基于海绵城市理念的建筑小区设计方式研究

高 瑞 神华工程技术有限公司安徽分公司工程师

随着中国城市化水平的提高，住宅小区建设越来越多。人们对居住环境有着美好的追求和向往，这就要求合理设计居住区的排水系统，以改善居住区的绿化环境和排水能力。建筑小区的给排水设计要进行充分的论证分析，引进雨水海绵城市设计的内容，选择雨水利用和排出方案，使建筑小区的雨水在小区内得到充分储存和利用。

1 相关概述

1.1 海绵城市概念

海绵城市的建设主要以渗、滞、蓄、净、用、排六字方针为指导，加强自然渗透，避免地表径流，减少雨水管网负荷及市政压力。同时，涵养地下水，通过土壤净化水质，改善城市微气候。夏天，很多城市会因为大规模的降水引发严重的城市内涝，因此最近几年国家在大力推广海绵城市的概念。海绵城市就是让城市能像海绵一样可以在适应环境变化和应对雨水等方面具有良好的弹性，下雨的时候可以吸水、蓄水、渗水、净水。基础的蓄水和渗水就是在需要水的时候可以把水放出来，因此海绵城市也叫弹性城市。建设海绵城市需要满足4点要求，即小雨不积水、大雨不内涝、热岛有缓解以及水体不黑臭。

海绵城市有较强的吸水性，类似一块巨大的海绵，能够有效地吸附和渗透雨水，并根据气候变化适当调整。有些城市存在风沙侵袭的情况，风沙侵袭导致城市的环境质量下降，使城市中的绿植不能够有效地保留营养物质，从而在雨季造成较严重的水土流失情况。水土中夹杂着大量的泥沙碎石，堵塞城市的排水管道，造成城市内雨水无法及时排出，从而形成内涝。内涝的发生大大影响了居民的日常出行和生活质量。

海绵城市是一种经济环保的城市建设理念，推行这一理念，对城市进行部分改造，既能降低市政府排水管道建设的成本，又能提高城市水循环的利用效率。利用海绵城市原理将雨水向下吸收，充分利用雨水，可以达到水循环的高效利用，既降低了居住区内水资源的消耗，又提高了居住区内的排水能力，同时保证路面畅通卫生，有效改善居住区内部环境，进一步保证居民生活质量[1]。

1.2 海绵小区

海绵小区是海绵城市建设中的一个小规模建设，其建设需要结合上述海绵城市建设中的规划，可以说一个海绵小区就是一个缩小版的海绵城市。同海绵城市相同，小区的建设也需要透水性混凝土的参与。首先，在小区建设时，采用透水混凝土材料替换常规使用的不透水混凝土材料。其次，在进行人行道铺设时，在人行道下铺设大量的砾石，再铺设透水混凝土砖，以增加路面的透水性。小区内绿地的建设也可以采用跟海绵城市相似的方式，将绿地建设改成“下凹式”绿地，不仅可以减少小区内路面的积水，同时也可以避免雨天道路带来泥泞。小区内的蓄水工程可以用来储存屋顶降水和地面雨水。值得注意的是屋顶的降水要比地面的雨水干净许多，没有地面上的杂质、泥沙等污染物，只需要经过简单的处理就可以储存起来。与之相反的是地面的雨水就需要经过过滤、沉淀等工序后能排入储水系统。

2 融入海绵城市理念的建筑规划

2.1 明确的规划目标

规划必须跟上城市的发展，保持目标一致。在海绵城市概念的指导下，设计规划工作应当以城市的实际情况和发展为导向，使建筑能够保护城市的排水能力。人们应该把环境保护和生态建设放在首位，排水系统中，除了建设绿地系统外，还应合理构建水系，自然融入海绵城市的标准和功能。

2.2 加强生态环境保护

海绵城市的功能非常多样，其建设的主要目的是有效保护生态环境。当城市的生态系统遭到破坏时，更谈不上海绵城市的进一步发展。为了保护城市的自然生态环境，充分保护原始地形，最好不要破坏环境，而是要保持原始形态，充分利用当地的绿地资源。当建筑成为城市景观时，能使城市环境更加生机勃勃。各类绿山和水域都需要得到有效的保护，这样海绵城市概念的应用就不再只拘泥于形式。为了进一步实施适当的保护措施，必须证明其可行性。

