探讨住宅小区的海绵城市设计——以上海市某项目为例

（中国建筑科学研究院有限公司上海分公司，上海 200023）

我国于2012年4月，在《2012低碳城市与区域发展科技论坛》中“海绵城市”概念被首次提出；2015年4月和2016年4月，国家三部委确定海绵城市建设首批试点16个城市及第二批海绵城市建设试点14个城市。2017年3月，《2017年政府工作报告》中鼓励推进海绵城市建设，使城市既有“面子”、更有“里子”。

虽然我国在2014年10月正式发布了《海绵城市建设技术指南——低影响开发雨水系统构建（试行）》。标准中建议：按照因地制宜和经济高效的原则选择低影响开发技术及其组合系统，根据城市总规、专项规划及详规明确的控制目标，结合汇水区特征和设施的主要功能、经济性、适用性、景观效果等因素选择效益最优的单项设施及其组合系统。但却没有因地制宜地给出LID组合系统设计建议。

2019年8月1日，《海绵城市建设评价标准》（GB/T 51345—2018）与《绿色建筑评价标准》（GB/T 50378—2019）将同时启用。标准要求从规划、设计、建设、运营及管理全过程对海绵城市设计进行把控。本文以上海市某典型住宅小区项目为例，探讨海绵城市的设计运用，以点及面、从“小区”到“城市”，推动海绵城市的设计发展[1]。

1 国内外海绵城市发展概况

在全球范围内，德国是最早对城市雨水采用政府管制制度的国家，现已形成标准化的雨洪利用技术。德国的联邦水法、建设法规和地区法规以法律条文或规定的形式，对自然环境的保护和水的可持续利用提出明晰的要求。制定了各自的雨水费用征收标准用于雨水项目的投资补贴，并且由水务局统一管理与水务有关的全部事项，包括雨水、地表水、地下水、供水和污水处理等水循环的各个环节。同时积极推广屋面雨水集蓄、雨水截污渗透、生态小区雨水利用这三种最典型的雨水利用方式。

日本是一个典型的水资源较缺乏的国家，政府十分重视对雨水的收集和利用，早在1980年日本建设省就开始推行雨水贮留渗透计划，近年来随着雨水渗透设施的推广和应用，相关领域内的雨水资源化利用的法律、技术和管理体系被逐渐完善。自20世纪90年代开始，海绵设计借助多功能调蓄设施的广泛应用，达到了一个飞跃。

澳大利亚提倡水敏感城市设计（WSUD），这是一种雨水源头控制的设计理念，实质是将雨水在源头上进行收集、控制，并减少暴雨径流，同时也减少了水资源的浪费，是一种新型的海绵理念节水技术。WSUD的设计原则，是在城市开发过程中保护自然系统和水质，将雨水处理与景观设计相结合，从而降低雨水径流量和峰值流量。

我国海绵城市建设试点城市已经率先进行了海绵城市建设的探索。在北上广等地均建设了海绵城市示范区。但目前海绵城市技术还没有得到大规模的应用和拓展，仅是通过零散的绿化、铺装等手段来实现，还需要针对不同LID技术措施进行进一步研究，才能有利于海绵城市建设的更好发展[2]。

2 上海某住宅小区项目概况

项目位于上海市，以住宅用地为主，并设有配套商业。总用地面积122 230.20 m2，建筑密度27.02%，住宅及商业分别绿地率为35%和20%，总绿地面积39 382.56 m2。

项目以年径流总量控制率70%（对应设计降雨量18.7 mm）、年径流污染控制率（TSS）50%为设计目标，力求解决项目内涝积水问题，同时结合解决居民关心问题从而提升环境品质、提高海绵城市建设的公众参与度，并且遵循生态优先等原则，将自然途径与人工措施相结合，在确保城市排水防涝安全的前提下，最大限度地实现雨水在城市区域的自然存积、自然渗透及自然净化，促进雨水资源的利用和生态环境的保护。

