“海绵城市”建设设计工作的几点思考——以武汉市青山示范区海绵城市建设为例

文/郭亚琼，颜二茧，吴丽梅，张颖新（泛华建设集团有限公司湖北设计分公司，武汉 430000）

“海绵城市”建设设计工作的几点思考——以武汉市青山示范区海绵城市建设为例

武汉市为全国“海绵城市”建设首批试点城市之一。作者以武汉市青山示范区海绵城市建设为例，阐述设计过程中系统思维，将水系统、专业系统和人文系统有机耦合，在规划目标中整合年径流总量控制、面源污染控制、峰值流量控制、内涝防治和雨水资源化利用五大目标。建设过程中目标清晰，持续推进，对各类项目因地制宜、综合设计，并形成连片示范效应，探索海绵城市建设更理性、更适宜的路径、方法，真正实现“把城市轻轻地放在自然之上”。

海绵城市；规划目标；系统耦合；综合设计

1　引言

我国正处于城镇化加速发展阶段，“城市病”已成为困扰城市建设与管理的难题，水资源短缺、内涝频发、水环境污染等问题日益突出[1~3]。习总书记提出的海绵城市建设理念开始在城市基础建设中系统推进，目的是营造一个可持续发展的美好生活空间。目前，在国内外相关技术集成的基础上，提出了海绵城市技术指南，同时也希望各城市地区根据自身环境、气候特征、规划要求等找到合适的技术及模式。我们在武汉市青山示范区“海绵城市”建设中做了一些工作，有些体会，由此引发几点思考。

武汉市青山示范区（见图1）面积23km2，区域集老工业区、棚户区、老住宅区、水敏感区及循环经济区5种需求为一体，着重探索海绵城市建设在旧城生态改造中的落实效果。

图1　青山示范区范围图

2　综合思考，系统耦合

海绵城市是一个关系民生、社会及城市发展的城市基础建设理念，其建设是一项极其复杂的系统工程[4,5]。“渗、滞、蓄、净、用、排”这6个要素看似分离，有不同的作用，实则有机耦合，相辅相成。需从顶层设计角度出发，运用系统思维，考虑三大系统的耦合，即水系统的耦合、专业系统耦合及人文系统耦合。

“水系统的耦合”，即海绵城市开发是统筹低影响开发雨水系统、城市雨水管渠系统及超标雨水径流排放系统。第一，从源头上，低影响开发系统利用“海绵体”对雨水进行渗透、储存、调节、转输和截污净化，有效控制径流总量、径流峰值和径流污染。其中，“海绵体”既包括江、河、湖、塘等城市水系，也包括绿地、花园、可渗透路面等城市配套设施，充分发挥各海绵体的作用，才能真正实现低影响开发。第二，城市雨水管渠系统应与低影响开发雨水系统共同组织径流雨水的收集、转输与排放。雨水通过“海绵体”下渗、滞蓄、净化、回用后，剩余部分径流通过管网、泵站外排。因此，将低影响开发雨水系统和城市新旧排水管道相结合，发挥各自优势协同作用，能有效提高城市排水系统的标准，缓减城市内涝的压力。第三，超标雨水径流排放系统用来应对超过雨水管渠系统设计标准的雨水径流，一般通过综合选择自然水体、多功能调蓄水体、行泄通道、调蓄池、深层隧道等有效应对50 ~ 100年暴雨。以上3个系统相互补充、相互依存，没有严格的界限，将其进行高效的系统耦合是建设海绵城市的重要基础（见图2）。

“专业系统耦合”，其中既包括了给排水、城市规划、建筑、结构、园林景观、生态修复等各种专业，也囊括了物理、化学及生物等基础理论。首先，利用相关专业技术最大限度地保护城市原有生态系统，维持其自然水文特征。如保护河流、湖泊、湿地、坑塘、沟渠等“海绵体”不受开发活动的影响，维持原有林地、草地、湖泊、湿地的水循环特征。其次，对已受到破坏的“海绵体”也应通过综合运用物理、化学、生物和生态等技术手段逐步进行生态修复和恢复，并维持一定比例的生态空间，保护城市生态圈的有机平衡。最后，实现路径要打破各专业之间的壁垒，模糊专业设置界限，在规划设计阶段就要做到多专业的融合及综合运用。

