1. 埃及王国时期的屋顶花园壁画

与露台花园类型不同，作为典型的早期轻型屋面绿化，草皮房（Turf House）起源于中世纪早期的北极圈附近地区，反映出原住民应对北极恶劣极冷的气候环境和匮乏资源的适应性营建智慧 [5]，成为主动应对高纬度地区寒冷环境的热工策略。草皮屋面便于当地居民就地取材，能在一年四季不同气候条件下调节室内温度环境，减轻建筑结构的荷载。这一技术不仅被广泛应用在北欧地区的传统民居中，而且传播影响到北美殖民时期（15世纪末到17世纪初）的民居建筑类型发展。

1839年，德国人塞缪尔·豪斯勒（Samuel Häusler）发明了“焦油纸屋顶”（Holzzementdaecher）技术，该技术在提高屋面防水能力的同时，大大减轻了屋面防水构造导致的荷载。这一构造技术可以在不明显增加荷载的同时，通过沙子和基质材料，为植物提供接近自然地面的生长空间。

19世纪晚期，钢筋混凝土结构发展出的防水层和保温层等新型屋面构造技术，推动了现代屋面绿化技术的发展。奥古斯特·佩雷特（Auguste Perret）在20世纪初倡导基于钢筋混凝土技术体系上的屋顶花园设计。作为他的学生之一，柯布西耶将屋面绿化融入了20世纪的现代主义建筑和城市规划实践中，屋顶露台花园成为现代主义住宅设计中的重要符号之一。

第二次世界大战以后，体验性商业环境的发展促进了公共建筑屋面空间环境的开发利用。在英国和美国都出现了通过在大型商业建筑建设屋顶花园来吸引消费和增加体验感的案例，例如凯泽中心屋顶花园（Kaiser Center）、奥克兰博物馆屋顶花园（Oakland Museum）等（图2）。相比于现代主义住宅的屋顶花园类型，这些屋顶绿化设施具有更强的屋面荷载能力，屋面绿化更加接近于公园化的设计布局，并注重综合性的室外功能空间。

2. 1959年建造于奥克兰的凯泽中心屋顶花园剖面

2 作为应对气候变化的功能复合化种植屋面发展（20世纪70年代后）

战后对于环保的关注开始影响到建筑的技术体系和思想发展。20世纪60年代，保罗·索勒瑞（Paolo Soleri）把生态学（Ecology）和建筑学（Architecture）两词合并为“Arcology”，提出了“生态建筑”。在这一思想影响下，现代建筑技术体系开始逐步关注和环境结合，使人、建筑与自然生态环境之间形成一个良性循环系统。20世纪70年代全球能源危机出现，包括建筑在内的能耗问题日益加剧，可持续建筑和绿色建筑的技术开始快速发展。建筑屋面绿化成为这一时期建筑绿色性能化发展中的重要内容。

2.1 屋面绿化技术的标准化

随着屋面绿化关注与建筑工业化技术标准的结合，在不同屋顶绿化构造技术及其性能总结的基础上，20世纪80年代德国景观研究发展与建设学会（Forschungsgesellschaft Landschaftsentwicklung Landschaftsbau，简称“FLL”）正式发布了《屋面绿化规范》（Principles of Green Roofing ），提出了基于扩展型（extensive）和密集型（intensive）技术体系的屋面绿化分类标准。该标准从构造、荷载、经济性等方面，第一次为屋面绿化技术应用提供了统一的技术标准。在这一标准的影响下，新加坡、美国、加拿大、英国和澳大利亚等国家陆续建立了相关的行业技术组织，并发布指导当地的屋面绿化设计、规范、安装和维护的相关技术标准，推动各国屋面绿化的工业化和标准化进程。

