城市垂直綠化設計與建造研究

羅茂嬋 楊京鋒 吳雯雯

(1南通市綠化造園開發(fā)有限公司，南通 226001；2南通科技職業(yè)學院，南通 226007)

隨著我國城市化進程的深入推進，城市中的建筑越來越多，且城市地區(qū)的地面基本為不透水的地面或道路，這在一定程度上加大了城市綠化的建設難度。而隨著城市居民越來越注重綠色和清潔的環(huán)境，垂直綠化因具有提高城市綠化覆蓋率、增加綠化面積的優(yōu)勢，成為了城市綠化的主要發(fā)展方向。

垂直綠化又稱立體綠化，是與地面垂直、在立體空間中進行的一種綠化方式，該綠化方式充分利用空間優(yōu)勢，采用具有攀援、纏繞、吸附和下垂等功能的植物，沿著建筑或者其他結構的表面，攀附、固定、貼植、垂吊，形成垂直面的綠化，從而提高環(huán)境綠化率，增加環(huán)境綠化量[1]。因此，垂直綠化是城市綠化發(fā)展的必然趨勢，未來將有越來越多的城市實施垂直綠化。在此背景下，筆者擬在總結垂直綠化的表現(xiàn)形式、發(fā)展及其優(yōu)點的基礎上，對城市垂直綠化的主要構成和設計、施工、維護等方面的技術要點進行介紹，以期給我國從事城市垂直綠化研究和建設的相關人員提供參考和借鑒，進而促進垂直綠化在城市綠化中的進一步推廣應用。

1 垂直綠化的表現(xiàn)形式和發(fā)展

1.1 垂直綠化的表現(xiàn)形式

垂直綠化又稱垂直花園，以植物墻為主要表現(xiàn)形式（包括各種植物或蔬菜墻面），一般分為牽引式植物墻和支撐式景觀墻兩種。其中，牽引式植物墻是將植物定植在地面，利用植物的攀援性能或利用簡單繩索等固定方式，引導植物長滿整面墻壁或立體空間；支撐式景觀墻主要通過在垂直墻面或立體空間中安裝支撐結構（這種支撐結構通常由塑料容器、土工布、砌塊、苗床、框架槽、石籠、網格、蜂窩、布袋、配套灌溉系統(tǒng)、栽培介質和植物組成）來種植植物，達到綠化的效果。垂直綠化應用的植物大多是能在墻壁本體結構上或沿著墻壁進行生長的小草本植物，如常春藤、爬山虎、苔蘚和地衣等，應用其他植物則需要一些支撐或者固定結構。

1.2 垂直綠化的發(fā)展

1.2.1 世界垂直綠化的發(fā)展

垂直綠化最早可追溯到公元前600年的巴比倫空中花園，自此之后，垂直綠化得到了不斷發(fā)展，多種植物和技術也不斷在垂直綠化中得到使用。例如，古羅馬時期，人們在花園的棚架和別墅的墻上使用了葡萄藤和攀緣的玫瑰樹；20世紀20年代，英美等國將園林風景與植物栽培結合起來，使用了藤架、格架結構和攀爬植物；1988年，不銹鋼電纜在綠色外墻立面上開始使用；20世紀90年代，電纜和鋼絲繩網系統(tǒng)及模塊化網格板系統(tǒng)被設計與使用；1993年，加州的環(huán)球影城步道首次大規(guī)模使用了新的網格面板系統(tǒng)；1994年，加拿大多倫多的建筑大廈（室內生活墻）使用了生物過濾系統(tǒng)；截至目前，大概有30種以上的不同垂直綠化模塊化系統(tǒng)得到了廣泛使用[2]。

1.2.2 我國城市垂直綠化的發(fā)展

我國城市垂直綠化起步較晚，1983年，長城飯店的屋頂花園是我國較早報道記載的垂直花園案例。隨著我國城市化進程的深入推進，尤其是2008年我國舉辦奧運會后，我國城市垂直綠化得到了快速發(fā)展，在屋面、屋頂、立交橋、高架等立面均應用了垂直綠化。同時，隨著我國垂直綠化相關文件規(guī)劃（如《北京市屋頂綠化規(guī)范》《上海市綠化條例》等）的發(fā)布，建筑師和園林景觀研究設計人員數(shù)量的增長，以及社會對城市垂直綠化關注度的增加，我國城市垂直綠化的發(fā)展、研究水平和規(guī)范標準得到了進一步提升，城市垂直綠化高質量作品案例數(shù)量也在不斷增加[3]。但是，目前我國大部分城市對垂直綠化的重視和應用仍不足，在城市垂直綠化專用植物品種的育種與垂直綠化創(chuàng)新設計等方面也存在短板。