“人文系统耦合”，“海绵城市”建设以需求定论，以人为本，城市建设在最大限度实现资源有效利用的基础上，其最终目的是构建“山水林田湖”生命共同体。“海绵城市”作为城市建设的新理念，在改变单一以水治水的传统模式，统筹自然生态各要素，协调解决水资源、水环境、水生态、水灾害等问题的同时，还要不断满足人们的文化、旅游、休闲、品质等多功能需求，不能为了“海绵”而海绵。在满足海绵设施功能性的同时，还需要考虑融入人文景观，提升人们生活居住品质，寻求人与自然、人与社会、人与人之间关系的总体性和谐发展[6]。

图2　三大耦合系统示意图

3　系统规划，充分整合

海绵城市建设按照“规划引领、生态优先、安全为重、因地制宜、统筹建设”的原则。建设过程中，充分落实先规划后建设原则，体现规划的科学性和权威性，发挥规划的控制和引领作用[7]。

海绵城市规划目标应包括年径流总量控制目标、面源污染控制目标、峰值流量控制目标、内涝防治目标和雨水资源化利用目标等。以青山示范区为例，示范区面积23km2，区域内旧城、旧村、旧厂占比大于50%，至2017年末，规划年径流总量控制率目标为70%，有效应对20年一遇暴雨，区域防洪标准为百年一遇。

年径流总量控制目标确定按照“三级分解，四级控制”的原则。

（1）总体控制，分级达标

青山示范区年径流总量控制目标为区域、排水分区、街区、宗地四级控制（见图3）。区域年径流总量控制率不低于70%，即能控制24.5mm/d降雨量。示范区排水分区为东湖汇水区、港西系统汇水区和江滩滩地区域。从自然场地年径流系数、受纳水体环境容量、面源污染强度、系统防涝能力等多方面考虑，确定排水系统目标。即东湖汇水区年径流总量控制率为75%，港西系统汇水区控制率为70%，江滩滩地区域控制率为80%。街区径流控制目标以所属排水系统对建设开发用地的控制指标均值为基准，再根据该街区内涝和建设状况做适当调整。宗地年径流总量控制目标以所在街区控制目标位为基准，考虑项目用地性质、建设阶段等因素，在基准值上进行适当调整。

图3　径流控制目标逐层分解图

（2）绿地水系，严格控制

海绵城市建设应对原有生态系统进行保护，充分发挥绿地水系的生态作用，最大限度地保护生态系统，区域内绿化水系生态用地年径流总量控制率不低于85%控制。

（3）因地制宜，可控调节

在城市道路、建筑与小区、广场等基础设施建设中，结合海绵设施改造难度、内涝风险，道路幅面等因素，允许一定范围内的上下浮动。

4　明确目标，持续推进

海绵城市建设时间紧任务重，需按照规划目标，确定工程总体布局，同时制定切实可行的年度建设计划，分年度建设推进。

青山示范区规划建设总体布局为“一心、两带、四区”。

“一心”——依托武汉站作为青山乃至武汉市的门户节点以及杨春湖，形成武汉站杨春湖副中心。

“两带”——依托青山港、东湖港、二号明渠，打造两河生态水域示范带；充分利用长江优质水域资源形成滨江堤防生态示范带。

“四区”——依托棚户区改造，形成棚户区改造示范区；依托红钢城片区红房子整体提档升级，打造红房子改造示范区；依托青山滨江商务区建设，打造红卫路商务示范区；以南干渠游园为轴，辐射周边社区、学校、医院等，打造南干渠生态示范区（见图4）。

