江苏农林职业技术学院海绵校园设计

曹 颖，费文君，曹仁勇，张晓东，张 伟，周晋锋

(1.南京林业大学风景园林学院，江苏 南京 210037； 2.江苏农林职业技术学院，江苏 句容 212400； 3.江苏田园风光环境建设有限公司，江苏 句容 212400)

在快速城镇化进程中，中国以大面积硬化为特征的城市建成面积急剧扩张，带来“逢雨必涝”与“城市看海”等引发广泛关注的重大问题，高校校园同样存在这样的问题。绿色生态海绵城市建设是缓解城市洪涝灾害的有效途径，它像海绵一样将雨水集蓄起来，并在一定时间内使雨水缓慢渗入地下以进行充分循环利用，促进资源均衡稳定发展[1]。

1 “海绵校园”理念概述

“海绵城市(Sponge city)”是指整个城市能够像一块海绵一样，在适应环境变化、应对自然灾害等方面有着良好的弹性，对雨水利用收放自如，在降雨时吸水、蓄水、渗水、净水，在城市缺水时将蓄存的水释放出来并加以利用，从而改善城市生态环境[2]。基于海绵城市的理论，笔者给出这样的定义，“海绵校园”是以生态保护为核心营造校园环境，秉承海绵的特征“净化”、“渗透”和“吸收”，兼顾校园水环境的治理与校园日常生活的正常开展，实现校园环境与水资源协调发展，构建一个具备良好“渗透”、“吸收”能力的生态校园。

2 “海绵校园”建设的2种适用技术措施

在海绵校园的建设中，应建立尊重自然、顺应自然的低影响开发模式，尽量减少校园内不透水地面面积，连通地表水与地下水，加长径流流动的通道，延长汇流时间，利用土壤覆盖物和植物群落对径流进行过滤并促使其下渗[3-5]，保护和再生自然景观，最大限度地减少抗渗性影响，使校园区域尽量接近于开发前的自然水文循环状态。

2.1 生态净化技术措施

为改善和保护水质，选用净水性能强的植物材料(表1)和结构，设计适宜的植物配置模式，采用植物生态净化技术修复水质污染，保护校园环境。具体技术措施：在最高水位以上区域种植层次丰富的垂柳、木芙蓉、木槿、乌桕等耐旱植物；最高水位与常水位之间是属于周期性淹没的区域，在此边界上种植池杉、落羽杉、花叶芦苇、梭鱼草等耐涝植物；在常水位以下区域种植荷花、黄菖蒲、睡莲等水生植物，利用根系保持水土。

表1 苏南地区常见湿地植物资源

2.2 雨水渗、滞、蓄技术措施

雨水渗、滞、蓄工程与短距离的市政管网相配合，使暴雨期雨水滞蓄、枯水期地下水回补，增强旱涝调蓄功能，形成良性雨水循环系统[6]，具体技术措施主要包括以下几个方面。

2.2.1 绿色屋顶 绿色屋顶是指栽种植物的建筑屋顶、露台、天台等，其基本结构包括防渗漏层、隔根层、保湿层、蓄排水层、过滤层、种植层和植被层。绿色屋顶在设计时要充分考虑建筑的结构，计算好建筑外加荷载的承载能力，做好建筑本身的防排水层，其次，在植物品种的选择上应以浅根性植物为主，在植物配植模式上做到高低疏密错落有致、色彩搭配和谐合理。

在高校校园内进行绿色屋设计时，在满足绿色、游憩、生态的基础上还应兼具一些实用功能，如可在教学楼的屋顶空间开辟室外教学及相关专业的实践教学场所[7]。

2.2.2 透水道路 道路是场地规划建设中不可缺少的构成要素，是联系各功能区的纽带，具有交通和景观功能。在校园道路景观设计中，运用植草沟、植物缓冲带和下沉式绿地，形成“植草沟—人行道—下沉式绿地—机动车道—下沉式绿地—人行道—植草沟”的模式[8]。

