垂直绿化种植模块技术的改进
摘要：国内外涌现了不少新的垂直绿化技术，其中种植模块因其系统化、可移动、易装卸等优势，成
为国内垂直绿化的主要手段。2010上海世博会中，沪上.生态家绿色建筑实践，在建筑的南面、室内等多处使用挂壁模块式绿化，反映了种植模块技术在中国已趋于成熟。然而种植模块技术依然存在着一系列有待改善的问题。本文主要探讨具体的改进方案，以供参考。
关键词：垂直绿化；种植模块；技术改进
Abstract: There have been many new kinds of vertical greening.Planting module has become the main means of vertical greening because of its systematization, easy to disassembly and other advantages, In the Shanghai World Expo 2010 ,Shanghai, ecological home made a lot of practices about vertical greening.On the south wall and any other walls indoors,greening plant module was used, which reflects the technology of plant module has become mature in Chinese. But there still exist a series of problems to be solved. This article mainly discusses the technical improvement of vertical greening plant module.
Keywords:vertical greening ,plant module,technicale improvement
一.垂直绿化种植模块技术现况
近年来，垂直绿化技术不断发展，其中，种植模块技术因其模块化、系统化、可移动化、易装卸等优势，在建筑设计总被广泛运用。2010年上海世博会中，沪上.生态家的南面墙大量运用种植模块（图1），植物园的植物墙整面均是种植模块（图2）。一系列的建筑实践表明种植模块技术的巨大前景。
图1：沪上.生态家南立面种植模块的运用 图2：上海世博会植物园立面
1.种植模块技术原理
1997年，黄月异设计出一种组合式直壁花盆，它包含托架和多单元连体花盆（图3）。根据建筑物的高度，可以使用多组多单元连体花盆。这个设计成为了种植模块技术的原型。多年来，设计者不断改进，在上海世博会的植物墙中，种植模块技术已趋于成熟。
上海世博会植物墙悬挂的种植模块由若干500mm长的模块单元构成（图4）。模块之间通过角钢支架挂接形成模块墙，模块墙悬挂于主体结构上（图5）。单元模块采用全镂空结构，下方有R30的大圆孔及后下方有R4的小圆孔、50*12的方孔，起到排水、透气的作用。借用重力和排水孔，水流会由上层容器牵引到下层，会浇灌整个植物墙系统，从而提高浇灌
效率（图60）。
图3：组合式直壁花盆（黄月异，1997年） 图4：种植模块单元
图5：种植模块与主体结构的连接 图6：种植模块的排水
上海世博会植物园所采用的种植模块的植物，综合考虑了当地的气候条件以及垂直种植对植物所作出的需求，主要选择的是本地性的、覆盖力强的、浅根系且须根发达的和观赏效果佳的植物。根据美观的需求，将所选植物分作三大类：浅绿系（亮绿忍冬）、黄绿系（金森女贞）和变色系（红叶石楠、花叶络石），并通过立面的组织，形成极具观赏效果的植物立面。
2.现种植模块技术的局限
经过一系列的改进，现有的种植模块技术在施工方便、灌溉效率上都取得了明显的改善。然而，现有种植模块技术仍然存在一些局限。 2.1寿命周期无法保障
为了让植物能够形成立体观赏效果，现有模块技术采用固定的设施将植物种植其内。这种结构虽然可以在一定立体空间上固定住土壤和植物，但是随着时间的流逝，土壤被冲蚀，植物生长失去了依耐的土壤，难以存活，景观绿化只能短暂达到效果。 2.2自重大
由于现有种植模块技术采用的仍然是传统的以土为基质的栽培模式，因此数量极大的土壤使种植模块墙的自重非常大，带来的影响是：对于承载种植模块墙重量的建筑结构体系有一定的要求，因此限制了建筑的立面造型。在上海世博会植物园案例中，种植模块墙最终被悬挂于建筑的主体结构上，并最终形成了建筑的外立面。
2.3储水效率较低