3 上海某住宅小区项目海绵设计

3.1 项目竖向分析

对小区内竖向标高情况进行分析[3]，得到以下数据：

（1）项目整体高差变化不大，最高点为5.30 m，最低点为4.95 m。

（2）住宅区域中部部分高于靠近道路部分，配套商业周边场地标高相对较高。

（3）小区地势比外部道路高、无道路地表径流流向小区内。

（4）场地客水分析：小区各出入口处内部标高高于外部，无场地外客水进入。

（5）排水管网分析：小区为雨污分流制。雨水及污水管均顺小区道路铺设；其中雨水排水在地块南侧和东侧各设1个排放口，污水管在地块东侧设1个排放口，南侧设2个排放口。

3.2 项目下垫面分析

下垫面是降雨受水面的总称，包括屋面、地面、水面等，根据统计，项目各下垫面面积计算如下。

3.2.1 绿化地面

绿地面积39 382.56 m2，绿地在小区内分散排布；建筑物周边绿地主要为花坛形式，设计推荐采用断接引流措施疏导雨水进入绿地。绿地可低于周边道路设置，形成带状下凹式绿地将硬质道路雨水径流进行消解。集中布置的绿地可设置为雨水花园，通过植草沟将雨水径流引入。

3.2.2 硬质地面

硬质地面面积49 821.14 m2，包括车行道路、人行步道、地面停车位。人行步道可采用砌石铺装，地面停车位推荐采用植草砖设计。

3.2.3 建筑屋面

小区屋面均为普通平顶屋面，面积30 926.25 m2；建筑雨水排水主要采用外排水方式，且建筑周边设有花坛，设计通过断接方式将雨水接入花坛。

3.3 海绵技术措施与设计工艺

建筑与小区是城市雨水排水系统的起端，是海绵城市建设的主要内容。项目海绵城市技术设施与组合工艺系统的选择优化需要考虑各方面的实际情况与需求，综合选取最佳方案。海绵城市技术策略如图1所示。

图1 海绵城市技术策略

3.3.1 建筑屋面雨水

在屋面雨水海绵化设计实施中，运用了高位雨水花坛的技术设施，通过雨落管断接方式将雨水接入。

（1）工艺路线：屋面雨水通过雨落管断接至高位雨水花坛内；雨水经花坛砾石层及土壤层后进入储水空腔；储水空腔雨水受无动力缓释器控制，储存雨水在24～48 h内延时匀速排出。

（2）海绵作用机理：花坛内砾石层及土壤层具有较好的净化作用，同时缓冲屋面雨水的势能冲击。

无动力缓释器能够增加雨水在储水腔内的停留时间，一方面强化沉淀功能，保证了雨水排出前的沉淀净化时间；同时延长了雨水与植物根系及其附着的微生物接触时间，提高雨水中污染物的去除效果。

利用高位雨水花坛的土壤与生物作用、储水空间和无动力缓释器的储存延时净化作用，实现设施“净”“蓄”“滞”“排”等海绵功能。

3.3.2 小区路面雨水

在小区道路路面雨水的海绵化设计实施中，选择了以下凹式绿地、植草沟、雨水花园为主的技术设施和工艺系统组合方式。

（1）工艺路线：小区道路路面雨水通过径流方式进入下凹式绿地当中；下凹式绿地控制消纳设计目标内的雨水，超标雨水溢流出水接入雨水井；超量雨水通过植草沟进入雨水花园进行调蓄。

（2）海绵作用机理：利用下凹式绿地初步拦截路面雨水中大体积杂物；利用植草沟对雨水中SS进行拦截；利用雨水花园的植物、微生物、土壤层、过滤介质层等的综合作用，消减雨水排出总量和净化雨水水质。

3.3.3 停车场及砌石铺装雨水

在停车场及砌石铺装的海绵化设计中，选择了植草砖、砌石铺装等加强渗透的技术设施。

（1）工艺路线：停车场表面雨水通过植草砖，渗入地下；人行步道采用砌石铺装，渗入地下。

（2）海绵作用机理：利用植草砖及砌石透水铺装降低雨水表面径流量，去除雨水中的大颗粒污染物。

3.3.4 小区综合雨水末端处置

在小区综合雨水末端的海绵化设计实施中，选择地下储水设施和调蓄净化延时缓释装置两种技术的组合方式。

（1）工艺路线[4]：对径流量超标分区设置地下蓄水设施；设施出水通过延时缓释设施缓释渗入地下，补涵养周边绿化植物。

（2）海绵作用机理：利用地下储水设施的调蓄容积为雨水提供了储存停留时间，结合无动力缓释器延长了雨水在蓄沉沟内的停留时间，加强了沉淀净化功能，提高污染物质的去除效率。

利用地下储水设施、无动力缓释器的综合作用，实现设施“蓄”“净”的海绵功能。

结合地下储水设施设置雨水利用系统，可用于场地绿化灌溉、地面冲洗等用途。

3.4 项目汇水分区设计

3.4.1 汇水分区划分

以地块区域内原有雨水管网分布作为前提，区域内道路作为分区主体轮廓，根据下垫面组成、排水特性，结合竖向标高等因素，将整个小区划分为3个汇水分区。汇水分区的控制率内雨水径流基本可以在每个分区内自行消纳。

