可持续景观设计技术

二、可持续景观设计技术

实现生态可持续景观是景观设计的基本目标之一。可持续的生态系统要求人类的活动合乎自然环境规律,即对自然环境产生的负面影响最小,同时具有能源和成本高效利用的特点。生态的理性规划方法这种基于生态法则和自然过程的理性方法揭示了针对不同的用地情况和人类活动,需要营造出最佳化或最协调的环境,同时还要维持固有生态系统的运行。随着生态学等自然学科的发展,越来越强调景观环境设计系统整合与可持续性,其核心在于全面协调景观环境中各项生境要素,如小气候、日照、土壤、雨水、植被等自然因素,当然也包括人工的建筑、铺装等硬质景观等。应统筹研究景观环境中的诸要素,进一步实现景观资源的综合效益的最大化以及可持续化。

(一)可持续景观生境设计

1.土壤环境的优化

(1)原有地形的利用。景观环境规划设计应该充分利用原有的自然山形地貌与水体资源,尽可能减少对生态环境的扰动,尽量做到土方就地平衡,节约建设投入。尊重现场地形条件,顺应地势组织环境景观,将人工的营造与既有的环境条件有机融合是可持续景观设计的重要原则。首先,充分利用原有地形地貌体现和贯彻生态优先的理念。应注重建设环境的原有生态修复和优化,尽可能地发挥原有生境的作用,切实维护生态平衡。其次,场地现有的地形地貌是自然力或人类长期作用的结果,是自然和历史的延续与写照。其空间存在具有一定的合理性及较高的自然景观和历史文化价值,表现出很强的地方性特征和功能性的作用。最后,充分利用原有地形地貌有利于节约工程建设投资,具有很好的经济性。原有地形形态利用包括地形等高线、坡度、走向的利用,地形现状水体借景和利用以及现状植被的综合利用等。

青枫公园(见图4-2)位于常州城西新兴发展板块中,总面积约45 hm2设计师采用“森林涵养水,水成就森林”的森林生态能量交换与循环运动的思想,以“生态、科普、活力”为目标,充分利用场地内原有地形和植被条件,通过园林化改造,将青枫公园营造成一个真正有生命意义的场地,实现可持续发展的城市森林生态公园。在公园建设过程中,尽量保留了场地中的原有地形,依山就势,自然与城市和谐对话,既达到了围合空间的目的,又减少了土方挖填量,有效节约了建设投入。

图4-2 青枫公园

(2)基地表土的保存与恢复。通常建设施工首先是清理场地,“三通一平”,接着便是开挖基槽,由此而产生大量的土方,一般说来,这些表土被运出基地,倒往它处。这种做法首先改变了土壤固有的结构,其次是将富含腐殖质的表土去除,而下层土壤并不适宜栽植。科学的做法应该是将所开挖的表土保留起来,待工程竣工后,将表土回填至栽植区域,这样有助于迅速恢复植被,提高植栽的成活率,起到事半功倍的效果。

在进行景观环境的基地处理时,注意要发挥表层土壤资源的作用。表土是经过漫长的地球生物化学过程形成的适于生命生存的表层土,它对于保护并维持生态环境扮演了一个相当重要的角色。表土中有机质和养分含量最为丰富,通气性、渗水性好,不仅为植物生长提供所需养分和微生物的生存环境,而且对于水分的涵养、污染的减轻、微气候的缓和都有相当大的贡献。在自然状态下,经历100~400年的植被覆盖才得到1 cm厚的表土层,可见其难得与重要性。千万年形成的肥沃的表土是不可再生的资源,一旦破坏,是无法弥补的损失,因此基地表土的保护和再利用非常重要。另外,一定地段的表土与下面的心土保持着稳定的自然发生层序列,建设中保证表土的回填将有助于保持植被稳定的地下营养空间,有利于植物的生长。

在城市景观环境设计中,应尽量减少土壤的平整工作量,在不能避免平整土地的地方应将填挖区和建筑铺装的表土剥离、储存,用于需要改换土质或塑造地形的绿地中。在景观环境建成后,应清除建筑垃圾,回填同地段优质表土,以利于地段绿化。

(3)人工优化土壤环境。为了满足景观环境的生境营造,体现多样化的空间体验,需要人为添加种植介质,这就是所谓的人工土壤环境。这种人工土壤环境的营造并不是单一的“土壤”本身,为了形成不同的生境条件,通常需要多种材料的共同构筑。

作为旧金山首个可持续性建筑项目之一,新的加州科学馆拥有10 117 m2的绿色屋顶,它强调了生境的品质和连贯性。伦佐·皮亚诺建筑工作室邀请了SWA和园艺顾问鲍尔·凯法特共同设计“绿色屋顶”。该项目的设计将周边的自然景观分三层设置,使之错落有致,跃然建筑屋顶之上,充满生机与活力。覆盖植被的屋顶轮廓与下面的设施、办公室和展厅相得益彰。由于部分山体坡度达60°,不利于植被种植,所以设计师在种植屋顶植被前进行了大量的测试,设计了等比模型,利用这些模型来测试锚固系统和构建植被生长基础的多层土壤排水系统。底部纵横交错的石笼网不仅可以充当屋顶的排水渠道,同时又支撑由压缩椰壳做成的种植槽。植被首先在场地外被植入种植槽内,成活之后再运往现场,然后人工放置在石笼网内的防水绝缘材料上。这些种植槽作为支撑结构,随着植物的生长最终降解融于土壤之中。屋顶灌溉主要依靠自然灌溉,而非机械灌溉,除了采用节水的种植方式外,从屋顶收集的以及流失的雨水都被回收到地下水中(见图4-3)。

图4-3 加州科学馆的屋顶

2.水环境的优化

景观环境中大量使用硬质不透水材料作为铺装面,如传统沥青混凝土、水泥混凝土、湿贴石材等块状铺装材料等,这些铺装均会造成地表水流失。沟渠化的河流完全丧失滨河绿带的生态功能。一方面,加剧了人工景观环境中水的缺失,导致土壤环境的恶化;另一方面,则需要大量的人工灌溉来弥补景观环境中水的不足,从而造成不必要的浪费。

改善水环境,首先是利用地表水、雨水、地下水,这是一种低成本的方式;其次是对中水的利用,然而中水利用成本较高,且存在着二次污染的隐患,生活污水中有害物质均对环境有害,而除去这些有害成分的成本高昂。根据研究,总面积在5×104 m2以上的居住区,应用中水技术具有经济上的可行性。例如,在南京某住区设计之初,期望将中水回用作为景观环境用水,结果由于中水回用设备运营费用过高,被迫停用。因此,在相关技术未有大幅改进的前提下宜慎用中水。

(1)地表水、雨水的收集(雨水平衡系统)。在所有关于物质和能量的可持续利用中,水资源的节约是景观设计当前所必须关注的关键问题之一,也是景观设计师需着力解决的方面。城市区域的雨水通常会为河流与径流带来负面的影响。受到污染的雨水落在诸如屋顶、街道、停车场、人行道的城市硬质铺装上,每一次降水都会将污染物冲刷到附近的水道中;而且硬质铺装的表面使得雨水流动更快,量也更大,原本这些雨水都应该渗透到自然景观区域的土壤当中。城市中无处不在的硬质铺装地面加速雨水流入河流,因此洪水泛滥的可能性也更大。

