城市屋頂開(kāi)放空間的綜合利用

(鹽城師范學(xué)院城市與資源環(huán)境學(xué)院，江蘇 鹽城224002）

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，人們對(duì)城市環(huán)境質(zhì)量和品質(zhì)的要求日益提高，城市發(fā)展逐步進(jìn)入注重發(fā)展質(zhì)量的新時(shí)期。在我國(guó)許多城市，從20世紀(jì)90年代起，涌現(xiàn)出 “綠色城市”、“城市花園”、“城市廣場(chǎng)”、“步行街”等城市開(kāi)放空間的建設(shè)熱潮[1-2]。城市開(kāi)放空間在眾多國(guó)內(nèi)外建筑師、規(guī)劃師和地理學(xué)家提出的城市規(guī)劃概念中均扮演著重要角色，當(dāng)前規(guī)劃界興起的 “可持續(xù)城市”和 “生態(tài)城市”的發(fā)展新模式又賦予城市開(kāi)放空間新的內(nèi)涵和發(fā)展動(dòng)力[3-4]。而傳統(tǒng)城市規(guī)劃的內(nèi)容是對(duì)非開(kāi)放空間的空間組織管理，傳統(tǒng)城市地理學(xué)的研究重點(diǎn)主要是以城市建筑實(shí)體為對(duì)象的城市空間組織[5]。在此背景下，如何保護(hù)和再利用有限的城市開(kāi)放空間，實(shí)現(xiàn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和空間發(fā)展的有機(jī)結(jié)合，使城市健康發(fā)展，是值得大家思考的問(wèn)題，應(yīng)當(dāng)受到足夠的重視。

1 城市開(kāi)放空間的概念及系統(tǒng)構(gòu)成

1．1 城市開(kāi)放空間的概念

現(xiàn)代意義上的城市開(kāi)放空間大約出現(xiàn)于1877年，即在英國(guó)倫敦制定的 《大都市開(kāi)放空間法》中。在1906年修編的 《開(kāi)放空間法》將開(kāi)放空間定義為：任何圍合或是不圍合的用地，其中沒(méi)有建筑物，或者少于1／20的用地有建筑物，剩余用地用作公園或娛樂(lè)，或者是堆放廢棄物，或是不被利用[6]。這是開(kāi)放空間的最早定義，也是適應(yīng)當(dāng)時(shí)人們生活及城市管理而產(chǎn)生的。

由于時(shí)代的不同和研究要求的不同，不同國(guó)家或?qū)W者對(duì)城市開(kāi)放空間的概念界定也有不同。如，1906年英國(guó)修編的開(kāi)放空間法(open space act）對(duì)開(kāi)放空間強(qiáng)調(diào)的是有休閑功能的庭院空間[7]，美國(guó)1961年房屋法對(duì)開(kāi)放空間(open space）的規(guī)定強(qiáng)調(diào)的是具有自然特征的環(huán)境空間，日本學(xué)者高原榮重認(rèn)為開(kāi)放空間是由公共綠地和私有綠地組成，強(qiáng)調(diào)的是城市的綠色空間[8]。在我國(guó)，部分學(xué)者認(rèn)為，開(kāi)放空間是指城市公共外部空間，包括自然風(fēng)景、道路、廣場(chǎng)、休憩空間和公共綠地等[9]；也有學(xué)者認(rèn)為，開(kāi)放空間一方面指較少封閉、比較開(kāi)闊和空間限定要素較少的空間，另一方面指向大眾開(kāi)放的為多數(shù)民眾提供服務(wù)的空間，不僅指綠地園林這些園林景觀，而且城市的廣場(chǎng)、街道、巷弄、庭院等要素也都在其范圍內(nèi)[6]。上述的種種對(duì)開(kāi)放空間的定義，有些相似，有些有較大的差距，因?yàn)椴煌芯糠较蚝土⒎ń嵌炔煌?，在所難免。但是，綜合國(guó)外對(duì)城市開(kāi)放空間100多年來(lái)的理論研究和實(shí)踐，以及我國(guó)城市發(fā)展的現(xiàn)狀，城市開(kāi)放空間在目前應(yīng)當(dāng)有更深層次的內(nèi)涵。這里的城市開(kāi)放空間是指在一定的城市區(qū)域范圍內(nèi)，為人們提供公共活動(dòng)的自然或人為的外部開(kāi)放空間系統(tǒng)。