2.3 建设海绵城市技术体系

海绵城市设计是一项综合景观、给排水、竖向设计、管网等多方面的设计工作。通过多种绿色海绵设施的合理规划、组合应用，实现径流总量控制、场地径流污染控制等目标。合理的海绵城市设计应以整体径流量及综合流量系数为控制目标，结合场地地质情况、竖向设计、下垫面位置等合理进行场地竖向设计，划分汇水分区，在每个汇水分区内与景观设计相融合，合理布置绿色海绵设施，结合汇水区域、汇水量、汇水方向等进行合理设计，并核算其每个汇水分区的控制目标。然后通过与控制目标的差异对比，进一步优化海绵设计方案，真正发挥雨水系统合理引导，通过渗、滞、蓄、净等多种方式降低小区雨水外排量，降低降雨高峰期对市政管网的压力，进一步涵养地下水源。

3 建筑功能设计需要注意的事项

3.1 减轻市政管网的压力

根据海绵城市概念，建筑设计的初衷是减少和减轻城市降水过程中城市管网的压力。为此，建设水库的最大蓄水能力必须适应城市的实际局部气候，特别是集中降水和暴雨城市，必须全面看待持续暴雨的现实。在实际建筑设计工作中，通常根据过去30 年连续20～30 d 的最大降水量设计建筑物的最大蓄水能力[2]。只有这样才能轻松应对城市降水，稳定安全地完成蓄水工作，进一步满足海绵城市的需求。

3.2 考虑成本效益

根据海绵城市概念，成本效益问题也必须在城市设计中加以考虑。从实际出发，海绵城市理念下的建筑设计一方面要考虑社会效益，另一方面要通过节约水资源来创造一定的资源效益。海绵城市理念下的建筑设计在设计建设阶段需要大量资本，建设完成后需要一定数量的资金投入运营。在目前的城市设计体系中，如果要在建筑物中进行这种设计，则需要地方政府提供一定的财政支持。考虑到这一点，在实施设计时必须考虑成本效益。

4 基于海绵城市理念的建筑小区设计原则

首先，秉持水利干扰最小的原则。海绵城市建设的主要核心是利用水利文化的基础进行改进，对设计进行不断完善，期间要着重考虑对周边环境的保护。在对建筑、道路、绿化进行不断完善的过程中，应遵循竖向排列的方式。靠生态因素对场地内部雨水流量以及峰值流量进行调控，大大降低由于外界环境对小区开发建设产生的不良影响。

其次，对自然排水管道采取保护措施。自然环境下所产生的湿地和水质是净化水体的主要环境，也是生态环境中生物赖以生存的地方。因此要保护生态敏感区，以此来降低由于开发建设对生态环境造成的严重影响。同时，虽然传统的排水网解决了洪涝等问题，但它破坏了场地内自然水文特性，致使场地自我修复能力丧失。因此要不断完善并践行海绵城市理论，在实际的施工建设中以海绵理论为前提进行操作，合理践行施工现场自身的排水能力，有效调节城市内部市政管道网线布置，彼此更好地配合生态保护，促使生态型雨水调控有效落实[3]。另外，针对现今雨水管网以及海绵城市建设来说，这样的施工方式可以更好地降低管网之间的安装冲突，也大大促进管网之间的有效连接利用。

最后，海绵设施源头管理原则。可以通过末端治理的方式来加强现代社区的管理要求，通过采取合理科学的方式，减轻排污治理压力，并且有效改善水质污染状况。海绵城市建设主要是利用雨水径流源的处理方式，其特点为规模小、分散力强，更好地保证生态环境不被污染与破坏，并且有效将周围环境融合起来，提高资源利用率。在问题源流处完成下渗、传输等工作，从根源解决问题，最终满足小区开发前水文状态保持不变的要求。

