■ 周 敏 馬丞瓅 殷正聲

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住宅屋頂空間生活系統(tǒng)研究與應用
——以頂層露臺為例

■ 周 敏 馬丞瓅 殷正聲

【摘 要】以住宅頂層露臺為例，對現(xiàn)有屋頂空間生活的可持續(xù)系統(tǒng)和交互系統(tǒng)進行了分析，提出可持續(xù)的空間規(guī)劃和設計，為現(xiàn)有住宅屋頂空間的可持續(xù)設計提供參考。

【關鍵詞】住宅屋頂；空間生活系統(tǒng)；可持續(xù)

周敏，同濟大學建筑與城市規(guī)劃學院建筑學博士，河南理工大學建筑與藝術設計學院講師；馬丞瓅，同濟大學設計創(chuàng)意學院本科生；殷正聲，同濟大學建筑與城市規(guī)劃學院、同濟大學設計創(chuàng)意學院教授，博士生導師。

1　綜述

在中國城市建設過程中，長期以來，屋頂空間大都是被閑置的，或是充當雜物置放的場所。近年來，隨著城市的擴張，綠化的減少，人們渴望擁有更好的城市生活環(huán)境，從而開始重視屋頂空間的利用。商業(yè)場所的屋頂空間被設計成屋頂花園，或屋頂農場等綠色休閑空間，既增加了城市戶外活動的空間，也緩解了城市的“熱島效應”[1]，有效改善了城市生活的品質。

但是，住宅的屋頂空間卻一直存在利用不足的情況。隨著高層和小高層成為房地產市場開發(fā)的主流，頂層帶露臺（或退臺）的戶型成為新的關注焦點。這種戶型為業(yè)主提供了寬敞的露天活動空間，也增加了住宅屋頂空間設計的新問題。頂層帶露臺的戶型作為住宅中的一個獨特分支，由于中國國情和政策因素的影響，以及此類住宅特有的稀缺性，其設計研究尚缺乏全面和系統(tǒng)的理論指導。

因此，對住宅屋頂空間的利用，大多數人只是稍加改裝，做成陽光室，或是直接做成樓頂花園，對這個空間的具體設計還缺乏多樣性和創(chuàng)新性。對住宅屋頂空間進行系統(tǒng)規(guī)劃和設計有兩個難點：一是產權問題，導致很難進行大規(guī)模的規(guī)劃設計；二是面積問題，面積的多樣化導致很難進行標準化設計。

2　住宅屋頂空間生活系統(tǒng)分析

對住宅屋頂空間生活系統(tǒng)的研究，主要從空間環(huán)境的可持續(xù)系統(tǒng)和人與空間環(huán)境的交互系統(tǒng)兩大方面來進行分析?？臻g環(huán)境的可持續(xù)系統(tǒng)包含光電系統(tǒng)、中水系統(tǒng)和屋頂種植的可持續(xù)系統(tǒng)。

2.1空間環(huán)境的可持續(xù)系統(tǒng)

2.1.1可持續(xù)的光電系統(tǒng)

從太陽孕育生命，生命轉化為儲藏在地下的能源，能源被人們采集使用，經歷了漫長的歲月。光能和電能是人們日常生活中最普遍使用的能源。現(xiàn)在家庭中比較常見的太陽能熱水器，安裝方便、使用簡單、熱轉化率高，是一種常見的對光能的利用方式。但是它存在著局限性。首先，熱水在水箱中長時間存儲容易滋生細菌；其次，夏季高溫和長時間強光照射，水箱易損耗；再次，太陽能熱水器時效性較強，陽光強烈的白天使用較少，夜間需求量大時反而供熱不足。甚至在夏季最炎熱時，不得不通過補充冷水給太陽能熱水器降溫，這樣大量浪費自來水的行為不利于可持續(xù)發(fā)展。

我們的生活中時刻離不開電能，將光能直接轉化為電能使用，可節(jié)省時間和能源的損耗。在住宅屋頂安裝適當面積的光電太陽能電池，可直接將太陽能轉化為電能，滿足家庭的生活用電。雖然復雜的轉化流程使得它的熱轉化率略低，但是太陽能電池和水源不發(fā)生關系，獨立的線路保證了各自的有效利用。同時，由于國家的大力補貼，將光伏電池產生的綠色電力出售給電網還能得到理想的收益。在日間電力系統(tǒng)高負荷運轉，供電壓力大的時候，家庭向電網輸送電力，減緩電網壓力。在夜間用電低谷時，家庭可以半價享用電力。

2.1.2可持續(xù)的中水系統(tǒng)

全球多個國家已經采用中水系統(tǒng)，重復利用水資源。雖然中水的供應范圍比較小，但是在園林灌溉、道路保潔等方面卻是最好的自來水替代水源。我國大城市大部分處于水資源缺乏的狀態(tài)，如果城市采用中水系統(tǒng)，可以大大緩解城市的缺水狀況。但是由于中水的處理過程較為復雜和昂貴，家庭可以采用一些簡單的中水處理系統(tǒng)，也能有效降低自來水的使用。尤其當屋頂種植大量植物時，中水系統(tǒng)能更好地完成灌溉工作。

