西南交通大学 建筑与设计学院 成都 611756
摘要：结合成都市的气候条件和植物的生存特点，选择本土植物狗牙根作为垂直绿化系统的植物。通过基质配置的对比实验，确定了绿化系统的基质类型。综合考虑性能、造价、可靠性及经济性等因素，设计了垂直绿化系统的承重结构、种植槽和灌溉系统。通过垂直绿化系统的实验测试，发现该系统能有效改善室内环境，并具有适用性广、保护建筑、节约能源、美化建筑外立面等特点。
关键词：成都市；垂直绿化；植物；设计
1 前言
随着城市化进程的加剧，城市中的高层和超高层建筑越来越多。在可持续发展理念的影响下，建筑师越来越重视建筑与绿化的结合，使两者间的关系逐渐由寄生关系向共生关系转变。因此，随着时代的发展，建筑绿化的立体化和生态化显得越来越重要。垂直绿化技术作为一种新型的建筑绿化方式，被认为在建筑节能、改善城市环境以及社会可持续发展等方面具有不容忽视的作用。
2 垂直绿化植物的选择
成都地处我国亚热带季风气候区，其气候特点是夏无酷暑、冬少冰雪、气候温和、夏长冬短、无霜期长，秋雨与夜雨较多，风速小，湿度大，云雾多，日照少。垂直绿化植物的选择应综合考虑植物生长周期、美观程度及运输成本等因素，首先从本地植物中选择，若无合适品种，再寻求其它地区的植物[1，2]。根据成都的气候条件和垂直绿化植物易打理、美观、四季常青等功能要求，我们筛选出品种强壮、根系附着力强、抗大风、能耐受夏季高热、干旱和潮湿积水、能适应种植土条件的六月雪、一品红、碰碰香和狗牙根等植物，作为垂直绿化系统的备选植物。
将备选植物置于相同的室外环境下，无人工照料，进行为期一个月（2015年3月）的自然生长，并做好记录。观察发现，从植物的生长状况来看，狗牙根最适应成都气候，进而对其进行后期培养。在水分充分的条件下，狗牙根生长良好，但5月份后陆续有杂草长出，其原因可能是种植土中自带杂草草种。经除草对比试验发现，除草种组生长良好，非除草种组则在7月中旬杂草丛生。于是，本研究选取狗牙根作为垂直绿化植物，并在种植时严格控制培养土成分，进行除草。
此外，实验观测表明，危害植物自然生长的主要因素是杂草和虫害，而二者都与土壤密切相关——土壤本身夹杂了大量草籽与虫卵。如果在制作前期不做处理，后期需耗费大量精力对空中植物进行除虫除草。因此，在垂直绿化的配置过程中要严格控制基质的来源，必要时进行消毒杀菌处理，以减少后期维护工作。
3 基质配置
在垂直绿化植物选定后，需确定其生长基质。根据狗牙根的生长习性，本研究选择了草皮搭配基质的培养方案，如1所示。经分析，草皮可以统一制作，不必考虑地区气候，但基质培养需要与当地气候相适应，因此将两者进行分离生产[3]。在种植垂直绿化植物时，只需将制作好的草皮置于基质上培养一段时间，当草皮扎根于基质中即可使用。.png)
图1 草皮与基质设计图
本研究选择狗牙根和黑麦草作为草皮种子。暖季型草种通常4~6月份播种，冷季型草种通常8~9月份播种，两类草种的价格分别约为70~80元/公斤和25~35元/公斤，故每年可以分两次播种，优先采用冷季型。在进行草皮种植前，需要整理土层，一般采用酸碱测试并清理杂物。草皮种植时，将草种用水浸泡，并混合黄沙播种，播种密度约黑麦草种15~30克/立方米，狗牙根15~25克/立方米。
基质配比实验采取四种方案，分别是1：1：3配置的泥炭土、蛭石和火土，1：1配置的泥炭土和蛭石，7：3配置的黄心土和火土，1：1配置的泥炭土和珍珠岩，每种方案配置时均掺进少许磷肥。实验表明，在水、温度和阳光适宜的条件下，除方案三外，其余方案的基质都能使狗牙根正常生长，无明显差别。但是在2015年7~8月份成都连续高温缺水的天气，四种基质都不能维持狗牙根生长，植物枯黄，经灌溉后才恢复生机。由此可见，草皮养护的主导因素是水，灌溉系统不可或缺。此外，可以在基质中加入水晶泥，以提高基质的保水能力。
