成都三環(huán)高架橋下弱光環(huán)境特征及植物配置策略

唐瑞敏，朱可卉，盧佳瑩，雷 霆*

（四川農(nóng)業(yè)大學(xué)風(fēng)景園林學(xué)院，四川成都 611130）

高架橋的出現(xiàn)方便了人們的出行，也帶來了諸多不利影響，由于橋面覆蓋導(dǎo)致橋下造成一定的橋下“灰色”空間，橋下空間的有效利用亟需解決。橋陰綠化是我國高架橋下主要利用方式之一，但受橋下特殊環(huán)境限制，現(xiàn)有橋下綠化難以發(fā)揮良好作用。

過去僅有少量關(guān)于橋下綠化景觀建設(shè)[1,2]的研究，近年來，國內(nèi)學(xué)者開始對橋陰環(huán)境影響因子進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)光照是橋陰下植物生長的主要因素之一。王雪瑩[3]利用光量子儀對橋陰光照特性測試研究，探討適合植物光補(bǔ)償點的生長區(qū)域。殷麗華[4]研究了武漢高架橋下光環(huán)境變化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)不同走向、高寬比以及橋體分離縫寬度對橋陰綠地的采光影響。受地理位置以及氣候的影響，為進(jìn)一步精確成都市高架橋下光照變化與植物需光最相關(guān)PAR（光合有效輻射Photosynthetically Active Radiation）之間的匹配程度，分析橋陰自然光環(huán)境中與綠化植物需光最密切的PAR分布規(guī)律。探尋橋陰環(huán)境下合理的植物配置模式。合理配置已建和將建的高架橋的橋陰綠化模式，對消除“灰色”空間、提高城市土地使用效率以及改善城市景觀等有重要意義。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

為模擬測試成都市高架橋橋陰環(huán)境的光合有效輻射變化規(guī)律提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù)來源，及為日后綠化配置模式提供原型來參考改善，本次主要選取成都市三環(huán)走向具有代表性的8座樣本橋：①東西走向的琉璃立交、川陜立交；②南北走向的天府立交、成南立交；③東北西南走向的成綿立交、成彭立交；④西北東南走向的武侯立交、川藏立交。

1.2 調(diào)查方法

1.2.1 現(xiàn)場調(diào)查勘測。①高架橋的長度測量：根據(jù)橋梁的變化趨勢將橋梁分為3段依次為：上升段、緩平段以及下降段。然后每段測量橋墩數(shù)量，利用紅外線測距儀測量各橋墩之間距離以及橋墩直徑大小，最后數(shù)據(jù)匯總，便是整座橋梁總體長度。②高架橋的上升坡度的測量：每隔10m進(jìn)行1次橋梁高度測量，統(tǒng)計記錄其變化范圍，上升至最高處，從此處每隔5m向兩邊延展再次進(jìn)行高度測試并記錄數(shù)據(jù)，橋梁高度處于最高且周圍高度變化不大的區(qū)域便是橋梁的平緩區(qū)。③高架橋的寬度測量：利用定點的方法，將同一線上橋兩側(cè)外邊垂直投影至地面，測量的兩點間距離便是橋梁寬度。④具體樣本橋橋陰下綠化現(xiàn)狀及樣本橋周邊環(huán)境的大致情況調(diào)查。⑤匯總8座樣本橋基本信息（如表1）。

表1 8座高架橋具體信息

1.2.2 計算機(jī)模型建立以及模擬數(shù)據(jù)的測定。①根據(jù)實際測定的橋梁數(shù)據(jù)，如橋梁的高寬、走向以及周圍環(huán)境，通過軟件Autodesk Ecotect Analysis 2011建立8座橋以及周邊環(huán)境大致模型。②利用Ecotect軟件中的weather tool插件中，“CHN_Chengdu_CSWD.wea”的成都?xì)夂驍?shù)據(jù)，根據(jù)不同樣本橋的實際規(guī)模進(jìn)行分析網(wǎng)格設(shè)置，利用工具欄中的CALCULATE（計算）中的Solar Access Analysis，使用“Sky Factory＆Photosynthetically Active Radiation”對橋梁進(jìn)行模擬分析。③樣本高架橋的走向、不同的高寬比B值、在日分析段下不同走向下橋梁PAR的變化規(guī)律、具體橋梁橋下PAR變化區(qū)間以及植物光合參數(shù)與橋陰PAR單位換算。