因为缺少相应的管理,城市发展的污染依然非常严重,世界上许多城市都面临着这个问题。美国环境保护局已经开始关注城市雨水成为水体污染的重要来源这个问题。面对中国城市普遍存在水资源短缺、洪涝灾害频繁、水污染严重、水生栖息地遭到严重破坏的现实,景观设计师可以通过对景观的设计,从减量、再用和再生三方面来缓解中国的水危机。具体内容包括通过大量使用乡土和耐旱植被,减少灌溉用水;通过将景观设计与雨洪管理相结合,来实现雨水的收集和再用,减少旱涝灾害;通过利用生物和土壤的自净能力,减轻水体污染,恢复水生栖息地,恢复水系统的再生能力等。可持续的景观环境应该努力寻求雨水平衡的方式,雨水平衡也应该成为所有可持续景观环境设计的目标。地表水、雨水的处理方法突出将“排放”转为“滞留”,使其能够在自然景观中“生态循环”和“再利用”,雨水落在基地上,经过一段时间与土地自身形成平衡。雨水只有渗入地下,并使土壤中的水分饱和后才能成为雨水径流。一块基地的表面材料决定了成为径流的雨水量。开发建设会造成可渗水表面减少,使雨水径流量增加。不透水材料建造的停车场阻碍了雨水渗透,从而打破了基地雨水平衡。不谨慎的建设行为会使场地的雨水偏离平衡。不透水的表面会使雨水无法渗透到土壤中,进而影响蓄水层和与之相连的河流,从而产生污染。综合的可持续性场地设计技术能够帮助实现和恢复项目的雨水平衡,它强调雨水收集、储存、使用的无动力性。最具有代表性的是荷兰政府1997年强调实施可持续的水管理策略,其重要内容是“还河流以空间”。以默兹河为例,具体包括疏浚河道、挖低与扩大漫滩、退堤以及拆除现有挡水堰等,其实质是一个大型的自然恢复工程。

改善基底,提高渗透性主要指通过建设绿地、透水性铺地、渗透管、渗透井、渗透侧沟等,令地面雨水直接渗入地下,涵养地下水源,同时也可缓解住区土壤的板结、密实,有利于植物的生长。日本早在20世纪80年代初就开始推广雨水渗透计划。有资料表明,利用渗透设施对涵养地下水、抑制暴雨径流十分明显。东京附近面积达22×104 m2、平均日降雨量69.5 mm的降雨区,由于实施雨水渗透技术,平均流出量由原来的37.59 mm降到5.48 mm,储水效率大为改观,也未发现对地下水造成污染。

无论是单体建筑还是大型城市,应该严格实行雨洪分流制,针对不同地域的降水量、土壤渗透性及保水能力分别对待。首先,尽可能截留雨水、就地下渗;其次,通过管、沟将多余的水资源集中储存,缓释到土壤中;再次,在暴雨期超过土壤吸纳能力的雨水可以排到建成区域外。

雨水收集面主要包括屋面、硬质铺装面、绿地三个方面。

① 屋面雨水收集系统类型与方式。

a.外收集系统:檐沟、雨水管。

b.内收集系统:由屋面雨水斗和建筑内部的连接管、悬吊管、立管、横管等雨水管道组成。屋面雨水收集过程中,可以采用截污滤网、初期雨水弃流装置等控制水质,去除颗粒物、污染物。

② 硬质铺装面(道路、广场、停车场)雨水收集系统类型与方式。

a.雨水管、暗渠蓄水:采用重力流的方式收集雨水。

b.明沟截流蓄水:采用明沟砂石截流和周边植被带种植,不仅可以起到减缓雨水流速、承接雨水流量的作用,同时,借助生物滞留技术和过滤设施,还能够有效防止受污染的径流和下水道溢出的污染物流入附近的河流。在这些景观区通过竖向设计调整高程,以便收集雨水,并使雨水经过滤后渗入地下。明沟截流可以降低流速,增加汇集时间,改善透水性并有助于地下水回灌。同时,这些明沟可以增加动物栖息地,提高生物多样性。

劳瑞·欧林景观事务所与尼区工程公司合作在麻省理工学院斯塔塔中心的基地中设计了一个创新型雨水处理系统(见图4-4),可以保持场地内100%的降水量。雨水处理系统场地下是斜坡式的蓄水池。这个蓄水池就是中心的花园,上面种植本土湿地物种,大约可以保持1.82 m深的水量。通过植物、沙砾和土壤渗透的雨水都被储存到了地下的蓄水池中,每天使用太阳能水泵循环两次。循环雨水可以作为灌溉和中心盥洗室使用。设计利用91 m长的本土石头、沙砾、大石头组成的区域分别将这个水池放置在湿地植物与干地植物之下。降雨时期的排水口则是一个金属石笼。这个措施不仅减少了90%的地表径流,而且每年可节约大量的水。

图4-4 麻省理工学院斯塔塔中心雨水处理系统

2.25 hm2的水之园是美国俄勒冈公园内一块成熟的湿地和水生植物展示园区,也是湿地处理和城市废水再利用的典范。同时,水之园也进一步向人们展示了野生动植物栖息地和水的再利用处理场地也可以是如此美丽的一个植物园。对于游客的教育意义在于它传达的可持续环境的含义。水之园的设计有机地将公园的科普、示范、生境及湿地水景营造结合起来。整个地势从高到低,水之园被规划成了三个区域,土方基本实现挖填平衡。最高区域平台的水池拥有很多原生植物,园内原有的石头和干木为野生动植物构架栖息地。这里只有一部分对游客开放。污水从高一层的水池流入一个0.45 m深的黏土池,即污水处理池。中间地带有多个水池,还有一个观景台和游步道。这片区域可以提供有关湿地和野生动物方面教育与研究的信息及机会。最低的区域包括供参观的水生植物展示池,位于入口一级园路旁。

c.街道雨洪设施:绿色基础设施是场地雨水管理和治理的一种新方法。在雨水管理和提升水质方面比传统管道排放的方式有效。建设的一些生态洼地和池塘都是典型的绿色基础设施,可以为城市带来多方面的好处。通过道路路牙形成企口收集、过滤雨水,将大量雨水流限制在种植池中,通过雨水分流策略,减轻下水道荷载压力,避免将雨水径流集中在几个“点”,而是将雨水分布到基地各处的场地中。同时,考虑到人们集中活动和车辆的油泄漏等污染问题,应避免建筑物、构筑物、停车场上的雨水直接进入管道,而是要让雨水在地面上先流过较浅的通道,通过截污措施后进入雨水井。这样沿路的植被可以过滤掉水中的污染物,也可以增加地表渗透量。线性的生态洼地是由一系列种有耐水植物的沟渠组成的,通常出现在停车场或是道路沿线。还有一些通过植物和土壤中的天然细菌吸收污染物来提升水质的系统。洼地和池塘都可以在解除洪水威胁之前储存雨水。这些系统当中一些可以用于补给地下水,另一些则在停车场上方,要保持不能渗透。绿色基础设施也可以与周围的环境一起构成宜人的景观,同时提升公众对于雨水管理系统的认识和增强水质的意识。