虽然现有的种植模块通过设计模块的排水，并利用重力和排水孔，循环利用水进行浇灌，已经大大提升了系统的浇灌效率。然而，却并未考虑到土壤层的储水效率。储水效率越高，土壤基质含水量越高，越利于植物的生长。在新型的研究里面，已有创新设计土壤吸水体，“即在容器中设置4~5个嵌入储水层中的土壤吸水体，由于该土层与储水排水层中水分充分接触，因此，可利用毛细作用为植物提供充足的水分。土壤吸水体既提高了基质的整体含水量，又有效地增加了植物可利用土壤的厚度。”[1] 2.4形成建筑的“外帘幕”
这一局限并非出于技术领域，而是考虑到建筑内部使用者的空间感受。由于现有种植模块仍采用有土栽培，因此自重较大，单元模块较为厚重，并通过紧密地组合、排列，形成整片模块墙，无疑是给建筑穿了一层厚厚的外衣。建筑内部的使用者透过模块墙，无法看到窗外的景色，视线受到阻碍。同时，模块墙的灌溉水系统存在着数量庞大的给水支管，建筑内界面杂乱，不简洁（图7、8）。
图7：世博会植物园种植模块墙内立面 图8：种植模块墙外立面
二．垂直绿化种植模块技术的改进
前文已经分析了现有种植模块技术的局限，因此，在这里，我将分为三大部分，并结合我自行设计的一种新型种植模块单元，谈一谈我对现有种植模块技术的改进。 1.无土栽培技术的引入
在野生环境中，植物生在在垂直的表面。只要常年有水如在热带森林或温带山地森林，植物可以生长在岩石、树干和无土的斜坡。在马来西亚，约有2500种生在在没有任何土壤环境中的植物。因此，植物生长在有水分却没土壤的垂直环境表面是有可能的。但是植物的根如果进到墙面，很容易损坏墙壁。Patric Blanc为了解决这一个问题，发明了垂直花园系统。该系统由三部分组成：一个金属框架，一个聚录乙烯层和聚酰胺纤维层。金属框架起到固定和支撑模块的作用，并和墙面之间形成一个空气层。聚录乙烯层铆接到金属框架上起到防水阻根的作用。而聚酰胺纤维层则固定在聚录乙烯表面，植物的根系就在纤维里吸收水分和养分。2013年5月，武汉市林业果树科研所园林植物室徐冬云工程师申报的实用新型专利“一种无土栽培模块式垂直绿化装置”获得国家知识产权局授权，标志着种植模块技术取得了突破。
因此，有了这一项技术支持，在种植模块中，完全可以运用无土栽培取代现有的有土栽培。没有土壤之后，模块单元的重量减轻许多，可以轻挂在任何结构上；其次，无土栽培技术的运用使植物能永久性种植物墙面上，大大提升了植物的寿命周期。 2.储水层设计
前文所述的创新“土壤吸水体”给本次改进带来灵感。土壤吸水体能利用毛细作用为植物提供充足的水分，变相地提高了基质的整体含水量，有效地增加了植物可利用土壤的厚度。相反的，若是为了得到同等数据的含水量，有土壤吸水体的种植单元需要的土壤厚度则比起
不含土壤吸水体的种植单元薄。依据此原理，能不能在无土栽培里也引入“土壤吸水体”的概念呢？
3.改变种植模块单元的组合方式
日本建筑师隈研吾主张“让建筑消失”，在贝桑松艺术中心立面中，他将木制面板模块有规律的排列，模块之间挂接在竖向金属杆件上，创造出富有变化的建筑外立面，模糊了室内外空间，使用者在室内可以看到室外隐隐约约的风景，自然和建筑很好的融合了（图9、
10）。
图9：贝桑松艺术中心立面 图10：贝桑松艺术中心室内透视图
隈研吾于2007年在上海设计的中泰控股集团上海总部Z58中，安装了镜面不锈钢花槽的玻璃外墙与整面流水的玻璃内墙。他将种植槽单元以行为单位，错位排列，种植墙部分镂空，形成富有韵律变化立面的同时，使室内使用者的视线也得到了开敞，室外景观被“模糊”的引入到室内空间中，建筑空间品质大大提升（图11）。然而由于他所设计的种植花槽仍然是有土栽培，因此有一定的重量，隈研吾的做法是将种植槽焊接在钢结构主体的钢柱上（图12），并且在结构主体的内部安装点抓式玻璃幕墙，即建筑真正的立面。
图11：上海Z58不锈钢花槽玻璃外墙 图12：花槽焊接在钢结构主体上
受到隈研吾贝桑松艺术中心和Patic Blanc先生垂直花园系统构思的启发，作者自行
设计了一种新的种植模块单元。
新的模块单元为了便于模数化的使用，因此设计为600*200mm。模块单元由一个金属外框、聚酰胺纤维层（植物生长层）和聚录乙烯层（阻根层）三部分组成（图13）。同时，在聚酰胺纤维层内部设置“吸水体”，提升营养层储水能力的同时也将营养层的厚度减小至30mm。由于采用了无土栽培技术和“吸水体”的设计，单元模块更轻、更薄了，自重大幅度减少的种植幕墙，得以安装在任何结构上，不再受建筑立面的限制。模块单元两侧预留洞口，通过螺栓将模块和垂直的金属杆件焊接（图14）。质量很轻的模块墙可以焊接在玻璃幕墙的竖铤之上或者点抓式玻璃幕墙的连接杆件上。
图12：设计单元模块的尺寸和构成 图13：设计单元模块之间的连接
新种植模块单元采用无土栽培技术，提高了植物的寿命周期，景观绿化达到永久的效果，而且因其无需土壤，单元体量和重量大大减轻，所构成的外立面轻盈，富于变化，使室内的使用者能得到通透的视线景观，弥补了现有种植模块墙的不足（图14、15）。
图14：设计种植模块墙外立面
图15：设计种植模块墙面内部透视
垂直绿化种植模块技术的改进
