化技術(shù)是否能同時(shí)適用于高層建筑？高層建筑與垂直綠化能否作為整體進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)？

1         垂直綠化現(xiàn)狀與案例

早期主要是藤蔓式墻體綠化，是攀爬的藤本植物吸附墻體或纏繞線條網(wǎng)格等綠化方式。1927年，澳大利亞以法律形式規(guī)定，如果需要建造圍墻，必須采用植物墻。近20年來，一些國家陸續(xù)制定立體綠化的政策法規(guī)，上海市在1998年制定了《垂直綠化技術(shù)規(guī)程》。在近幾年的相關(guān)研究中，有介紹上海世博會(huì)場(chǎng)館垂直綠化的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，城市立體綠化的設(shè)計(jì)理念；也有總結(jié)典型的垂直綠化實(shí)例和經(jīng)驗(yàn)，介紹垂直綠化系統(tǒng)的原理，吳玉瓊結(jié)合垂直綠化實(shí)例，對(duì)垂直綠化技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行了研究；還有研究總結(jié)了模塊式墻體綠化特點(diǎn)、模塊支架與墻體的構(gòu)造措施，分析垂直綠化對(duì)建筑節(jié)能和城市微氣候的影響。

傳統(tǒng)垂直綠化的高度由植物的攀爬特性決定，但攀緣植物的生長高度是有限的，因而在高層墻面綠化過程中會(huì)有一定的困難，且植物生長需較長時(shí)間。武漢理工大學(xué)綜合樓的攀緣植物在多年后爬上了八層樓的高度（圖1）。圖2為英國圣安德魯斯小鎮(zhèn)一角垂直綠化。

上圖1  武漢理工大學(xué)綜合樓植物墻圖片

上圖2  英國圣安德魯斯小鎮(zhèn)一角垂直綠化植物墻案例

垂直綠化新技術(shù)則突破了高度的限制，可達(dá)到的墻體的高度不由植物特性決定，而是由結(jié)構(gòu)系統(tǒng)控制。垂直綠化技術(shù)包括模塊式墻體綠化及鋪貼式墻體綠化。模塊式墻體綠化是將帶有種植容器的模塊化構(gòu)件安裝到墻體上或釆用獨(dú)立的可拆卸的構(gòu)架支撐，在模塊中種植植物實(shí)現(xiàn)墻體的綠化。鋪貼式的墻體綠化直接將植物的生長基質(zhì)鋪貼在墻上，在生長基質(zhì)上種植植物，灌溉系統(tǒng)為植物提供溶液肥料和水份。新技術(shù)具有標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)和大規(guī)模快速安裝組合、即時(shí)成景、圖案可控、方便維護(hù)、適用范圍廣等特點(diǎn)。模塊的剛韌度高、抗老化、重量輕、還可回收利用，可以適應(yīng)絕大多數(shù)氣候。

2010年上海世界博覽會(huì)的主題館，其東西立面墻體上使用了可拆卸模塊式墻體綠化，墻體的綠化覆蓋面積達(dá)到了5000m2，高26.3m。采用壓力補(bǔ)償式滴頭和滴箭形式，滴灌管道布置于墻體背部，滴箭則由種植盒槽背部的孔中插入介質(zhì)。初步估算，該綠墻可實(shí)現(xiàn)年滯塵量870t、年固碳量175t、年減排CO2量96t，并能在夏季節(jié)省空調(diào)用電125000KW/h。

英國倫敦雅典娜大酒店是用綠色植物覆蓋了的8層樓（圖3）。墻體由1.2萬棵綠色植物組成，在墻面上鋪設(shè)了一層鋁制框架起固定作用，在鋁層上又加上了一層塑料，在塑料表面鋪上了合成纖維以便植物能夠扎根。植物中有80%為常綠植物，20%為季節(jié)性植物。