NESiskiyou绿色街道(见图4-5)被认为是波特兰市最好的绿色街道雨洪改造工程实例之一。首先,这种形式可以在所有地方用雨洪收集管道代替典型的住宅街道停车区,以便于收集流失的雨水。2003年秋天建成的NESiskiyou绿色街道,例证了可持续的雨洪管理原理,并充分体现了简单、节约成本以及创新的设计解决方案的价值。

d.充气水坝:通过弹性的充气基础,可以起到控制洪水分流的作用,迅速将巨大水流调节变小,化整为零(见图4-6)。

图4-5 NESiskiyou绿色街道

图4-6 充气水坝

e.透水铺装:改善景观环境中铺装的透气性、透水性,通过透水材料的运用,迅速分解地表径流,渗入土壤,汇入集水设施。

多孔的铺装面:现浇的透水性铺装面层使用多孔透水性沥青混凝土、多孔性柏油等材料。多孔性铺装的目的是从生态学角度处理车辆的汽油,从排水中除去污染物质,把雨水循环成地下水,分散太阳的热能,让树根呼吸,也是在恢复城市自然环境的循环机能基础上确立的。但是多孔性柏油的半液体黏合剂堵塞透气孔,会使植物根系呼吸不良,影响植物的生长。而多孔性混凝土因为具有多孔结构会降低骨料之间的黏结强度,进而降低路面的强度及耐久性等性能指标,因此必须注意通过添加特殊添加剂来改善和提高现浇透水性面层黏结材料的黏结强度。多孔的铺装面能够增强渗透性,形成一个稳定的、有保护作用的面层。

散装的骨料:如碎石路面、停车场等。在南京大石湖景区中,运用碎石作为路面铺装,有效提高了场地的透水性,减少了硬质材料对自然环境地表水流动的阻隔。

块状材料:“干铺”的方式使用块状材料,如道板细石混凝土、石板等整体性块状材料。块材面层的透水性通过两种途径实现,一种是透水性的块材本身就有透水性,另一种是完全依靠接缝或块材之间预留孔隙来实现透水目的。这两种方式中所使用的面层块材本身不透水或透水能力很有限,如草坪格、草坪砖等。

上述三种常用的方法均可达到透气、透水的目的,其基本原理是通过面层、垫层、基层的孔洞、空隙实现水的渗透,从而达到透水的目的。在技术层面上应该注意区别道路铺装面的荷载状况而分别采用不同的垫层及基层措施。上述三种方法各有利弊,如透水混凝土整体性最强,其表面色彩、质地变化多,但随着时间的推移,由于灰尘等细小颗粒的填充,透水混凝土的透水率会逐渐降低,最终失去透水的能力。比较而言,散状骨料的适应面最宽,只要妥善处理面层、垫层及基层级配,这种铺装面几乎可以适用于任何一种景观环境,具有造价低、构造简单、施工便捷、易维护等多种优点。块状材料透水铺装面主要用于步行场合,不适宜重荷载碾轧,否则会由于压力不均而致路面塌陷变形。

(2)中水处理。中水回用景观设计是当今城市住区环境规划中体现生态与景观相结合的一项有多重意义的课题,对于应对全球性水资源危机、改善城市环境有着非常重要的价值。将生活污水作为水源,经过适当处理后做杂用水,其水质指标介于上水和下水之间,称为中水,相应的技术称为中水处理技术。经处理后的中水可用于厕所冲洗、园林灌溉、道路保洁、城市喷泉等。对于淡水资源缺乏、城市供水严重不足的缺水地区,采用中水技术既能节约水源,又能使污水无害化,是防治水污染的重要途径,也是我国目前及将来长时间内重点推广的新技术、新工艺。

中水处理技术类型有如下几种。

① 物理技术:包括沉淀法、过滤法、气浮法等技术措施。沉淀法是利用重力作用使污染水中重于水的固定物质沉淀;过滤法是将水通过滤料或多孔介质,通过吸附作用和物理筛滤截流水中悬浮物;气浮法是利用细小气泡和细微颗粒之间的吸附作用使污染物形成实际密度小于水的漂浮物,从而起到与污水隔离的作用。

② 生物处理技术:包括好氧生物处理法和厌氧生物处理法。根据微生物的呼吸特性,采用一定的人工措施营造有利于微生物生长繁殖的环境,使微生物大量繁殖,以提高微生物氧化分解有机物的能力,达到净水目的。

③ 净水生境系统:将污染物迁移转化后外移,通过植物的吸收、吸附、截留、过滤作用,降解、转化水体中的有机污染物。湿地结构模式快速的水循环和对富营养物高效的新陈代谢,对污水的处理特别有效。高渗透性的矿物材料确保基质的多孔性和孔隙度,有利于植物的生长。净化生境系统在降解微粒和分解有机物方面十分有效。有氧水生微生物和一些植物的根系形成共生关系,这些微生物能够促进碳的化合物的分解。同时,也应该看到,在某些污染严重的水体中由于生境破坏严重导致植物生长困难。另外,考虑到植物生长周期、生长速度,应避免因其过度生长或组织沉淀而造成水体的二次污染。

(二)可持续景观种植设计

近年来,在部分景观环境建设过程中,过分追求“立竿见影”“一次成型”的视觉效果,将栽大树曲解为移植老树,从而忽略了植被的生态功能,大量绿地存在功能单一、稳定性差、易退化、维护费用高等问题。可持续景观种植设计注重植物群落的生态效益和环境效益的有机结合。通过模拟自然植物群落、恢复地带性植被、多用耐旱植物种等方式实现可持续绿色景观,建构起结构稳定、生态保护功能强、养护成本低、具有良好自我更新能力的植物群落。

1.地带性植被的运用

自然界植物的分布具有明显的地带性,不同的区域自然生长的植物种类及其群落类型是不同的。景观环境中应用的地带性植被,是对光照、土壤、水分适应能力强,植株外形美观、枝叶密集,具有较强扩展能力,能迅速达到绿化效果且抗污染能力强、易于粗放管理,种植后不需要经常更换的植物。地带性植物栽植成活率高,造价低廉,常规养护管理费用较低,往往无须太多管理就能长势良好。地带性植物群落还具有抗逆性强的特点,自成群落,生态保护效果好,在城市中道路、居住区等生态条件相对较差的绿地也能适应生长,从而大大丰富了景观环境的植物配置内容。地带性树种根系深而庞大,能疏松土壤、调节地温、增加土壤腐殖质含量,对土壤的熟化具有促进作用。

在立地条件适宜地段恢复地带性植物时,应该大量种植演替成熟阶段的物种,首选乡土树种,组成乔、灌、草复合结构,在一定条件下可以抚育野生植被。城市生物多样性包括景观多样性,是城市人们生存与发展的需要,是维持城市生态系统平衡的基础。城市景观环境的设计借助园林景观类型的多样化以及物种的多样性等来维持和丰富城市生物多样性。因此,物种配置以本土和天然为主,这种地带性植物多样性和异质性的设计,将带来动物的多样性,能吸引更多的昆虫、鸟类和小动物来栖息。南京地铁一号线高架站广场景观环境设计中,大量使用地带性落叶树种,如榉树、朴树、黄连木、马褂木等,形成四季分明的植物景象。

