屋頂?shù)臍夂蜃兓适?/h1>
2013-12-29 00:00:00葉謙
中國科技教育 2013年10期
當人類祖先從山洞、樹洞和其他自然形成的庇護所搬出，住進自己搭建的“房屋”那一刻起，人類可以算是正式脫離了動物界。在很長一段時期，在全球大部分地區(qū)房屋所用的主要材料完全是就地取材，樹木、泥土與草混合是主要的建筑材料，而搭建屋頂也許是早期房屋技術(shù)含量最高的工作，這些簡陋的房屋為我們祖先擴展活動范圍提供了基本保障。但是，原始的房屋往往難以真正起到遮風擋雨的作用。特別是屋頂，基本上沒有防水功能。直到五千年前，中國人第一個發(fā)明了釉面黏土瓦后，這一狀況才有了根本性改變。希臘和巴比倫人在距今大約4—5千年，也發(fā)明了陶制屋頂瓦片。
當房屋已經(jīng)成為人類居住的主要場所時，人們對屋頂?shù)年P(guān)注也從原來的物理功能，更多地向它的裝飾功能發(fā)展。中國古代建筑的屋頂根據(jù)居住者的身份而有所不同。例如，屋面由四大坡、前后坡屋面相交形成一條正脊，兩山屋面與前后屋面相交形成4條垂脊構(gòu)成的廡殿建筑就是中國古代建筑中至高無上的形式。在等級森嚴的封建社會，作為中國古建筑中的最高型制，廡殿建筑常用于宮殿、壇廟一類皇家建筑，如故宮午門、太和殿等，其他官府和民間建筑則絕不允許采用廡殿這種建筑形式（圖1）。
在過去的200年，屋頂材料發(fā)生了重大變化。19世紀首先出現(xiàn)了黏土瓦的大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。100年后，初期以模仿陶瓦為目的的混凝土瓦片誕生，瀝青屋頂也在同時期出現(xiàn)了。今天，以鋼鐵、組合板、玻璃，化學合成品、瓷磚等各種材料生產(chǎn)的屋瓦被廣泛應用于全球建筑物上（圖2）。
隨著城市化的快速發(fā)展和氣候變暖的日趨加劇，在諸多遏制氣候變暖的舉措中，人們也開始關(guān)注城市建筑的屋頂，并在其上大做文章?？茖W檢測發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)在世界上超過90%的屋頂大多是深色的。在陽光直接照射下，深色屋頂表面溫度可達70？90℃。屋頂熱量增加一方面會增加建筑物冷卻能源消耗，另一方面會對周邊環(huán)境造成直接影響，加強了城市熱島效應。
要減少屋頂吸收熱量，目前主要有兩種途徑。相對簡單的方法是改變屋頂材料，使之減少對太陽輻射的吸收。諾貝爾物理學獎得主朱棣文在其任美國能源部部長時就曾廣為呼吁：將全世界屋頂刷成白色，以反射太陽光和熱量。簡單的計算表明，如果全球所有城市屋頂都漆成白色，可以增加10%的地球?qū)μ柟獾姆瓷?，相當于抵消?40億噸二氧化碳的增溫效應。需要指出的是，在實際中，由于城市建筑物的幾何形狀和建筑材料的復雜性，這種簡單方法的效果不一定如理論計算結(jié)果明顯。而開展屋頂綠化因此被認為是一舉多得的另一種途徑。
廣義而言，屋頂綠化是指在各類建筑物、構(gòu)筑物、城圍、立交橋等的屋頂、露臺、陽臺或大型人工假山山體上種植樹木花草的統(tǒng)稱。最早的屋頂花園可以追溯到公元前2000年左右，而最著名的古代屋頂花園是被列為“世界七大奇跡”、建于公元前604—562年的巴比倫空中花園?？脊虐l(fā)現(xiàn)，巴比倫空中花園是在平原地帶堆筑土山，并用石柱、石板、磚塊、鉛餅等壘起的臺子上層層建造宮室，處處種植花草樹木而成。在科技高度發(fā)達的今天，為了解決屋頂綠化植物的種植土壤不與大地土壤相連所產(chǎn)生的各種問題，包括建筑荷載、阻根防水、蓄排水系統(tǒng)、過濾系統(tǒng)、輕型營養(yǎng)基質(zhì)、適合屋頂生長的各類植物，以及園林小品等，由建筑、園林、材料、環(huán)境、工程等諸多學科的科學家和工程師合作，再現(xiàn)了巴比倫空中花園的奇觀。其中，位于日本福岡的ACROS就是一個典型代表。這個帶有巨型樓頂階梯花園的建筑在高于地面60？m處種植了76個品種共35？000株植物（圖3）。
