都市中心部の緑化: 庭の柵の中の都市型屋上排水システム
*コペンハーゲンの美しい柳で覆われた柵は秘密を隠しています. それは実際には, 近くのアパートの屋根から集められた雨水を分散させる持続可能な都市排水システム (SUDS) です. 協調的なシミュレーション主導の設計プロセスにより, このインフラストラクチャーは都市のアメニティに変わりました. これにより, 近隣の庭園が保護され, 騒音公害が軽減され, 頻繁な雨が都市の排水システムから溢れるのを防ぐことができます. *Alan Petrillo 著
2021年7月
「街の緑豊かな部分は貴重です」と, コペンハーゲン大学の造園と計画の教授である Marina Bergen Jensen 氏は言います. 彼らはまた頻繁にストレスにさらされています. 私たちは, これらのしばしば見過ごされがちな土地区画に, 自然の美しさと落ち着きのあるオアシスとして機能することを期待している一方で, 空気の品質, 騒音公害, および排水の管理を支援するよう求めます. この重要な都市空間を最大限に活用するために, Jensen 教授は新しい種類のインフラストラクチャーを開発するプロジェクトを主導しました. それは, 人口密度の高いコペンハーゲン地区を保護および強化し, 近くの屋上からの流出する雨水を分散させるための独創的なシステムを提供する, 木で覆われた「グリーンスクリーン」です.
都市自体と同じように, 都市の緑色の画面は, 複数の目的を果たすために組み合わされた要素の魅力的な組み合わせです. そして都市生活のように, それは人々と組織の幅広い混合によって作成され, それぞれが結果として生じるプロジェクトに彼らの独特の才能を貢献しています. エンジニア, 建築家, 市民の利害関係者のチームは, より住みやすく持続可能な都市に対する Jensen 教授のビジョンに導かれました. 結果として得られるコンセプトは, 人々が貴重な生活空間を建物, 車, インフラストラクチャーと共有するコミュニティに利益をもたらす可能性があります.
都市生活の全体論的人間的視点
Jensen 教授の博士課程のトレーニングが建築や都市計画に含まれていなかったことは驚くべきことかもしれません. 「私のバックグラウンドは, 土壌学と水化学, そして土壌, 水, 植物, 微生物の間の相互作用です」と彼女は言います. 「しかし, 都市部が私の研究分野になっているので, プランナーやランドスケープアーキテクトと協力しています. 私のキャリアは, 都市生活の全体的な人間の視点を中心に構築されています. 」
コペンハーゲン (図1) では, この視点は, 密集して開発された環境での頻繁な降雨を含む必要があります. ほとんどの都市の雨水は, 土壌に浸透するのではなく, 屋上, 通り, およびその他の不浸透性の「ハードスケープ」表面に降り注いでいます. この水は通常, 雨水管によって収集されます. つまり, 大雨は下水処理システムを圧倒し, 時には雨と廃水が混ざった街の通りを氾濫させる可能性があります. これらのリスクをより適切に管理するために, Jensen 教授と彼女の同僚は, 持続可能な都市排水システム (SUDS) の開発に取り組んでいます.
「コペンハーゲンのすべての雨水の流出の少なくとも 50％ は屋上から発生していると推定されています. その水のほとんどは都市の下水道に流れ込みますが, そのようにする必要はありません」と Jensen 教授は説明します. 「私たちが自然のプロセスを模倣し, より多くの水を地面に浸透させたり, 蒸発させたりすることが可能であるはずです. 」
屋根から屋根への雨水移動
政府が後援するイニシアチブの一環として, 学際的なチームが2013年に5年間, コペンハーゲンの密集した地域向けの SUDS プログラムの開発を開始しました. 彼らは, 屋上の側溝や縦樋から雨水を集める解決策を提案しましたが, そこから, 従来の都市排水システムとの類似点は終わります. このシステムは, 下水道に流れ込むのではなく, 重力を利用して雨水を自立型の壁構造の上部に押し上げます (図2). 言い換えれば, 水は建物の屋根から取り除かれ, 別の構造物の上にのみ堆積します. どのようにしてでしょう?
この直感に反するプロセスの目的は蒸発です. 水たまりの中の水が最終的に乾くのと同じように, このシステムを移動する水のほとんども蒸発します (図3). 都市のグリーンスクリーン構造は, 水を地上に保持する一種の垂直水たまりとして機能し, 蒸発作用によって水を分散させることができます.