北京塞纳维拉居住区运用杨树来营造一种“白杨乡土景观”(见图4-7)。在一个高档社区中使用了最便宜却具有地域特征的树木,不仅提升了住区的品质,而且在改善景观环境质量的同时,节约造价,合理科学的设计实现了景观的可持续。塞纳维拉居住区以北方常见的新疆杨为主要的景观元素,简单地规则种植,力图以其高大挺拔的风姿将建筑掩映其间,它们统一了场地并构成了最显著的地域特征和地域标识。与此同时,杨树林下以草坪和地被植物做基底,这些地被植物用来保持水土、界定道路。局部配置早园竹丛,点缀季节特征显著的花灌木,作为低空屏障既可挡风又可增添视觉趣味,从而有助于形成简洁而有力度的种植,它们共同构成极具地带性特色的景观。

图4-7 塞纳维拉居住区的白杨

强调地带性植物的意义,并非绝对排斥外来植物种类,如广泛分布于长江流域的悬铃木、雪松等。但是,目前很多城市景观是由非本地或未经驯化培育的植物组成的。这些植物在生长期往往需要大量的人工辅助措施,并且长势及景观效果欠佳。以南京鼓楼北极阁广场上的银海枣为例,保护它们正常越冬是每年必不可少的工作,大大增加了养管费用。同时,这些新引进的树种由于对气候不适应,往往生长状况差,根本达不到原产地的效果。外来树种引种需有一个适应环境的过程,其周期较长,因此引种须慎重。

2.群落化栽植——“拟自然景观”

自然界树木的搭配是有序的,乔、灌、草级分布,树种间的组合也具有一定的规律性。它们的组合一方面与生境条件相关,另一方面又与树种的生态习性有关。对于景观师而言,通过模拟地带性自然植物群落以营造景观是相对有效的办法,一方面可以强化地域特色,另一方面也可以避免不当的树种搭配。模拟自然景观的目的在于将自然环境的生境特征引入城市景观环境建设中。模拟自然植物群落、恢复地带性植被的运用,可以构建出结构稳定、生态保护功能强、养护成本低、具有良好自我更新能力的植物群落。这样不仅能创造清新、自然的绿化景观,而且能产生保护生物多样性和促进城市生态平衡。

植物群落所营造的是拟自然、原生态的景象。种植设计中,要注意栽植密度的控制,过密的种植会不利于植物生长,从而影响景观环境的整体效果。在技术上,应尽量模拟自然界的内在规律进行植物配置和辅助工程设计,避免违背植物生理学、生态学的规律进行强制绿化。植物栽植须在生态系统允许的范围内,使植物群落乡土化,进入自然演替过程。如果强制绿化,就会长期受到自然的制约,从而可能导致灾害,如物种入侵、土地退化、生物多样性降低等的发生。

拟自然植物群落的基本方法:生物多样性不是简单的物种集合,植物栽植应尽可能提高生物多样性水平。植物配置时,既要注重观赏特性对应互补,又要使物种生态习性相适应;尊重地带性植物群落的种类组成、演替规律和结构特点,以植物群落作为绿化的基本单元,再现地带性群落特征。顺应自然规律,利用生物修复技术,构建层次丰富、功能多样的植物群落,提高自我维持、更新和发展能力,增强绿地的稳定性和抗逆性,减少人工管理力度,最终实现景观资源的可持续维持与发展。

3.不同生境的栽植方法

进行植物配置时,要因地制宜、因时制宜,使植物正常生长,充分发挥其观赏特性,避免为了达到所谓的景观效果而采取违背自然规律的做法。例如,大面积的人工草坪不仅建设与养管成本高,而且由于需要施肥,当大面积草坪与水面相临时,就难免使水富营养化,从而带来水环境的恶化。

生态位是指物种在系统中的功能作用以及在时间、空间中的地位。景观规划设计要充分考虑植物物种的生态位特征,合理选择、配置植物群落。在有限的土地上,根据物种的生态位原理实行乔、灌、藤、草、地被植被及水面相互配置,并且选择各种生活型以及不同高度、颜色、季相变化的植物,充分利用空间资源,建立多层次、多结构、多功能科学的植物群落,构成一个稳定的、长期共存的复层混交立体植物群落。

树种的选择主要受生态因子的影响,就景观栽植而言,一方面是依据基地条件而选择相适宜的树种;另一方面是着眼于景观与功能,改善环境条件而栽植某些植物种。树木与环境间是一种“互适”的关系。以“适地适树”为根本原则,在确保植物成活率的同时,降低造价及日常的养护管理费用。

合理控制栽植密度,植物配置的最小间距为D=,其中A、B为相邻两株树木的冠幅,D为两株树木的间距。复层结构绿化比例,即乔、灌、草配植比例是直接影响场地绿量、植被、生态效应和景观效应的绿化配置指标。据调查研究,理想的景观环境为100%绿化覆盖率,复层植物群落占绿地总面积的40%~50%,群落结构一般三层以上,包括乔木、灌木、地被。

(1)建筑物附近的栽植。景观环境中,通过种植设计形成良好的空间界面,与建筑物达成一定的对话关系。建筑周边立地条件复杂,通常地下部分管线、沟池等占据了地下空间,自然生长的植物、材料具有两极性,即植物的地下部分与地上部分具有相似性。树木的地上、地下部分都在生长,因此地上、地下都必须留出足够的营养空间。所以,在种植设计过程中,不仅要考虑植物、材料地上部分的形态特征,同时也要预测到植物生长过程中其根系的扩大变化,以避免与建筑基础管线产生矛盾。靠近建筑物附近的树木往往根系延伸至建筑室内地下,一方面会破坏建筑物的基础,另一方面由于树木的根系吸收水分,可引起土壤收缩,从而使室内地面出现裂纹。尤其是重黏土、龟裂现象更为明显。其中榆树、杨树、柳树、白蜡等树种容易造成此类现象,因此在种植设计时必须保持足够的距离,通常至少保持与树高同等的距离。

(2)湿地环境植物栽植。水生植物常年生活在水中,根据生态习性的不同,可以划分为五种类型,分别适宜生长在不同水深条件中。挺水植物常分布于0~1.5 m的浅水处,其中有的种类生长于潮湿的岸边,如芦、蒲草、荷花等;浮水植物适宜水深为0.1~0.6 m,如浮萍、水浮莲和凤眼莲等;沉水植物的植物体全部位于水层下面,如苦草、金鱼藻、黑藻等;沼生植物是仅植株的根系及近于基部地方浸没水中的植物,一般生长于沼泽浅水中或地下水位较高的地表,如水稻、菰等;水缘性植物生长在水池边,从水深0.2 m处到水池边的泥里都可以生长。

不同水生植物除了对栽植深度要求有所不同外,对土壤基质也有相应的要求,景观栽植中应注意不同水生植物的生态习性,创造相应的立地条件。

(3)坡面栽植。土石的填挖会形成边坡土石的裸露,造成水土流失、影响植被生长。坡面栽植可美化环境,涵养水源,防止水土流失和滑坡,净化空气,具有较好的环保意义。

坡面栽植效果如何在很大限度上取决于植物材料的选用。发达根系固土植物在水土保持方面有很好的效果,国内外对此研究也较多。采用发达根系植物进行护坡固土,既可以固土保沙,防止水土流失,又可以满足生态环境的需要,还可进行景观造景,在城市河道护坡方面可借鉴。固土植物可以选择的主要有沙棘林、刺槐林、黄檀、胡枝子、池杉、龙须草、金银花、紫穗槐、油松、黄花、常青藤、蔓草等,在长江中下游地区还可以选择芦苇、野茭白等,具体根据该地区的气候选择适宜的植物品种。