2.1.3屋頂種植的可持續(xù)系統(tǒng)

近年來，屢屢刺激著人們神經的食品安全問題，使得許多人喜歡自己種植瓜果蔬菜等作物。在有限的空間進行綠色種植，成為許多國人的愛好，在住宅的屋頂空間進行種植無疑成為一種新的時尚。利用雨水收集的中水系統(tǒng)和太陽能等生態(tài)技術，在屋頂空間種植瓜果蔬菜等作物，形成一個純天然的空中循環(huán)系統(tǒng)，不僅改善了生態(tài)環(huán)境，還具備一定的經濟效益[2]。

對于屋頂空間種植的可持續(xù)性，除了光、電和水的可持續(xù)性，還要考慮植物選擇上的可持續(xù)性[3]。一是盡量選擇不同的植物，能夠在一年四季觀賞和食用；二是蔬菜、水果等農作物的選擇盡量滿足業(yè)主的生理需求，比如種植適合老年人食用的薄荷、迷迭香等有鎮(zhèn)靜安神作用的香草，或是給年輕人食用的防癌、抗衰老、減肥功效的番茄，或是滿足全家人食用的抗感冒、抗衰老、維護心血管健康的洋蔥。不同的植物帶來不同的功效，交叉種植形成的種植系統(tǒng)，能夠滿足不同人群的需求。

屋頂種植的可持續(xù)發(fā)展，不僅給生活在工業(yè)文明中的人們帶來了健康的綠色休閑方式，也使人們享受了勞動的愉悅。同時，屋頂種植系統(tǒng)還可以給城市降溫隔熱、緩解暴雨壓力，以及保護屋面的結構。

2.2人與空間環(huán)境的交互系統(tǒng)分析

人與環(huán)境的交互系統(tǒng)主要研究人在空間中的環(huán)境行為和環(huán)境心理，從而創(chuàng)造更加適宜人們生活和居住的空間體系，提升環(huán)境設計的品質和感受。家庭成員的使用行為和在行為過程中產生的心理狀態(tài)，是室內空間功能劃分的基本依據。

首先，從住居學角度分析業(yè)主家庭常住人口的代際數，即人們常說的“三代同堂”、“四世同堂”等；然后，分析家庭不同成員的年齡、生活經歷、教育程度等個人背景，家庭成員的背景是其行為的重要解釋；最后，分析家庭不同成員在屋頂空間環(huán)境中的行為方式。

在屋頂的空間生活中，最常見的是家庭成員的休閑活動。然而，如今出于對綠色環(huán)境的追求和向往，種植花草和蔬菜、水果也成為了非常重要的選擇。老年人喜愛種植一些蔬菜或者可食用的植物。年輕人喜歡花花草草，但是也有一些年輕人出于對有機食品的喜愛，而選擇種植蔬菜、水果和香草。對于有孩子的家庭來說，兒童的玩耍空間和親子空間成為必不可少的活動空間。

3　以上海某頂層露臺為例的住宅屋頂空間設計

設計場地為上海楊浦區(qū)同濟大學附近的某小區(qū)，16層頂層住宅屋頂露臺空間，屋頂總面積為180m2。設計目的是結合業(yè)主日常活動的需求和家庭資源的消耗，綜合利用屋頂空間，改善屋頂休閑活動，同時最大限度地減少對自然的索取，降低對傳統(tǒng)非清潔能源的依賴。

3.1可持續(xù)系統(tǒng)的功能空間

作為一個普通家庭對資源的需求主要集中在食物、光、電和水。嘗試以屋頂空間所采集的資源，維持屋頂活動和日常生活所需，例如適合業(yè)主飲食習慣與健康的廚房花園，提供能源的薄膜光伏電池，以及用于廚房花園灌溉的雨水收集裝置等。

如果采用漢能薄膜光伏電池實施光伏發(fā)電，光電轉化率保守估計為25%，每平方米理論發(fā)電量為400kWh，保守估計轉換效率的話，經過簡單計算，至多30m2的安裝就可以滿足家庭所有電力需求。

對于中水系統(tǒng)的儲水空間則與實際住宅所處地理位置有直接關系。上海年平均降水量在1200mm左右（數據來源《上海統(tǒng)計年鑒》）。16層迎水面積為130m2。蓄水池可儲存170mm3水量用于灌溉。雨水、電能和植物在系統(tǒng)內相搭配，最大限度利用雨水，實現(xiàn)灌溉，形成中水可持續(xù)系統(tǒng)。

在種植空間劃分中，應考慮植物的生長特點和生活習性，即充分考慮照度、溫度、濕度和耐寒程度對植物的影響。大多數香草類植物喜愛陽光，比如洋甘菊、迷迭香、薰衣草和薄荷等，而蔬菜類對濕度和照度要求較高。但是水果類的植物，如番茄、金桔、無花果等卻對照度、濕度要求不高[4]。