在高校校园中，使用透水铺装场地较多，根据不同的功能与等级要求，采用不同的铺装结构形式。如园路、休闲广场和人行道可采用10 cm厚的透水混凝土路面，空隙大，传热性低，可以起到良性透水的作用。雨水渗透到达约15 cm厚的碎石垫层，该层由驳岸裸露废弃块石填充，在其中进行过滤，并在垫层中埋设与两侧的卵石渗水槽相通的排水管，进行雨水消化[9]。车行道可采用透水沥青，运动场地可采用透水塑胶。

2.2.3 景观绿地 景观绿地在校园中不仅起到美化环境的作用，更能为学校师生创建一个亲切交往、知识碰撞的聚合空间，同时也是雨水最好的渗透场所，可实现对雨水的回收再利用。根据绿地下渗速度、滞留的雨水容量、雨量以及径流速度等数据的科学分析和计算，应用填方与挖方就地平衡原理，设计下凹式绿地、雨水花园等景观，沿着绿地四周布置雨水进水口，收集校园的雨水径流，使其经过沉淀、过滤和净化后进入生态湿地[10]。如某高校校园景观绿地，在场地四周营造出高低不一的微地形与深浅不同的雨水花园，形成蓝绿交织的“海绵”带，收集雨水，使其经过沉淀、过滤和净化后流入生态湿地。

2.2.4 景观水体 美国设计大师威廉·怀特认为“开放空间内水体运用的好坏，取决于能否满足人们的亲水行为，提供高质量的近水边缘[11]。”水是校园空间中重要的设计元素之一。校园水体景观的规划设计应根据其功能定位、水体现状、岸线利用等，进行合理保护、利用和改造，要与城市雨水管渠系统和超标雨水径流排放系统有效衔接[11]。如江苏农林职业技术学院北校区景观湖，梅雨季节主要通过下凹式绿地、雨水花园，经过沉淀、过滤和净化后来补充水分，如超过湖面的最高水位，可通过溢水口流入城市的排水管网，其他季节主要利用校园内绿色建筑来收集雨水。

3 “海绵校园”建设—以江苏农林职业技术学院北校区为例

3.1 场地概况

江苏农林职业技术学院北校区位于江苏省句容市城北，占地30 hm2。句容市位于江苏省西南部，长江下游南岸，北纬31°37′—32°12′、东经118°57′—119°22′。属于北亚热带中部季风气候区，四季分明、雨水充沛，降雨季节分配不均匀，夏季雨量占全年雨量的47%左右。近10 a平均年降水量为1319.86 mm(表2)。

表2 句容地区近10 a(2008—2017年)降水量

3.2 场地高程分析

在谷地地理信息系统软件中找出场地位置，并画出场地红线范围(图1 )，利用Arctool中高程分析功能对场地高程进行分析，结果见图2(颜色偏绿，则场地高程较低；颜色偏棕，则场地高程较高)。由图2可以看出，整个场地呈现北低南高，西高东低的地形情况。

图1 江苏农林职业技术学院北校区红线范围图2 场地高程分析

3.3 场地设计

3.3.1 设计目标 年径流总量控制率为55%以下，可渗透地面面积比例不小于40%，N、P指标满足景观环境用水水质要求(图3、图4)。

3.3.2 技术措施 ①在条件充许的情况下，将已建成的图书馆、实验楼等建筑物逐步改造成绿色屋顶，利用屋面完成对雨水的减排和净化，新建的必须建成绿色屋顶(图5)。②将校园内的主干道和人行道改造成透水路面，以提高场地内雨水自然渗入能力(图6)。③将大学生活动中心北面池塘营造成景观生态湖，湖内种植丰富的水生植物来净化水质(图7、图8)。沿岸浅水区修建防腐滨水木栈道，并加固生态护坡。④将校园内的篮球场、足球场改为透水性铺装材料，把周围的景观隔离带改造为透水的生态滞留与吸收雨水的浅凹绿地或雨水花园(图9)。⑤将校园内花坛、树池改造成滞留式雨水花坛、生态树池(图10)。⑥将图书馆南面的绿地改造为生态绿地，利用植物、卵石、细沙和土壤对雨水进行沉淀、过滤和净化，把干净的雨水流入到中心水池。