按栽种植物方法不同分为:栽植法和播种法。播种法主要用于草本植物的绿化,其他植物绿化适用栽种法。播种法按使用机械与否,又可分为机械播种法和人工播种法;按播种方式不同还可分为点播、条播、撒播。

下面介绍三类坡面栽植技术。

① 陡坡栽植(坡度大于25°的坡面):注意坡面防护,植物可选用灌木、草本类植物,可在边坡上打桩,设置栅栏、浆砌石框格以利于边坡稳定和植物生长。但这些措施并不能保证边坡长久的稳定,后期还要维护和管理。对于重要边坡,可选用植生混凝土绿化。

② 高硬度土质边坡栽植:当土壤抗压强度大于15 kg/cm2时,植物根系生长受阻,植物生长发育不良。在这种情况下,可采用钻孔、开沟、客土改良土壤硬度,也可以用植生混凝土绿化。

③ 岩石坡面栽植:岩石坡面属高陡边坡,立地条件差、栽植技术复杂、成本高、养管难度大,非特殊地段及需要不应该过度人为绿化。对于稳定性良好的岩坡,可考虑藤本植物绿化。在坡面附近或坡底置土,其上栽种藤本植物,藤本植物生长、攀缘、覆盖坡面。对于稳定性较差的岩坡,应充分考虑坡面防护。先在岩坡上挂网,采用特定配方的含有草种的植生混凝土,用喷锚机械设备及工艺喷射到岩坡上,植生混凝土凝结在岩坡上后,草种从中长出,覆盖坡面。

植生混凝土主要由多孔混凝土、保水材料、难溶性肥料和表层土构成。多孔混凝土是植被型生态混凝土的骨架。表层土铺设于多孔混凝土表面,形成植被发芽的空间并减少混凝土中水分蒸发,同时提供植被发芽初期的养分。采用喷洒植生混凝土的护坡绿化技术,能够在坡度超过20%的岩石上拉网喷射一层植被混凝土。但由于植生混凝土成本过高,推广应用尚比较困难。国内开始研究适合岩石边坡喷射施工的水泥生态种植基。水泥生态种植基是由固体、液体和气体三相物质组成的具有一定强度的多孔人工材料。固体物质包括粗细不同的土壤矿物质颗粒、胶结材料、肥料和有机质及其他混合物。在种植基固体物质之间是形状和大小均不相同的空隙,空隙由成孔材料产生,成孔材料采用稻草秸秆,空隙中充满水分和空气。

生态笼砖边坡复绿技术是采用工厂生产配制的栽培基质加黏合剂压制成砖状土埋,在砖坯上播种草花灌等植物种子,经养护后,砖坯内长满絮状草根的绿化草砖,将草砖装入过塑网笼砖内,形成绿化笼砖,将笼砖固定在岩质坡面上,达到即时绿化效果,解决了75°以上的石壁边坡绿化难题。但由于工程造价较高,推广受到限制。

生态植被袋:生物防护技术是将选定的植物种子通过两层浆纸附着在可降解的生态植被袋的内侧,在施工时在植被袋内装入营养土,封口按照坡面防护要求码放,经过浇水养护,能够实现施工现场的生态修复。生态植被袋既可以用于土石坡面,也可以用于岩石坡面,但坡度较陡时坡面不宜太长。生态植被袋是用高分子聚乙烯及其他材料制成,耐腐蚀性强,对植物友善。生态植被袋有过滤功能,在允许水通过时,可以防止颗粒渗透,透水不透土,具有水土保持的关键特性。

灌木护坡技术有利于土方加固和大体积稳定。在边坡上开挖种植企口,形成种植台地,栽植灌木。

(4)屋顶栽植。屋顶栽植作为一种不占用地面土地的绿化形式,其应用越来越广泛。屋顶栽植的价值不仅在于能为城市增添绿色,而且能减少建筑材料屋顶的辐射热,降低城市的热岛效应、改善建筑的小气候环境、提高建筑物的热工效能,形成城市的空中绿化系统,对城市环境有一定的改善作用。

屋顶栽植的技术问题是一个核心问题。对于屋顶绿化来讲,首先要解决的是建筑的防水问题。不同的屋顶形式需选择不同的构造设施。倘若屋顶的种植植物还是按照地面的栽植方式则不适合。考虑到屋顶栽植存在置换不便的现实问题,因此植物选择上要注意生命周期,尽量选取寿命长、置换便利的植物材料,置换期一般须达到10年以上。同时,屋顶基质与植物的构成是否合理也是需要慎重考虑的一个方面。在一个大坡度的屋顶覆土深度近0.5 m,如果仅种植草本植物,从设计及绿化方式的选择上是不适当的。

屋顶栽植结构层一般分为屋面结构层、保温隔热层、防水层、排水层、过滤层、土壤、植物层等。

① 保温隔热层:可采用聚苯乙烯泡沫板,铺设时要注意上下找平密接。

② 防水层:屋顶绿化后应绝对避免出现渗漏现象,最好设计成复合防水层。

③ 排水层:设在防水层上面,可与屋顶雨水管道相结合,将过多水分排出,以减轻防水层的负担。排水层多用砾石、陶粒等材料。

④ 种植层:一般多采用无土基质,以蛭石、珍珠岩、泥炭等与腐殖质、草炭土、沙土配制而成。

种植屋面的防水层兼有防水和阻止植物根穿透的功能。种植屋面常用的防水卷材主要包括改性沥青、PVC和EPDM。由于种植屋面荷载重、要求使用寿命长、不易维修等因素,国外采用叠层改性沥青防水层较多,但沥青基防水卷材阻根性较差,需要采取阻根剂、铝箔、铜蒸汽等手段解决这一问题。PVC和EPDM防水卷材只要具有较大的厚度也可用于种植屋面单层铺设,或者铺在有沥青卷材作为下层防水的上面,组成多层防水。因此,可大力发展阻根叠层改性沥青防水层,以满足细作型重型种植屋面之需,同时适当发展和采用PVC及EPDM防水卷材,逐渐形成多元化防水材料体系。① 含有复合铜胎基的SBS改性沥青防水层;②PVC防水层;③EPDM防水层(三元乙丙橡胶防水层)。

新建成的美国国会图书馆帕卡德园区视听资料保存中心(简称NAVCC)占地16×104 m2,坐落于弗吉尼亚州乡间。其重要的场地设计理念包括:对原有建筑的适应性再利用;保留原有树木;使用乡土植物;雨洪管理;高度隔离性;利用窗前的拱廊遮挡夏日的阳光。屋顶有一定的坡度分级,有的地方厚度达122 cm,有的地方厚度只有22 cm。最薄的地方由80%的烘干沙土和20%的混合肥料组成(见图4-8)。设计师首先绿化平坦的区域,然后在斜坡处采用湿法喷播植草,使建筑与原地形巧妙地融合在一起。斜坡的厚度只有15 cm,种植了景天属植物和侧穗格兰马草。就色彩而言,建筑与周围的乡土色彩和谐一致(见图4-9)。