2.2 生态城市目标下的绿色绩效化

进入20世纪90年代以后，城市建筑面临着全球气候变化与城市微气候环境影响的双重挑战，推动了全球范围内生态城市发展目标的共识。德国、新加坡等国从生态城市的空间营建策略角度，出台了各类屋面绿化的法规政策工具，将屋顶绿化作为城市三维化环境和生态管控的内容之一。一方面，在多学科交叉研究支持下，屋面绿化的多重生态效益被不断识别，如缓解城市热岛效应、降低建筑的能源消耗成本、提升城市植被覆盖度和生物多样性、固碳释氧改善空气质量、增加景观美学价值和增进情绪健康等，并被纳入到相应的绩效管控目标中 ；[6]另一方面，生态城市目标下的屋面绿化规划注重将生态学与绿色建筑技术加以结合，通过规划管控手段工具支持屋面绿化的三维绿量、调节建筑热工性能等功效的精确评测。如西雅图绿色指数（Seattle Green Factor）、柏林生境指数（Biotope Area Factor）、瑞典马尔默的绿色空间因子（Green Space Factor）等目标，实现具有吸引力和生态功能的三维绿色基础设施，以提高城市生态空间的数量和质量，推动了屋顶绿化的实施[7]。新加坡从2009年推出的“高空城市景观计划”（Landscape for Urban Spaces and High-Rises，简称“LUSH计划”）经过了多次升级迭代，通过绿化部门、建设局、公园署等部门协同发布，实现以各种类型的屋面绿化和露台绿化为评估要素，以立体分布的绿色容积率和景观面积置换率为定量指标，纳入建设项目开发审批环节中，如图3所示 。[8]

3. 新加坡LUSH3.0关于立体绿化的图示

21世纪以来，中国立体园林技术也得到了快速发展。2016年，上海市发布了《上海市立体绿化专项规划（2016—2040年）》，随后厦门、深圳等地也陆续出台了城市立体绿化专项规划。在“立体园林城市”理念下，如今以深圳、广州、成都、北京、上海为代表的主要城市都陆续建立了屋顶绿化相关的政策支持、规划管控和工程技术规范，推进了在高密度复合空间条件下的屋面绿化实施和适应中国典型气候特点的技术体系快速发展。

2.3 面向精准增效的复合化功能发展

随着人们对于高密度环境绿色空间需求的多样化发展，屋面绿化逐渐向功能效益复合化和精准化方向发展。在城市开发建设、运行和使用的利益相关方的复杂参与模式下，有限空间的种植型屋面不断衍生出具有复合生态效益的新类型，如屋顶农园进一步发展出体验型农园、科普型农园、生产型农园等类型，不仅具有生产、观赏、休闲功能，还在改善环境、低碳环保、雨水利用等方面具有明显的生态意义 。[9]

新加坡城市绿化和生态中心（CUGE）提出的屋顶绿化系列工程标准以及欧洲多国合作开发研究的“生物太阳能屋面”技术体系，都从城市生物多样性角度，明确了通过屋顶绿化增加对生物多样性的技术目标，强调改进绿色屋顶设计提升城市立体空间中生境水平，如图4是1999年在巴塞尔展示厅（Basel Messe Halle Messehalle）1号大厅完成的太阳能绿色屋面，生物太阳能屋顶（Bio-solar Roof/Solar Green Roof）。此外，注重雨水滞蓄能力的蓝绿屋面类型，结合当地的自然条件、既有的城市管网及雨水设施，可以为建筑屋面构建集“截、渗、汇、蓄”于一体的可持续雨水收集和利用系统。日本福冈种植了5万株植物的办公建筑（ACROS福冈）和建筑立面超过700棵乔木及5 000株灌木的米兰垂直森林项目，标志着结合垂直露台布局的复杂绿化类型，不仅融合了屋面绿化和垂直绿墙的技术体系，而且实现了依托建筑表皮更加一体化的小型生态系统，提升了高密度城市中三维绿量的实施潜力。