1．2 城市開(kāi)放系統(tǒng)的構(gòu)成

城市開(kāi)放空間系統(tǒng)有水平系統(tǒng)和垂直系統(tǒng)2大支撐平臺(tái)構(gòu)成，水平支撐平臺(tái)下，有綠色開(kāi)放空間和灰色開(kāi)放空間2大支撐體系，綠色開(kāi)放空間體系包括綠地、園林和水體3要素；灰色開(kāi)放空間體系包括對(duì)外交通空間、對(duì)內(nèi)交通空間、廣場(chǎng)和未綠化的空閑空地4要素。垂直支撐平臺(tái)下，也有2大支撐體系，分別是地上和地下支撐體系，地下體系主要有停車場(chǎng)、商場(chǎng)、通勤道路和倉(cāng)儲(chǔ)4要素組成，地上主要指建筑屋頂?shù)拈_(kāi)放空間要素。

2 城市屋頂開(kāi)放空間的綜合利用

建筑屋頂空間是指在建筑上部由建筑外屋頂面和垂直護(hù)墻圍合起來(lái)的建筑外部開(kāi)放空間，是城市開(kāi)放空間系統(tǒng)的支撐體系的要素之一。我國(guó)各地建造的房屋多是平屋頂，許多房屋沒(méi)有上屋頂?shù)臉翘?，大多是薄板的平屋面，以往許多年來(lái)，這些屋頂除遮陽(yáng)擋雨外，再無(wú)用處，頂層的住戶常受夏熱冬寒之苦，在城市視覺(jué)上也覺(jué)得單調(diào)、呆板。因此，屋頂不能有效發(fā)揮其使用功能，成了一種閑置資產(chǎn)，既不利于合理開(kāi)發(fā)和利用，也造成了巨大的浪費(fèi)。

2．1 光伏發(fā)電

光伏發(fā)電是利用半導(dǎo)體界面的光生伏特效應(yīng)而將光能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N技術(shù)。1839年，法國(guó)科學(xué)家貝克雷爾(Becqurel）發(fā)現(xiàn)，光照能使半導(dǎo)體材料的不同部位之間產(chǎn)生電位差。這種現(xiàn)象后來(lái)被稱為 “光生伏打效應(yīng)”，簡(jiǎn)稱 “光伏效應(yīng)”。1954年，美國(guó)科學(xué)家恰賓和皮爾松在美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室首次制成了實(shí)用的單晶硅太陽(yáng)電池，誕生了將太陽(yáng)光能轉(zhuǎn)換為電能的實(shí)用光伏發(fā)電技術(shù)。

太陽(yáng)能并網(wǎng)屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)具有許多優(yōu)點(diǎn)，如安全可靠、無(wú)噪音、無(wú)污染；能量隨處可得，無(wú)需消耗燃料；無(wú)機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)部件，維護(hù)簡(jiǎn)便，使用壽命長(zhǎng)；建設(shè)周期短，規(guī)模大小隨意；可以無(wú)人值守，也無(wú)需架設(shè)輸電線路，還可方便與建筑物相結(jié)合等；尤其是方便與建筑物相結(jié)合是常規(guī)發(fā)電和其他發(fā)電方式所不及的，也是建筑屋頂開(kāi)放空間利用方式之一。在國(guó)外一些發(fā)達(dá)國(guó)家在20世紀(jì)90年代初就開(kāi)始這方面的應(yīng)用研究，如德國(guó)在1990年在世界上率先推出 “1000屋頂計(jì)劃”，美國(guó)于1997年6月開(kāi)始實(shí)施“百萬(wàn)太陽(yáng)能屋頂計(jì)劃”，日本在1994年開(kāi)始實(shí)施 “朝日七年計(jì)劃”以及還有歐盟的100萬(wàn)套屋頂太陽(yáng)能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)計(jì)劃框架。預(yù)計(jì)到2010年，以上國(guó)家和地區(qū)用于房頂發(fā)電系統(tǒng)的太陽(yáng)電池超過(guò)12000MW，約相當(dāng)于1200萬(wàn)千瓦常規(guī)發(fā)電站，無(wú)論是環(huán)保效益、經(jīng)濟(jì)效益都極具規(guī)模[6]。

