海绵城市理念在民用建筑给排水设计中的应用思考

王吉亮

（烟台市勘察设计审查服务中心有限责任公司，山东烟台 264003）

1.海绵城市的基本理念

海绵城市这一理念最早于2012年提出，其基本的概念就是让城市像海绵一样，能够在各种环境变化特别是降雨影响下具备良好的弹性，因此海绵城市这一理念也可以被称为水弹性城市。而在国际术语中，海绵城市一般被结构为“低影响开发雨水系统构建”，因为海绵城市具备在雨水天气时的吸水、蓄水、渗水、净水功能，可以实现对雨水的储存以及过滤释放再利用，实现雨水在城市中的任意迁移和高自由化应用。而在新形势下，海绵城市则不只是具备上述的雨水再利用功能，更是推动绿色建筑建设、低碳城市发展的创新表现。

2.海绵城市的产生背景

海绵城市是城市建设和规划的概念，有其深刻的历史背景，包括水资源的短缺、水污染的严重、热岛效应明显等都是海绵城市理念出现、发展、应用的背景条件。

2.1 水资源相对短缺

水资源短缺一直是困扰全人类的重要问题，虽然我们生活的地球有超过70%以上水资源，但其中可用的淡水资源不足3%，在仅有的3%的淡水资源中，超过78%的水资源是冰川淡水资源，难以使用且使用成本高昂。总体来说，人类生活生产中可用的淡水资源是极为有限的，我国水资源状况更是不容乐观，虽然总量能够位居世界第六，但人均水资源量只有2300m³，仅为世界平均水平的1/4，是全球人均水资源最贫乏的国家之一[1]。我国的地理位置及气候条件决定了国内降水的分布不均以及降水季节集中，春旱夏涝及不同地区水资源含量差异，成为国家发展和民众用水的重要问题。因此，自新中国成立以来，国家就十分重视对水资源的利用与保护，目前水资源的利用率已是成为当前环境保护工作的重要工作之一。也正是国内淡水资源缺乏，以及迫切需要提高水资源的利用率的形势下，海绵城市这一理念应运而生，并且这一理念通过自身对降水资源合理吸收储存再利用的功能，而受到国家和民众广泛重视。

2.2 水污染问题严重

当前，国内水资源应用还存在严重的水污染问题。水污染问题在我国的具体表现为，一方面国内水资源污染问题存在广泛存在的情况，也就是不论地区、地域和城市农村都有一定的水资源污染情况；另一方面是国内水资源污染问题存在长期的情况，也就是水资源的污染已存在多年，甚至已经出现了国内淡水生态体系严重退化和水体自净能力下降的严重后果。这种水资源的污染不但深刻影响了国内水生态环境，而且影响了国内农业、工业和居民用水安全。在农业方面，我们以欧美发达国家为例，欧美国家农业灌溉用水的指标基本保持在0.7左右，而国内的农业灌溉用水利用平均系数仅有0.45。在工业用水上则主要体现在工业用水的重复利用上，现阶段欧美发达国家与中国的重复利用率分别为75%～85%和55%，总体存在较大的差距。上述问题极大地造成了水资源的浪费和影响了水资源的安全应用，因此在这一背景下国家提出了建设海绵城市的构想。海绵城市这一理论在目前发展中已经实现了对低影响技术的应用，也就是可以在雨水流径控制的同时，实现应用生态自然环境对雨水的渗透吸收，进而促进城市污染问题的减缓。

2.3 热岛效应极明显

在城市建设的建设开发中，鉴于城市土地的寸土寸金以及早期规划对绿植比率的考量不足，当下很多城市并没有多少实际的绿化面积，并且由于城市道路多为混凝土和理清铺设，故而容易出现明显的热岛效应。热岛效应就是一个地区的温度远高于其周边地区，热岛效应可以分为青藏高原热岛效应和城市热岛效应两种，而相对于青藏高原这种自然形成的地理气候效应，城市效应则是完全由人为因素导致和产生的，城市热岛效应的产生就是城市建设过程中建筑建设较为密集，且城市中铺设的柏油路、水泥路相对于自然土壤和植被具备更大的吸热率和更小的比热容，就容易造成城市快速升温并向四周及大气中大量辐射，进而造成同一时间城区温度远高于周边郊区温度，因此就形成了热岛效应。为解决热岛效应，应用海绵城市理念进行水资源的存储并循环利用，进而实现热岛效应的缓解是完全可行的。