上圖3  英國倫敦雅典娜大酒店植物墻案例

智利CONSORCIO-SANTIAGO大廈垂直綠化，17層，高74m（圖4）。1993年設(shè)計(jì)采用垂直藤蔓植物形成“豎直棚架和雙層綠色外墻”，棚架搭建在建筑墻外1.4m處，這段空隙為上升氣流循環(huán)提供了充足的空間，同時(shí)也用來安放植物生長所需的土壤和自動(dòng)灌溉系統(tǒng)，并更有利于清潔人員對(duì)植物進(jìn)行修剪，消毒和施肥。

上圖4  智利CONSORCIO-SANTIAGO大廈垂直綠化植物墻

2         垂直綠化優(yōu)點(diǎn)

高層建筑垂直綠化的優(yōu)點(diǎn)已越來越為人們所認(rèn)識(shí)：垂直綠化的占地面積少，綠化面積大，可以凈化空氣，城市中綠化較好的區(qū)域，灰塵總量比沒有綠化的區(qū)域可能減少50％甚至更多。垂直綠化是鳥類和昆蟲的棲息處，提升了城市的環(huán)境質(zhì)量。通過合理的設(shè)計(jì)，垂直綠化還可以為人們提供綠色食品。

垂直綠化可以減少建筑能耗，節(jié)省能源。垂直綠化可以減小慢風(fēng)的速度，改變風(fēng)的方向，抑制陽光反射，減少光污染，減少輻射，起到保溫隔熱作用，減低城市的熱島效應(yīng)。綠色植物可以隔音和減少噪聲污染，可能減少噪聲5~10d B。

垂直綠化具有顯著的可識(shí)別性外觀，是建筑師創(chuàng)造建筑外表皮的新選擇，可創(chuàng)造出全新的建筑立面形象和別具一格的建筑空間感受。垂直綠化的景觀效應(yīng)明顯，提升城市美感，給人類的心理帶來滿足感、放松感、精神活力感和暢快感，使生活更加貼近自然，更有益于人們的健康。

雖然高層建筑垂直綠化的成本費(fèi)用較高，垂直綠化的質(zhì)量保證、高空操作、對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性和后期維護(hù)的局限性制約著垂直綠化的發(fā)展，但是它有助于建筑產(chǎn)品的增值，可使建筑升值15%~20%。

  3   垂直綠化設(shè)計(jì)要點(diǎn)

高層建筑其外部環(huán)境與低層、多層建筑有很大不同，如風(fēng)壓變大、日照更強(qiáng)、溫度變化明顯、防火抗震要求更高。高層建筑垂直綠化要考慮的因素有其特殊性。

3.1  植物與種植

（1）植物類型與選擇

常見的藤本類攀緣植物具有吸盤或吸附根，如落葉藤本類有紫藤、葡萄、爬山虎等，常綠藤本類有常春藤、金銀花等。植物選擇主要注意以下幾點(diǎn)。

①適合高層建筑的植物要求。應(yīng)選用根系牢固，枝葉不易脫落的植物，不宜栽植過于高大以及容易掉落枝葉和果實(shí)的植物。在建筑底部配置喜歡溫暖潮濕環(huán)境的植物，中部選用對(duì)排水性要求高的植物，到了建筑頂部則要配置易生長、好護(hù)理、耐寒耐旱以及抗風(fēng)的植物。建筑物南墻面應(yīng)選擇喜陽的落葉樹種，在冬季可吸收較多的太陽輻射熱，如凌霄、薔薇等。北墻面應(yīng)選擇耐陰的攀緣植物，如中國地錦、常春藤等；西墻面綠化應(yīng)選擇喜光、耐旱的植物，如爬山虎等；沿街樓房山墻等宜種植炮仗花、牽�；�、蔦蘿等開花攀緣植物。模塊式植物在模塊中培養(yǎng)數(shù)月，直接運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)便可安裝，快速成景，避免在栽培初期被強(qiáng)風(fēng)吹損，便于更換、利于維修、操作簡(jiǎn)便。配置植物要就地取材和因地制宜，選擇適合當(dāng)?shù)貧夂蛱卣鞯泥l(xiāng)土植物。