2 城市垂直綠化的優(yōu)點

研究表明，城市垂直綠化具有提升城市景觀效果、營造健康生活環(huán)境、生態(tài)效益顯著、經濟效益潛力巨大等優(yōu)點[4-5]。

2.1 提升城市景觀效果

城市垂直綠化的主要目的即是提升城市景觀效果，提高城市美化水平。這是因為綠植能與城市建筑形成鮮明的視覺對比，其作為普通墻壁的綠化裝飾進行應用，能優(yōu)化高樓大廈的鋼筋混凝土環(huán)境，再加上其為城市建筑和街道提供了季節(jié)變換的效果，可以給予城市居民一種親近大自然的感覺，從而提高城市居民視覺上的景觀效果和美化程度。

2.2 營造健康生活環(huán)境

城市垂直綠化使用了大量植被，而植物景觀有助于城市居民緩解生活壓力和恢復精力，從而提高人體對疾病的抵抗力和康復率。同時，城市垂直綠化有助于改善空氣質量，降低了人們患?。ㄈ绨┌Y、中風、抑郁、心臟和呼吸系統(tǒng)疾病等）風險。因此，城市應用垂直綠化有助于營造健康的生活環(huán)境。

2.3 生態(tài)效益顯著

2.3.1 節(jié)能效果明顯

研究表明，城市垂直綠化可通過四種機制（植被產生的陰影、植被提供的隔熱、基質通過蒸發(fā)-蒸騰作用進行蒸發(fā)冷卻，對風的阻隔）為建筑進行降溫保溫，達到被動節(jié)能的效果。例如，合適的綠墻景觀設計可以保護建筑免受冬季風和夏季太陽的影響，從而可以節(jié)約多達25%的取暖和制冷能耗成本，建筑的價值也會增加10%～15%；植物墻可以降低建筑物表面溫度最高達15 ℃。城市垂直綠化的節(jié)能效果主要取決于綠植覆蓋百分比、覆蓋建筑表面的植物葉片密度等。

2.3.2 改善空氣質量

研究及實踐表明，城市垂直綠化使用的綠植，能有效清除城市空氣中的有害氣體和顆粒污染物（尤其是能顯著降低城市汽車和工業(yè)等產生的有機化合物污染），從而改善空氣質量。

2.3.3 降低城市熱島效應

廣泛應用垂直綠化的城市，尤其是垂直綠化設計應用合理的城市，大部分的太陽輻射可被植物濃密的葉子攔截和吸收，從而大大降低城市熱島效應。

2.4 經濟效益潛力巨大

城市應用垂直綠化，可減少氣候對建筑的影響，減少建筑因紫外線而老化或損壞，延長建筑的使用壽命，降低建筑外墻涂料成本，減少建筑的能源消耗，再加上大部分綠色植物本身也具備一定的經濟價值，故城市垂直綠化的經濟效益潛力巨大。

3 城市垂直綠化的主要構成

不同類型的城市垂直綠化的構成是不同的，其主要構成包括以下幾個方面：（1）植物材料。應用的植物種類需依據(jù)當?shù)氐臍夂驐l件（主要是太陽輻射、光照時長）、綠化的位置和大小、植物的特征特性（植物的顏色、質地和生長習性）而定。例如，植物應具有緊湊的株型，以便提供厚而密的覆蓋效果；植株較短的植物應具有淺纖維根系，且要求生命周期長；根據(jù)綠化位置的不同，植物應能耐受充足的陽光或充足的陰影。城市垂直綠化常用的植物有爬山虎屬、小繡球屬、蓼屬、忍冬屬、鐵線蓮屬、迎春花、西番蓮、蝴蝶蘭屬、蘆筍屬、蕨類、西紅柿、辣椒、黃瓜、豌豆、生菜等。（2）種植基質。垂直綠化上植物生長和固定的基質可以是有機物（如土壤），也可以是無機物（如巖棉等），更可以直接使用營養(yǎng)液進行水培或霧培。（3）灌溉系統(tǒng)。城市垂直綠化一般使用滴灌、箭灌、噴灌等方式，也可以使用水培或霧培的方式。（4）防水屏障。為防止建筑的外立面受潮或滲水，常采用工業(yè)的防水材料和防水方式。（5）結構支撐。城市垂直綠化的結構支撐大多使用外部金屬材料設計，且為有效支撐城市垂直綠化，還需對建筑的結構荷載進行計算和設計。（6）照明。為促進植物的自然生長，城市垂直綠化需充足的光照，一般由自然光源（太陽）或人工光源（如金屬鹵化物燈、高壓鈉燈和LED燈）來提供。

