绿化城市的心脏：花园篱笆内的城市屋顶排水系统
哥本哈根的一个英俊的柳树外壳围栏掩盖了一个秘密：它实际上是一种可持续的城市排水系统（SUDS），可分散从附近公寓楼的屋顶收集的雨水。协作模拟驱动的设计过程将这种基础设施变成了城市便利设施，可保护邻里花园，减轻噪音污染，并有助于防止城市排水系统溢出的频繁降雨。
艾伦·佩特里洛（Alan Petrillo）
2021年7月
哥本哈根大学景观建筑与规划教授Marina Bergen Jensen说：“城市的绿色部分是宝贵的。”他们也经常承受压力。我们要求这些经常被忽视的土地，以帮助管理空气质量，噪音污染和排水，即使我们希望它们充当自然美和镇定的绿洲。为了充分利用这一必不可少的城市空间，詹森教授领导了一个开发一种新型基础设施的项目：一种木制的“绿屏”，可保护和增强人口稠密的哥本哈根社区，并为分散雨水提供巧妙的系统来自附近屋顶的径流。
就像一个城市本身一样，城市绿屏是一个令人着迷的组合，这些元素聚集在一起，以实现多种目的。就像城市生活一样，它是由各种各样的人和组织组成的，每个人都为所产生的项目贡献了独特的才能。詹森教授对一个更宜居，可持续的城市的愿景指导了一个工程师，建筑师和公民利益相关者团队。由此产生的概念可以使人们与建筑物，汽车和基础设施共享宝贵的居住空间的任何社区受益。
“整体人类对城市生活的看法”
詹森教授的博士学位培训不在建筑或城市规划中，这可能令人惊讶。她说：“我的背景是土壤科学和水化学以及土壤，水，植物和微生物之间的相互作用。”“但是城市地区已经成为我的研究领域，因此我与规划师和景观建筑师合作。我的职业生涯是围绕着整体人类对城市生活的看法建立的。”
在哥本哈根（图1）中，这种观点必须涵盖密集开发的环境中的频繁降雨。大多数城市雨水都落在屋顶，街道和其他不可渗透的“硬景观”表面上，而不是渗入土壤。这种水通常是由雨水排出的，这意味着大雨会压倒污水处理系统，有时还会以雨水和废水混合泛滥。为了更好地管理这些风险，詹森教授和她的同事们致力于开发可持续的城市排水系统（SUDS）。
“据估计，哥本哈根的所有雨水径流中至少有50％来自屋顶。这些水中的大部分都排入城市下水道，但不必那样。”詹森教授解释说。“我们应该模仿自然的过程，让更多的水渗入地面或蒸发。”
将雨水从一个屋顶带到另一个屋顶
作为政府赞助的倡议的一部分，一支多学科团队在2013年开始为五年的哥本哈根茂密社区制定SUDS计划。他们提出了一种解决方案，该解决方案从屋顶水沟和落水管中收集雨水，但是从那里开始，与常规城市排水系统的相似之处结束了。该系统没有流入下水道，而是使用重力将雨水推到独立墙结构的顶部（图2）。换句话说，从建筑物的屋顶上取出水，只是沉积在不同结构的顶部。为什么？
这个违反直觉过程的目的是蒸发。正如水坑中的水最终会变干，大多数通过该系统移动的水也会蒸发（图3）。城市绿色屏幕结构是一种垂直水坑，将水固定在地面上方，可以通过蒸发作用分散。
重力将雨水推到结构的顶部后，它沿着开放的穿孔水槽流动。一些水会流入屏幕的身体，在那里它被纤维“矿物羊毛”块吸收。这种基于岩石的材料通常用作北欧国家的隔热隔热材料。在城市绿屏中，它可以用作海绵，从屋顶接收水，然后逐渐将其释放到空中。如果矿物质羊毛块完全被大雨完全饱和，则将从结构的底部释放一些水。多余的水是在充满土壤的室内捕获的，它有助于灌溉藤蔓和其他装饰植物。开发了植物的方案，以确保支持生物多样性的郁郁葱葱的绿色植被（例如昆虫和鸟类）。
“该结构旨在分散尽可能多的水，同时占用尽可能少的空间，”专注于水管理的土木工程师Kristoffer Ulbak解释说，他帮助指导了Urban Green Screen项目。“我们还认为这不仅是水问题，还可以是解决方案。它充当噪音障碍，可能会从道路上吸收颗粒物污染。”他说。同样，蒸发行动可以为人们冷静下来，从而减少“城市热岛”的影响，在这种方式中，城市通常比周围的乡村更温暖。
篱笆，而不是墙：需要邻居城市分区
正如詹森教授所描述的那样，除了满足这些功能需求外，设计团队还必须考虑“整体人类的观点”。一个高大的坚固的墙壁上充满缓慢蒸发的水可能会带来功能优势，但这在人们的前院并不是受欢迎的存在。詹森教授解释说：“我们在项目的早期就与居民开会。”“他们中的一些人担心（屏幕）会让他们的社区感觉像监狱。”
居民的担忧提醒人们，社区的“家具”必须充当建筑，而不仅仅是基础设施。这就是为什么城市绿屏的钢制框架和矿物质羊毛块大多是看不见的。它看起来像木栅栏，而不是金属和砌体墙。屏幕还配备了坐姿和草甸植被的长凳（图4）。两个窗户可以看一下街道，屏幕两端的窗户为行人提供了安全性，以便他们可以看到通过时在拐角处发生了什么。实现这一设计，既达到水管理目标，又在结构上是合理的，这对项目团队来说是一个挑战。