3.2行為情景與空間

業(yè)主家庭是三代同堂，家庭中有爺爺、奶奶、爸爸、媽媽和孫子。奶奶退休后在住宅內停留時間最久，并承擔了主要的打理工作。奶奶熱衷于在屋頂種菜，嘗試了雞毛菜、上海青、生菜等各式蔬菜。除了農耕樂趣，奶奶最大的需求就是和朋友在午后喝茶閑談，休憩小聚。爺爺最大的愛好是讀書，周末獨自在家時喜歡安靜的閱讀。調皮的孫子需要一個發(fā)泄過剩精力的活動空間，也是與長輩們發(fā)生互動的親子空間。全家人在周末則會聚餐，享受難得的家庭活動。

根據以上分析，可得到業(yè)主對屋頂空間的功能需求，主要有安裝光伏電板和儲水箱的空間、種植空間（廚房花園）、廚房和聚餐空間、閱讀空間、休閑小憩空間和兒童活動場所，如圖1所示。

3.3空間設計要素

3.3.1屋頂空間的系統(tǒng)設計

在有光電系統(tǒng)和中水系統(tǒng)的屋頂空間設計中，需要對供電和供水進行系統(tǒng)化分析，如圖2所示，盡量做到合理的空間規(guī)劃，充分考慮相鄰空間的設計?？紤]到太陽能板需要較大和獨立的空間，因而將其放置在角落，并與休閑空間做好隔離的裝置。考慮到中水系統(tǒng)主要用于灌溉，將儲水空間靠近種植空間（廚房花園）更合理。廚房最好緊鄰種植空間和聚餐空間，并將吧臺、閱讀、親子等休閑空間做出合理設計。圖3的空間布局和設計中還包含不同的植物所設置的空間。

圖1　需求與功能空間

圖2　可持續(xù)系統(tǒng)

3.3.2經濟實用因素

經濟實用是一般家庭綠化的主要目的，合理地利用空間，經濟實用地選擇植物進行栽培。從成本和后續(xù)使用上，采用可移動、方便制作的架子等輔助設施。采用可持續(xù)、系統(tǒng)的設計，既能改善城市的生態(tài)環(huán)境，保障家庭的經濟收益，也為家庭提供良好的生活、休息和玩耍的場所。

3.3.3安全因素

由于屋頂露臺是開放空間，其安全性是設計的重要因素。一是結構安全，即要滿足基本的建造條件，不能超過建筑物結構構件的承受能力；二是防水安全，尤其有種植空間存在時；三是圍護安全，必須建設牢固的防護措施，尤其是對有兒童的家庭，防止墜物。屋頂女兒墻雖可以起到欄桿作用，但其高度應至少超過1500mm才能保證人身安全，如不滿足則必須加鐵欄桿以使達到要求，同時還應滿足相應的強度要求。

圖3　屋頂空間布局

4　結語

通過對業(yè)主家庭成員環(huán)境行為和環(huán)境心理的分析，分別從光電系統(tǒng)、中水系統(tǒng)和屋頂種植系統(tǒng)，對屋頂空間生活進行可持續(xù)性研究，使不同的水、電、植物系統(tǒng)相互支撐，最大限度地降低了對外部環(huán)境資源的依賴。從而對屋頂空間進行合理的規(guī)劃和設計，包括整個屋頂的空間功能分區(qū)、布局規(guī)劃和不同區(qū)塊之間形成的系統(tǒng)，最終滿足業(yè)主家庭的不同成員在不同情況下的使用，為現(xiàn)有住宅屋頂空間的可持續(xù)設計提供了參考。

參考文獻：

[1]Sir Terence Conran. ECO House Book [M]. Conran Octopus Ltd,2012:23-26.

[2]Susan K. Weiler, Katrin Scholz-Barth. Green Roof Systems: A Guide to the Planning, Design, and Construction of Landscapes over Structure [M]. John Wiley & Sons, Inc., Hoboken,2009:58-59.

[3]Rachel Kaplan, K. Ruby Blume. Urban Homesteading: Heirloom Skills for Sustainable Living [M]. Skyhorse Publishing,2011:18-20.

[4]Andrea Bellamy. Small-Space Vegetable Gardens: Growing Great Edibles in Containers, Raised Beds, and Small Plots [M].Timber Press,2015:30-40.

Study and Application of Living System of Residence Roof Space --Taking Top Terrace for Instance

Zhou Min Ma Chengli Yin Zhengsheng

【Abstract】With top terrace of residence as example, this paper analyzes sustainable system and interactive system of existing roof living space and proposes sustainable spatial planning and design so as to provide reference for sustainable design of existing residence roof spaces.

【Keywords】residence roof, space living system, sustainability

收稿日期：（2015-11-12）