光伏發(fā)電將在中國(guó)未來(lái)的電力供應(yīng)中扮演重要的角色，預(yù)計(jì)到2010年中國(guó)的光伏發(fā)電累計(jì)裝機(jī)容量將達(dá)到600MW，2020年累計(jì)裝機(jī)將達(dá)到30GW，2050年將達(dá)到100GW。根據(jù)電力科學(xué)院的預(yù)測(cè)，到2050年中國(guó)可再生能源發(fā)電將占到全國(guó)總電力裝機(jī)的25%，其中光伏發(fā)電占到5%。但在建筑屋頂?shù)拈_(kāi)放空間上的到現(xiàn)在幾乎還是空白，目前只有上海市在做這方面的論證研究。

2．2 屋頂綠化

屋頂綠化或屋頂花園起源于公元前2000年左右的古代幼發(fā)拉底河地區(qū)(即現(xiàn)在的伊拉克），古代蘇美爾人建造的最古老名城之一Ur城的亞敘古廟塔，或稱 “大廟塔”，是屋頂綠化的發(fā)源地?？脊虐l(fā)現(xiàn)該塔三層平臺(tái)上有種植過(guò)大樹(shù)的痕跡[10]。

屋頂綠化，就是指在建筑物屋頂平面種植植物，以擴(kuò)大城市綠色面積和空間，是改善城市生態(tài)環(huán)境的重要途徑之一。這種綠化方式在北美各國(guó)及新西蘭、澳大利亞等國(guó)家普遍流行，歐洲一些國(guó)家也很熱衷。亞洲地區(qū)的新加坡、日本等國(guó)更是將屋頂綠化作為建筑設(shè)計(jì)中不可或缺的一部分。我國(guó)起步較晚，僅從20世紀(jì)80年代初才開(kāi)始嘗試屋頂綠化，但隨著現(xiàn)代城市經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和房地產(chǎn)行業(yè)的進(jìn)步，屋頂綠化也正在逐步快速發(fā)展。屋頂綠化之所以能夠被各國(guó)所接受，無(wú)疑是有著充分的合理性以及重要意義。

2．2．1 屋頂綠化的文化意義

不同風(fēng)格類型的屋頂綠化成功的事例，體現(xiàn)出了現(xiàn)代科技和材料的發(fā)展和繁華的建筑創(chuàng)作所帶給人民的生活方式的革命性的改變。屋頂綠化是在建筑屋頂場(chǎng)所中綜合體現(xiàn)了園林藝術(shù)、建筑藝術(shù)，它是屋頂文化的發(fā)展和延續(xù)，是屋頂居住文化的再創(chuàng)新[6]。

2．2．2 屋頂綠化的生態(tài)效應(yīng)

首先，屋頂綠化是政府增加城市綠化面積和人均綠化率的主要方法途徑。其次，屋頂綠色植物通過(guò)光合作用吸收空氣中的CO2和CO，放出大量氧氣，改善和凈化空氣的功能，它是環(huán)境中CO2和CO的調(diào)節(jié)劑。第三，是蓄積吸收雨水。屋面雨水由于受污染不大，水質(zhì)較好，稍加處理甚至不需處理即可用于一般城市用水，如沖洗廁所、澆灌綠地或用作水景；此外，對(duì)雨水的緩沖和截流功能會(huì)減少城市中由屋頂收集排放的雨水量，減輕城市排水系統(tǒng)的工作壓力，進(jìn)而可以減少市政設(shè)施的投資。第四，就是綠光波的保健功能，資料證明，照射到植物上面的陽(yáng)光有20%～25%被葉面反射，林中及草坪上的綠光波能夠保護(hù)人的眼睛，減少刺激。第五，是屋頂綠化能調(diào)節(jié) “小氣候”，降低城市 “熱島強(qiáng)度”，當(dāng)外界溫度大約在30℃時(shí)，沒(méi)有綠化的屋頂面可以達(dá)到40～50℃，而有屋頂綠化的的屋頂基層10cm的溫度則為的20℃[9]。第六，是降低城市噪音污染，實(shí)施屋頂綠化后的屋頂與沙礫屋頂相比，可降低噪聲2～3dB。屋頂土層在12cm厚時(shí)隔音大約為40dB，土層厚度在20cm時(shí)隔音大概為46dB；最后生物相恢復(fù)效果也很明顯。

2．2．3 屋頂綠化的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)

