基于新型材料与技术的海绵城市建筑给排水系统设计研究

唐仁刚

（广西方泽建筑设计有限责任公司）

1 引言

本文采用文献综述和案例分析的方法，结合我国海绵城市的真实案例，在新型材料的应用方面，透水铺装材料、渗透砖等透水材料的使用可以实现雨水的自然渗透和储存，降低地表径流，减少洪涝风险。高效保温材料、自洁涂层等新型材料的应用可以提高建筑物的能效性能和环境适应性；而新型技术的应用方面，传感器技术的运用可以实时感知降雨情况、水位变化和水质状况等关键参数，为系统设计和管理提供准确信息。大数据分析和人工智能技术的应用可以优化系统运行，提高水资源利用效率和系统性能。因此，基于新型材料和技术的海绵城市建筑给排水系统设计方法和策略能够有效降低洪涝风险，提高水资源利用效率，实现可持续发展。

2 海绵城市建筑给排水系统设计考虑因素

2.1 水资源可持续性考虑

在海绵城市的背景下，保护和有效利用水资源对于城市的可持续发展至关重要。因此，给排水系统设计需要采取一系列措施来实现水资源的可持续利用。设计中应注重水资源的节约和回收利用，通过采用节水设备和技术，如低流量厕所、节水淋浴头等，可以减少用水量并提高水资源利用效率；回收利用雨水、灰水和废水也是重要的措施，通过处理和再利用这些水源，可以满足非饮用水的需求，减轻对淡水资源的依赖。海绵城市建筑给排水系统应该鼓励雨水的自然渗透和滞留，通过绿色屋顶、雨水花园和湿地等手段，使雨水能够回归自然水循环，补充地下水资源，采用湿地处理、生物滞留池等自然处理技术可以有效去除水中的污染物，提高水质[1]。此外，公众参与和教育也是促进水资源可持续性的重要手段。通过开展公众教育活动，提高公众对水资源的认识和意识，推广节水和回收利用的理念，形成节水环保意识，达到可持续利用水资源的目标。

2.2 水质管理和水处理技术

在海绵城市中，保护水体质量、提高水资源利用效率和减少污染物排放对于城市的可持续发展至关重要，应采用适当的水质管理策略，如减少污染源的产生和控制，加强环境监测和评估，制定和执行水质标准和监管政策等，通过减少污染源的排放和控制，可以降低水体受到的污染程度，提高水质。海绵城市的水质管理设计中需要采取物理、化学和生物处理方法，以去除污染物和改善水质。例如，采用沉淀、过滤、吸附、氧化还原和生物降解等技术可以有效去除悬浮物、溶解物和有机污染物，提高水体的净化效果。在海绵城市中，雨水是一种宝贵的水资源。通过合适的雨水收集和处理技术，如雨水花园、雨水回用系统等，可以将雨水用于灌溉、景观水体补给等非饮用用途，减少对地下水和自来水的需求，降低城市的水资源压力。此外，设计中还应考虑水处理过程的能源消耗和碳排放。选择低能耗的水处理技术，如采用自然处理系统和低能耗的污水处理工艺，可以减少系统的能源消耗，降低对环境的不良影响[2]。

2.3 供水稳定性和压力管理

在海绵城市中，为了满足不断增长的供水需求，确保供水的可靠性和稳定性至关重要，为了保证供水的稳定性，应采取措施减少供水中断的风险，设计合理的供水网络，避免单点故障，确保供水系统的冗余性和备份能力。同时，建立有效的应急响应机制，如备用供水设备和紧急修复计划，以应对突发事件和系统故障。合适的供水压力管理对于维持系统正常运行和降低水损失至关重要，可以避免水管爆裂、漏水和能源浪费等问题，采用压力调节设备和技术，如调压阀、压力容器等，可以在不同供水需求和压力波动条件下，稳定供水压力，提高系统的可靠性和效率。还需要通过采用节水设备、灌溉管理和水资源回收利用等措施，减少供水量，降低系统压力和负荷，提高供水的可持续性。

2.4 水量调控和洪水管理

给排水系统设计可以通过采用雨水收集系统、雨水花园、湿地等措施，将雨水引导和储存起来，减少地表径流，增加地下水补给，有助于平衡城市的水量循环，降低洪峰流量，改善城市的水文状况。通过合理的雨水收集和蓄滞措施，如绿色屋顶、透水铺装等，可以减缓雨水流入排水系统的速度，降低系统的压力，还可以采用雨水储存池、调蓄池等设施来调节降雨过程中的水量，将水量平缓释放，减少对排水系统的冲击，降低洪水的发生概率。海绵城市给排水系统设计中需要建立洪水预警系统，设置防洪设施，或进行洪水调控工程，有效应对洪水事件[3]。