3.海绵城市建设的原则

海绵城市理念在城市建设中具备重要的价值意义，海绵城市的良好应用是确保城市建设中热岛效应、水污染问题、水资源匮乏问题的有力解决方案，因此海绵城市的应用具备高度的经济意义和生态意义。在现阶段的海绵城市建设中，为确保对这一理念的有效应用，以及建设过程中对民用建筑给排水设计需求的满足，相关设计人员和城市规划建设人员就需要落实设计中的遵循规划引领、生态优先、安全为主、因地制宜的基本原则，在这些原则基础上进行合格的海绵城市建设。

4.海绵城市理念在民用建筑给排水设计中的应用

在城市建设规划的过程中，民用建筑作为城市建筑群的主体构成，民用建筑自身的给排水规划设计是不可忽视的重要部分。现阶段，为了尽可能地实现对城市规划和民用建筑建设过程中，城市环境因此产生的不良影响，相关工作人员就需要在民用建筑设计的过程中应用融入海绵城市理念，合理应用各类给排水技术，实现水资源应用效率、应用安全性的全面提升。

4.1 渗透技术的应用

在海绵城市理念下，民用建筑给排水设计的实施首先要做好渗透技术的应用，而具体分析可知渗透技术的应用主要涵盖如下重点内容。

（1）透水铺装。透水铺装就是在路面、广场等场所规划建设的过程中应用高透水性材料，包括透水沥青、透水砖、鹅卵石、植草砖等进行表层的铺装，以此实现雨水下渗，实现对路面径流量的控制，并实现地下水的补充，缓解给水系统的用水压力。在透水铺装正式应用过程中，需要注意透水铺装率与透水铺装面积硬质路面总面积呈正比，而一般情况下的铺装工作进行需要将铺装层和基层孔隙率分别保持在30%和20%左右，并且透水铺装层面要具备较高的承载力，以能够发挥其对车辆、行人来往的基本承载能力。在现实规划设计的过程中，设计人员还需要注意根据不同的应用场所和设计场合设计不同的透水铺装方案，例如对于民用建筑的地下车库顶层设计中，其透水层铺装就需要注意保障车库顶层土层厚度在60cm以上，并且为实现对渗水图层水资源的有效收集、转移，在透水层之下还需要设置渗透管，以发挥上述作用[2-3]。例如，在民用建筑小区的人行道设计中，结合小区内部人行道本身无需较大的路面负荷，所以在设计过程中可以采用渗水混凝土和鹅卵石材料混合应用的方式进行透水表层的铺装，以此在保障基本承载力的同时，确保路面在26.8mm情况下的降水时不会出现地面径流情况。

（2）下沉式绿地。对于城市规划建设过程中海绵城市理念的应用，本文认为还需要注意对下沉式绿地的应用，因为下沉式绿地与上述的透水铺装技术是相辅相成的，因为透水铺装技术主要是借助各种透水材料实现雨水向地下的沉淀转移，而下沉式绿地则是凭借土壤植被实现雨水径流外排的减少。而对于下沉式绿地的应用，主要是需要相关工作人员注意在设计规划过程中，做好对土壤运动情况的分析，这一分析工作主要是通过对土壤渗透性的分析实现水在土壤中的运动状况[4]。而一般来说，在土壤中水的渗透情况可以分为3个阶段，分别为浸润、渗漏、渗透阶段，一阶段浸润阶段就是水在分子粒的作用下对土壤浸润；二阶段渗漏则是在毛细管力作用下，水在土壤中逐步渗漏；三阶段则是在重力作用下，实现水在土壤的渗漏。而在不考虑气体压力的情况下，只要土壤不存在水分饱和的情况，水的总势能是由重力势能和基质势能共同构成的，以公式来表达就是φ=φm+z（φ表示下渗容量；φm表示基质势能；z表示重力势能）。