5 住宅小区内的海绵城市建设主要体现

住宅小区内的海绵城市建设主要体现在透水路面、雨水集蓄、生态草坪沟、社区雨水花园以及社区分组大楼屋顶绿化等多个方面。透水路面中，透水砖用于社区停车场，以降低地表径流系数，清洁雨水。住宅区景观路面采用透水路面结构。从技术上讲，雨水可以通过使用透水材料和透水结构进行有效调节与储存。从表达式上看，路面形状的变换和组合可以产生丰富的景观效果，有效降低地表径流系数。雨水集蓄在住宅区的土地面积内，与生态雨水设施和灰色雨水设施相结合，有组织地收集到储蓄所中，用作绿水供应和道路收费用水的补充水源。在住宅绿化上沿路边设置生态草坪沟，收集部分地表径流，清理雨水。在整个建筑的边缘以及整个社区的绿色土地上建立雨水花园，用以收集和吸收来自房屋屋顶或其他土地的大量雨水，并通过各种动物、植物、沙和泥的综合相互作用来清洁雨水，以便逐步进入土壤并补充地下水。在社区分组大楼屋顶设置屋顶绿化，有效缓解社区雨水屋顶排水，清理地下水来源，减少排水压力，保护屋顶施工，延长防水寿命。而且冬天和夏天可以保持房子温暖、凉爽，节省开支和能源。

6 建筑设计常见问题

6.1 与雨水回收利用设计混淆

雨水回收利用系统主要是将雨水收集并给予合理的处理，将其更好地排放到市政管网中。而海绵城市设计需因地制宜，考虑城市本身情况以及经济因素，从而围绕绿化设施对渗水面积进行规模建设。两者对比，海绵城市设计理念更具有灵活性。

6.2 管网设计不合理

在海绵小区设计中，仍有不少设计者沿用原来管道的设计模式，将屋面雨水与小区路面径流雨水直接汇集到小区雨水管网中，最终排放到城市排水管网。也有部分设计者采用下沉式绿地雨水花园等溢流排水接入小区的雨水管网，亦或将地面雨水分别引入蓄水池和溢流井与水混合后排入到城市管网中。但以上两种做法并未充分发挥低影响开发理念中蓄水、治水、渗水、净水的作用。对此需积极改变固有的思路与方案，以低影响开发理念为中心，精心设计雨水渗透和蓄水净水的能力，并在分区之间采用植草沟、暗水管道或凹陷式绿地进行连通，最终达到整个小区的径流控制率要求。

6.3 群众认知的局限性

由于宣传工作不到位，部分群众对于海绵城市的了解甚少，设计改造过程中对城市群众生活造成的不便以及后续的维护费用，使群众对于改造可能存在排斥心理。尽管在促进雨水下渗缓解城市雨洪方面，海绵设施各司其职效果较好，但是在其他方面又有一定的弊端，之前提到的房屋沉降就是一例。所以应加强媒体宣传，进而提高群众的认知和接受能力。

7 海绵城市理念的建筑小区设计方式研究

7.1 海绵小区雨水流径设计

建筑屋面采用绿色屋顶对雨水进行渗透性吸收，超过渗透能力的雨水经植草沟排入下凹式绿地或景观水体。建筑道路、休闲广场、停车场宜采用透水铺装。小区绿地应采用比道路面较低的下凹式绿地，降水期间雨水一方面通过透水铺装下渗，另一方面进入下凹式绿地，最终汇入景观水体。建筑小区海绵建设可以有效降低路面降水率和径流污染。

7.2 渗透性铺砖设计

公共建筑屋面采用绿色环保屋顶对雨水进行渗透，吸收超过渗透能力的雨水排入设置于运动场、广场绿地等下面的雨水调蓄设施，经净化处理，用于绿化浇盖或道路冲洗，实现雨水资源化利用。当然以上离不开渗透性铺砖的设计，铺砖的透水性设计可以让大部分的地面渗透能力得到大幅度提高。它通过加大材料间的衔接面积以及提高透水材料的透水速度来实现渗透性。加大材料间的衔接面积，就是缝隙透水铺装。缝隙间可以添加细沙石子等渗透力强的材料，或者在空隙间种植绿草，让雨水得到充分吸收，如植草砖的铺垫。此外，提高透水材料的透水速度实现渗透性，如透水混凝土的铺装和透水沥青的铺装。