4 城市垂直綠化的設計、施工與維護

4.1 設 計

在城市垂直綠化工程實施之前，需進行充分的規(guī)劃和設計，應充分考慮當?shù)氐臍夂驐l件和垂直綠化的實際需求，根據(jù)可利用的植物材料（植物具有其特異性，不同的植物搭配能創(chuàng)造出不同的景觀效果），設計出相應的支撐結構，選用正確的植物品種。由于牽引式植物墻和支撐式景觀墻的設計有所不同[6]，現(xiàn)分別進行介紹。

4.1.1 牽引式植物墻

牽引式植物墻一般由種植槽、牽引繩索、灌溉系統(tǒng)和植物構成，其設計相對簡單，再加上透光、透氣性好，可選用多年生、存活時間較長、易于養(yǎng)護管理的綠化植物。例如，可將攀援植物直接種植在地面土壤中，使其利用雨水進行生長形成植物墻。

4.1.2 支撐式景觀墻

支撐式景觀墻的設計主要是考慮支撐結構和植物選擇。具體為：（1）支撐結構。主要包括隔離和防潮材料、栽培基質等。城市垂直綠化一般使用PVC等塑料板對墻壁和綠化植物進行隔離和防潮，PVC隔離板與無紡布等配套使用（可保有一定濕度，且水分分布較為均勻），植物直接定植在無紡布上，這種方式不需要使用基質，且結構比較輕（總體重量小于30 kg/m2）；城市垂直綠化還可以使用成型可疊加的栽培盒，栽培盒里填充基質或無紡布等材料，植物直接定植在栽培盒中，以串聯(lián)或并聯(lián)方式形成植物墻。（2）植物選擇。支撐式景觀墻的外墻景觀和內墻景觀的植物選擇區(qū)別較大。其中，外墻景觀主要考慮植物一年四季的景觀效果（基于不同植物的顏色、花期、紋理、圖案和大小等特征，將不同植物高密度地種植在一起，以達到最優(yōu)的視覺效果），且要求植物的生長位置正確。一般需提前設計好外墻的藍圖和效果圖，然后選用合適的植物。內墻景觀則重點考慮植物的耐陰性和對空氣的過濾吸附能力，一般優(yōu)先選用有利于改善室內空氣質量的植物種類。

4.2 施 工

為易于施工，且鑒于城市垂直綠化中花卉、草本植物和蔬菜的種植方法不同（如使用花塔、花盆和植物墻）[7]，在施工前，需根據(jù)設計，提前制作相應的模塊或栽培架，然后在施工時，配套安裝相應的自動或手動灌溉系統(tǒng)（灌溉系統(tǒng)的流量和強度以及灌溉制度與太陽輻射值強度成正相關，一般外墻的直接日照強度要大于1 000 Lux，植物墻每天的耗水量為2～5 L/m2），并要在內墻植物中安裝LED燈或普通日光燈，以進行補光（內墻的光照強度為300～500 Lux，而大部分植物生長需光照強度超過900 Lux）。值得注意的是，為降低后期維護成本，在高層建筑的垂直綠化施工時，建議使用自動灌溉系統(tǒng)。

4.3 維 護

具體為：（1）植物修剪更換。有些植物在生長多年后會逐步老化，或因病蟲害發(fā)生而長勢不好，需及時對植物進行修剪更換；同時，有些攀緣植物因長勢過旺，擋住了窗戶或遮住了其他植物，甚至對建筑產生了不利影響等，也需及時進行修剪更換。（2）為促進植物自然生長，確保景觀效果，需定期預防性地噴灑一些病蟲害防治藥劑。（3）對植物支撐架和灌溉系統(tǒng)需進行定期養(yǎng)護，主要是檢查其強度，進行防銹加固，以及解決滴灌頭堵塞、老化、破損等問題。

5 結 語

垂直綠化是我國城市發(fā)展過程中新出現(xiàn)的研究領域，其涉及建筑、植物以及居民等多個主體，故要根據(jù)不同城市的氣候條件、文化和實際需求，開發(fā)應用景觀化程度高、建設和維護成本低的垂直綠化。在未來，需主要對城市垂直綠化的隔熱性能、耐久性和維護便捷性，植物材料的育種與創(chuàng)新設計，建筑結構和支撐結構（包括材料、尺寸、基材類型、組成）以及兩者與垂直綠化之間的耦合關系等，進行進一步研究，以期促進城市垂直綠化的進一步推廣應用。