高層建筑設計中攀爬式垂直綠化應用

黃佳敏 徐斌 余江勇

摘要：指出了垂直綠化作為實現(xiàn)綠色建筑的有效方式之一，在實施過程中仍遇到很多挑戰(zhàn)，其安全性、可持續(xù)性是阻礙垂直綠化在建筑設計中推廣實施的重要原因。通過總結(jié)佛山市保利華苑垂直綠化項目的設計經(jīng)驗，從攀爬式垂直綠化的設計策略、結(jié)構(gòu)設計、后期維護設施設計、灌溉設計、植物配置方面分別探討了攀爬式垂直綠化在城市建筑設計中的應用技術(shù)。提出了其穩(wěn)固的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、可持續(xù)發(fā)展的建筑表皮綠化形式，對我國高層建筑垂直綠化技術(shù)的發(fā)展具有一定的借鑒作用。

關(guān)鍵詞：攀爬式;垂直綠化;高層建造設計

中圖分類號：TU986 文獻標識碼：A 文章編號：1674-9944（2019）17-0057-03

1 引言

隨著我國城市化的建設發(fā)展，城市高樓林立，建筑密度增大致使綠化面積急劇減少，引發(fā)了全球普遍性氣候變化。城市人口密度越大，越需要我們建設可持續(xù)發(fā)展的生態(tài)景觀來減少能源消耗和應對氣候變化口而且高層建筑樣式大同小異，使得大部分城市景觀趨向于均質(zhì)化，混凝土建筑外立面看起來冰冷沒有生機[1]。把垂直綠化融入到建筑設計中，為建筑生態(tài)設計提供一種可能。對于建筑本身，植物墻的效益包括有降低建筑能耗，給予建筑外墻保護，減少室內(nèi)噪音，提高房產(chǎn)價值;在城市層面上，植物墻的益處包括有降低城市熱島效益、減少大氣碳含量，提高空氣質(zhì)量，美化城市景觀以及提供生物的多樣性。

目前國內(nèi)外建筑外立面綠化方式大致分為兩大類：攀爬自然式和種植模塊式口對于高層建筑，種植模塊植物墻因造價高，結(jié)構(gòu)復雜，種植盒老化等潛在安全隱患，不利于植物在建筑上的可持續(xù)性生長。攀爬式垂直綠化具有很強的實用性和經(jīng)濟性，不僅建造及養(yǎng)護費用較低，而且植物在前期養(yǎng)護得當?shù)那闆r下，后期植物的生長穩(wěn)定性越來越高。攀爬式垂直綠化根據(jù)是否直接附墻生長，可以分為附壁攀爬式和離壁牽引攀爬式。傳統(tǒng)的附壁攀爬式早已在建筑中應用，依附型攀援植物利用植物的吸盤、氣生根、卷須等直接攀援在墻壁上，不需要附屬支架就可附著于墻體表面生長，墻面越粗糙對植物攀附越有利口但是，攀援類植物一旦扎根或依附于建筑物墻體，無論墻體是什么材質(zhì)，墻體結(jié)構(gòu)都容易被破壞[2]。所以附壁攀爬式難以大規(guī)模應用于城市建筑的垂直綠化。隨著技術(shù)的發(fā)展，植物墻綠化結(jié)構(gòu)也在逐步優(yōu)化克服著自身的不足，根據(jù)建筑設計需要對攀援植物進行輔助牽引，進而可以廣泛應用于建筑墻體。本文以保利華苑建筑立面垂直綠化設計項目為例，探討了攀爬式垂直綠化在城市建筑設計中的應用，為我國高層建筑垂直綠化技術(shù)的發(fā)展提供借鑒依據(jù)。

2 保利華苑建筑立面垂直綠化項目概況及策略

2.1 項目概況

保利華苑建筑立面垂直綠化項目位于佛山市禪城區(qū)物華路，樓高19層。佛山地區(qū)東西向日照時間較長，為了更好地體現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的理念，保利華苑建筑立面設計將綠化表皮作為建筑外立面的一部分，不僅改善了周邊環(huán)境也提高了建筑的親和力。傳統(tǒng)建筑立面通常都是硬化貼面或者玻璃幕墻材質(zhì)，對熱量的吸收大，并將熱量傳遞到到建筑內(nèi)部。為了減少室內(nèi)吸熱，本項目分別在建筑的東面和西面設置了寬度4.8m，高度53.5 m，共2面攀爬式垂直綠化帶。另外，在相鄰墻面4層、8層、12層、16層的位置，建造了幾座懸挑式的空中花園平臺，種植有特色的花草和灌木，為人們提供與自然互動的機會（圖1）。將水平綠化和垂直綠化融入在建筑設計當中，不僅美化了建筑的視覺觀感，還能吸收陽光輻射，提高空氣質(zhì)量。