图4-8 帕卡德校园的屋顶

图4-9 帕卡德校园内的植物

(三)可持续景观材料及能源

莱尔指出:“生物与非生物最明显区别在于前者能够通过自身的不断更新而持续生存。”他认为,由人设计建造的现代化景观应当具有在当地能量流和物质流范围内持续发展的能力,而只有可再生的景观才可以持续发展。正如树叶凋零,来年又能长出新叶一样,景观的可再生性取决于其自我更新的能力。城市景观环境规划设计过程中,不可避免地要处理这类问题。因此,景观设计应当采用可再生设计,即实现景观中物质与能量循环流动的设计方式。绿色生态景观环境设计提倡最大化利用资源和最小化排废弃物,提倡重复使用,永续利用。

景观材料和技术措施的选择对于实现设计目标有重要影响。景观环境中的可再生、可降解材料的运用、废弃物回收利用以及清洁能源的运用等是营造可持续景观环境的重要措施,从上述诸措施着手,统筹景观环境因素间的关系,是构建可持续景观环境的重要保证。

1.生态厕所

作为景观环境的配套环卫基础设施,生态公厕是指具有不对或较少对环境造成污染,并且能够充分利用各种资源,强调污染物自净和资源循环利用概念和功能的一类厕所。根据不同的进化措施,目前社会上已经出现了生物自净、物理净化、水循环利用、粪污打包等不同类型的生态厕所。

生态厕所的主要特点有以下几个方面。

(1)粪污无害化:将厕所所收集的粪污进行就地处理或异地处理,使粪污无害化后再回归环境。在进行粪污处理时,可以将回收粪污中的有用成分用于制肥或回收水资源,使得粪污从无害化走向资源化。

(2)节能、节水:生态厕所应具备粪便处理回收水的功能,也有一些厕所不使用或少用水冲方式而达到洁净目的。这些厕所在使用上具有独立性,特别是对水资源的需求较少,具备节水特点。还有一些厕所利用太阳能作为取暖能源。

(3)应用范围广:由于生态厕所减少了对外界资源的依赖性,所以生态厕所可以广泛地应用于环境和条件受限制的地域。在立地条件不是很理想的景观环境中,生态公厕的安装使用较普通厕所更为便利。

目前,太阳能生态公厕(见图4-10)已经研制成功。太阳能公厕的原理是对建筑外墙进行保温,并把向阳面做成集热墙。集热墙上下部分别设可调式通风口,利用物理原理使吸热体内热空气与室内的冷空气之间形成自动循环,将太阳能转换成电能,达到冬季提高公厕内室温、防止厕内水管冻裂的目的。与有供暖的公厕相比,太阳能厕所节约了能源,节省了运行费。生态厕所采用微生物技术处理污物,污物经过除臭、分解、酵化三个步骤,并将产生的污浊气体转换成二氧化碳排放到空气中,对周围环境基本没有影响。经测试,这种环保型厕所不但具有清洁、安全、节能的功能,而且解决了过去普通厕所存在的污水再污染等问题。这种环保型厕所的投入使用,不但可以节约大量的水资源,还可大大减少城市污水的排放量。

图4-10 太阳能公厕

为了治理生活污水污染,改变普通国标化粪池给城乡自然水体带来的严重污染,目前已经开发出安装简便、易于工厂化生产的高效一体化生物化粪池。这种产品介于化粪池和无动力污水处理设备之间,既可作为老式化粪池的更新换代,又有较好的污水净化效果,已充分体现出实用性、先进性,在景观环境中使用较为便捷。

高效一体化生物化粪池特点如下。

① 设计新颖,结构紧凑,无能耗;玻璃钢(FRP)制造,使用寿命长。

② 具备格栅、隔油、沉淀、发酵和过滤的综合功能。

③ 安装使用方便,粪渣清理简便,清掏周期长;长期使用无堵塞现象。

④ 处理效果好,出水高于常规生物化粪池出水水质。

⑤ 具有抗脉动水流冲击、防气体爆炸功能。

2.可再生材料的使用

可持续景观材料和工程技术是指,从构成景观的基本元素、材料、工程技术等方面来实现景观的可持续,包括材料和能源的减量、再利用和再生。景观建造和管理过程中的所有材料最终都源自地球上的自然资源,这些资源分为可再生资源(如水、森林、动物等)和不可再生资源(如石油、煤等)。要实现人类生存环境的可持续,必须对不可再生资源加以保护和节约使用。但即使是可再生资源,其再生能力也是有限的,因此在景观环境中对可再生材料的使用也必须体现集约化原则。

景观环境中一直鼓励使用自然材料,其中的植物材料、土壤和水毋庸置疑,但对于木材、石材为主的天然材料的使用则应慎重。众所周知,石材是不可再生的材料,大量使用天然石材意味着对自然山地的开采与破坏,以损失自然景观换取人工景观环境显然不可取;而木材虽可再生,其生长周期长,尤其是常用的硬杂木,均非速生树种,从一定角度看运用这类材料也是对环境的破坏。不仅如此,景观环境中使用过的石材与木材均难以通过工业化的方法加以再生、利用,一旦重新改建,大量的石材与木材又会沦为建筑“垃圾”造成二次污染环境。因此,应注重探索可再生资源作为景观环境材料。金属材料是可再生性极强的一种材料,此类材料均有自重轻、易加工成型、易安装、施工周期短等优点,因此应当鼓励钢结构等金属材料使用于景观环境。除此之外,基于景观环境特殊性、全天候、大流量的特性,除可再生性能外,还应注意材料的耐久性,可以长期无须更换与养护的材料同样是符合可持续原则的。

可持续观念的材料研究,将会成为继“钢”和“混凝土”之后的又一次材料革命。“钢”和“混凝土”曾经彻底解放了建筑的结构,也使现代主义建筑运动得以成功,并加速了从手工业时代到工业时代的转变。而从后工业时代到可持续时代的过渡,则意味着对材料的新一轮的定义。因为所有的能源、资源和生态问题都因物质和材料而起。这种新的材料革命强调了充分利用材料的自然特性以及再生概念,并合理利用有限的自然资源。对景观建设而言,依据物质材料的再生概念,根据材料再生方面的不同特性,还有其加工所消耗的能源数量的不同对其加以选择和划分,选择可再生、可降解、可重复种植、重复生产和可以再利用的材料,或者直接从再生、再利用的材料中获取景观材料。同时,要求所有组成材料都能够被清晰地解读,而不会被完全纳入其他部分之中。这样失去功效的材料就能够被简单地分离、拆除,而不影响其他尚能发挥功效的材料的继续使用。

景观环境中运用的可再生材料主要包括:金属材料、玻璃材料、木制品、塑料和膜材料等几种类型。正如金属材料一样,许多新材料的运用不是从景观设计开始的,所以关注材料行业的发展,关注其他领域材料的应用,有利于发现景观中的新材料,或传统景观材料的新用法。

(1)金属材料。景观环境建设中,金属材料应用广泛。与石材等其他材料相比,它具有可再生性、耐候性、易加工性、易施工和维护等特点。在景观环境中,常用的金属材料有钢材、不锈钢、铝合金等。不锈钢不易产生腐蚀、点蚀、锈蚀或磨损,能使结构部件永久地保持工程设计的完整性。含铬不锈钢还集机械强度和高延伸性于一身,易于进行部件的加工制造,可满足景观建筑师的设计需要。耐候钢的生产原理是在钢材中加入微量元素,使钢材表面形成致密和附着性很强的保护膜,阻碍锈蚀往里扩散和发展,保护锈层下面的基体,以减缓腐蚀速度,延长材料的使用寿命。耐候钢以其独特的色彩和质感融于景观设计中,体现出别出心裁的艺术魅力。镀锌钢板是指表面电镀一层约1 mm厚的金属锌的钢板,具有防腐蚀的作用,在景观建筑行业应用比较广泛。可进行压缩变形的镀锌钢板给景观环境设计带来了质感美和丰富的细部。铝合金具有适当的延伸率、良好的抗腐蚀性能。

