低影响开发(LID)理念引导下“海绵校园”设计策略研究

刘雨虹

(福州外语外贸学院艺术与设计学院,福州 350202)

一、研究背景

国家的经济高速发展,标志着我国从一个农业大国逐步走向工业化的国家。 在城市化不断推进的过程中,大量的生态问题也纷纷涌现出来,如城市洪涝、内涝、地下水位枯竭等。 为从源头上解决这一问题,我国对于低影响(Low Impact Development,简称LID)开发策略的研究越来越重视。 在城市建设过程的相关研究中,“海绵城市”的概念一再被着重强调。 海绵城市设计根本目的是将雨洪转化为资源加以回收利用,运用生态治水的原理进行水资源管理,形成系统的低影响开发的雨水排放及收集系统。

福建省福州市处于我国东南沿海地区,是福建省的省会城市,是海峡西岸经济区中心城市之一,同时也是国家历史文化名城、滨江滨海生态园林城市。 气候较为炎热湿润,属于亚热带季风气候,年平均降雨量1400 ～2000 毫米,夏季降水集中且多暴雨,多台风。 2016 年4 月27 日,福州市继厦门市后成为福建省内第二个海绵城市建设示范点。2017 年8 月,福州市政府经研究颁布了《福州市海绵城市建设项目规划建设管理暂行办法》;并于次年5 月召开的海绵城市及水生态交流峰会上颁布《2018 年中国海绵城市建设白皮书》,福州成为海绵城市建设的典范城市,推动了低影响开发措施的高速发展。 福州外语外贸学院作为地处福州的一所高校,具有一定的研究与指导意义。

二、校园现状与远景展望

校园建筑和景观建设过程中,与大多数的城市建设一样,存在扩张或校区搬迁建设所带来的排水系统陈旧或不够完善的问题,在雨季来临时极易导致雨洪或屋顶漏水现象。 校园排水管网在重负下会持续处于负荷状态,不仅给师生的学习、生活和安全带来影响,也在一定程度上浪费自然资源。 在将海绵城市的原理应用于校园建设的过程中,大部分的工程都忽视了蓄水、净水和合理用水的工序,重点关注处理校园排水的问题,显然这是治标不治本的做法,校园“海绵化”并没有有效地进行。 因此,校园在建设过程中如何管控与利用雨水,如何将排水规划与景观、建筑相结合成为关键。

基于对海绵校园设计策略研究的出发点,通过对福州外语外贸学院长乐校区进行实地的勘察,发现校园部分建筑的屋面存在积水现象,这些雨水通过落水管直接排到污水管道,并没有通过“渗”“滞”“净”的措施进行回收再利用。 校园内的部分地面采用透水砖进行地面的铺设,但在自然土壤和透水材料之间却又采用了水泥沥青封层处理,完全阻断了雨水直接渗透到土壤的路径,使得部分雨水无法通过渗透的形式排出,造成地面积水的现象[1]。

在一定程度上,校园是一个“微城市”空间,在引入海绵城市的理念同时,应当有效地运用低影响开发理念构造方式,参考国家建设指标体系指南与核心技术,以生态、绿色、健康作为设计原则,使得原本失去生态效能的校园成为真正意义上充满弹性、生态绿色的“海绵校园”,也在一定程度上为生态化可持续校园的发展奠定了坚实的基础。

三、低影响开发理念引导下的海绵校园设计策略

(一)场地规划:使校园汇水分区与校园的功能空间分区相协调

在进行海绵校园整体规划方案之前,首先要做的是对校园的现状进行勘察,包括对校园所在地的气候条件、校园的地貌、地势、地形特征、土壤结构层、水系与植被覆土分布进行收集与分析,以便方案能够顺利开展。 与此同时,应当按照建筑功能的类型对校园空间进行场地分区,例如,可分为教学区、食堂区、文体区、宿舍区和办公区等组成部分。 依照此功能分区,规划校园整体的雨水径流路线,使得功能分区与汇水分区基本呈现吻合的状态[2]。

(二)界面升级:修整校园内的界面并应用LID 的构造,加强调蓄和自净效能

1.道路界面铺装

校园内新建或改建的行车道路尽量采用透水沥青进行铺装,或退而求其次选择沥青混凝土路面。 停车场内停车位可以选用特定造型的植草砖进行铺砌,既解决了雨季路面积水的问题,又可以增加一定的绿化覆盖率。 人行道的铺装可以考虑将绿化景观与透水材料结合起来,例如,运用植草沟、入渗沟以更加有效地滞水,并阻断地面径流,从而实现真正意义上的雨水收集。 具体透水铺装类型与道路类型的适用性,如表1 所示。

表1 透水铺装类型、构造与道路的适用性

2.道路界面排水

校园内的道路界面治理通常都是以“排”作为最终目标,进而导致了径流聚集现内涝现象的产生,在一定程度上也会产生径流污染。 因此,在设计阶段就应当对校园内的雨水管理做出合理的规划方案。 例如,可以利用坡度将雨水引入植被浅沟或明沟,再通过雨水花园、下凹绿地、生态树池等方式收集,最后通过一定的截污设施以溢流的方式进入排水管网,从根本上做到雨水滞蓄。