基质配比方案确定后，需要设计其固定方案。先将基质各成分按比例量取并搅拌均匀，加入一定量的水晶泥，再将塑料纱窗裁剪成合适形状，并用其将配置好的基质包裹成长方体，最后用订书机和502胶将接口缝合。
4 承重结构设计
承重结构是垂直绿化系统的重要组成部分，设计时应考虑以下几个问题：
1）如何将绿化植物妥善布置在承重结构上；
2）如何评估承重结构的承载能力和抵抗风雪等恶劣自然条件的能力；
3）如何权衡承重结构的造价与可靠性，提高其经济性。
本研究设计的承重结构由手摇杆、传动钢丝、滑轮组、传动轴杆和托架等组成，见图2。操作过程中摇动手摇杆，传动钢丝通过滑轮组进行拉伸或收缩，带动传动轴杆，从而将相互独立的多个托架连为一体，并可使托架旋转至所需角度。.png)
图2 承重结构的传动系统原理图
承重结构的主要部件采用304不锈钢材质，如圆管、方管、不锈钢板材、绞轮、钢丝和轴承等。圆管直径为19mm，厚度为1.2mm，用于支撑杆结构；不锈钢板材厚度为0.9mm，用于托架结构，托架尺寸为360mm 260mm；方管规格为20mm 20mm，壁厚为2mm，主要用于四周的框架结构。304不锈钢具有耐磨、防锈、价格适中、加工方便的特点，还具有较好的承重能力。经过多次优化，该承重结构在光照、湿度以及风向方面具有良好的调节能力。此外，与传统的垂直绿化承重系统相比，该承重结构还具有以下特点：
1）采用托架支撑和固定介质板，方便植物取放；
2）滑轮组传动系统可方便调节托架角度，适应不同时段的太阳光照；
3）通过分散化托架的合理布置，可以在托架空隙处形成空气对流，有利于降低墙体温度、改善室内热环境。
5 种植槽
种植槽形式主要取决于垂直绿化系统的形式。种植槽设计时需考虑与承重结构和培养基质的接合方式，并兼顾排水通风管道的布置。图3为种植槽设计图，其主要做法包括：
1）种植槽顶部采用V型槽，供主水管通过；
2）竖向板上预留2mm的小孔，供拉丝通过，以防止草皮整块脱落，中间开槽通过供水支管，并覆盖纱网防止土壤流失；
3）土壤回收槽用于回收随雨水和灌溉水流失的土壤，并通过推拉盖板开启和关闭；
4）采用滴水而非排水管道，可节省管材，并回收利用多余水；
5）种植槽与承重体系采用卡扣连接，方便安装与拆卸。
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图3 种植槽设计方案图
如果种植槽的深度过浅，会使植物根系不稳固，从而出现脱落和营养吸收不佳的状况；如果深度过大，虽根系稳定，但结构自重较大，存在安全隐患。经综合考虑，本研究采用的种植槽深度为50mm，此为能确保根系稳固的最小深度。
在种植槽的材质方面，作者考察了聚氯乙烯板、聚四氟乙烯板和聚丙烯板三种备选材料。在保证结构安全性和尽量降低造价的原则下，最终选择聚丙烯板，该材料既满足了装置轻质的需求，又稳定结实、拆卸方便，且能与托架契合。
6 绿化系统的维护设计
成都夏季经常出现连续曝晒的天气，垂直绿化系统的有效保水十分重要。作者晚间将实验体浇足水后置于室外，观察发现，掺有水晶泥的基质仅能使植物存活一周左右（遇雨则收回室内减去一天计算时间）：第一、第二天比较正常，第三天开始变蔫，第四天开始泛黄，第七天基本枯萎。由此可见，水晶泥不能完全满足保水需求，必须设计供水系统。