① 可再生性:金属材料属可循环利用材料,可回收再加工,不会损害后续产品的质量,环保性强。回收利用是金属的一大优势,因为熔化金属耗费的能源很少。通常金属废料的再利用率可以达到90%,其中钢材料100%。

② 耐候性、耐久性:许多金属材料具有良好的耐候性、耐久性。金属表面还可做涂层处理,以保护金属材料,提高耐久性。不同涂漆的性能主要表现在耐候性上。常用的涂漆方法有电泳涂漆、静电粉状喷涂、氟碳喷涂等。氟碳喷涂是目前广为使用、耐候性最佳的涂料材料。

③ 易加工性:金属材料延展性好、韧性强,易于工厂化规模加工,机械化加工精密,可以降低人工成本、缩短工期。在景观环境中其较强的可塑性可以满足设计的多样化需求。由于处理的方法不同,金属材料可呈现出不同的视觉以及触觉效果,平滑的门板、不锈钢板能体现现代技术以及工艺美;铜板材料表现出现代感与历史感的结合;波纹板则给设计带来丰富的细部;自然未处理的钢板容易留下自然和时间的印记。传统的景观材料如石材、木头等大部分为天然材料,金属这一人工材料与其他天然材料的搭配使景观的变化更为丰富,能够展现出人工美与自然美的对比与交融。金属材料形式众多、色彩丰富,能够表现出各种复杂的立体造型、纹理及质感的效果,可针对景观环境特征有选择地使用各类金属材料。

④ 易施工性:金属材料质量较轻,可以减少荷载,现场施工装配较为便利。

⑤ 易维护性:多数金属材料具有易维护的特点,材料管理便利,有效降低人工成本。

(2)玻璃材料。玻璃属于一种原料态资源,因为玻璃的主要成分是二氧化硅,一般玻璃制品不会污染环境。随着技术的发展,玻璃材料在景观环境中运用不仅限于围护构件,亦可以作为承重构件,从而增添景观的可变性和趣味性。不同的玻璃材料具有不同的内在属性,在景观环境中发挥特殊的功能作用。

① 透光性:玻璃制品最大的特性在于其透光性。不同的玻璃材料具有不同的透光度。超白玻璃是一种低含铁量的浮法玻璃,具有高透光率;玻璃砖和毛玻璃均具有透光不透影的特点。玻璃砖的运用能给景观环境带来朦胧感,在夜景亮化中起到奇特的作用。

② 耐候性:玻璃制品一般不受自然气候的腐蚀,理论耐久年限可以超过100年。

③ 一定的机械性能。

·钢化玻璃是一种预应力玻璃,为提高玻璃的强度,通常使用化学或物理的方法,在玻璃表面形成压应力,玻璃承受外力时首先抵消表层应力,从而提高承载能力,增强玻璃自身抗风压性、抗寒暑性、抗冲击性等。

·夹胶玻璃强度高且破碎后玻璃碴粘连在一起,不易伤人,安全性高。在景观环境中,夹胶玻璃通常用于易受人体冲击的部位。

.镀膜玻璃具有良好的遮光性能和隔热性能,镀膜反射率可以达到20%~40%。

·中空玻璃由于具有特殊的中空构造,大幅度提高了保温隔热性能和隔声性能,具有极好的防结露特性,适用于景观建筑、小品。

④ 易加工性:玻璃材料易于工厂化规模加工,可根据设计要求定制各种类型、形状;机械化加工精密,玻璃制品平整度较高。

(3)木制品。木材和木制品的运用在景观环境内相当丰富。木材往往具有以下材料特性。

① 热性能:木材的多孔性使其具有较低的传热性以及良好的蓄热能力。

② 机械弹性:木材是轻质的高强度材料,具有很好的机械弹性,根据木材的各向异性,在平行于纹理的方向上显示出良好的结构属性。

③ 易加工性:景观环境中的木制小品,可以根据需要加工定制。

木材取材于自然森林,虽然属于可再生材料,但是由于成材周期长,大量使用原木并不是很经济,在一定程度上也影响了原产地的生态环境。木材等天然耐腐蚀性较差,养管比较复杂,人为添加化学防腐材料往往具有二次污染。

除了原木可以作为造景材料外,植物的“废料”,如剥落的皮、叶、枝条等也可以直接或间接作为景观材料使用。

(4)塑料和膜材料。随着工业技术的不断发展,塑料制品的性能逐渐改良,一些新型的塑料和膜材料逐渐成为景观环境的构成元素,它们往往具有以下特性。

① 质轻强度高、绝缘性能高、减震性能好:有机玻璃是一种使用广泛的热塑性塑料,抗冲击强度约为等厚度玻璃的5倍,它具有极佳的透光性;PC板单位质量轻,但具有极佳的强度,它是热塑性塑料中抗冲击性最好的一种。如今广泛使用的膜材料能够很好地满足防火需求。

② 化学性能稳定:一些热塑性塑料具有良好的抗化学腐蚀性,如PC板、ETFE薄膜,后者由于耐候性较好,寿命可以长达25~30年。

③ 自洁性较好:膜材料表面采用特殊防护涂层,自洁性能好,可以大幅度减少维护费用。

④ 易于加工成形:塑料和膜材料可塑性较强,如ETFE可以加工成任何尺寸和形状,尤其适于景观环境中大跨度构筑物。膜结构的形体可以更为自由,形式众多的刚性和柔性支撑结构以及色彩丰富的柔性膜材使造型更加多样化,可以在景观空间中创造出各种自由的、更富有想象力的形体。

种植网格是通过热焊接的高密度聚乙烯条制成,具有较好的聚合量。它结合了防收缩与排水设施,为坡面提供控制腐蚀、固定地面以及挡土墙的设施。设计师可在高层建筑间的一段不宜种植的狭长地带营造出尺度宜人的实用景观,以艺术的手段解决了高层建筑所带来的压迫感。半球形绿化的形成依托于种植网格的运用,这种半球形结构使树木的根球能够保持在地坪以上。

⑤ 易施工:塑料和膜材料及支撑结构现场安装较为方便,施工周期短。

3.可降解材料的使用

近年来,可生物降解材料是人们关注的一个热点课题。生物可降解性与可再生资源制备是两种不同的概念。天然生成的聚合物,如纤维素或天然橡胶是可生物降解的,生物可降解性与物质的化学结构有关,而不论此结构是否是由可再生资源或矿物资源制备的。

(1)纳米塑木复合景观材料。在PE/PP塑料颗粒原料中添加一定比例的含有木质纤维填料和加工助剂,经由高混机混合后,利用专用加工设备和模具可生产出具有天然木材特性的纳米PE/PP塑木复合景观及建筑材料制品。