图4　青山示范区海绵城市建设总体布局

2015年实施“212”工程，即“两带、一轴、两片”。两带——青山江滩一期已基本形成，2015启动青山江滩二期工程，形成滨江堤防示范带；同时，2015年启动青山港雨污水湿地及水环境修复工程，初步形成两河生态水域带；“一轴”——实施南干渠带状游园海绵改造工程，以此为轴，辐射周边；“两片”——以吉林街为轴，辐射周边的社区、医院、学校，形成包含“海绵道路、海绵学校、海绵医院、海绵社区”的示范片；以青山港整治为依托，实施沉砂池周边社区改造，形成工人村棚户区海绵改造示范片。

2016年实施“126”工程，即“一轴、两区、六园”。“一轴”——以冶金大道为轴，综合海绵性改造、综合管廊，打造冶金大道示范轴。“两区”——形成红房子改造示范区，同时以2015年实施的南干渠游园为轴，实施南干渠周边海绵社区改造，形成南干渠生态示范区。“六园”实施青山示范区和平公园、戴家湖公园等公园海绵改造，同时以生态绿道串联示范区六大公园，形成六园串联的景观格局。

2017年形成“一心、一带、连片”的格局。“一心”——形成武汉站杨春湖示范中心。“一带”——以青山两河为依托，实施两河周边棚户区改造及海绵社区改造工程，形成两河生态水域示范带。“连片”——基本形成海绵示范区，构成连片示范效应。

图5　海绵道路示意图

5　因地制宜，综合设计

海绵城市建设涉及的新建改建项目繁多，各项目现状条件、工程地质、改造难度均有不同，需因地制宜，对各项目进行综合设计[8]。海绵城市项目设计需遵照下列原则：

·系统构建，目标可达；

·因地制宜，综合设计；

·精细施工，尽少扰民；

·景观提升，易于维护。

武汉市青山示范区按市政道路、小区公建、公园绿地、城市管渠及城市水系五大类工程，共330个项目，拟分3年实施，逐步推进示范区海绵城市建设。各类工程的海绵建设措施有所不同。

（1）市政道路

青山示范区现状道路地下管线错综复杂，人行道宽度长短不一，现状绿化带高程已形成。针对以上现状，市政道路海绵改造应利用现状地形，少牵改地下管线，少影响现状交通组织，在现有树池间的空隙设置下沉式绿地；设置立式雨水口，弃流井和溢流井，同时结合人行道透水改造，根据需要设置调蓄模块。以临江大道为典型，构建“蓄水优先、合理弃流”，传统排水和超标雨水径流排放系统有机结合的海绵道路（见图5）。

（2）小区公建

青山示范区以老旧社区居多，社区内建筑密度大，绿化品质不高，居民休闲空间小，且局部存在雨、污水混、错接现象。针对以上问题，老旧社区海绵改造应因地制宜，见缝插针，结合地面景观提升，设置下沉式绿地、雨水花园、透水铺装、雨水桶等；同时设置盲渗系统将雨水有组织收集至调蓄模块，并将收集雨水按杂用水标准处理，用于小区绿化、道路灌溉及自助洗车用水。以临江港湾社区为典型，构建以海绵改造为契机，以生活品质提升为核心，“渗排结合，回用为先”的海绵社区（见图6）。

图6　海绵社区示意图

（3）公园绿地

青山示范区现状公园的园路及铺装多为硬化材质，且部分区域地势低洼、易积水，自然水体与周边场地衔接不畅，不利于削减公园地表径流。针对以上现状，公园绿地海绵改造应体现青山老城区独特的自然山水和文化特色。利用现状地形，设置与结合周边景观完美融合的植被缓冲带、旱溪、下凹式绿地、雨水花园等转输及贮存LID设施；同时对园路进行透水改造，并充分利用园区自然水体，与周边场地合理衔接，并且建设生态驳岸，削减园区径流雨水，铺设盲渗收集系统有组织地收集下渗雨水。以青山公园为典型，形成“绿水相依、回归自然”且充分消纳自身雨水并兼顾周边场地径流量的海绵公园（见图7）；在特大暴雨期间，还能起到超标径流雨水系统的功能作用。