根据海绵校园低影响开发策略,以福州外语外贸学院为例,部分道路界面改造措施,如表2所示。

表2 福州外语外贸学院校园内部分界面改造策略

3.绿化分隔带升级

校园空间的绿化带升级的方式有很多,可以结合不同形式的景观进行生态设计。 如用雨水花园、下沉绿地来代替传统的庭院空间,运用生态树池、植被浅沟来代替传统的种植绿化方式。

4.校园道路界面上的低影响开发设计

校园道路系统的低影响开发设计应当根据具体不同的类型进行应用规划,具体设计方案,如表3 所示。

表3 不同界面类型可参考的低影响开发设计方案

(三)生态景观:由雨洪系统衍生出生态化的校园景观

低影响开发设施与城市景观结合的例子数不胜数,将相同的原理应用到校园景观中,将获得一举三得的效果。 即一方面收集雨水,一方面形成良好的景观,在另一方面,校园生活与学习阶段无疑是培养学生牢固树立生态文明价值观、节约能源以及绿色低碳发展观念的重要时期,运用低影响开发设施进行景观设计,可以创造独特的生态教学课堂。

1.可在师生日常活动路线周边设立下沉式绿地

下沉式绿地高程低于周边道路,形成地势的形态。 通过在地下铺设高透水性的砾石层与雨水收集管,能够防止一定程度上的土质流失,并加快雨水的渗透[3]。 下沉式绿地在设计时要注意按实际情况来设计溢流口的位置,以使得多余的雨水能够顺利排入管网。

2.营造校园内部的生态“雨水花园”

通过在校园内引进雨水花园可以有效地改善校园内的滞水与净水的问题。 雨水花园的建立可以过滤净化雨水汇入时所带来的污染物,同时也可以将各个汇水区之间的雨水统一回收至调蓄池中去,待处理净化后再作用于校园绿地的灌溉,如图1 所示。

图1 校园雨水收集利用过程图

在设计过程中可以使生态景观与师生的活动相结合,以便师生进行观察与体验。 例如,福州外语外贸学院西区实验二号楼艺术与设计学院南侧多层次的雨水花园,通过木质亲水平台和廊道的设计,美化了校园学习动线。 同时,引入标高较低的湿地步道,将生态绿地系统与水资源治理过程最直观地呈现在师生面前。 建议在雨水花园内不同的低影响设施周边设置相关的图解流程图,在学生了解雨洪系统的同时也巩固专业上关于植物配置课程的相关内容,形成一个生态课堂,使雨水路径可视化、趣味化,具有一定教育示范意义[2]。

(四)绿色建筑:加入垂直绿化与屋顶绿化

校园内的建筑主要是由教学楼、实验楼、图书馆、办公行政楼与宿舍楼组成的建筑组团。

1.屋顶绿化

针对校园内屋顶坡度小于10°的建筑,结合其屋顶的结构形式,设计屋顶绿化方案。 通过屋顶绿化的设计可以滞留和处理大部分的雨水径流,使得校园空气得到改善,对于东南沿海炎热地区也能缓解一定的热岛效应。 屋顶绿化构造中的防水层必须采用具有相容性的防水材料,而位于面层的植物配置不应选用水生植物,应当选择抗逆性强,具有抗风、耐旱、耐瘠薄特征,并且生长迅速的环境修复植物。 同时,通过雨水桶的设置来收集、回收建筑雨水溢流部分,并进行再次利用。 如无雨水桶,则可以通过管道将雨水排放至周边的雨水花园等低影响设施中去。 屋顶绿化的作用不仅对节约水资源起到一定的作用,还能打造生态校园景观。

福州外语外贸学院依山而建,呈现出山地校园特征。 在雨水收集方面,应当采用高蓄低用的模式,以发挥地形特点,利用屋顶绿化的建立使得建筑与山地景观融合,形成层峦叠翠的生态校园。

2.垂直绿化

大多数的校园建筑立面都是采用外墙面涂料的形式,起到一定的装饰效果,耐水性能也较强,但往往一些污染物会逐渐累积于外立面之上,不久后就需要进行清洁自刷。 通过建立垂直绿化立面,既能够丰富校园建筑外立面造型,又能有效地降低雨水径流,为打造生态校园画龙点睛。

(五)利用SWMM 模型构建,检测海绵校园可行性

雨洪模拟软件SWMM(StormWaterManagement Model)模型是模拟降水—径流的模型,可以检测低影响开发设计方案的可行性。 在进行SWMM 模型检测前,需要收集大量的基础数据,包括遥感卫星图像、CAD 场地图纸、降雨数据、土质检测数据等信息,从分析结果中得出针对性的改善措施,为以低影响开发为导向的海绵校园建设提供一定的技术论证。

四、结语

校园空间,亦是当代海绵城市建设中重要的一环。 以低影响开发为导向的海绵校园的设计策略研究不仅可以促成校园内的水资源循环,也同时将校园内原本无情的水泥沥青转化为绿色舒适的可持续空间,在改善校园景观的同时,也创建了校园生态课堂。 在设计过程中应当针对空间规划、界面处理、生态景观与绿色建筑的角度进行低影响开发研究,并且还要结合场地竖向及周边雨水设施接驳的需求[4]。 通过本次研究能够在一定程度上对探索“海绵校园”建设具有一定的参考意义和策略导向作用,更能够以小见大地推进福州海绵城市的建设发展。