3.4.2 汇水分区径流量计算

排水分区一：占地面积35 373.70 m2、综合径流系数0.61、计算径流量403.51 m3；排水分区二：占地面积53 209.55 m2、综合径流系数0.45、计算径流量447.76 m3；排水分区三：占地面积33 647.05 m2、综合径流系数0.81、计算径流量509.65 m3。经计算：项目整体综合径流系数0.60、计算径流量1 360.92 m3。

3.5 项目汇水分区设计

排水分区一：雨水花园428 m2、下凹式绿地988 m2、高位花坛209 m2、植草沟53 m2；排水分区二：雨水花园518 m2、下凹式绿地1 090 m2、高位花坛302 m2、植草沟53 m2；排水分区三：雨水花园183 m2、下凹式绿地936 m2、高位花坛22 m2、植草沟51 m2、地下储水设施250 m3。经计算：项目整体雨水花园1 129 m2、下凹式绿地3 014 m2、高位花坛533 m2、植草沟157 m2、地下储水设施250 m3。

LID设施平面布置图如图2所示。

图2 LID设施平面布置图

3.6 径流量控制率计算

LID设施调蓄容积汇总表如表1所示。

表1 LID设施调蓄容积汇总表

经计算：地块整体的LID设施调蓄容积为1 489.64 m3。

径流量计算汇总表如表2所示。

表2 径流量计算汇总表

经计算，地块整体径流控制总量为1 360.92 m3。

3.7 污染控制率TSS计算

根据《海绵城市建设指南》表4-1低影响开发设施比选表可知，LID设施污染物去除率（以SS计）：雨水花园、下凹式绿地70%；高位花坛、调蓄净化设施80%、传输型植草沟30%。各分区径流污染控制率计算汇总表如表3所示。

表3 各分区径流污染控制率计算汇总表

经计算：地块整体污染物去除率为80.98%。通过海绵设施设计，地块区域年雨水径流污染消减率（以SS计）为80.98%×70%=56.69%＞50%，满足海绵城市建设对年径流污染去除率的要求。

3.8 拟设计LID设施构造

3.8.1 雨水花园

雨水花园是一种在地势较低的区域，通过植物、土壤和微生物系统蓄渗、净化径流雨水的设施。雨水花园形式多样、使用区域广、易与景观结合，径流控制效果好，建设费用与维护费用较低；但地下水位和岩石层较高、土壤渗透性能差、地形较陡的地区，应采取必要的换土、防渗、设置阶梯等措施避免次生灾害的发生，增加建设费用。

3.8.2 高位花坛

花坛内砾石层及土壤层具有较好的净化作用，同时缓冲屋面雨水的势能冲击；无动力缓释器能够增加雨水在储水腔内的停留时间，一方面强化沉淀功能，保证了雨水排出前的沉淀净化时间；同时延长了雨水与植物根系及其附着的微生物接触时间，提高雨水中污染物的去除效果；利用高位雨水花坛的土壤与生物作用、储水空间和无动力缓释器的储存延时净化作用，实现设施“净”“蓄”“滞”“排”等海绵功能。

3.8.3 地下储水设施

地下储水设施由聚丙烯回用材料制作而成，主要应用于雨水的存储和回用系统中。项目中地下储水设施与延时缓释器联合应用，提供调蓄空间的同时，提高了雨水净化效果，并为周边植物涵养提供了水源。

3.9 LID设施工程概算

LID设施工程概算表如表4所示。

表4 LID设施工程概算表

4 结语

我国第三版绿色建筑评价标准即将出台，新标准中就现行绿建国标新增了“8环境宜居”章节“8.1.3场地的竖向设计应有利于雨水的收集或排放，应有效组织雨水的下渗、滞蓄或再利用。对大于10 hm2的场地应进行雨水控制利用专项设计，对场地雨水实施外排总量进行控制。”本条文作为评价的控制项，是绿色建筑项目设计的强制要求。而绿色建筑正逐渐成为我国各省市新建项目建设的必备条件。

本文通过对上海市某住宅小区的海绵城市设计分析，以此探究适用于10 万m2左右用地面积的居建项目应如何选择适宜的LID措施组合，同时帮助项目更好地达到绿色建筑标准的相关要求，开启“绿色+海绵”的设计新篇章。