①樣本高架橋的走向：本實驗主要包括南北、東西、東北西南和西北東南4個方位的走向。

②B值：高架橋下凈空高寬比值。

③光參數(shù)的單位換算[5]：

1MJ/m2·d=11×06J/m2×10×60×60s=27.78J/m2·s=27.78W/m2…………a

根據(jù)自然光換算關(guān)系 1 W/m2=4.6μmol·m-2·s-1，即

1MJ/m2·d=127.79μmol·m-2·s-1…………b

1.2.3 分析PAR變化規(guī)律探尋植物配置方案。根據(jù)橋陰環(huán)境模擬實驗分析結(jié)果，分析不同走向、不同B值的橋體對綠色植物生長之間的關(guān)系，并進(jìn)一步探討植物配置模式。

2 調(diào)查結(jié)論與分析

2.1 成都市樣本高架橋下PAR變化

2.1.1 高架橋走向?qū)蛳翽AR的影響。分析橋?qū)捈s在18m左右橋下凈空5m的4個走向的橋梁，得到以下結(jié)果。

圖1 夏至日（8：00～18：00）平均 PAR

圖2 冬至日（8：00～18：00）平均 PAR

圖3 4～10 月期間（8：00～18：00）每日平均 PAR

表2 夏至日各走向橋梁橋陰PAR對比

表3 冬至日各走向橋梁橋陰PAR對比

表4 4～10月各走向橋梁橋陰PAR對比

由表可知：（1）南北走向橋下平均PAR、高PAR面積比、橋陰最小PAR3個指標(biāo)較突出，但其最高值在冬至日不及東西走向。（2）東西走向下PAR線呈對稱性帶狀分布、南北走向下等PAR線呈對稱波狀分布，東北西南、西北東南走向呈不對稱性分布。（3）東西走向橋下PAR分布不均，北側(cè)受光較少，在有效生長期內(nèi)，高PAR主要集中在其南邊，僅占23.1%，不及南北走向的一半，東北西南走向的橋梁受光偏向西北側(cè)，西北東南走向受光偏向于其東北側(cè)，3個時段內(nèi)的高PAR所占面積比較低。

2.1.2 不同B值對橋陰PAR的影響。選B值最高的南北走向天府立交作為樣本橋進(jìn)行對比，在同時段、同環(huán)境、不同B值的條件下分析其橋陰的PAR變化規(guī)律，利用不同高度的分析網(wǎng)格，將B值按照等差變化來比較起變化規(guī)律，根據(jù)weather tool的數(shù)據(jù)分析可以得出的成都市較好走向（南北走向偏東15°）和較差走向（東西朝向偏北15°）進(jìn)行模擬實驗，得到表5。

表5 不同B值橋梁橋陰PAR對比

根據(jù)表5得到不同走向橋下B值與橋下PAR變化的關(guān)系：

其中Y代表平均PAR，x代表橋梁B值，A代表走向較好的橋梁，B代表走向較差的橋梁，Y’代表較低PAR（PAR＜1 MJ/m2·d）所占面積比，Y”代表較高 PAR（PAR≥1.35 MJ/m2·d）所占面積比。

結(jié)果：①當(dāng)B值增加到0.273時，Y’A減少明顯，而Y’B無明顯變化，當(dāng)B值增加到0.338時，Y’A依舊減少明顯，而Y’B出現(xiàn)轉(zhuǎn)折點，開始緩慢下降，說明走向?qū)蜿嶱AR有明顯影響。

②根據(jù)公式（3），植物生長期間Y’A近似為0時，分別對應(yīng)的B值為0.425，即18 m寬的高架橋橋下凈空高度為7.65 m時，基本無低PAR區(qū)域。

③根據(jù)公式（4），隨著B值的增大，較好走向下的橋下Y”A也在逐漸增加。

圖4 東西走向橋梁（琉璃立交、川陜立交）4～10月橋下PAR變化

圖5 南北走向橋梁（天府立交、成南立交）4～10月橋下PAR變化

2.1.3 樣本高架橋下4～10月橋下PAR變化。①東西走向橋梁（琉璃立交、川陜立交）4～10月橋下PAR變化。東西走向的2座橋梁橋陰PAR成對稱性分布，由橋頭向中間逐漸增大，琉璃立交最高PAR為2.40 MJ/m2·d，川陜立交為1.80 MJ/m2·d，兩橋最低PAR均為0.50 MJ/m2·d（圖 4）。②南北走向橋梁（天府立交、成南立交）4～10月橋下PAR變化。南北走向橋陰PAR呈對稱性分布，由橋頭向橋中間逐步增大，天府立交最高PAR達(dá)2.40 MJ/m2·d，橋下陰性非適生區(qū)較小，中部受光照強(qiáng)度較大，成南立交大部分屬弱光照區(qū)，最高PAR為1.69 MJ/m2·d（圖5）。