②適合綠化目的選擇植物。為了降低墻體和室內(nèi)溫度，可選用生長快、枝葉茂盛的爬山虎、五葉地錦、薔薇、常春藤等其中的一種或兩種；如果樓房臨街，主要防止灰塵進(jìn)入室內(nèi)，就宜選用葉面粗糙且密度大的攀緣植物，如爬山虎、中華獼猴桃等。為了全年都有景觀，應(yīng)進(jìn)行植物搭配，根據(jù)使用功能采用灌木、一年生和多年生草本植物和季節(jié)性植物，或根據(jù)審美要求搭配花葉類植物。

（2）種植基質(zhì)的選擇

種植基質(zhì)也稱植物生長介質(zhì)，新型植物生長介質(zhì)有人工復(fù)合土壤、泡沫基質(zhì)、纖維基質(zhì)等。種植基質(zhì)在垂直綠化中起的作用主要是固定植物、保持水分、根系通氣和提供部分營養(yǎng)，還應(yīng)滿足植物生長的條件，如貯水能力，也要有很好的滲透性，同時(shí)要有一個(gè)長期充分的根生長空間，且應(yīng)無異味、不易滋生病蟲害。 高層墻體或陽臺(tái)施工時(shí)可預(yù)先設(shè)置適當(dāng)尺寸的種植槽，在其內(nèi)裝入適量土壤或其他生長介質(zhì)。同時(shí)設(shè)計(jì)供肥水裝置，在底部設(shè)置排水孔。高層垂直模塊式種植基質(zhì)還應(yīng)該具有質(zhì)量輕、含水率一般、肥效較長等特點(diǎn)。采用耐風(fēng)雨、抗腐燭、壽命長的塑料或金屬等材料制成的種植容器，固定安裝在支撐骨架與墻體上，也可拆卸及獨(dú)立于墻體，環(huán)�？裳�環(huán)利用。

（3）灌溉系統(tǒng)

人工灌溉是最原始的灌溉方式，同時(shí)也是非常方便、廉價(jià)的灌溉方式。但是這種灌溉方式需要時(shí)�？垂苤参�，并且對(duì)個(gè)人的植物養(yǎng)護(hù)知識(shí)要求較高，需要控制澆水量。

自動(dòng)化灌溉系統(tǒng)根據(jù)植物生長的不同階段，不同的氣候條件自動(dòng)循環(huán)供給植物生長所需的水分和養(yǎng)分。機(jī)械噴灌是在建筑立面上架設(shè)管道，通過安裝動(dòng)力設(shè)施將水噴灌到植物上。滴灌法通過控制水壓，使水緩慢地滴灌到土壤中，利用溫度和濕度傳感器自動(dòng)開啟澆灌系統(tǒng)，不僅用水節(jié)約，滴灌效果也較好。高層垂直綠化在上層適合自動(dòng)化灌溉和機(jī)械噴灌。

（4）后期維護(hù)措施

高層垂直綠化使植物脫離了地面，在更薄更小的空間生存，需要精心地定期維護(hù)以確保植物生長。維護(hù)的內(nèi)容包括：種植模塊的檢查與維修，灌溉和排水。

大多數(shù)植物在生長期及高溫季節(jié)，應(yīng)經(jīng)常澆水，但應(yīng)避免水分過多。可將肥料溶于水中，再通過灌溉系統(tǒng)澆灌植物。如果植物長期不施肥或施肥不足，會(huì)引起葉黃的現(xiàn)象；施肥過多，植物吸收不了把根系燒傷，吸收水份過少也會(huì)導(dǎo)致葉黃。

植物的病蟲害主要是葉斑病。如果是室內(nèi)的植物，應(yīng)保持室內(nèi)通風(fēng)透氣，及時(shí)噴藥預(yù)防。要及時(shí)替換單個(gè)病害模塊，定時(shí)進(jìn)行修剪梳理、液體肥料、植物健康狀況檢查等。