经过试验分析，不存在草皮的裸露土壤相对于存在草皮的土壤低大约25%的渗透率，而种植草皮的土壤相对于种植灌木的土壤低大约15%的渗透率。结合上文的公式分析和试验分析可以明确设计规划过程中应用下沉绿地的重要性，以及在下沉绿地应用时对不同绿地植被选择带来的不同影响。而现阶段的绿地应用主要可以范围狭义和广义两种绿地类型，其中狭义绿地主要是低于道路周边或地面约200mm的绿地，这一类绿地主要应用于道路的两侧，也就是生活中常见的道路两侧绿化带；而广义绿地则是只要具备滞留、精华径流雨水的绿地都可以称之为绿地[5]。无论是广义还是狭义绿地，其在应用的过程中都可以实现对雨水的滞留、汇集、净化，并且成规模的城市绿地也可以实现对城市噪音、灰尘、气候的调节，因此在当前的海绵城市理念应用过程中，做好对下沉式绿地的建设使用十分重要。

（3）屋面绿化。当下城市建设规划的过程中，很多城市并没有多余的地面绿化空间，因此在当下的城市建设规划中需要将绿化的区域向其他方向看起，而经过研究发现，当下城市规划中，城市屋面面积几乎占据了城市硬质表面的30%之多，这些悬浮于地面的硬质表面是雨水的主要聚集场所之一，但是由于对这一场所的应用不足，导致很多城市的屋面积水无法参与到城市水循环之中，无法对海绵城市的建设应用发挥应用作用。因此本文认为在海绵城市理念下，民用建筑的屋面面积也应当做好绿化设计，通过屋面简单绿化和硫化处理的方式可以实现建筑给排水中对60%屋面雨水径流的保存，这些雨水的保留在城市空气净化、屋顶温度调节、城市热岛效应环节等众多城市调节工作上都能发挥重要作用。

4.2 输送技术的应用

城市规划建设中海绵城市理念的应用，以及城市民用建筑给排水规划的优化设计，也需要注重输送技术的应用，其中对输送技术的应用主要注意如下内容。

（1）植草沟。在民用建筑的给排水设计中，植草沟的设置规划是极为重要的，因为植草沟可以实现对绿化带内雨水的引流聚集，例如将绿化带的雨水引流聚集到花园内，一方面可以实现花园地下水的补充，为植被声场提供充足水资源；另一方面也可以避免绿化带内水资源的外排浪费，这在当下城市水资源不足的背景下，具备重要的水资源循环应用价值。而一般情况下，对于植草沟的设置建设主要是将植草沟设置在绿化带内并保持30cm左右的深度为最佳[6]。

（2）生态滤沟。在城市居民小区的主干道两侧，一般需要设置生态滤沟，这一滤沟主要由传输和生物滞留两大区域构成，这两大区域构成的生态滤沟共同实现了对雨水的净化应用。对于生态滤沟的设置主要是注意遵循设置结构，滤沟设置结构从下往上分别为蓄水层、种植土层、填料层、砂石层，也就是说雨水从道路流入滤沟内，经过砂石、填料、种植土3层结构层曾过滤，最终到达蓄水层。此外，还需要注意，在一些径流系数相对较大的区域，为了避免生态滤沟被腐蚀，相关工作人员可以在滤沟设置建设的过程中，在砂石层底部放置石块和鹅卵石，以实现对上述问题的结局[7]。同时，生态滤沟内部也可以设置挡水土埂，一方面可以实现对雨水携带杂质的过滤阻挡，另一方也可以保障布水均匀。

5.结语

海绵城市理念在当下的城市规划建设中，尤其是民用建筑给排水设计中的渗透应用中，具备重要价值和作用。良好的海绵城市理论应用以及在民用建筑给排水设计中的渗透可以实现对当下水资源紧张、水资源污染问题的有效控制缓解，海绵城市理念在民用建筑给排水设计中的良好应用和渗透，可以有效地控制和缓解水资源短缺和水污染，若想实现上述价值的发挥，在实际的海绵城市理念渗透中应当做好渗透技术、输送技术、净化技术的综合应用，以此确保高质量的民用建筑给排水规划。