LID技术在绿色建筑材料管理过程中的应用研究

王 华，张 成

（1杨凌职业技术学院 建筑工程分院，陕西杨凌 712100；2西安市市容环境服务中心，陕西西安710000）

现阶段城市化是导致水文循环改变的重要影响因素，过度城市化会导致城市的不透水面积持续增加。降雨频发时，地表径流导致地下水的面积持续增加[1-2]，同时地表径流量也持续上升，造成城市内涝。

目前，我国选取以下几种方式解决城市水循环问题，主要包括人工给水、排水等。通过以上方式代替自然水体下渗以及坡度自然径流等，但是以上方式会导致水体环境中滞缓效应增加，并且缩短了城市水体之间的汇流空间。传统的排水系统存在一定的弊端，同时具有超强的自我调节能力。目前，组建一种符合建筑需求的雨水收集系统[3-4]，是城市绿色建筑设计的必要需求。低影响开发（LID）主要是选取小型、布置分散的雨水控制技术，对城市内的雨水以及地表径流进行控制以及管理，有效促进城市内部的自然水文循环。

本文重点结合LID技术对绿色建筑材料管理展开研究，研究结果能够为我国后续的发展奠定坚实的基础，同时提供对应的理论支持。

1 方法

1.1 绿色建筑场地LID措施特征

低影响开发（LID）主要是以场地自然水文条件以及雨水自然循环过程为依据，利用源头一系列分散的小型技术设施组建一个绿色的植物雨水管理系统，最终达到对开发场降水量以及雨水水质的管理。

LID技术主要包含两种不同的结构，分别为：（1）非结构性措施；（2）结构性措施。

后者主要是一系列用于雨洪管理的技术设施；前者则是包含政策措施以及场地规划措施，将场景、建筑、绿地等进行合理的规划以及布局。

LID不同于传统的雨水处理模式，它主要选用性价比高，且规模较小的景观雨水管理方法。LID的设计理念主要是在生态学的基础上对场地进行规划设计，具体包含以下几种方式：（1）模拟自然水文过程；（2）分散式控制；（3）整合非结构性系统；（4）源头控制；（5）技术设施结合景观。

其中LID技术主要包含以下几方面优势：

（1）高弹性

LID技术使用范围较广，任何类型的景观形式都能够不同程度地进行改造，并且被LID技术所应用。在降雨事件的规模上，LID技术不仅对较小规模的降雨事件存在较好的利益，同时对大规模降雨事件也具有一定的控制作用。在场地开发上，LID技术不仅适用于未开发的场地建设[5-7]，同时还适用于旧城的改造以及修复。

（2）成本较低

通过LID技术能够使大部分雨水径流量通过植物的吸收以及蒸腾等作用，得到有效控制。所以需要降低城市排水管网等设施的建设费用，有效减少雨水管理费用，同时LID策略还能够间接降低污水处理成本。

（3）多功能

LID技术是由多种类型的技术结合组成的，所以其具有多功能性。

（4）重点保护

LID技术遵循相关的保护性原则，保护整个系统中较为敏感的开放空间。针对于较为敏感的区域，将其划分为保护区，禁止对其进行开发。在生态较为稳定的区域内，需要进行适当的场地开发，尽量保持原始地貌的水文情况。

（5）源头控制

LID技术对于雨洪管理的方式就是直接通过雨水接触地面，然后进行介入管理，同时将场地的雨水控制能力达到原始状态。

（6）自然做功

LID技术主要是利用自然物理作用、化学作用等过程进行自我修复以及净化[8]，确保城市环境得到有效改善。

LID技术主要是以保持原始的水文特征为目标，根据分散的、小型雨水技术措施完成场地源头控制。其中LID技术主要是以软质工程为主，传统的雨水技术则是以硬质工程为主，两者之间的主要区别见表1。

表1 传统方式和新型雨水管理方式对比Table 1 Comparison of traditional and new rain water management methods

LID技术设施的目标是根据合理的规划设计，最大程度地降低场地开发对于环境的干扰程度。相关研究结果显示，LID技术利用各种分散式的源头措施进行控制，有效减少了城市地面的径流总量，并且根据土壤以及植被的过滤、吸收，实现雨水净化。它是一种集低碳、节能、环保等为一体的管理体系，具有十分广泛的生态效能。