4. 1999年在巴塞尔Messe Basel 1号大厅完成的太阳能绿色屋面

3 应对气候变化的能绿一体化：光绿复合屋面

3.1 光绿复合屋面的技术发展

21世纪初，随着新能源转型发展，光伏应用或绿化实施单一技术实施，在有限屋面空间资源利用方面出现了矛盾。在此背景之下，结合了光伏发电设备和屋面绿化的复合类型——光伏绿植复合屋面开始出现。光伏绿植复合屋面（Photovoltaic-Green Roof，简称“PVGR”）是指将屋面绿化技术与光伏发电技术结合部署在同一建筑屋面上，从而综合提升建筑屋面绿色性能的集成技术，能兼顾绿化与光伏系统安装的双重需求，实现建筑新能源与绿色生态融合的双重功效。研究表明：光伏绿植复合屋面与单独的沥青屋面相比，可以降低高温条件下光伏板工作温度，从而提高发电效率，进一步增强系统的减碳潜[10]。2017年，旧金山成为美国第一个要求在大多数新建筑上安装光伏和屋面绿化的城市。纽约市在要求屋面必须达到50%的绿植覆盖率的同时，推出绿色屋面和光伏板的复合安装计划，对符合绿化标准以及工程技术实施条件的绿色屋面实施房产税减免政策。新加坡试点开展YAS生命实验室（YAS Living Lab）试验平台与开放式结构或温室，示范推进基于光绿复合屋面的先进城市农业发展。2022年中国上海临港新片区也对于建筑屋面光伏和绿化组合安装提出了规定要求，并对该技术的减碳效益测算提出了相应的依据参考。

3.2 光绿复合屋面的精准化设计

相比于单一的屋面光伏系统，光绿复合屋面的重要优势是对于超过理想工作温度条件下的光伏发电效率的提升，因此这一技术在夏热地区的高密度城市中具有较大的潜力。光伏板由于放置角度的不同以及阵列的组合形式不同，可以和屋顶绿化形成多种复合屋面方式。[11]但是光伏绿化复合屋面需要将光伏层和屋面绿化层的性能效益进行复合考虑，在充分发挥建筑物屋面具有绿化和光伏发电功能叠加的同时，实现系统协同效应的最大化。因此，光绿复合屋面对于规划设计的精确化和同步施工要求较高，不仅需要遵循建筑光伏系统装机量和技术规定，而且对于屋面光伏的尺寸规格、阵列方式（平铺和斜铺等）、基座高度的适宜范围、绿化种植系统的类型等都需要详细考虑。为探究在光绿复合的条件下系统如何实现协同效应最大化，我们在同济大学校内开展了光绿复合系统实验。该场地设置于同济大学嘉定校区内，承担光绿复合条件下的屋顶绿化对于光伏运行温度及其发电效率影响的测试任务（图5、图6）。

5. 同济大学校内光绿复合系统实验场地，监测屋顶绿化条件对于光伏组件能效的影响

6. 光绿复合屋面的潜在组合示意

4 展望：屋面绿化综合性能发展趋势

随着绿色建筑（Green Building）、生态建筑（Eco-building）、可持续建筑（Sustainable Building）等概念的提出，尤其是中国应对气候变化以及“双碳”发展目标下的大规模建筑屋面光伏能源应用开展，如何通过屋面绿化减少能耗、增加生态效益甚至结合新能源应用，正成为相关学术、技术和工程研究的前沿交叉领域。在宏观尺度上，通过多层次的建筑屋面绿化，可以将垂直城市的生态空间从近地层延展到低空尺度，为垂直模式下的未来城市冠层生态化与自然化提供了新的绿色基础设施。在微观尺度上，针对多样化的环境气候条件，如公共建筑室内或大型露台环境的种植类型技术已成为多专业交叉创新的重要领域。此外，通过屋面绿化全生命周期碳足迹研究，可以对屋顶绿化技术实施与运维养护的碳效益进行精准化计量，从而更好地实现屋顶绿化应对气候变化目标的布局优化与设计。

（图片来源：图1来源于Wersilin，1961；图2来源于THEODORE OSMUNDSON JR，1962；图3 来源于新加坡重建局；图4来源于Rosaria Ciriminna，2019；图5来源于Irene Zluwa，2021；图6作者拍摄。）

参考文献：

[1] OSMUNDSON T. Roof Gardens: History, Design and Construction [M].New York: W. W. Norton&Company, 1999.