3.2       安裝構(gòu)架與墻體構(gòu)造

（1）       安裝構(gòu)架

大尺寸墻體的綠化，需要按照安裝構(gòu)架、種植植物、安裝種植模塊的順序進(jìn)行施工。安裝構(gòu)架大部分采用鋼托架或金屬網(wǎng)格狀垂直支架和水平支架的組合，支架通過螺栓和焊接固定在墻體上�；蛘咴趬�體上預(yù)留種植槽、種植平臺(tái)，綠化的重量由建筑承重墻所承擔(dān)。

高層模塊式綠化系統(tǒng)重量也可以由完全獨(dú)立的、不依附建筑墻體的支撐骨架系統(tǒng)所承擔(dān)，支撐骨架將自身重量及綠化植物重量傳到地面。建造時(shí)首先安裝支撐骨架，然后通過滑道、卡槽等方式安裝種植模塊，隨時(shí)可以進(jìn)行拆卸或替換。

（2）       墻體構(gòu)造

高層建筑垂直綠化應(yīng)充分考慮到墻體的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造和材料特點(diǎn)，區(qū)分可承重的厚外墻和非承重的輕質(zhì)外墻，考慮是否對(duì)墻體（含施工縫）進(jìn)行防潮和防水處理，檢查墻體的表面是否光滑平整、沒有裂縫，保證框架安裝的牢固性。

種植模塊通過支撐骨架固定在承重墻上，如果墻體是非承重的，那么支架應(yīng)當(dāng)固定在梁或樓板上。在門窗洞口、墻身轉(zhuǎn)角以及模塊的上下沿都是防水防潮的重點(diǎn)部位，在頂部要進(jìn)行收頭處理，底部進(jìn)行排水處理。

3.3       平臺(tái)上的垂直綠化

高層建筑陽臺(tái)、窗臺(tái)、屋頂?shù)绕脚_(tái)上的垂直綠化對(duì)美化環(huán)境起著很大的作用。陽臺(tái)、窗臺(tái)空間有限而且處于混凝土硬質(zhì)材料之間，種植槽土壤相對(duì)較淺，在夏秋季節(jié)，蒸發(fā)量大，冬季則寒冷。這些環(huán)境特點(diǎn)、空間大小和形式等決定著應(yīng)選擇抗旱、抗風(fēng)、耐寒、水平根系發(fā)達(dá)的淺根性植物，并要求生長健壯、植株較小。高層建筑應(yīng)采用分段分高度綠化的方法，分段安裝種植槽和種植模塊，并將灌溉用的水箱放置在建筑頂部。

3.4       建筑設(shè)計(jì)與綠化設(shè)計(jì)的結(jié)合

過去的綠化設(shè)計(jì)是在建筑物建成后再對(duì)其立面進(jìn)行綠化設(shè)計(jì)，與建筑設(shè)計(jì)的相關(guān)性很小。新型垂直綠化系統(tǒng)，讓植物不僅僅是附加物，還是一種自然有機(jī)的建筑表皮材料，它更新建筑綠化的概念，帶來了新的設(shè)計(jì)手法。垂直綠化新系統(tǒng)有承擔(dān)荷載的功能，骨架和模塊的外加荷載計(jì)算和連接構(gòu)造的設(shè)計(jì)是要考慮的問題。支撐骨架可通過挑梁的形式脫離建筑墻體，與墻面保持20mm以上的距離以保證植物墻與建筑墻體之間空氣的流通，防止建筑墻面受潮，從多個(gè)角度展現(xiàn)綠化植物。

高層建筑垂直綠化與風(fēng)、陽光、周圍溫度與微氣候的相互影響比一般垂直綠化更大。應(yīng)根據(jù)建筑所處環(huán)境、氣候、自身使用功能的不同、有無窗戶和陽臺(tái)、墻體的表皮、材料和結(jié)構(gòu)的不同來進(jìn)行設(shè)計(jì)和選擇不同的垂直綠化方法。