首先，屋頂綠化能保護(hù)屋頂建筑構(gòu)造層。外界溫度的變化會(huì)引起屋頂構(gòu)造的膨脹和收縮，會(huì)使屋頂產(chǎn)生裂縫，從而導(dǎo)致雨水下滲。而屋頂綠色植物有效阻擋了陽(yáng)光、紫外線對(duì)屋頂面的直射和輻射及雨水的直接接觸，加上對(duì)夏天和冬天的極端溫度調(diào)節(jié)，防止了建筑結(jié)構(gòu)的大幅度熱脹冷縮現(xiàn)象，在一定程度上保護(hù)了建筑資源和建筑安全，因此說(shuō)屋頂綠化可以保護(hù)建筑物，并且可以延長(zhǎng)其使用壽命。其次，屋頂綠化能節(jié)約能源。屋頂綠化可使建筑物周圍環(huán)境溫度下降0．52～1℃[11]。據(jù)有關(guān)資料表明，盛夏時(shí)屋頂綠化能使室內(nèi)溫度下降2～4℃，可使空調(diào)用電量減少20%～40%。有研究表明，綠色屋頂至少可以減少5%～15%的夏季用電量，大面積屋頂綠化，可緩解夏季城市的電能緊張的局面。第三，屋頂綠化是緩解城市土地緊張矛盾的重要途徑之一。屋頂花園由于合理的利用了閑置的屋頂空間，為城市中高密度聚居區(qū)居民提供了戶外交往活動(dòng)的空間；它拓展了城市土地的傳統(tǒng)的平面利用，提高了城市土地資源的利用率，是緩解城市土地供給緊張矛盾的重要途徑[8]。此外，屋頂綠化提高了建筑的檔次和品質(zhì)，促進(jìn)了房地產(chǎn)的銷售，也促進(jìn)科學(xué)技術(shù)及材料、設(shè)備方面的發(fā)展。

2．3 其他用途

屋頂開(kāi)放空間的其他用途，沒(méi)有以上兩種應(yīng)用的廣泛，有的只是在個(gè)別建筑單體屋頂有所采用，如屋頂網(wǎng)球場(chǎng)、直升機(jī)停機(jī)坪等，屋頂網(wǎng)球場(chǎng)一般多為商業(yè)建筑頂層采用較多，如會(huì)館、酒店等，其他一些公共建筑的屋頂也有，但不多見(jiàn)；而直升機(jī)停機(jī)坪在國(guó)內(nèi)更為少見(jiàn)，在特大城市的特殊功能建筑和一些高層建筑的屋頂可能設(shè)計(jì)有，如指揮中心、大型消防站等。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)和城市建設(shè)的飛速發(fā)展，大中城市的超高層建筑不斷增多，其中設(shè)置屋頂直升機(jī)停機(jī)坪的建筑也愈來(lái)愈多，由于 《高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》的出臺(tái)，這些高層屋頂也有直升機(jī)的停機(jī)坪。

3 結(jié)語(yǔ)

城市屋頂開(kāi)放空間的利用能提高土地資源利用率，充分利用曾被建筑師們忽視的建筑外部空間，改善城市中高密度聚居區(qū)居民戶外活動(dòng)環(huán)境。通過(guò)在高密度聚居區(qū)的跨街天橋，將進(jìn)一步完善城市立體開(kāi)放空間系統(tǒng)開(kāi)發(fā)利用。目前，我國(guó)正處于城市化高速發(fā)展階段，急劇增加的城市建設(shè)活動(dòng)與城市緊張的土地供給問(wèn)題及嚴(yán)峻的城市生態(tài)環(huán)境危機(jī)，給規(guī)劃師、建筑師與景觀設(shè)計(jì)師們帶來(lái)了機(jī)遇和挑戰(zhàn)。無(wú)論是城市中心的高層建筑屋頂及群樓的開(kāi)放或半開(kāi)放的屋頂花園，還是在別墅屋頂、露臺(tái)上供家庭成員休息的場(chǎng)所，都是一個(gè)具有吸引力和豐富內(nèi)涵的戶外活動(dòng)環(huán)境。設(shè)計(jì)師們應(yīng)運(yùn)用理論與藝術(shù)引導(dǎo)土地使用者與從業(yè)者運(yùn)用新思維、新手段、新技術(shù)、新材料去創(chuàng)造城市、實(shí)現(xiàn)夢(mèng)想。

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