聯(lián)合國相關(guān)機構(gòu)研究表明，當屋頂綠化總量達到城市建筑的70%時，二氧化碳含量下降了80%，夏天氣溫下降5？10℃。除此以外，由于屋頂綠化還具有節(jié)約能源、延長建筑物壽命、凈化大氣、減少雨水流失量、節(jié)省公共事業(yè)開支等眾多優(yōu)點，因此，自20世紀60年代起，發(fā)達國家的一些城市開始大規(guī)模推廣屋頂綠化。經(jīng)過科學家和工程師們半個世紀不斷的科研與實踐，屋頂綠化技術(shù)日漸成熟，可以預期，千姿百態(tài)、風格各異、風景綺麗的屋頂花園將在改善城市生態(tài)環(huán)境、增加城鎮(zhèn)的人均綠地面積、減緩氣候變化等方面起到更為積極的作用。
葉謙，博士，曾任中國氣象科學研究院兼職研究員、中國氣象局華風影視集團高級顧問、世界氣象組織北京2008年奧運會預報演示項目社會經(jīng)濟影響評價課題首席科學家?，F(xiàn)任國際全球環(huán)境變化人文影響中國委員會（CNC-IHDP）副秘書長、國際全球環(huán)境變化人文影響計劃（IHDP）主任特別顧問，IHDP核心計劃綜合風險防范計劃執(zhí)行主任。研究領(lǐng)域包括：衛(wèi)星氣候?qū)W、氣候變化的社會經(jīng)濟影響及全球變化等。
當人類祖先從山洞、樹洞和其他自然形成的庇護所搬出，住進自己搭建的“房屋”那一刻起，人類可以算是正式脫離了動物界。在很長一段時期，在全球大部分地區(qū)房屋所用的主要材料完全是就地取材，樹木、泥土與草混合是主要的建筑材料，而搭建屋頂也許是早期房屋技術(shù)含量最高的工作，這些簡陋的房屋為我們祖先擴展活動范圍提供了基本保障。但是，原始的房屋往往難以真正起到遮風擋雨的作用。特別是屋頂，基本上沒有防水功能。直到五千年前，中國人第一個發(fā)明了釉面黏土瓦后，這一狀況才有了根本性改變。希臘和巴比倫人在距今大約4—5千年，也發(fā)明了陶制屋頂瓦片。
當房屋已經(jīng)成為人類居住的主要場所時，人們對屋頂?shù)年P(guān)注也從原來的物理功能，更多地向它的裝飾功能發(fā)展。中國古代建筑的屋頂根據(jù)居住者的身份而有所不同。例如，屋面由四大坡、前后坡屋面相交形成一條正脊，兩山屋面與前后屋面相交形成4條垂脊構(gòu)成的廡殿建筑就是中國古代建筑中至高無上的形式。在等級森嚴的封建社會，作為中國古建筑中的最高型制，廡殿建筑常用于宮殿、壇廟一類皇家建筑，如故宮午門、太和殿等，其他官府和民間建筑則絕不允許采用廡殿這種建筑形式（圖1）。
在過去的200年，屋頂材料發(fā)生了重大變化。19世紀首先出現(xiàn)了黏土瓦的大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。100年后，初期以模仿陶瓦為目的的混凝土瓦片誕生，瀝青屋頂也在同時期出現(xiàn)了。今天，以鋼鐵、組合板、玻璃，化學合成品、瓷磚等各種材料生產(chǎn)的屋瓦被廣泛應用于全球建筑物上（圖2）。
