给水排水国内首个垂直森林住宅项目，绿化浇灌何解？

“垂直森林Vertical Forest”是建筑师斯蒂凡诺·博埃利的构想，世界首例垂直森林住宅2014年在意大利米兰市中心建成。两栋住宅塔楼，建筑高度分别为110 m和76 m，建筑立面上错落分布着悬挑的混凝土阳台，阳台上种植了900余棵树木以及2 000多株花草灌木，形成了一个绿化覆盖面积达7 000 m2的“森林”。垂直森林住宅的两座塔楼种满绿色植物，成为住户的私家花园，保护室内居住空间免于噪声、粉尘、大风和阳光直射的影响。

绿化浇灌是垂直森林绿植成活的关键。绿植阳台虽然附着于每户住宅，但其产权和维护并不属于每户居民。根据相关规范，绿化浇灌管道不能布置在住宅套内。如何布置浇灌系统，是给排水专业需要重点研究解决的问题。

中国第一个垂直森林住宅项目——湖北黄冈居然之家垂直森林于2019年开工建设，现已基本建成。本文结合该工程实践，对垂直森林住宅绿化浇灌系统的设计方案进行了探讨。

本项目位于湖北省黄冈市中心城区，含南楼、北楼两栋垂直森林住宅，总建筑面积共约36 500 m2，建筑高度均为80 m。其中南楼位于地块南面，共3个单元，±0.00绝对标高35.80 m；北楼位于地块北面，共一个单元，±0.00绝对标高38.00 m。住宅立面设置多个绿植阳台，阳台花池里种植有大小高低不一的植物，利用错层布置的阳台格局，营造出城市垂直森林的景观效果。该建筑阳台绿化属于公共资源，由小区物业统一管理。建筑效果如图1所示，实景如图2所示。

图1 垂直森林住宅效果

图2 黄冈居然之家垂直森林实景

从图1可以看出，每层外墙布置了若干处绿植阳台，绿植阳台高低错落布置，每3层一个循环。

为了便于阳台植物的日常养护，营造垂直森林的良好效果，需要对绿化浇灌系统的供水方式、系统控制及设备布置等方面进行多方案比选，以期找到经济、合理、美观的设计方案。

2.1 系统设计

根据垂直森林的布置特点，绿化浇灌采用二次供水方式。基于绿化浇灌用水量较小、用水量相对比较均衡的特点，采用变频水泵+高位水箱联合供水的形式。在建筑物顶层设置高位浇灌水箱，系统分高低区设置，高区在屋顶平面布置供水干管，低区在底部架空层顶布置供水干管，分区供给每层垂直森林绿化浇灌用水。

常用的高效节水浇灌方式包括微灌、微喷灌、地下渗灌、滴灌等。根据本项目的特点，为了节约灌溉用水量，同时避免高处阳台绿化浇水喷洒到户内阳台或路上行人，设计采用滴灌方式。滴灌灌溉方式具有需水量少、布水均匀、浇水直达根部等特点，是垂直森林绿化浇灌的首选方案。

滴灌系统的组成主要包括：水源→电磁阀→支管减压阀→计量水表→滴灌管道→喷头。其中电磁阀是核心组件，电磁阀的启闭有多种控制方式，常用HCC解码器+Wifi控制器，配以雨量传感器来控制，在降雨时及时关闭系统。

2.2 高位水箱

高位水箱的容积取决于所需的绿化浇灌用水量。不同的绿色植物的需水量不同，不同地区的浇灌水量也有较大的区别。结合所选植物的种类和黄冈当地的气候特征，本项目绿化浇灌水量逐月统计如表1所示。

表1 垂直森林绿化浇灌水量逐月统计（单位：m3/d）

从表1可以看出，两栋塔楼绿化浇灌水量最大月发生在每年6月份，该月南楼每天需水量约5 m3，北楼每天需水量约3 m3。

水箱容积取最大月日浇灌水量，南楼屋顶绿化浇灌水箱有效容积取5 m3，北楼屋顶绿化浇灌水箱有效容积取3 m3。利用住宅高区生活水泵向屋顶浇灌水箱供水，由水箱水位控制水泵的启停。浇灌水箱进水单独设水表进行计量。

为保证用水较少月份水箱内的水质安全，屋顶浇灌水箱内设置水质在线监测系统，对浇灌水箱内储水的浊度、pH、电导率等水质指标进行监测，便于发现水质异常变化，及时采取补充新鲜水等有效措施。屋顶浇灌管道布置如图3所示。

图3 屋顶浇灌管道布置

2.3 分区设计

考虑到建筑物的建筑高度为80 m，浇灌系统最高层与最低层压差约为0.80 MPa。在屋顶风机房上方设有水箱间，水箱间内设置滴灌用高位水箱，采用重力+压力供水方式（压力不够的楼层设置管道泵保证用水压力），竖向分为3个供水分区：