重力が雨水を構造物の上部に押し出した後, 雨水は開いた穴あき側溝に沿って流れます. 一部の水はスクリーンの本体に流れ込み, そこで繊維状のミネラルウールのブロックに吸収されます. この岩石ベースの材料は, 北欧諸国で保温断熱材としてよく使用されます. 都会のグリーンスクリーンでは, 屋根から水を受け取り, 徐々に空気中に放出するスポンジとして機能します. 大雨によってミネラルウールブロックが完全に飽和すると, 構造物の底から水が放出されます. この余分な水は, 土壌で満たされたチャンバーに取り込まれ, ブドウの木や他の装飾用植物の灌漑に役立ちます. 植物のスキームは, 生物多様性 (昆虫や鳥など) をサポートする緑豊かな植生を確保するために開発されました.
「この構造は, できるだけ少ないスペースで, できるだけ多くの水を分散させるように設計されています」と, 都市のグリーンスクリーンプロジェクトの指導を手伝った水管理に焦点を当てた土木技師の Kristoffer Ulbak 氏は説明します. 「私たちはまた, それが単なる水問題以上の解決策になる可能性があると考えました. 防音壁として機能し, 道路からの粒子状汚染物質を吸収する可能性があります」と彼は言います. また, 蒸発作用は人々が冷やすための涼しい場所を作り出すことができ, このようにして, 都市が周囲の田園地帯よりもかなり暖かいことが多い「都市のヒートアイランド」の影響を軽減します.
壁ではなく柵：近隣の都市区画の必要性
Jensen 教授が説明したように, 設計チームはこれらの機能的ニーズに対応するとともに, 「全体的な人間の視点」も考慮する必要がありました. ゆっくりと蒸発する水で満たされた高くて頑丈な壁は機能的な利点をもたらすかもしれませんが, それは人々の前庭で歓迎される存在ではありません. 「プロジェクトの早い段階で住民とのミーティングがありました」と Jensen 教授は説明します. スクリーンがコミュニティを刑務所のように感じさせるのではないかと恐れた人もいました.
住民の懸念は, 近隣の「家具」がインフラだけでなく建築としても機能しなければならないことを思い出させるものでした. これが, 都会のグリーンスクリーンのスチールフレームとミネラルウールブロックがほとんど見えない理由です. 金属や石積みの壁ではなく, 木製の柵のように見えます. スクリーンには, 座るためのベンチと牧草地の植生も装備されています (図4). 2つの窓から通りが見え, 画面の両端にある窓が歩行者の安全を確保し, 通り過ぎるときに角を曲がったところで何が起こっているかを確認できます. 魅力的で構造的に健全でありながら水管理の目標を達成するこの設計を達成することは, プロジェクトチームにとっての課題でした.
「私は土木技師です」と Ulbak 氏は言います. 「私は水を蒸発させる方法についてたくさん知っています！しかし, 私たちは他の問題に取り組む必要がありました. 「ガラスの壁を張ってもいいですか？」と聞かれる会議があり, 通りが見えないのではないかと心配していました. しかし, プロジェクトの概要は, 水を分散させる壁を作ることであり, ガラスから多くの水を蒸発させることはできません」と彼は説明します. 「これらは私たちが遭遇したいくつかの障害です. 前進するたびに, より良い解決策に向けて何ヶ月も前後にかかる可能性があります.」
排水システムを隠す「柳の建物」
この時点で, コンサルティング構造エンジニアおよびシミュレーションスペシャリストの Tim Larsen 氏がプロジェクトに参加しました. インフラストラクチャープロジェクトに関する彼のスキルと経験は, チームがグリーンスクリーンの複数の課題に対処するのに役立ちました. 「私が最初にプロジェクトに参加したとき, テーブルにはたくさんのアイデアがありました. 彼らは私に, 風が吹くと耐えられないデザインの建築図面をいくつか提示してくれました」と Larsen 氏は回想します. 「私は完全な鉄骨構造を提案しましたが, コミュニティはそれを受け入れることができないと言われました. これは私が Pilebyg に手を差し伸べることを提案したときです.」
Pilebyg の名前は, デンマーク語で「柳」と「建物」を組み合わせたもので, 30年以上にわたって柳の木から革新的な構造を構築してきました. 彼らのプロセスは, 幹が比較的均一な湾曲した形に成長するように柳を栽培することを含みます. 収穫された幹は, 鋼または他の種類の木材で作られたサポートフレームの周りに織ることができます (図5). 特別な処理により, 柳の鞘は数十年続くことができ, 構造を保護し, 景観を補完するのに役立ちます. 「木は古くなっても醜いとは言えません」と, Pilebyg の共同所有者でグリーンスクリーンプロジェクトのプロジェクトマネージャーである Vibe Gro 氏は言います. 「私たちは美しく老化できるファサードを提供します.」
設計/構築プロセスをサポートするシミュレーション
Pilebyg 防音壁はデンマークの高速道路沿いでおなじみの場所になりましたが, 同社はこれまで排水/蒸発システムを隠すフェンスを建設したことがありませんでした. 複数の材料と機能を組み合わせて堅牢で調和のとれた構造にするために, 土木工学の修士号を取得した Tim Larsen 氏が設計を開発し (図6〜8), COMSOL Multiphysics®ソフトウェアを使用して解析しました (図9).