图7　海绵公园示意图

（4）城市管渠

由于青山示范区是老城区，现状排水设施老化、地下管网对接不畅等问题日益突出，给区域排水防涝增加了很大压力。针对以上问题，海绵城市建设在保证城市水体、道路、绿地等原有功能的同时，还要合理规划用地布局与竖向设计，使低影响开发雨水系统与城市雨水管渠系统及超标径流雨水排放系统有效衔接，充分发挥城市“绿色”与“灰色”基础设施协同作战能力。示范区城市管渠工程主要是新建或扩建泵站及排水管网，构建“绿色思路，灰色基础”的排水系统，提升区域排水防涝能力。

（5）城市水系

青山示范区现状港渠排涝能力不足，水生态系统被破坏，港渠周边环境脏乱差，存在水安全、水生态及水环境等问题。针对以上现状，城市港渠水系海绵改造应在达到规划功能需求的同时兼顾景观，截留入港污水，保证旱季污水不入水体，入港雨水进行生态处理；通过种植水生植物修复水生态，同时建设生态驳岸，设置旱溪或雨水花园等低影响开发设施，有效渗透、滞留雨水。以青山港湿地雨水、污水为港渠综合整治典型，打造“治黑护水，人水相依”的海绵港渠（见图8）。

图8　海绵性城市水系示意图

6　结论、问题及建议

大力建设海绵城市，不仅可以解决当前多发的城市内涝灾害、雨水径流污染、水资源短缺等突出问题，还有利于修复城市水生态环境，给城市带来综合生态环境效益的同时，也给老百姓的公共出行和休闲生活带来极大便利[9,10]。海绵城市建设合理综合利用“渗、滞、蓄、净、用、排”等技术措施对雨水的渗透、储存、调节、转输与截污净化的功能，有效控制径流总量、径流峰值及径流污染，实现“小雨不渍水、大雨不内涝、水体不黑臭、热岛有缓解”的目标。

但是，由于海绵城市建设是城市发展理念的转变，由过去仅注重空间控制转变为空间控制与生态环境约束并举，试点工作遇到了很多困难与挑战，主要存在的问题有以下几个方面。

（1）海绵城市立足于城市，其跨多专业性工作涉及规划、建筑、园林、市政、环保、水利多方面。而长期以来，这些专业之间相互分割，需要重新整合，以及打破原有的规范和标准。海绵城市设计、施工及验收欠缺统一标准，新型材料的质量及价格欠缺衡量指标，导致顶层设计一定程度上满足不了施工单位的材料采购及施工控制技术要求。

（2）海绵城市建设包括绿色海绵设施及市政灰色基础设施建设，目前欠缺统一的设施养护指南及维护管理机制来保障海绵设施长效运营。

（3）开展PPP模式极大地解决了海绵城市建设试点工作的融资问题，实现了社会利益的最大化，但由于目前尚未出台PPP模式完备的配套政策，导致大多数试点在海绵城市建设过程中，PPP模式尚未真正落地。

“海绵城市”是城市建设思想理念的重大转变，是系统思维在城市建设中的具体落实行为，对原有的方法、标准、体系都产生重大影响和变革。在落实过程中，设计工作非常有必要总结提炼，形成体系、要求和规范，主要建议有以下几个方面。

（1）成立跨学科的设计联盟、研究中心，从组织上保障持续研究。

（2）设立相关课题，特别是将跨学科、复合、边缘等课题结合，系统研究。

（3）组建投资、研究、设计、施工的“一条龙”海绵建设全产业链集团军，全方位进行“海绵城市”建设。

（4）按照“五位一体”（战略、产业、空间、项目、金融）、“四态合一”（业态、形态、生态、文态）的原则，将“海绵城市建设”、“综合管廊建设”、“绿色生态建设”、“建筑产业化”及“智慧城市建设”综合示范，形成有机联动，真正实现“把城市轻轻地放在自然之上”，打造完美“中国梦”的现代化可持续城市。

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