高区：24层至屋面层，采用水箱出水结合管道增压泵供水，设置独立的管道系统。管道增压泵参数：Q=2 m3/h，H=16 m，N=1.1 kW，1用1备。

中区：13层至23层，采用水箱出水直接供水。在屋顶设置水平分配管，水箱出水直接分配至服务各个绿化阳台的滴灌立管。

低区：1层至12层，采用水箱出水经过减压阀减压后供水。在底部架空层设置减压阀和水平分配管，连接各个阳台的滴灌立管。

减压阀的设置位置是分区设计值得思考的问题。主要有两个设置位置可供选择：

（1）方案一：在每根立管的12层与13层楼板之间的外墙上设置减压阀，中区和低区共用立管。这种布置方式可以节省一趟干管；但中区用水时，将会对低区的压力产生影响；减压阀设于外墙立面，不利于维护管理。分区方式如图4所示。

图4 系统分区方案一

（2）方案二：从屋顶水箱设置专用的低区出水干管，下至住宅底部，在架空层顶经过减压阀减压后，敷设至各个灌溉立管，下行上给至各个用水点。这种布置方式的优点是减压阀阀后压力稳定；减压阀设于室内，便于维护管理；缺点是需要在底部架空层设置水平干管系统。分区方式如图5所示。

图5 系统分区方案二

综合分析比较方案一和方案二的优缺点，考虑到系统压力稳定性、电磁阀使用寿命及维护检修方便，本项目选择方案二。

3.1 电磁阀原理

滴灌系统的控制核心是电磁阀组。电磁阀组控制器一般连接220 V交流电源，配置压力调节器以保证系统在最佳工作压力下运行。根据所编制的灌溉程序，定时启闭电磁阀。电磁阀开启时，滴头出水，系统开始工作；电磁阀关闭时，系统结束滴灌浇水。

表2 电磁阀工作参数

以本工程南楼为例，每组电磁阀后滴管长度共440 m，所选滴管密度为每间隔0.20 m一个滴头，滴头流量为1.5 L/h，则每组电磁阀过流总流量为0.92 L/s，选用PGV.101 G型电磁阀并配置适用的压力调节器。电子阀组件设置在专用的阀门箱内。

3.2 电磁阀设置位置选择

根据本项目垂直森林住宅的绿化阳台的分布情况，电磁阀的设置位置有3种方案可供选择。

（1）方案一是在每根灌溉立管起端设置一套电磁阀，每套电磁阀控制垂直方向从上到下绿化阳台的灌溉。管道系统采用竖向系统，如图6所示。

图6 竖向管道系统

（2）方案二是将电磁阀设于某层管道井内，就近控制基本相邻的3个绿化阳台的灌溉。采用水平管道系统，如图7所示。

图7 水平管道系统

（3）方案三是在每个绿化阳台设置一套电磁阀，一个电磁阀仅控制一个绿化阳台的灌溉。

方案三虽然能做到精确控制，但控制太复杂，所需的电磁阀数量也最多；而方案二将电磁阀组设置于公共区域管道井内，管道需经户内在吊顶敷设灌溉管道至绿化阳台，不满足《住宅设计规范》（GB 50096-2011）的要求。

方案一的控制相对简单，电磁阀可相对集中布置在顶层和地面架空层，同时控制垂直方向的所有绿化阳台，适当就近兼顾相邻的阳台。本项目按照方案一布置电磁阀，一套电磁阀最多同时控制8个绿化阳台的灌溉。

3.3 计量水表

每个绿植阳台均设置滴水机芯远传水表。该水表精度可达10 L/h。可以通过水表读数的变化，有效观测阳台滴灌系统是否正常工作，有助于维护管理人员及时发现故障，保证系统正常运行。

3.4 滴灌管道

以南楼为例，如前所述，每组电磁阀过流总流量为0.92 L/s，设计管径取DN32。滴灌管道采用高级聚乙烯材料，强韧、抗撕扯、抗老化、滴头具有止溢功能，可以防止布置沿线由于高差而造成的残余水渗漏现象，且水利用率高、不受风的影响；采用前沿的铜屏蔽技术，有效防止根系入侵滴头；同时带宽流道自清洗功能，有效防止堵塞。

花池墙体做好防水并四周粘牢土工布，花池排水采用重力流排水方式排出，排水立管敷设于阳台上。阳台种植土下方敷设透水用鹅卵石作为排（蓄）水层，利用侧排地漏收集下渗雨水，吊顶内设置排水支管与系统专用排水立管连接。排水方式如图8所示。

图8 阳台花池排水示意

为了垂直森林住宅建筑的健康发展，有些问题需要进一步探讨：

• 管道布置。竖向管道只能设于外墙立面，应采取有效措施隔热防冻、防紫外线影响。

• 系统控制。减压阀的设置位置要综合考虑减压阀前后压力波动的影响，电磁阀的设置位置要综合考虑经济性和可操作性因素。

• 滴管材料选择。滴灌管是滴灌系统中的重要组成部分，根据不同的敷设部位需要选用不同的材质。

• 滴头布置间距的选择。不同地区根据气候条件不同，选择的树种也不同，植物稀疏程度也不一样。滴头间距应根据植物稀疏程度选择布置。

• 运行维护成本。绿色植物，尤其是高大乔木的种植和维护，均需要设置垂直运输设备。应采取措施控制运行维护的成本。

• 防火安全性。秋冬季节树木干燥，容易引发火灾事故，应引起管理者的足够重视。