综合改造后，景观生态湖面积为21806 m2，下凹式绿地面积为10293 m2，车行道、人行道与铺装广场改造成透水铺装面积为35089 m2。年径流总量控制率达60%，海绵校园建设设施面积和径流系数统计结果见表3。

图5 绿色屋顶雨洪收集示意图

图6 校园主干道雨洪收集示意图

图7 校园生态湖雨洪收集示意图

图8 校园生态湖雨洪收集剖面图

图9 校园足球场雨洪收集示意图

图10 校园生态树池雨洪收集示意图

项目低影响开发措施面积/m2径流系数屋面体育馆、实训楼等现有建筑物234840.80图书馆、实验楼、工科楼、牧医楼、留学生公寓、国际交流中心等(绿色屋面)134490.30广场硬质广场404490.50渗透铺装266660.15道路人行道(渗透铺装)31250.15车行道(渗透铺装)52980.15车行道(普通)280980.80绿地绿化963000.15下凹式绿地102930.10水体生态塘、景观水池218061.00综合雨量径流系数0.40

3.3.3 雨水收集利用的系统流程 雨水收集利用的系统流程见图11。

图11 雨水收集利用的系统流程图

3.4 成效分析

3.4.1 社会效益 建设海绵校园在充分利用雨水资源的基础上，不仅提高了校园自身对环境变化的适应能力、确保校园雨涝调蓄的正常稳定，也是学校节水、环保教育的重要平台，使整个校园成为园林规划设计、园林施工技术等相关专业的教学实训基地。同时，海绵校园的建设使校园成为整个海绵城市中的一个重要细胞，对整个城市的和谐发展具有重要意义。

3.4.2 经济效益

1)投资成本分析。根据住房城乡建设部发布的《海绵城市建设技术指南——低影响开发雨水系统构建》[12]中单项设施单价估算指导意见，总投资成本约为414.19万元。项目建设成本估算见表4。

2)节约用水量分析。江苏农林职业技术学院所在地句容市，属北亚热带季风气候区，呈现冬季干冷、夏季湿热、四季分明的气候特征，绿化景观按冷季型设计。根据GB 50555—2010 民用建筑节水设计标准[13]，绿化按一级养护考虑浇洒用水定额为0.5 m3·m-2·a-1，道路冲洗用水定额取0.5 L·m-2·次-1，年浇洒次数为30次。校园土壤表层主要为粉质粘土层，土层厚度大于10 m，渗透系数取5×10-8m·s-1。根据句容市气象局统计资料，多年平均蒸发量为1038 mm，多年平均降水量为1319.86 mm，可回收的降雨量系数取0.7。则：绿化浇洒年用水量=0.5×106569=53284.5 m3；道路冲洗年用水量=0.5×36521×30=547.8 m3；水体年用水量=年均蒸发量+年均渗透量=(1.038+5×10-8×365×24×3600)×21806=57018.3 m3；年均总用水量=53284.5+547.8+57018.3=110850.6 m3；年回收降雨量=(248162×0.4×0.7+21806)×1.31986=120491.8 m3>110850.6 m3。

句容市自来水价格3.17元·m-3，年雨水回收利用110850.6 m3，年节约水费35.14万元；污水排放费用为0.7元·m-3，城市管网运行费用为0.08元·m-3，年减少环境损失费用7.76万元、管网运行费用0.89万元，雨水利用年总效益为43.79万元。静态投资回收期为9.46 a。

4 小结

与传统的设计方法相比，将“海绵城市”理念应用于校园绿地设计中，更加强调低影响开发技术体系与景观设计的多层次融合关系，更加突出水与绿地的相互依存关系。本项目设计从江苏农林职业技术学院的实际情况出发，通过构建适应苏南地区海绵校园建设的雨洪管理优化策略，提出校园绿地中生态树池、雨水花坛、广场铺装的结构形态与雨水花园的空间形态布局，以及提出具有高雨水截留能力的园林植物群落构建模式，系统解决校园水问题，赋予校园“海绵”的功能。

表4 江苏农林职业技术学院北校区低影响开发设施设备造价