常见的垂直滴流灌溉方法有上下联通式、底部灌溉式和点对点式等。上下联通式适用于渗水性好的基质，但易造成上层过度灌溉，下层得水不足；底部灌溉式主要适用于攀缘类植物。因此，本研究选择点对点的灌溉方式。
垂直绿化灌溉供水系统见图4[4]。聚氨酯塑料给水管位于承重系统内每层托架的顶部，管道上每隔10cm有一个直径2mm的出水孔。灌溉频率为每天3~5次，每次1~15分钟，可根据天气干燥程度调整灌溉时长。通常情况下，夏季室外垂直绿化每天所需的灌溉水量为3升/平方米。为维持植物根部系统的矿物质平衡，灌溉水中加入一种高度稀释的营养物（0.2~0.3克/平方米）。此外，为进一步提高绿化系统的维护水平，根据季节变化调节灌溉系统，可对灌溉系统进行远程监控。
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图4 垂直绿化灌溉供水系统
7 设计的生态作用
为考察该系统的实际生态效果，将其置于西南交通大学建筑与设计学院4楼进行实验测试。图5为夏季室内垂直绿化系统内部和外部空间的空气温度和湿度变化图。由图可知，白天垂直绿化系统内部空间的温度显著低于外部空间的温度，内部空间的湿度高于外部空间的湿度。可见，该垂直绿化系统能显著改善空气热环境。
图5 垂直绿化系统生态效果图
成都冬季的较大瞬时风速约为3.3m/s，利用该流速的气流吹过绿墙，测量不同角度的基质板后的风速，如表1所示。结果表明，该垂直绿化系统可显著减缓冷风流速。
表1 风速测试结果
在室内设置噪声源，产生一定分贝的噪声，分别测试通过不同角度的垂直绿化系统外部和内部的噪声分贝值，如表2所示。该表说明，垂直绿化系统可有效减低噪声。
表2 噪声测试结果
综上，设置建筑绿墙有助于改善夏季的室内温度和湿度，降低室内环境的噪声等级，具有良好的生态价值。此外，本研究设计的墙面绿化系统还具有造价低廉、适用性广、保护建筑、节约能源等特点，且可以提升建筑立面的视觉效果、改善环境质量[5]。
8 结论
本研究结合成都气候条件和植物生存特点，选择本土植物狗牙根用于垂直绿化系统。通过四种基质的对比实验，确定了绿化系统的基质类型，并加入水晶泥以提高其保水能力。在承重结构、种植槽及灌溉系统设计方面，综合考虑了性能、造价、可靠性及经济性等因素。实际制作时，首先确保系统基底的完整性和防水性，然后安装灌溉管道系统，提供绿化植物生长所需的水和营养液。
本研究设计的垂直绿化系统能改善室内的温度、湿度和噪声等环境指标，还具有造价低廉、适用性广、节约能源、可保护和美化建筑等特点。
参考文献：
[1] 聂晶. 五个垂直绿化树种的耐盐特性及耐盐性评价[D]. 山东农业大学，2004.
[2] 袁维. 模块式绿化在垂直绿化空间中的设计与应用[D]. 鲁迅美术学院，2013.
[3] 贺晓波. 垂直绿化技术演变研究及植物幕墙设计实践[D]. 浙江农林大学，2013.
[4] 何健聪，张太平，李跃林，叶代启. 我国城市垂直绿化现状与垂直绿化新技术[J]. 城市环境与城市生态，2003，6：289-291.
[5] 陈炎炎. 办公建筑外环境垂直绿化的应用研究[D]. 中南林业科技大学，2014.
作者简介：
任宇（1994 ~），男，本科生，西南交通大学建筑与设计学院.
论文作者:任宇,缪应璐,陈素婷
论文发表刊物:《基层建设》2016年15期
论文发表时间:2016/11/16
标签：基质论文; 系统论文; 植物论文; 托架论文; 牙根论文; 草皮论文; 结构论文; 《基层建设》2016年15期论文;