綜上所述：光照環(huán)境由強(qiáng)及弱順序為天府立交＞琉璃立交＞川陜立交＞成南立交。

③西北東南走向橋梁（武侯立交、川藏立交）4～10月橋下PAR變化。西北東南走向的兩座橋梁均出現(xiàn)單側(cè)受光較強(qiáng)情況，川藏立交最高PAR為2.80 MJ/m2·d，武侯立交最高為2.40 MJ/m2·d（圖6）。

圖6 西北東南走向橋梁（武侯立交、川藏立交）4～10月橋下PAR變化

圖7 東北西南走向橋梁（成綿立交、成彭立交）4～10月橋下PAR變化

表6 4座樣本橋4～10月平均PAR

表7 4座樣本橋PAR變化情況

④東北西南走向橋梁（成綿立交、成彭立交）4～10月橋下PAR變化。成綿立交橋下PAR分布均勻變化不大，主要由中心向兩側(cè)遞增，其東南側(cè)受光強(qiáng)稍強(qiáng)，最高PAR為2.40 MJ/m2·d，成彭立交橋頭出現(xiàn)非適生區(qū)，其中部受光均勻，橋梁東南側(cè)受光更強(qiáng)，最高PAR為2.40 MJ/m2·d（圖7）。

表8 4座樣本橋4～10月平均PAR

表9 4座樣本橋PAR變化情況

綜上所述：光照環(huán)境由強(qiáng)及弱順序為川藏立交＞武侯立交＞成彭立交＞成綿立交。

2.2 高架橋下現(xiàn)有植物

實地調(diào)查中，發(fā)現(xiàn)橋下常見植物22種。按其對太陽輻射強(qiáng)度的適應(yīng)程度分為陽性植物、陰性植物、中性植物3類[6]。陽性植物需光多，一般最低照度在1000Lx（18.5μmol/m2·s以上[4]），陰性植物光補(bǔ)償點一般300Lx（6.2μmol/m2·s），中性界于兩者間。本研究將橋陰植物分為3大類，9小類（見表11、表12）。

表10 植物分類依據(jù)

表11 植物分類

3 意見與建議

3.1 橋陰下植物配置建議

上文中的橋陰PAR匹配所查的植物的光合參數(shù)得出以下植物配置圖。

圖8 琉璃立交橋下植物配置模式

圖9 川陜立交橋下植物配置模式

圖10 天府立交橋下植物配置模式

圖11 成南立交橋下植物配置模式

圖12 武侯立交橋下植物配置模式

圖13 川藏立交橋下植物配置模式

圖14 成綿立交橋下植物配置模式

圖15 成彭立交橋下植物配置模式

上圖黑色部分代表非適生區(qū)，即橋下低矮且光照未能滿足植物基本生長所需的區(qū)域，適合栽植1-A、2-A類植物的一般位于橋中心黃色區(qū)域（平均PAR在0.60～1.20 MJ/m2·d 即 76.67～153.35 μmol/m2·s），適合栽植2-A、3-A、1-B類植物一般位于橋中心靠外的綠色區(qū)域（平均PAR在1.20～2.06 MJ/m2·d，即 153.35～263.24 μmol/m2·s），適合栽植 2-B、3-B 類植物（平均 PAR 在 2.06～2.60 MJ/m2·d，即 263.24～332.254μmol/m2·s），1-C、2-C、3-C類植物一般位于橋外側(cè)邊緣淺綠區(qū)域（平均PAR在2.60 MJ/m2·d以上即在339.92 μmol/m2·s以上）。

3.2 新型植物配置建議

在景觀層次上，可以種植一些景觀效果更高的且適應(yīng)性較強(qiáng)的植物進(jìn)行橋下空間綠化，參照有關(guān)書籍[7-11]篩選出合適的植物（如表12）。

在植物的種植搭配上一般采用喬灌草的搭配方式，并且根據(jù)不同走向、不同B值橋梁的特點，對其進(jìn)行適性配置，在橋陰下盡量選種低矮耐性強(qiáng)的草本或是灌木植物，在外側(cè)選擇景觀效果較好，且能起到一定遮擋效果的植物。

表12 可選橋下景觀植物

對于南北走向的橋梁，由于兩側(cè)受光良好以對稱，因此在可選擇的植物上范圍更加廣泛。對于東西走向的橋梁，由于受光的抑制性，選擇一些更加耐陰濕的植物，并且適當(dāng)?shù)脑黾悠渲参锓N類、色彩上的多樣性。

對于東北西南走向以及西北東南走向的橋梁，前者光照偏向于橋梁西北方，后者光照偏向于橋梁西南方，因此在植物的布局上按其光照變化規(guī)律進(jìn)行布置，在植物選擇上一般耐陰性植物即可，布局分別由橋梁中心低光照區(qū)向兩側(cè)受光區(qū)分布。