2.2 垂直綠化設計策略

本項目建筑樓層較高，出于安全性和整體綠化效果考慮，設計師決定采用鍍鋅鋼網(wǎng)架系統(tǒng)對攀爬植物進行牽引和支撐，并且提出“雙重立面”的設計構(gòu)想?！半p重立面”即整個綠化系統(tǒng)與建筑外立面分離，植物順著攀援網(wǎng)架向上攀爬，不與建筑立面直接接觸，避免了植物對建筑的侵蝕[3]。這種垂直綠化結(jié)構(gòu)形式一方面為后期垂直綠化墻維護提供了空間，另一方面，綠化立面和建筑表面的空間產(chǎn)生煙囪效應，熱空氣在隔層內(nèi)逐漸上升，最終離開建筑體，從而減少建筑的吸熱，形成自然隔熱層，突出節(jié)能環(huán)保的設計理念。

為了保證垂直綠化墻的安全性及可持續(xù)性，在建筑設計之初就考慮了垂直綠化的實施和后期維護等相關(guān)問題，預留好后期的養(yǎng)護通道，將垂直綠化結(jié)構(gòu)與建筑一體化設計，種植槽隨建筑主體一起施工，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性高。攀援網(wǎng)架的設置不僅為攀爬植物提供了良好的生長空間，也控制著植物攀爬的形態(tài)，避免植物瘋長遮擋建筑物的重要部位，能夠很好的控制整體的綠化效果。

3 垂直綠化結(jié)構(gòu)系統(tǒng)設計

3.1 種植槽防排水設計

建筑的承載能力及防排水能力是垂直綠化實施的基礎，垂直綠化的植被、種植基質(zhì)及結(jié)構(gòu)系統(tǒng)增加了建筑的荷載，植物常年需要灌溉則要求種植槽具有良好的防排水能力。因此在建筑結(jié)構(gòu)設計之初把新增的荷載計算在內(nèi)，提前做好防排水設計，對垂直綠化系統(tǒng)后期的穩(wěn)定性至關(guān)重要。本項目建筑為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，因此通過預制混凝土種植槽，滿足植物的種植需求。根據(jù)攀爬植物的習性，每隔兩層樓，即5.8m設置一個種植槽，分層進行攀援植物種植，提高綠化覆蓋率。為了避免植物灌溉的水分對建筑主體的影響，種植槽防排水設計上主要通過以下幾個方面進行優(yōu)化設計。

（1）種植槽底與四周的防水均按照衛(wèi)生間地面或者一般天面做防水處理。

（2）預留的種植槽設置排水口，排水口與建筑排水管相接，排水管與雨水管相連，當種植槽匯水過多時，水流通過排水口，順著建筑排水管道流入雨水管，最終匯入市政管網(wǎng)中。并且種植槽避免使用常規(guī)與地面持平的地漏，采用高型過濾防堵塞地漏，能夠有效防止樹葉雜物堵塞管道，保障種植槽的排水通暢。

（3）在預留的種植槽中放置攀援植物專用塑膠種植盆（圖2），獨立種植盆的設置使得種植基質(zhì)和植物與種植槽不直接接觸，而且塑膠種植盆本身具有儲水和排水的功能，大大降低植物種植對種植槽結(jié)構(gòu)的影響，也有利于后期植物更換。

（4）塑膠花盆底部采用輕質(zhì)磚墊層將其墊高與種植槽齊平，輕質(zhì)磚墊層的使用有兩個作用，一是能夠墊高塑膠花盆，留出空隙排水，防止種植槽堵塞;二是減少種植土的用量，降低建筑的負荷。

3.2 金屬網(wǎng)架結(jié)構(gòu)及后期維護設施設計

本項目采用鍍鋅鋼網(wǎng)架攀爬式牽引系統(tǒng)，可用于支撐結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的材料有塑料、木材、金屬或不銹鋼電線等，其中塑料和木材容易受天氣和植物生長的破壞，隨著時間的推移，陽光暴曬，氣溫的變化，這兩種材質(zhì)均為會變得脆弱，不建議在高層建筑上使用。金屬網(wǎng)使用壽命長且易維護，能夠適應多種植物和風力負荷，因此通過采用預制鍍鋅鋼網(wǎng)為植物攀爬提供支撐和牽引[4]。攀援網(wǎng)由鍍鋅鋼框架和預制攀援網(wǎng)模塊拼裝而成，支持提前定制。支撐框架與墻體預埋金屬件連接，確保了支撐架的牢固性。標準攀援網(wǎng)模塊長2.8m，寬2m，網(wǎng)孔規(guī)格為100mm，該網(wǎng)格大小經(jīng)嚴格挑選以最大化刺激使君子、炮仗花植物在攀援網(wǎng)上的覆蓋面積[5]，并且不易變形。由于攀爬網(wǎng)具有足夠的承載能力，因此也兼有安全網(wǎng)、防盜網(wǎng)的作用，對建筑的安全性能也起到一定的防護作用。