隨著城市化的快速發(fā)展和氣候變暖的日趨加劇，在諸多遏制氣候變暖的舉措中，人們也開始關(guān)注城市建筑的屋頂，并在其上大做文章?？茖W檢測發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)在世界上超過90%的屋頂大多是深色的。在陽光直接照射下，深色屋頂表面溫度可達70？90℃。屋頂熱量增加一方面會增加建筑物冷卻能源消耗，另一方面會對周邊環(huán)境造成直接影響，加強了城市熱島效應。
要減少屋頂吸收熱量，目前主要有兩種途徑。相對簡單的方法是改變屋頂材料，使之減少對太陽輻射的吸收。諾貝爾物理學獎得主朱棣文在其任美國能源部部長時就曾廣為呼吁：將全世界屋頂刷成白色，以反射太陽光和熱量。簡單的計算表明，如果全球所有城市屋頂都漆成白色，可以增加10%的地球?qū)μ柟獾姆瓷?，相當于抵消?40億噸二氧化碳的增溫效應。需要指出的是，在實際中，由于城市建筑物的幾何形狀和建筑材料的復雜性，這種簡單方法的效果不一定如理論計算結(jié)果明顯。而開展屋頂綠化因此被認為是一舉多得的另一種途徑。
廣義而言，屋頂綠化是指在各類建筑物、構(gòu)筑物、城圍、立交橋等的屋頂、露臺、陽臺或大型人工假山山體上種植樹木花草的統(tǒng)稱。最早的屋頂花園可以追溯到公元前2000年左右，而最著名的古代屋頂花園是被列為“世界七大奇跡”、建于公元前604—562年的巴比倫空中花園?？脊虐l(fā)現(xiàn)，巴比倫空中花園是在平原地帶堆筑土山，并用石柱、石板、磚塊、鉛餅等壘起的臺子上層層建造宮室，處處種植花草樹木而成。在科技高度發(fā)達的今天，為了解決屋頂綠化植物的種植土壤不與大地土壤相連所產(chǎn)生的各種問題，包括建筑荷載、阻根防水、蓄排水系統(tǒng)、過濾系統(tǒng)、輕型營養(yǎng)基質(zhì)、適合屋頂生長的各類植物，以及園林小品等，由建筑、園林、材料、環(huán)境、工程等諸多學科的科學家和工程師合作，再現(xiàn)了巴比倫空中花園的奇觀。其中，位于日本福岡的ACROS就是一個典型代表。這個帶有巨型樓頂階梯花園的建筑在高于地面60？m處種植了76個品種共35？000株植物（圖3）。
聯(lián)合國相關(guān)機構(gòu)研究表明，當屋頂綠化總量達到城市建筑的70%時，二氧化碳含量下降了80%，夏天氣溫下降5？10℃。除此以外，由于屋頂綠化還具有節(jié)約能源、延長建筑物壽命、凈化大氣、減少雨水流失量、節(jié)省公共事業(yè)開支等眾多優(yōu)點，因此，自20世紀60年代起，發(fā)達國家的一些城市開始大規(guī)模推廣屋頂綠化。經(jīng)過科學家和工程師們半個世紀不斷的科研與實踐，屋頂綠化技術(shù)日漸成熟，可以預期，千姿百態(tài)、風格各異、風景綺麗的屋頂花園將在改善城市生態(tài)環(huán)境、增加城鎮(zhèn)的人均綠地面積、減緩氣候變化等方面起到更為積極的作用。
葉謙，博士，曾任中國氣象科學研究院兼職研究員、中國氣象局華風影視集團高級顧問、世界氣象組織北京2008年奧運會預報演示項目社會經(jīng)濟影響評價課題首席科學家?，F(xiàn)任國際全球環(huán)境變化人文影響中國委員會（CNC-IHDP）副秘書長、國際全球環(huán)境變化人文影響計劃（IHDP）主任特別顧問，IHDP核心計劃綜合風險防范計劃執(zhí)行主任。研究領(lǐng)域包括：衛(wèi)星氣候?qū)W、氣候變化的社會經(jīng)濟影響及全球變化等。