「おもしろいのは, 私たちが始めたときは Tim はプロジェクトに参加していなかったのですが, 私たちが実行可能な解決策に到達するためには彼の仕事が不可欠だったのです」と Ulbak 氏は説明します. 彼は, シミュレーションの使用を, おもちゃのセットを作成するための指示を見ることに例えています. プロジェクトの利害関係者は, シミュレーション結果を見て, プロジェクトのすべての部分がどのように組み合わされているかを知ることができました.
Tim Larsen 氏はシミュレーションを使用して, 構造がコペンハーゲンの気候に対して十分に強いことを確認しました. 構造解析は, 風圧, 多孔質の外部を流れる水, およびミネラルウールコアを飽和させる水に起因するさまざまな負荷に耐えることができることを確認するのに役立ちました
「このような構造には多くの材料が関係しており, 小さな変更が大きな影響を与える可能性があります」と Larsen 氏は言います. 特に風が吹いているときは, 大きな曲げモーメントが発生します」と彼は説明します.
プロジェクトが完了に近づくにつれて, COMSOL モデルの画像が他の利害関係者と共有されました. 構造を構築する乗組員に提供された同じ概略図は, 資金を提供した組織にそれを説明するのにも役立ちました. 「シミュレーションは, 設計に関する議論もサポートする解析ツールでした. 今では, コンセプトを他の人に宣伝するのに役立ちます」と Kristoffer Ulbak 氏は言います.
より多くのグリーンスクリーンを成長させるための種植え
約6年間の開発の後, 2019年にコペンハーゲンにアーバングリーンスクリーンが設置されました (図10). 完成した構造は, ガラス製のバリアを好む人を含め, その設計に貢献したすべての人の優先事項に対応しています. 一連の垂直窓は, 柳で覆われた表面に視覚的な休憩を提供し, 近隣の安全を確保するために「通りの目」を追加します.
これまでのところ, この構造は, 湿気を分散させ, 居住者の交通騒音を静めることに成功しています (図11). 「通りからスクリーンの住宅側に移動すると, まるで楽園に入るようなものです」と Jensen 教授は言います. 世界的な COVID-19 のパンデミックやその他の要因により, 施設を詳細に調査する試みは複雑になっていますが, さまざまな利害関係者からの反応は好意的です. Jensen 教授は, 彼女の学問的視点にふさわしく, 成功を宣言する前にさらに研究をしたいと考えています.
「私たちは, フェンスの住宅側の空気の質が優れていると信じており, 蒸発冷却は「都市のヒートアイランド」の影響を減らすのに役立つはずです. これを確認するには, さらにテストが必要です」と彼女は言います. 「知覚の問題もあります. 人々が空間をどのように利用しているかを監視し, その構造物と一緒に暮らす住民に毎日インタビューしたいです. 」
プロジェクトがさらなるフォローアップを待っているときでさえ, グリーンスクリーンが受け入れられたことを示す証拠がすでにいくつかあります. それは, 誰も落書きをしなかったのです. Pilebyg の Vibe Gro 氏は驚きません. 「私たちの構造物は破壊される目にあうような地域にあることがよくありますが, 人々は木の周りだと, 構造物の一部として設置されたとしても, 異なる行動をとるようです」と彼女は言います. 人々が快適に暮らせる構造です」と Gro 氏は言います.