在設(shè)計(jì)初期要進(jìn)行統(tǒng)籌設(shè)計(jì)，綜合考慮保溫、隔熱、通風(fēng)、采光、防水、灌溉等問題，以期得到改善環(huán)境的效果。例如為了提高采暖地區(qū)住宅冬季室內(nèi)溫度，減少外墻熱交換，可在陽臺(tái)窗內(nèi)或在陽臺(tái)外加裝獨(dú)立的透明玻璃罩，增加植物的溫度和防止灌溉水管凍壞；在非洲等離赤道近的區(qū)域，由于氣候風(fēng)俗習(xí)慣，通常選擇厚墻及無窗的設(shè)計(jì)，垂直綠墻植物作為熱阻墻，阻止熱空氣進(jìn)入室內(nèi)，同時(shí)起到降低室內(nèi)空氣溫度的作用；溫帶濕熱地區(qū)的一些建筑適合設(shè)計(jì)成輕質(zhì)外墻，有開窗和開敞陽臺(tái)，應(yīng)選枝葉密集、有較高隔熱性、喜陽耐曬的植物，具有遮陽和降低溫度的作用。

在進(jìn)行墻體綠化設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該考慮建筑立面風(fēng)格，盡量做到模塊類型和植物的種類與建筑搭配協(xié)調(diào)。根據(jù)不同類型的建筑墻體結(jié)構(gòu)、不同風(fēng)格的建筑墻面、建筑拐角等特殊要求，可以設(shè)計(jì)出相應(yīng)的植物盒結(jié)構(gòu)及尺寸。還可以在植物墻中添加一層隔音或隔熱材料，使植物墻達(dá)到更好的隔音隔熱效果。

藤蔓式墻體綠化對(duì)周邊環(huán)境的負(fù)面影響最小，是節(jié)能和最經(jīng)濟(jì)的選擇，如能將攀爬植物與新技術(shù)的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)相結(jié)合，則可能出現(xiàn)更優(yōu)化的垂直綠化系統(tǒng)。模塊式垂直綠化新技術(shù)，其構(gòu)圖靈活性大，立面效果多樣，為城市增加生物多樣性，為室內(nèi)外創(chuàng)造良好的自然條件，讓保溫節(jié)能特性達(dá)到良好的平衡。

高層建筑垂直綠化是將建筑設(shè)計(jì)、綠化設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和機(jī)械加工、施工和維護(hù)都緊密地聯(lián)系在一起的新技術(shù)。

結(jié)語

關(guān)注各國垂直綠化實(shí)施的經(jīng)驗(yàn)，都離不開當(dāng)?shù)胤�律和政策的大力支持。為了快速推廣垂直綠化技術(shù)，我國政府應(yīng)制定有利政策，加大政府支持力度，鼓勵(lì)民間資本投入，增強(qiáng)民眾參與綠化的意識(shí)。

國外的技術(shù)與國內(nèi)的有所差異，不能完全照搬，應(yīng)將其本土化，就地取材和因地制宜，配置鄉(xiāng)土植物，同時(shí)不斷改善技術(shù)，擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，降低垂直綠化的造價(jià)。

鼓勵(lì)傳統(tǒng)的陽臺(tái)、窗臺(tái)、屋頂綠化和藤蔓式墻體綠化，加快發(fā)展各種平臺(tái)上的垂直綠化、模塊式墻體綠化及鋪貼式墻體綠化等新技術(shù)。鼓勵(lì)將垂直綠化納入高層建筑設(shè)計(jì)之中，在高層綠色建筑評(píng)價(jià)體系中提倡垂直綠化獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制，同步設(shè)計(jì)同步施工，使之在格局、色彩甚至植物配置有統(tǒng)一的布局，更好地發(fā)揮垂直綠化的優(yōu)勢(shì)。