关于住宅小区海绵城市设计营造的探讨

2020-03-01丁允浩

建筑施工 2020年9期

丁允浩

上海建工房产有限公司上海 200080

传统的开发建设模式，因其过度的土地硬化，加速了雨水产汇流过程，破坏了原有的水文循环。随着城市化规模的不断扩大，水文循环改变引起的暴雨强度增大、超标暴雨频现、城市内涝等问题日益凸显。雨水通过灰色管道系统快排，面源污染成为污染水体的重要原因。同样地，城市化、硬质比例的增加，也造成了城市热岛效应。在开发建设过程中，怎样才能尽量维持原有的水文循环，尽可能减少开发建设对生态造成的破坏是一个亟需解决的问题。为此，海绵城市设计营造应运而生[1-2]。

海绵城市是一种新型的雨洪管理理念，其以城市为集雨区，通过对水循环流程的调节控制，在一定程度上减少雨水总量排放、削减雨水径流的污染物含量，安全排放设计暴雨重现期内的雨水，最大程度满足生活和生产需要，并缓解城市热岛效应，最大限度地恢复城市水文循环。

我国于21世纪初开始研究雨洪管理，目前还处于较为初期的阶段。虽然已经取得了长足的发展，但由于部分原因，造成了海绵设计碎片化、唯指标化，降低了海绵城市效能，增加了海绵城市项目的养护难度。具体原因有：技术支撑能力不足；统筹协调欠系统；不能因地制宜地解决问题；一味追求“大干快上”，盲目推进。

住宅小区作为城市化建设的重要形态，在城市建设形态中占了很大的比例。本文主要对住宅小区的海绵城市设计营造进行探讨。

1 研究目的

海绵城市设计营造是个全新的课题，需要很多专业的配合以及资金投入，并可能对景观效果产生影响。如何很好地协调各方面关系，在尽量减少造价投入的基础上，减少对景观效果的不利影响，是本文研究的主要目的。

2 住宅小区海绵城市设计营造的主要过程

2.1 住宅小区海绵城市的设计

1）海绵城市设计要尽早介入。海绵城市是个系统工程，与项目的各个环节、各个专业都有关系，需要贯穿于整个项目的流程中。海绵城市设计尽早介入可以提前对项目中与其他专业产生关联的点进行提醒，例如建筑雨水落水管设计时注意断接、场地竖向设计不做过长的坡长、绿化尽量均匀地分布于小区内等。前期可对项目总图进行初步的汇水分区划分，对各个分区所需要的海绵设施进行预估，提交给景观专业，让他们在设计中将海绵设施融合于景观方案中。

2）海绵城市设计应以项目的基底条件为基础。在进行海绵设计前，应充分分析项目的降雨量、蒸发量、温度、地形条件、土壤类型分布、总体规划、下垫面情况、地库范围和分布、雨水管网、调蓄设施及景观方案等。结合项目条件，科学选用适合的海绵设施，并根据需求进行技术优化。

3）海绵城市设计要以需求和问题为导向。住宅小区的海绵城市设计应首先分析其问题和需求，并且以问题和需求为导向制定出海绵城市设计的策略。只有解决了项目问题和满足了项目需求的海绵城市设计才是老百姓喜欢的设计，也才是具有生命力的设计。

4）海绵城市设计要系统统筹。海绵城市设计不仅需要考虑项目的基底条件，统筹项目的问题和需求，还要跟建筑设计、景观设计等专业互相配合。同时，设计时应结合项目条件，科学选用适合的海绵设施，并根据需求进行技术优化；甄选适合本地气候特征的植物种类进行配置；合理利用地形、管网条件，充分发挥绿色雨水设施、管网等不同设施的耦合功能。

5）海绵城市设计要考虑美观性。随着城市建设的逐步成熟，景观成为住宅小区最重要的元素之一。在引入海绵城市的建设理念时，不能对景观效果造成较大的影响。海绵设施设置时应考虑人们的视线、植物层次、植物品种、季节变换等因素，使海绵设施成为景观的重要元素，而不是对景观的补充。