3 新型材料在海绵城市建筑给排水系统中的设计

3.1 新型材料的定义和分类

海绵城市旨在通过模仿自然生态系统的原理来实现雨水的自然滞留、渗透和利用，以减轻城市的洪涝风险、改善水资源管理并提高城市生态环境质量。新型材料在海绵城市建筑给排水系统中的应用涉及一系列创新材料，这些材料的特性和性能使其成为有效改进和优化城市给排水系统的关键因素。新型材料的定义十分广泛，但总体而言，可以被视为以新颖的合成方法、材料结构或功能为基础的材料，与传统材料相比，具有更高的效能和更广泛的应用前景，根据其性质和用途，新型材料可以被分为多个分类。其中一类是具有优异强度和耐久性的结构材料，例如高强度混凝土、纤维增强聚合物和复合材料，这些材料可以增加建筑物的承载能力和抗灾能力。另一类是具有优异防水和隔热性能的保护材料，例如防水涂料、高效保温材料和环保屋顶材料，这些材料有助于减少水渗漏和能量损失，提高建筑物的能效性能。

3.2 新型材料在给排水系统中的设计分析

在给水系统中，新型材料的应用可以提高水资源的利用效率和供水的稳定性，利用具有良好渗透性和水持久性的多孔介质材料，如海绵城市中常用的海绵砖、渗透砖等，可以增加地下水的补给量，实现雨水的渗透和储存，降低地表径流的排放，从而减轻城市排水压力。同时，新型材料也可以用于雨水收集与利用系统，例如具有高效过滤和分离功能的自清洁过滤器、高效储水和分配的雨水收集模块等，能够实现雨水的集中收集、净化和再利用，满足非饮用水的需求。

在排水系统中，新型材料的应用有助于实现雨水的有效排放和治理，具有调控功能的雨水控制阀门、自动监测和控制的雨水调蓄池等，可以在雨水超过系统承载能力时进行调节和控制，减少雨洪对城市的影响。此外，新型材料还可以应用于雨水污染的治理，例如具有吸附和催化功能的污染物过滤材料、光催化材料等，能够有效降低雨水中的污染物含量，提高雨水的质量。位于广州的珠江新城CBD地区的海绵城市项目应用了多种新型材料和技术，包括渗透砖、透水混凝土、生态屋顶、雨水花园等。通过在道路、广场和建筑物周围应用渗透砖和透水混凝土，实现了雨水的自然渗透和储存，减少了地表径流的形成。生态屋顶和雨水花园则利用多种植被和吸附材料，净化雨水并增加绿化面积，提高了城市的生态环境质量。这些新型材料的应用使得珠江新城CBD 地区的给排水系统更加可持续和适应性强，有效减少了洪涝风险，提高了城市的水资源利用效率[4]。

4 新型技术在海绵城市建筑给排水系统设计中的设计

4.1 新型技术的定义和分类

新型技术在海绵城市建筑给排水系统设计中的应用为构建可持续的城市水资源管理提供了创新的途径。新型技术可以被视为基于先进科学和工程原理的创新工具和方法，以提高城市给排水系统的效率、灵活性和可持续性。传感器技术通过部署各种类型的传感器，如水位传感器、水质传感器、降雨传感器等，可以实时监测和收集与给排水系统相关的数据，提供关于水资源利用情况、水质变化、降雨情况等方面的信息，为系统设计和管理决策提供科学依据。大数据分析和处理技术为海绵城市建筑给排水系统的设计和运营提供了更全面的视角，通过收集和整合大量的数据，利用数据分析和模型建立技术，可以实现对系统性能的准确评估和预测，为系统设计和优化提供科学依据[5]。

4.2 新型技术在给排水系统设计中的设计分析

智能感知和控制技术的传感器网络和智能监测系统，可以实时感知城市的降雨情况、水位变化和水质状况等数据，为系统设计和管理决策提供准确的信息基础。例如，位于上海的“徐汇滨江海绵城市示范区”利用智能感知和控制技术建立了完善的雨水监测系统，通过大量的降雨传感器和监测站点实时采集雨水数据，并通过云计算和大数据分析技术进行数据处理和预测模型建立，实现了对雨水资源的精细管理和调控。此外，大数据分析和人工智能技术在海绵城市给排水系统设计中的应用也取得了显著的成果。通过收集、整合和分析大量的数据，如气象数据、水质监测数据、建筑物用水数据等，可以通过建立数据模型和算法进行系统性能评估、优化和预测。例如，广州海珠区“滨江东地块”项目利用大数据分析技术，结合多源数据，建立了基于GIS（地理信息系统）的海绵城市水系统模型，实现了对城市内水资源的精确调度和分配，提高了城市水资源的利用效率和防洪能力。另一个新型技术的应用领域是智能控制系统，海绵城市给排水系统中的智能控制系统可以实现对系统运行状态的实时监测和调控。例如，北京市朝阳区“北京奥体中心区海绵城市示范项目”通过应用智能控制系统，实现了对雨水调蓄池、渗滤池等设施的自动化控制和运行监测。系统通过自动化的阀门控制、水位监测和远程监控，能够根据实时降雨情况和污水负荷实现对系统的智能调控，确保系统的运行效率和灵活性。

5 结语

综合来看，基于新型材料和技术的海绵城市建筑给排水系统的综合设计方法和策略为城市的可持续发展提供了重要的支持和保障。通过合理应用新型材料和技术，结合城市规划和管理目标，可以实现海绵城市建筑给排水系统的高效运行和可持续发展，这种综合设计方法和策略在我国海绵城市建设案例中得到了验证，为未来海绵城市建设提供了重要的指导。