7.3 下沉式广场绿地

下沉式广场标高低于道路广场的标高，当降水超过排水管网排水能力时，从溢流式排水口存入下沉式广场储存。当排水管网水位下降后，广场内储存的雨水排入，排水管道下沉使广场绿地设于城市易涝点或水位较低点，可在暴雨期间有效缓解城市道路积水。并且下沉式绿地广场建设费用和维护费用比较低，美中不足的是大面积应用时容易受地形的影响，实际的调蓄容积相对于其他设施来说比较小。

7.4 高架道路

高架道路采用透雨力强的混凝土铺装。降雨期间，雨水首先通过透水铺装，下渗汇流到高架道路雨水收集管，然后排入高架下绿化带内设置的雨水渗蓄设施。收集的雨水可用于灌溉绿地或冲洗地面，超过雨水渗透设施储存能力的雨水逆流排入排水管道，以提高高架道路行车的舒适度和安全性，并提高雨水的资源利用率。

7.5 深层调蓄隧道

深层调蓄遂道的作用是在降水期间截留储存输送超过排水管网能力的雨污水。在降雨结束后，将隧道中的雨污水输送至污水处理厂处理后排放，以削减雨水径流污染和雨水高峰流量。

7.6 人行横道设计

人行横道或非机动车道采用透水砖和透水混凝土进行铺装。降雨期间，雨水通过透水混凝土铺装下渗，进入生态蓄水池进行吸收，超过的雨水进入道路管网，在非机动车道下设置雨水蓄水设施。地面道路海绵性设计可以有效降低地面径流总量和雨水污染。

7.7 建筑小区的屋顶绿化

随着社会的发展，人们在购买楼房的时候，对小区附近是否有花草树木比较看重。在新一代的建筑规划下，用屋顶绿化作为主要方法，就是在楼的周围或者楼顶进行绿化。楼顶绿化较为复杂，需要工作人员具有一定的专业能力。如果想要在屋顶栽种植物，就需要在屋顶放置一定的土壤，土壤不仅能够提供植物需要的养分，而且具有很强的吸收性和渗透性。此外，多数建筑都会有房顶漏水的问题，如果在屋顶进行绿化的话，就会有效地减少这种情况的发生。

屋顶绿化就是在楼顶种植一定的植物，这些植物在太阳下能进行光合作用，从而阻隔热量。冬天的时候，屋顶的土壤可以有效地对屋内进行保温。在屋顶进行绿化的办法，很多城市都已经开始实施，并且起了很大的作用。楼顶的抗压能力很强，对屋顶进行绿化具有很强的保温作用和防水作用，还能调整降水量，把多余的降水都排进下水管道里，从而有效地保护了楼顶。

7.8 雨水调蓄设计

在规划雨水调蓄工作时，要根据我国的可持续发展战略，对雨水调蓄和排放进行调整，建设保存雨水的调蓄池。在降水少的季节，可以调用调蓄池中的水，并进行合理分配。不下雨时，调蓄池里的水始终保留，可以作为小区里面一道供人观赏的美好风景。同时顶部设置有排放的出口，雨季时若水位超出调蓄池正常水位，则通过出口对水进行排放，保持调蓄池中的水量正常。在建设调蓄池时，应将其设计得更加美观，比如说可以建设成喷泉，既能发挥出作用，又能让人们观赏。或者是地下蓄水池。地下蓄水池也是海绵城市建设工程中的重要部分，起到收集、存储雨水的功能，主要由池体、出水井、沉沙井等部分组成。此外，在建设时需要根据绿色植物的类型，做好蓄水层的处理，如灌木、乔木大型绿色植被，主要采用轻质多孔粗骨料，而相对小型的植被，可以选择陶粒并内铺穿孔PVC 管材，确保土壤层的水分与湿度。地下蓄水池能够随时释放、利用雨水资源，在城市发展过程中可以发挥重要作用，并且保护居住小区的生态环境。