2.2 住宅小区海绵城市的营造

海绵城市的营造既有与常规工程相似之处，也有其特殊之处。

1）海绵城市排水系统的营造。海绵城市的排水系统一般分3个部分：建筑屋面的雨水系统、雨水排水主管道、海绵城市源头排水设施。

① 建筑屋面的雨落水管一般要进行断接。断接有几种形式：当建筑雨落水管为外落水管时，一般将落水管断接，断接的雨落水管下设水簸箕或者将雨水直接冲到散水上进行消能；若建筑雨落水管为内落水，则需要设置消能井或者将落水管排至建筑周边的排水沟内进行消能。经过消能后的雨水通过地表径流或者通过连通管缓缓地进入海绵设施中。

② 雨水排水主管道的施工按照普通的建筑室外雨水管网进行。

③ 海绵城市的源头排水设施是海绵城市施工的重中之重，一般分为溢流设施和渗滤设施。溢流设施有2个重点：一是溢流量要确保在设计暴雨重现期内，本分区内的雨水可以顺利排出；二是要确保标高设置准确，即溢流设施的溢流下缘标高一般需要高出海绵设施100～200 mm，同时又要低于周边场地的最低标高至少50 mm。渗滤设施在施工中需要满足孔隙率以及周边反滤层设置的要求，另外还要注意标高、坡度以及和雨水井的衔接。

2）源头海绵设施的营造。海绵城市源头设施一般包括下凹绿地、雨水花园、生物滞留池等。在施工中有以下情形需要注意：确保边坡稳定，若边坡不够稳定，则需要考虑设置挡土墙或者杉木桩等来增加边坡的稳定性；开挖深度一定要满足设计要求，底部的找坡要与设计一致；完成面的平整度误差不得超过10 mm，否则就会出现积水时间不同，设施的调蓄容积减少等问题；海绵设施内的填料渗透率一定要满足设计要求，需要换填的要根据设计要求换填渗透率更高的填料；海绵设施内的填料要保证一定的疏松度，填好后在种植植物时应铺设木板，不得直接在海绵设施内踩踏。

3）竖向及径流组织部分的营造。竖向和径流组织是海绵城市营造的核心，若径流组织得不好，会导致场地局部积水，应该进入设施的雨水进不去，不该进去的雨水进入过多，从而影响海绵设施内植物的生长。组织径流施工时，一定要严格按照设计的标高、坡度、坡向进行施工，不得出现倒坡、逆坡及起伏坡度。

4）雨水收集回用系统的施工。雨水收集回用系统为海绵城市的重要设施，目前很多项目中的雨水回用系统在运行及管理维护时太过繁琐，导致很多雨水回用系统最后都荒废了。所以在设计与施工时，应尽量让其自动化运行，降低运营维护难度。

5）海绵设施内植物的施工。海绵设施内的植物要根据设计的运行工况来配置相应的品种，这些植物一般都需要既耐水淹，又耐干旱。海绵设施内的植物在种植后要加强养护，一般都需要2～3个月时间，待植物完全成活后，方可采用与其他植物同样的方式进行养护。

2.3 住宅小区海绵城市的监测

为了解海绵城市建成后的效能，就需要对其进行监测。海绵城市系统的监测一般需要考虑以下监测内容：

1）实际降雨量。需要设置雨量传感器来记录小区的即时降雨量和累计降雨量。

2）雨水管排出口的排水流量。在雨水管道的排出口设置流量传感器来记录小区的雨水排出量，再对照降雨量就可以得出本小区的径流总量控制率。

3）雨水管排出口雨水的悬浮物含量。在雨水管道排出口设置在线SS检测仪，可测得排出雨水的污染物含量。在未设置海绵设施的收水口处设置在线SS检测仪，可测得地表径流雨水的污染物含量。

4）雨水回用系统的回用水量。在雨水回用管网的起端设置水表或者流量计来记录雨水回用系统的回用水量，以此计算雨水回用水量占小区总用水量的比例。

由以上监测内容，可以得到本项目的场次降雨量、年累计降雨量、场次雨水排出量、年累计雨水排出量，以及地表径流与排出雨水的污染物浓度，继而得到年径流总量控制率、径流污染削减率等海绵城市的核心数据，从而得知海绵城市建设的效能。