無論用哪種植物種植形式，植物的正常生長不僅需要充足的水分及養(yǎng)分，還需要定期修剪和維護。安裝滴灌系統(tǒng)只能保證水分養(yǎng)分的供應，后期設備的維護及植物更換需要通過預留的養(yǎng)護通道進行。本項目垂直綠化墻與建筑表面之間有0.7m的空間，每層樓均設有檢修爬梯和扶手（圖3），確保有足夠的維修面，為后期植物、設備養(yǎng)護提供可行性。工作人員可以通過窗子沿著爬梯進行養(yǎng)護，維護期間，所有的養(yǎng)護器械均需用繩子拴在養(yǎng)護工人身上，養(yǎng)護工人在養(yǎng)護操作前，穿防滑鞋，帶高空作業(yè)安全繩等等，植物臨時更換和修剪，也要嚴格按照養(yǎng)護標準。

4 攀援植物配置設計

佛山氣候溫和，雨量充沛，四季如春，攀援植物種類豐富，生長迅速、四季常綠、觀賞價值高。垂直綠化墻的植物需要極好的耐受性才能經(jīng)得起自然條件的考驗，在植物配置的選擇，優(yōu)先選用鄉(xiāng)土攀援植物，因為鄉(xiāng)土植物經(jīng)過固定氣候長期馴化，植物抗性強[6]，大大提高垂直綠化的成活率和綠化效果，降低后期養(yǎng)護難度。但同時也要有安全保障，不能選擇果實較大的攀援植物[7]，如何首烏、馬兜鈴、油渣果以及瓜類植物等，以免果實成熟掉落時砸傷建筑物下面的行人。因此，本項目選擇耐旱性和耐寒性較強的金銀花和使君子作為主干植物，輔以喜陽的炮仗花，將不同物種的攀援植物混搭，生態(tài)系統(tǒng)更為穩(wěn)定，并且病蟲害少。保利華苑項目垂直綠化攀援植物特征見表1。

5 灌溉系統(tǒng)設計

對于高層垂直綠化來說，灌溉系統(tǒng)的地位也極為重要，智能灌溉系統(tǒng)大大降低維護難度及費用。保利華苑垂直綠化項目采用自動灌溉系統(tǒng)，根據(jù)植物的需水量，只需要設置好灌溉時間及灌溉頻率，就能為植物的健康生長創(chuàng)造理想的干濕循環(huán)條件，灌溉系統(tǒng)流程圖如圖4所示。灌溉系統(tǒng)根據(jù)垂直綠墻的分區(qū)，將控制器、施肥器、過濾器、閥門等，包括水表、壓力表等設備集中安裝到控制箱。由中央控制器對綠墻滴灌進行精準操控，每棵植物都配備了規(guī)格為4L/h的壓力補償式滴頭，壓力穩(wěn)定，滴灌均勻，避免植物因灌溉不均水分過多或者吸收不到水分，達到了定時定量定速的滴灌效用;同時在另一支路上設置了自動配比施肥器，控制植物施肥用藥[8]，將水溶藥劑和營養(yǎng)液溶于水中，進入灌溉支路即可實現(xiàn)肥料營養(yǎng)液的供給。為了避免滴頭堵塞，在灌溉系統(tǒng)水源端頭增設濾水器，能夠?qū)λ催M行二次過濾，延長滴頭的使用壽命，不易堵塞。

6 結(jié)語

高層垂直綠化不但降低了建筑耗能，美化了城市景觀，也是實現(xiàn)綠色建筑的有效途徑之一，是未來城市發(fā)展的必然趨勢。其安全性和可持續(xù)性是高層垂直綠化設計主要考慮的問題。保利華苑建筑立面垂直綠化項目正是基于垂直綠化的安全性和可持續(xù)性，對于垂直綠化技術(shù)的應用，堅持垂直綠化結(jié)構(gòu)與建筑一體化設計策略，將種植槽、支撐結(jié)構(gòu)、后期維護設施等與建筑完美地融合在一起，形成一套集設計、施工及養(yǎng)護等的綜合體系，達到了施工建設成本較低，安全性能高，綠化效果持續(xù)穩(wěn)定等特點，具有良好的示范工程效果。

高層建筑垂直綠化技術(shù)發(fā)展存在著許多客觀制約因素，要完善其技術(shù)體系仍需大量的工程實踐進行驗證和總結(jié)。只有在保證建筑結(jié)構(gòu)的安全及垂直綠化可持續(xù)性的前提下，不斷創(chuàng)新提高垂直綠化技術(shù)，注重施工質(zhì)量和后期維護細節(jié)，逐步完善高層垂直綠化的技術(shù)特點及經(jīng)驗，才能促進高層垂直綠化技術(shù)的推廣與應用。

注：本文圖1由佛山保利房地產(chǎn)開發(fā)有限公司提供，其他均為作者自攝和繪制。

參考文獻：

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[8]金生英，徐玲.攀援植物在高層建筑垂直綠化中的應用技術(shù)以廣州市萬科峯境垂直綠化項目為例[J].中國園藝文摘，2016，32（3）：60～65.

收稿日期：2019-09-16

作者簡介：黃佳敏（1989-），女，工程師，主要從事風景園林景觀設計工作。