[2] JIM C Y. Green roof evolution through exemplars: Germinal prototypes to modern variants [J]. Sustainable cities and society, 2017, 35: 69-82.

[3] 李树华，殷丽峰.世界屋顶花园的历史与分类[J].中国园林，2005，21（5）：57-61.

[4] AHRENDT J. Historische Gründächer: Ihr Entwicklungsgang bis zur Erfindung des Eisenbetons[D].Berlin: Technische Universität Berlin, 2007:15-24.

[5] JIM C Y.An archaeological and historical exploration of the origins of green roofs[J].Urban Forestry & Urban Greening, 2017, 27: 32-42.

[6] 董楠楠，张昌夷.近40年德国立体绿化研究历程及启示[J].中国城市林业，2018，16（4）：7-11.

[7] 董楠楠，胡抒含. 西雅图绿色指数转化应用下的屋顶绿化效益评估[C]//中国风景园林学会.中国风景园林学会2019年会论文集（下册）.中国建筑工业出版社，2019：6.

[8] Urban Redevelopment Authority. Landscape for Urban Spaces and High-Rises[EB/OL].（2022-11-19）[2022-12-12].https://www.ura.gov.sg/Corporate/Guidelines/Development-Control/Non-Residential/Commercial/Greenery.

[9] GETTER K L, ROWE D B. The role of extensive green roofs in sustainable development [J]. HortScience, 2006, 41(5): 1276-1285.

[10] CHEMISANA D, LAMNATOU C. Photovoltaic-green roofs: An experimental evaluation of system performance[J]. Applied Energy, 2014, 119: 246-256.

[11] ZLUWA I, PITHA U. The Combination of Building Greenery and Photovoltaic Energy Production—A Discussion of Challenges and Opportunities in Design[J]. Sustainability, 2021, 13(3): 1537.

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完整深度阅读请参见《时代建筑》2023年第1期 本体与本土：中国现代建筑百年对话 董楠楠、刘恒君、符思熠《从功能复合到能绿一体：气候应对策略下的屋面绿化发展》，未经允许，不得转载。

作者单位：同济大学建筑与城市规划学院、高密度人居环境生态与节能教育部重点实验室、上海期月文化发展有限公司

作者简介：董楠楠，男，同济大学建筑与城市规划学院景观学系 副主任，副教授，博导，德国卡塞尔大学城市与景观规划系 工学博士；刘恒君，女，同济大学建筑与城市规划学院风景园林 硕士生；符思熠，女，上海期月文化发展有限公司 景观设计师，同济大学建筑与城市规划学院风景园林 硕士

基金项目：2022年度“尖兵”“领雁”研发攻关计划科技合作领域项目——“双碳”增效型光绿复合屋面（PVGR）集成技术（2022C04018）

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作者单位：同济大学建筑与城市规划学院、高密度人居环境生态与节能教育部重点实验室、上海期月文化发展有限公司

作者简介：董楠楠，男，同济大学建筑与城市规划学院景观学系 副主任，副教授，博导，德国卡塞尔大学城市与景观规划系 工学博士；刘恒君，女，同济大学建筑与城市规划学院风景园林 硕士生；符思熠，女，上海期月文化发展有限公司 景观设计师，同济大学建筑与城市规划学院风景园林 硕士

基金项目：2022年度“尖兵”“领雁”研发攻关计划科技合作领域项目——“双碳”增效型光绿复合屋面（PVGR）集成技术（2022C04018）

[1] 赵颖、潘朝辉、张海滨. 生态冠层和向上发展：上海城市第五立面发展策略探索 [J]. 时代建筑，2023（1）：84-87.

[2] 董楠楠、刘恒君、符思熠. 从功能复合到能绿一体：气候应对策略下的屋面绿化发展 [J]. 时代建筑，2023（1）：88-91.

[3] 刘畅、谢辉、吕旺阳. 以“绿”治“噪”：从声学维度浅谈种植屋面在生态绿色城市建设中的积极作用 [J]. 时代建筑，2023（1）：92-95.

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本期杂志责任编辑：戴春 ，王秋婷（兼）

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