3 住宅小区海绵城市设计营造实例

3.1 项目基底条件分析

1）气候、地形。苏地2016-WG-26地块项目地处苏州市，为北亚热带季风气候，降水量主要集中在6～9月，约占全年降水量的50%，多年平均蒸发量1 322.6 mm；地形以平原为主，全市地势低平，一般高程为海拔3.5～5.0 m。

2）下垫面。场地下垫面主要由绿地、建筑、车行道、硬质铺地以及水面等组成，绿化率较高且绿化分布较为均匀，对海绵城市设计较为有利。

3）竖向分析。场地标高呈北高南低趋势，内部高程高于外部道路，无客水汇入，防洪的安全系数较高。

4）地下空间分析。本项目地下车库占比较大，对海绵设施布置影响较大。但地下车库顶板覆土达到1.50 m，覆土较厚，对海绵设施的类型选择影响较小。

5）土壤渗透性能。根据地勘报告分析，本项目表层土为素填土及粉质黏土，土壤渗透性一般，在设置净化速率较大的海绵设施时，应考虑土壤的换填或者改良。

6）建筑分布。本项目建筑按照地块特点进行排布，高低区呈南北错落分布，从南到北以中轴为序，建筑组团左右错落布置。建筑密度适中，布置海绵设施较为容易。

3.2 问题与需求分析

1）问题。地块开发强度较高，开发后势必会对地块及周边区域的水文循环产生不利影响，地表径流量以及径流中的污染物含量均会增加，从而影响到附近河道的水环境、水安全、水生态。对现状的排水管网、排涝系统产生冲击。另外，本项目土壤渗透性一般，在设计中应采取相应的策略来应对。

2）需求。本项目需要在海绵城市的理念下进行开发，尽量减小开发后对城市水文循环的影响。需要对年径流总量、径流污染进行控制，还需要对控制的雨水尽量进行资源化利用。在满足以上需求的条件下，还应展现海绵城市良好的景观效果。

3.3 海绵城市设计营造

1）源头设施选择。根据项目所在片区及自身面临的突出问题和需求，结合本项目的景观绿化布局、地质条件分布以及绿建的要求，重点选择下凹绿地、雨水花园以及透水沥青等海绵设施作为本项目的源头净化设施，充分利用本项目已经设计的地下蓄水池进行末端调蓄。

2）设计思路。针对不同下垫面条件，分别采取辅助措施，对径流雨水进行导流、传输与控制，着力构建不同重现期降雨情形下“源头减排”“管渠传输”“排涝除险”等多层次、高耦合的雨水综合控制利用系统。收集到蓄水池内的雨水，经净化后供绿化灌溉、道路冲洗及水景用水，回用后可腾空蓄水池，为下场降雨的调蓄做准备。

3）竖向和径流组织。根据不同的汇水分区，将分区内的屋面雨水通过雨落水管断接后，经地表径流进入海绵设施，绿地雨水就近进入海绵设施，铺装雨水通过设置坡度直接或间接汇集于海绵设施内。中小降雨时，雨水在海绵设施中渗滤排出；大雨时，则通过溢流口直接进入雨水管道。部分雨水通过小区管网末端设置的蓄水池进行调蓄、回用，超出其调蓄能力的雨水溢流进入市政管网（图1）。

图1 海绵城市工艺流程

3.4 评估

1）水生态、水环境。通过海绵城市设计营造，本项目综合径流系数为0.447，低于传统开发建设模式（综合径流系数0.6～0.7）；单位面积控制容积116.6 m3/ha，即一部分雨水下渗、蓄滞或后期利用，与开发建设前地块内由于自然起伏，下雨时雨水在低点填洼调蓄的模式相接近，维持了原有水文循环过程。同时通过源头海绵设施的净化，面源污染部分被削减，保护了进入下游河道的水体水质。

2）工程造价。下凹式绿地与原绿化做法的差异，主要为土方的减少及渗滤盲管增设，造价增加约30元/m2；雨水花园与绿地做法的差异，主要是土方开挖、掺沙土壤换填以及渗滤盲管铺设，造价增加约300元/m2；透水沥青采用大孔隙沥青混合料作表层，综合造价为200元/m2，比常规沥青的综合造价增加100元/m2。最终核算得出的海绵城市设施建设费用比原景观工程增加约193.983万元，即造价增加16.73元/m2。