其性能特点如下。

① 天然质感、强度高:保留了天然木纤维纹理、木质感,与自然环境相融合;摒弃了自然木材易龟裂、易翘曲变形等缺陷;这种材料的强度是木材的七倍以上。

② 可塑性强:尺寸、形状、厚度可根据设计定制;通过加入着色剂、覆膜等后期加工处理技术可制成色彩绚丽、质感逼真的各种塑木制品;加工简单,可应用木工加工方法,灵活加工,任何木加工机械都可胜任装配;可钉、可钻、可刨、可粘、可锯、可削、可磨等二次加工。

③ 良好的机械性能:阻燃性好、吸水性弱、尺寸稳定性好;具有抗腐蚀、抗摩擦、耐潮湿、耐老化、耐寒、抗紫外线、耐酸碱、无毒害、无污染等优良性能;耐候性较好,尤其适用于室外近水景观场所。

④ 易维护、寿命长:平均比木材使用时间长五倍以上,无须定期维护,降低了后期加工和维护的成本费用,使用成本是木材的1/3~1/4,经济实用。

⑤ 质坚量轻、绿色环保:材料质坚、量轻、保温;100%可回收循环利用,可生物降解;不含甲醛等有害物质,与环境友好、绿色环保。

(2)可生物降解固土装置。弗瑞希尔公司设计的固土装置是一种为垂直及水平种植而提出的可由生物降解的生长系统。固土装置由聚乙烯乳酸和生物聚合物制成,“口袋”型的种植钵会慢慢降解。纤维的多孔性便于雨水灌溉、空气流通和排水。聚乙烯乳酸的吸水性使其能够达到储水的作用,有利于植物的生长。

4.废旧材料的回收利用

大量旧有的生活设施和生活资料随着人们生活方式的更新而被丢弃;旧有的工业设施也逐渐被替代或者荒废,由此产生了大量废弃的生活资料、旧房拆迁的建筑废料以及工业化的过程中所产生的废弃生产资料。

从可持续景观环境建设的角度来看,废旧材料作为营造环境的元素会产生一定的经济效益和环境效益。运用废旧材料塑造景观环境,使废料循环使用,从而减少对新材料的需求。通过对原材料的分解与重组,赋予其新的功能。这种方式不仅对废旧材料进行了有效的处理,同时节约了购置新材料的费用,赋“旧”予“新”,物尽其用,符合可持续景观环境建设的要求;旧材料与新材料的结合往往会产生新奇的效果。废旧材料能够就地运用到景观环境中,可以减少运输费用、降低建设成本。另据研究,废旧材料可以转化成能源,从而减少能源开支。

废旧轮胎草皮护坡是利用轮胎中的圆孔及排列空隙的土壤来种植连接水体的植物,以增加抗冲能力。轮胎与河道堤身处进行透水垫层技术处理,利用植物根系与坡面土壤的结合,改善土壤结构,提高迎水坡面的抗蚀性、抗冲刷性,利用轮胎压盖来抑制暴雨径流和风浪对边坡的侵蚀,增加土体的抗剪强度,大幅度提高护坡的稳定性和抗冲刷能力,同时具有生态效益和绿色景观效益,造价较低。

5.清洁能源的利用

太阳能、风能、水能和生物质能等可再生能源将成为我国的主要能源。可再生的清洁能源资源对建立可持续的能源系统,促进国民经济发展和环境保护具有重大意义。在景观环境设计中,引入清洁能源作为景观设施的能源供给系统,一方面可以有效地减少市政能源供给,增强景观环境的能源自给能力;另一方面,清洁能源的利用是建设可持续、节约型景观环境的时代需求。同时,在一些老旧的载体上加装清洁能源工程措施比较方便,避免了挖凿埋线的麻烦。互补能源的开发运用、清洁能源与低能耗终端设施的配合使用,可以更有效地发挥自然功效。

(1)太阳能。太阳能是各种可再生能源中最重要的基本能源,通过转换装置把太阳辐射能转换成电能利用的属于太阳能光电技术,光电转换装置通常是利用半导体器件的光伏效应原理进行光电转换,因此又称为太阳能光伏技术。20世纪70年代以来,鉴于常规能源供给的有限性和环保压力的增加,世界上许多国家掀起了开发利用太阳能和可再生能源的热潮。1973年,美国制定了政府级的阳光发电计划,1980年又正式将光伏发电列入公共电力规划,累计投入达8亿多美元。日本在20世纪70年代制定了“阳光计划”,1993年将“月光计划”“环境计划”“阳光计划”合并成“新阳光计划”。德国等欧盟国家及一些发展中国家也纷纷制定了相应的发展计划。20世纪90年代以来,联合国召开了一系列有各国领导人参加的高峰会议,讨论和制定世界太阳能战略规划、国际太阳能公约,设立国际太阳能基金等,推动全球太阳能和可再生能源的开发利用。开发利用太阳能和可再生能源成为国际社会的一大主题和共同行动,成为各国制定可持续发展战略的重要内容。

目前,太阳能光伏电池路灯和太阳能LED灯在景观环境中得到一定程度的推广。它们既符合节约能源的经济目标,又是彰显环保文化的绿色照明。在建设原则上追求灯光效果艺术化、灯光环境和谐化、灯光设备安全化、灯光管理自动化。太阳能环境照明充分体现具有不耗电有利于节约运行成本、低压安全有利于旅游开放、冷光源有利于植物生境需求、环保理念有利于植物园形象等诸多优点。

(2)风能。风能作为一种清洁的可再生能源,越来越受到世界各国的重视。风力发电在可再生能源开发利用中技术最成熟,最具商业化和规模化发展前景。在无锡落成的中国太湖生态博览园是国内首个湖泊“风能湿地”。所谓“风能湿地”,就是通过安装在湿地的多个风能处理装置,将湿地处理污水的过程展示在人们面前,让人们直观地感受到整个湿地在环境治理中的“呼吸过滤”作用。

(3)水能。水能是一种可再生能源,是指水体的动能、势能和压力能等能量资源。水能资源包括河流水能、潮汐水能、波浪能、海流能等能量资源。地表水的流动是重要的一环,在落差大、流量大的地区,水能资源丰富。因此,在景观环境中,尤其是风景环境中如果能够将河流、潮汐、涌浪等水运动构成封闭系统用来发电,对环境的可持续发展将具有积极影响。

(4)生物质能。生物质能是蕴藏在生物质中的能量,是绿色植物通过叶绿素将太阳能转化为化学能而储存在生物质内部的能量。生物质能是可再生能源,通常包括木材及森林工业废弃物、农业废弃物、水生植物、油料植物、城市和工业有机废弃物、动物粪便等几个方面。生物质能的优点是燃烧容易,污染少。立足于景观环境的生物质资源,研究新型转换技术,开发新型装备,既是景观环境发展的需要,又是减少排放、保护环境、实施可持续发展战略的需要。

(5)互补能源。风光互补发电就是利用风力发电机和太阳能电池将风能和太阳能转化为电能的装置。风光互补逆变控制器是集太阳能、风能控制和逆变于一体的智能电源,它可控制风力发电机和太阳能电池对蓄电池进行智能充电,同时,将蓄电池的直流电能逆变成220 V的正弦交流电,供用户使用。太阳能和风能在地域上和时间上的互补性使风光互补发电系统在资源上具有最佳匹配性,并且在资源上弥补了风电和光电独立系统在资源上的缺陷。在一定的景观环境中采用这种风光互补装置,可以有效减少景观环境的用电量。