表2给出了LID措施的水文效应分析。

表2 LID措施的水文效应分析Table 2 Hydrological analysis of LID measures

1.2 绿色建筑LID技术适建性评价

现阶段主要选取低影响开发技术对城市内地表径流的水质水量进行改建，由此可见，土壤条件是影响开发成效的一项关键因素。以下具体给出不同的影响因子对其的影响：（1）透水速度决定土壤的渗透程度；（2）土壤的透水性主要是通过土壤类型进行反应；（3）城市的地势起伏程度主要是由坡度决定的；（4）雨水的下渗程度[9-11]决定了地下水位的高低。

利用表3详细给出绿色建筑LID适建性影响因子分析结果。

表3 绿色建筑LID适建性影响因子分析Table 3 Analysis of the factors affecting LID constructionability of green buildings

现阶段我国大部分的绿色建筑含有屋顶花园，屋顶花园雨水收集系统最为主要的作用就是收集屋面的雨水，在经过一定的处理后，将屋顶的雨水应用于浇灌、冲厕等用水。初期雨水的污染程度越大，雨水中的杂质也越多，为了有效降低雨水的处理成本，需要对初期雨水气流进行管理[12-13]。以下详细给出影响屋顶水质的主要因素，分别为：（1）大气质量；（2）屋面材料；（3）降水间隔等。

1.3 LID技术在绿色建筑材料管理过程中的应用研究

随着LID技术的不断完善，LID技术在全球范围内取得了十分广泛的应用。详细分析不同区域内各个措施的控制效果，后续针对不同的场地，设计出对应的管理措施。

根据对绿色建筑场地的降雨水文过程进行分析，同时对绿色建筑的LID管理措施进行分析。绿色建筑材料管理过程中选取LID技术，结合研究区域内的降雨特征，选取对应的占地适宜尺度以及蓄水功能。

通常情况下，选取以下几种措施对绿色场地材料进行管理以及优化。

（1）雨水花园

雨水花园是一种小型的生物蓄流池，它能够在浅洼地中种植绿化植被、灌木等植物，通过土壤以及植物的过滤完成雨水径流的净化处理，以有效降低径流量。现阶段雨水花园技术，在各个方面取得了十分显著的效果。

（2）透水铺面

由于建筑区域内的铺设面积不断增加，各种场地的径流量也持续增加，这会对径流水质产生十分严重的影响。选取透水材料对各个区域进行铺设。渗透材料能够对雨水进行渗滤。为了增加整个材料的使用寿命，需要在设计初期选取合适的基层土壤，同时结合区域特点进行设计。

（3）下凹式绿地

可以将其看作是缩小的干式滞留池，干式滞留池相比其它措施具有十分明显的优势。其中合理的坡度设计以及位置布局能够促使径流得到较好的控制，同时降低从建筑场地流出的径流量，达到较为满意的管理效果。

2 仿真实验

为了验证所提方法的有效性，需要进行仿真实验测试，实验平台为：VTM；型号：易时代ET-R100；OS:Windows7；CPU:Intel(R)Core i33220；内存：64GB；GPU：NVIDIA Tesla K40m×2；显存：12GB×2。

（1）绿色建筑材料管理费用

为了验证所提方法的有效性，实现选取两种传统方法作为对比方法，对比三种方法的绿色建筑材料管理费用，具体的对比结果如图1所示。

图1 不同方法的绿色建筑材料管理费用对比结果Fig.1 Comparison results of green building materials management costs by different methods

分析图1可知，随着测试样本数量的持续增加，各种方法绿色建筑材料管理费用也在持续增加。相比传统方法，所提方法的绿色建筑材料管理费用上升速度明显较慢。

（2）雨水资源利用率

为了更进一步验证所提方法的有效性，以下进一步对比各种方法的雨水资源利用率，具体的对比结果见表4。

表4 所提方法的雨水资源利用率变化情况Table 4 Change of rainwater resource utilization rate of the proposed method

分析表4的实验数据可知，所提方法的雨水资源利用率在三种方法中为最高，文献[4]方法的雨水资源利用率次之，文献[5]方法的雨水资源利用率最低。

（3）径流量

在上述实验环境的基础上，以下分别对比三种方法的径流量，具体的对比结果见表5。

表5 所提方法的径流量变化情况Table 5 Runoffvariation of the proposed method

分析表5的实验数据可知，各种方法的径流量呈直线下降趋势，但是相比另外两种方法，所提方法的径流量明显较低，且下降趋势较为明显。

3 结束语

我国现阶段大部分地区的建筑仍然处于高能耗、高污染的状态，城市面临着雨洪难以控制的问题，同时城市地形的起伏不稳定，水环境较为复杂，因此结合LID技术对绿色建筑材料管理的应用展开研究。相关研究结果表明，所提方法能够有效提升绿色建筑场地的雨水资源利用率，同时为后续的研究提供相应的技术支持。