垂直绿化植物支撑结构协同设计与生长适应性分析

引言

伴随城市的高速发展，垂直绿化的应用已逐渐成为将生态环境美学与节约空间等综合为一体的绿化市政建设项目，是改善城市环境质量的重要途径之一。植物想要茁壮成长需要对其进行生存状态充分了解，而对其生存状态了解前提是要了解其适应周围各项自然环境能力，本文以协同设计思想为主线探讨植物支撑结构与植物生长适应模式，旨在构建既保持其功能稳定又能具有环保特点的垂直绿化系统，为此推动城市可持续健康发展提供了技术指导与理论参考。

1 垂直绿化与植物支撑结构协同设计的理论基础与发展背景

垂直绿化是城市中构建绿化环境的重要措施，不同的植物配置和不同的支撑系统有机组合关系到垂直绿化的效果。但以往设计主要着眼于构建系统的功能，而没有考虑植物的特点，导致系统与植物不匹配，如系统支撑构造对植物的适应性差、难以后期维护等弊端。“协同设计”是从设计的源头考虑、将植物的生物学特性和对建造性能影响统筹考虑，在保证生态效益的同时也兼顾了工程效益。为了达到高层绿化标准和多学科结合发展的垂直绿化基质一体化，模块化、轻量化以及智能化垂直绿化支持系统已成为研发的主流，在符合植物攀爬方式、根系特性和耐受环境的条件下，设计出通用性强并易于维护的垂直绿化构造系统。

2 当前垂直绿化结构设计中的关键矛盾与适应性制约因素分析

2.1 植物选择与结构承载性能匹配程度不足的现象分析

在开展垂直绿化的生产活动中，经常会遇到植物种类及支撑构件的承载能力与矛盾。比如有的绿化活动会忽视藤类、灌类、爬类植物等后期所受重量、根吸力及其水分的需求，从而对建筑物结构产生额外附加，其变形、损害便会出现。因一些辅助系统过于复杂或设计过多造成资源浪费和工程复杂化，也不利于植物自身生长和适应环境空间变化，而且植物每年生长变化、叶片覆盖程度、风荷作用等，如果忽略不在建筑物设计时动态模拟评估则将产生结构安全的隐性危险性。因此，当前垂直绿化选用植物的匹配度和结构荷载承受匹配度不足，要加强两者的适配性配合设计，提升结构系统的稳定性和生态效益。

2.2 支撑系统在长期使用过程中的稳定性与耐候性问题

因植被种植架长期置于户外环境，受风、雨、紫外辐射及温 - 湿影响，对种植系统的稳定性和防风抗灾害的能力关系密切，决定其安全性及寿命年限。部分建筑材料在高温、高湿环境下或冻融循环条件下可能出现腐朽老化、构件脱落及位移、全系统崩塌的现象。另外，植被生长以及对土壤的影响也会减弱建筑的稳定性能，很多项目没有特别材质的检验分析与区域适应性评价，这也让维修工作比较麻烦，严重存在安全隐患。因此要选用更耐恶劣天气的材质优化设计构造与排气通风系统，使其具备综合性能更强的持久力。

2.3 环境因子变化对植物生长状态与结构适应性的影响

由于其处在变化的环境内部，如环境光线、气温、湿度、风速和降水等情况的变化会严重影响到植被生长状况，影响到支撑系统的适应性。比如，缺少阳光使植物过度生长，改变着中心的位置，提高了结构横压；炎热和干燥可能会使植物枯萎，降低粘附性，有损于建筑物稳定；强风暴雨则直接增加结构承受力，容易导致部分发生弯曲或者脱落。如果建筑最初设计阶段不能考虑到各方面的影响，其结构则有可能因植物生长在异常环境中出现损坏。而不同的植物对应着不同的外部环境，我们应当根据当地环境情况选出适宜植物。因此，为了保证植被绿色化的设计能够适应和处理植物生长过程中变动的现象，我们应当建立一种动态环境的模拟过程，从而增强建筑对于植物生长的变动情况的响应能力和保持整个系统稳定以及生态平衡。

3 基于协同视角的植物支撑结构优化设计路径与适应性增强策略

3.1 构建基于植物类型与生长行为的模块化结构系统

为实现垂直绿化整体效率的提升，应依据不同植物的性质及生长特性，建立一种模块化支持结构。针对不同的攀缘方式、叶片扩散方式、附生固定方式、生长速度等，不同植物会有很大的差异，因此，对结构的这些特性也要做出相应的改变以满足各个模块的需要，比如支架间的距离、连接方式、负载强度、引导件的形态等。通过模块化设计理念可以使构建物单元化生产、快速组装，适应植物在全生命周期中的形态变化及其养护需求。同时单元间需要具备可调性与兼容性，支持种植不同物种，提高系统多样性与生境稳定性。除此以外，不仅可以实现施工高效便捷，还可以获得更符合自然规律的环境基底，使生态环境与建筑功能有机融合。

3.2 优化结构材料选择以提升植物附着与导向能力

选择负载结构材料，在构建绿色植被体系时，对于整体负载力而言十分重要，同时又会对植物固定和生长方向造成影响。传统金属或者塑料类产品一般都存在表面光滑、热传导率高、粘滞性低等因素，不利于爬行性植物如攀爬植物的绒球根、吸附根或者藤蔓的自发粘附与牵引引导。为了提升植物对周围环境的适应性，可以选取较为合适的粗糙度、良好的通风持水性等质地如喷涂过表面肌理的金属材料、混合生态混凝土或是基于生物材料等。同时也可以选用小肌理设计、吸收水分子的涂料等增加粘附强度等。并且质感还需要具备优秀的耐候性、耐腐蚀性、轻量化高等高强度特点来满足室外的长期使用。通过材料的属性与外在结构的调节不仅能改变植物与建筑界面的品质还能促使植物有规律的均匀生长，提升总体绿化系统的景观观感、稳定性和生态效益。

3.3 融合传感监测技术进行植物生长状态与结构响应反馈联动

为了实现智能化的绿植系统控制和灵活的调整，可以通过不同形式的感知元件来形成植物长势和形态特征的变化间的关系，可以在各个关键部位安装温度、湿度、光照量、风速、含水率、植物的健康状态等传感器，用以收集周围环境及植物的相关信息，同时也可在关键部位设置压力、移动与振动检测元件，用以采集建筑承载力和形变方面的情况。整合好的信息被反馈到管理系统中，借助计算程序探究与认识植物生长方式与对环境反应的关系，以及时发现异常并发出警报和进行修正方案。

结语：作为城市绿色的基础设施，垂直绿化对支撑结构的设计和匹配度有着很高的要求。本文从协同设计的角度对植物类型、生长模式与结构系统的影响进行了分析，并提出了模块化搭建结构、改进材质与搭建智能监控等策略，期待研究能进一步深化跨学科研究，推动垂直绿化体系在智能化、生态化的道路上发展，以实现城市环境绿色化及生态环境效益最优的目标。

参考文献：

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作者简介：王建东， 男，汉族，吉林省吉林人，副高，研究方向：园林绿化生态构建，林业病虫害防治