“我是土木工程师，”乌尔巴克说。“我对如何蒸发水了解很多！但是我们必须解决其他问题。我们举行了会议，有人问：“您能竖起玻璃墙吗？”他们担心无法看到街道。但是该项目简介是要制造一堵墙来分散水，您不能从玻璃中蒸发大量水。”他解释说。“这些是我们遇到的一些障碍。向前的每一步都可能需要几个月的来回解决方案。”
“柳树建筑”以掩盖排水系统
此时，咨询结构工程师和模拟专家蒂姆·拉尔森（Tim Larsen）加入了该项目。他在基础设施项目中的技能和经验帮助团队应对绿屏的多重挑战。“当我第一次加入该项目时，桌上有很多想法。他们向我介绍了一些设计的建筑图纸，如果风正在吹，这将不会站立。”拉尔森回忆道。“我提出了一个完整的钢结构，但有人告诉我社区无法接受。这是我建议与Pilebyg接触的时候。”
Pillbyg的名字结合了丹麦的“柳树”和“建筑”，他们已经从柳树上建造了创新的结构已有30多年的历史了。它们的过程涉及培养柳树，使它们的树干生长成相对均匀的弯曲形状。然后可以在用钢或其他类型的木材制成的支撑架上编织收获的树干（图5）。特殊治疗使柳树护套能够持续数十年，既保护结构，又可以帮助其补充景观。“您不会因为它的旧而称呼树，因为它是旧的，” Pinebyg的共同所有人兼绿屏项目的项目经理Vibe Gro说。“我们提供的立面可以漂亮。”
模拟支持设计/构建过程
Pillbyg的噪音障碍已成为丹麦高速公路上熟悉的景象，但是该公司从未建造过隐藏排水/蒸发系统的围栏。为了帮助将多种材料和功能结合到一个强大而和谐的结构中，拥有土木工程硕士学位的蒂姆·拉尔森（Tim Larsen）开发了设计（图6-8），然后他使用comsol Multiphysics进行了分析®软件（图9）。
乌尔巴克解释说：“这很有趣，因为蒂姆在我们开始时并不是该项目的一部分，但是他的工作对于我们达到可行的解决方案至关重要。”他比作模拟的使用来查看建造一组玩具的说明；项目利益相关者能够查看模拟结果，并说明其项目的所有部分如何融合在一起。
蒂姆·拉尔森（Tim Larsen）使用模拟来确保该结构足以满足哥本哈根的气候。结构分析有助于验证它可以承受风压，由于水流过多孔的外部而导致的载荷变化，以及使其矿物质羊毛核心饱和的水。
拉尔森说：“像这样的结构中涉及很多材料，而小的变化可能会产生很大的影响。顶部有些悬垂并不多，但是当它充满水时，它会产生一个沉重的弯曲时刻，尤其是当风吹来时。”他解释说。
随着项目越来越接近完成，Comsol模型的图像与其他利益相关者共享。提供给机组人员建筑物的机构的示意图也有助于向提供资金的组织解释它。克里斯托弗·乌尔巴克（Kristoffer Ulbak）说：“模拟是一种分析工具，也支持我们的设计讨论，现在它可以帮助我们向他人推广这一概念。”
种植种子以种植更多的绿色屏幕
经过大约6年的发展，城市绿屏在2019年在哥本哈根安装（图10）。完整的结构旨在解决为其设计做出贡献的每个人的优先事项，包括那些希望使用玻璃制成的障碍的人。一系列垂直窗户在柳树覆盖的表面上提供视觉断裂，并添加“眼睛上的眼睛”，以帮助确保邻里安全。
到目前为止，该结构在分散水分和安静的居民的交通噪音方面都取得了成功（图11）。詹森教授说：“当您从街道移到屏幕的住房一侧时，就像进入天堂一样。”来自各个利益相关者的反应是积极的，尽管全球COVID-19大流行和其他因素已经详细研究了该装置的复杂尝试。詹森教授符合她的学术观点，希望在宣布成功之前做更多的研究。
“我们认为，围栏住宅侧的空气质量更好，蒸发冷却应有助于减少'城市热岛'的效果。我们需要更多的测试来确认这一点。”她说。“也有感知问题。我们想监视人们如何使用该空间并采访每天与该结构一起生活的居民。”
即使该项目正在等待进一步的后续行动，已经有一些有说服力的证据证明了绿屏的接受：它不会吸引涂鸦。Pilebyg的Vibe Gro并不感到惊讶。她说：“我们的结构通常是在遭到破坏的地区，但似乎人们在树木周围的行动也有所不同，即使它们是结构的一部分，”她说：“我们有一个解决噪音问题的雨水解决方案，而且is a structure that people feel comfortable living with,” says Gro. “In Danish we say, ‘It takes out two flies with one smash!’”