7.9 场地设计

在设计海绵城市时，场地布置为中心环节。在前期设计方案时，要重点考虑海绵城市的核心理念，通过参照多方面要求进行科学合理的设计，以此形成合理的雨水流线，防止对周围环境产生积水影响，造成资源浪费，并且降低海绵城市的利用效果。对于场地设计来说，主要是改变周围环境以及建筑设施的布局，合理利用周围环境现有的湿地、池塘、沟渠，充分考量建筑设施内部区域分布，通过横向纵向的设计，完成水流流向设计，最终促使雨水有组织地汇集到绿地系统以及景观水系统中。通过设计透水地面、排水沟河、雨水绿地以及排水管道等，来形成一个较为连贯系统的水循环，正确践行市政管道要求，并按照实际功能进行连接。严格落实操作过程中的目标要求，始终按照海绵城市施工建设要求进行，防止各个环节出现失误，导致始终无法满足处置要求。

7.10 地下室顶板的雨水入渗

就现在来说，市区内部各住宅小区都具备地下车库，要想更好确保地下车库绿地具有蓄水能力，确保雨水能够流畅排空，就要求地下车库顶板覆土满足一定的施工建设要求。当厚度超过1 000 mm 时，可以通过安装凹陷绿地或在土内埋设排水设施来完成积水排放。当透水铺板安装在地下室顶板上时，厚度应维持在600 mm 左右，只有这样才能更好地确保雨水顺利排空，防止由于积水问题导致植物出现烂根状况，同时需要在地下车库上层与浮土之间安装排水管道以及排水材料。

7.11 生物滞留池

生物滞留池也属于浅凹绿地的一种，单池面积较小，一般设计为25～50 m，可设置于紧凑型绿地内。生物滞留池与其服务的汇水面积之比一般为1 ∶20～1 ∶10，内部构造比普通下凹绿地复杂，由顶部向下依次包括超高、滞水层、覆盖层、种植土层、过渡层以及砾石排水层，整体构造层厚度一般不小于1 m，单方调蓄容积约为普通式下凹式绿地的1.5～2 倍。经生物滞留池滞蓄的雨水须通过植物、沙土的综合作用净化后再逐渐渗入土壤。因此，生物滞留池滞蓄净化效果优于普通下凹绿地。生物滞留池内部可种植草本类、灌木类短期耐涝、长期耐旱型植物，但是需注意符合溢流雨水口数量及排水能力。

7.12 种植要点

海绵设施内植物是重要构成要素，既影响海绵设施是否能长期稳定发挥生态功能，又直接决定景观表观效果，因此景观设计需格外重视海绵设施内部的种植选配。种植品种需考虑短期耐涝、长期耐旱类，且根系较发达、茎叶较繁茂、景观效果好的品种，尽量选用当地经过实践证实效果较好的植物。为尽可能保证景观实施效果，生物滞留设施内植物搭配要尽量丰富（品类）、有层次（高、低搭配种植）、种植密度适当加密、尽量增加常绿植物比例以及适当点缀开花植物或色叶植物，还需注意结合周边绿化配植，以避免与周边绿化景观脱节。

8 应用海绵城市理念的建筑小区设计效益分析

（1）蓄水、减排和水循环。建成海绵城市后，由于底层表面的改造，在基层收敛的雨水量可以大大减少。同时可以储存部分水进行回收利用，直接节省绿化水费。（2）减少雨水服务器的污染。海绵装置的设计以及植物和土壤的自然净化可以有效地减少雨水中的污染物。（3）提高社区质量，创造良好的生活环境。海绵城市的系统建设可以有效地改善社区的景观和生态环境，为提高社区质量和居住环境奠定坚实的基础。

9 结语

科学合理地践行海绵城市施工建设要求，要以小区实际状况为基础进行设计，只有这样才能更好地践行海绵城市要求。海绵城市建设应符合施工设计要求，按照所规划图纸进行全方面的落实，将城市建设作为城市规划的目的之一，以此确保各项措施合理展开。在实际运行过程中，要做好严谨的运行管理措施，评价分析海绵城市建设效果，充分考量所控制水径流总量以及峰值流量，而不是将水径流总量作为控制达标的设计依据。