建筑設(shè)計下的海綿城市思考

楊蕾

摘要：傳統(tǒng)城市建設(shè)模式，處處是硬化路面。工業(yè)化、機(jī)械化的大規(guī)模推進(jìn)，過度使用了征服自然的能力，忽視了自然的強(qiáng)大報復(fù)能力，造成了今天城市中的種種矛盾。解決這些矛盾問題，需要觀念上、行為方式上的轉(zhuǎn)變。海綿城市建設(shè)是對傳統(tǒng)城市建設(shè)模式、排水方式進(jìn)行深刻反思的重要成果，是城市生態(tài)文明不可或缺的組成部分。在海綿城市設(shè)計理念下，建筑設(shè)計中的雨水系統(tǒng)應(yīng)從思想上發(fā)生根本的變化，設(shè)計理念的提升必將引導(dǎo)設(shè)計系統(tǒng)的變化，派生出新的雨水系統(tǒng)模式與雨水系統(tǒng)設(shè)備。

關(guān)鍵詞：海綿城市；設(shè)計理念；國外案例；建筑設(shè)計

中圖分類號：TU823 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674—3024（2016）11—126—03

引言

在一個大雨天和一位總工一同打傘走在積水的路上，不禁感嘆：“為何現(xiàn)在每每下雨的時候，城市路面上經(jīng)常積水內(nèi)澇，而在小時候，這種情況似乎并不多見?！贝穑骸耙?yàn)橐郧暗某鞘谢]有如此快如此大，城市中還有很多的土壤，周邊還有很多農(nóng)田，下雨的時候雨水下滲的速度快，并含在土壤之中，而現(xiàn)在城市中幾乎都是硬化路面，雨水無法下滲，只會積在路面之上?！庇谑腔腥淮笪颉！昂＞d城市”這個全新概念就是在這個大環(huán)境下應(yīng)運(yùn)而生，核心就是雨水的收集和利用，這不但可以提高水資源利用率，解決城市水源短缺的問題，同時還可以增強(qiáng)水分循環(huán)，凈化空氣，補(bǔ)給地下水緩解地面沉降，減輕城市防洪壓力，有利于提高小流域綜合治理效果。然中國的人口眾多，中國的城市化進(jìn)程世界矚目，城市的人口密度與規(guī)模都是其他一些國家無法比擬的，所以中國的海綿城市所遇到的問題與難度也將不同于其他一些國家。

作為海綿城市的主要組成部分之一，建筑設(shè)計中的雨水系統(tǒng)應(yīng)從當(dāng)下的盡快排放為主的思想中脫離出來，轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢詽B水、吸水、蓄水、凈水的海綿式建筑雨水系統(tǒng)。

1設(shè)計理念

建設(shè)海綿城市，首先要改換城市規(guī)劃的設(shè)計思路。傳統(tǒng)城市建設(shè)模式，求大求新，道路追求筆直寬廣平坦，處處是硬化路面。每逢大雨，主要依靠城市的排水管道、泵站等設(shè)施來排水，以“快速排除”和“末端集中”控制為主要規(guī)劃設(shè)計理念，往往造成逢雨必澇，旱澇急轉(zhuǎn)。根據(jù)《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南》，城市建設(shè)將強(qiáng)調(diào)優(yōu)先利用植草溝、雨水花園、下沉式綠地等“綠色”措施來組織排水，以“慢排緩釋”和“源頭分散”控制為主要規(guī)劃設(shè)計理念，采用“滲”、“滯”、“蓄”、“凈”、“用”、“排”等措施。以化整為零的思想，從城市雨水系統(tǒng)的源頭修復(fù)與重構(gòu)雨水循環(huán)系統(tǒng)，選擇合適的收集、排放、調(diào)蓄系統(tǒng)，根據(jù)建筑的功能與性質(zhì)，結(jié)合雨量計算，經(jīng)濟(jì)性分析，設(shè)計合理的雨水回用系統(tǒng)與處理工藝。完善的海綿式建筑雨水系統(tǒng)不僅能夠減少地塊雨水排放量，降低地塊徑流，對入滲雨水進(jìn)行凈化，保護(hù)地表及地下水體，而且可以增加地塊雨水蒸發(fā)，有效的帶走太陽輻射熱量，降低地塊的熱島強(qiáng)度。

2國外案例

國家不同，城市不同，特點(diǎn)和優(yōu)勢也不盡相同。因此建設(shè)“海綿城市”不能生搬硬套他人的經(jīng)驗(yàn)做法，而應(yīng)在科學(xué)的規(guī)劃下，因地制宜采取符合自身特點(diǎn)的措施，才能真正發(fā)揮出海綿作用，從而改善城市的生態(tài)環(huán)境，提高居民的生活質(zhì)量。

2.1德國：高效集水 平衡生態(tài)

得益于發(fā)達(dá)的地下管網(wǎng)系統(tǒng)、先進(jìn)的雨水綜合利用技術(shù)和規(guī)劃合理的城市綠地建設(shè)，德國“海綿城市”建設(shè)頗有成效。

德國城市地下管網(wǎng)的發(fā)達(dá)程度與排污能力處于世界領(lǐng)先地位。是建設(shè)海綿城市的參照。德國城市都擁有現(xiàn)代化的排水設(shè)施，不僅能夠高效排水排污，還能起到平衡城市生態(tài)系統(tǒng)的功能。分布在柏林市中心的管道多為混合管道系統(tǒng)，可以同時處理污水和雨水。而在郊區(qū)，主要采用分離管道系統(tǒng)，即污水和雨水分別在不同管道中進(jìn)行處理?？梢蕴岣咚幚淼尼槍π裕岣咝?。

近年來，德國開始廣泛推廣“洼地一滲渠系統(tǒng)”，使各個就地設(shè)置的洼地、滲渠等設(shè)施與帶有孔洞的排水管道相連，形成了分散的雨水處理系統(tǒng)。低洼的草地能短期儲存下滲的雨水，滲渠則能長期儲存雨水，從而減輕城市排水管道的負(fù)擔(dān)。

德國的雨水利用技術(shù)經(jīng)過多年發(fā)展已日臻成熟，目前主要的城市雨水利用方式有3種：一是屋面雨水集蓄系統(tǒng)。收集的雨水經(jīng)簡單處理后，可用于家庭、公共場所和企業(yè)的非飲用水；二是雨水截污與滲透系統(tǒng)。道路雨洪通過下水道排入沿途大型蓄水池或通過滲透補(bǔ)充地下水。德國城市街道雨洪管道口均設(shè)有截污掛籃，以攔截雨洪徑流攜帶的污染物。城市地面使用可滲透地磚，以減小徑流；三是生態(tài)小區(qū)雨水利用系統(tǒng)。小區(qū)沿著排水道修建可滲透淺溝，表面植有草皮，供雨水徑流時下滲。超過滲透能力的雨水則進(jìn)入雨洪池或人工濕地，作為水景或繼續(xù)下滲。

2.2瑞士：雨水工程民眾參與

瑞士是世界上最富裕的國家之一，同時也可謂是世界上最節(jié)省的國家之一。瑞士并不缺水，境內(nèi)湖泊眾多。但瑞士政府一向提倡節(jié)約用水，鼓勵民眾在下雨時吸水、蓄水、凈水，使雨水得到循環(huán)利用。

20世紀(jì)末開始，瑞士在全國大力推行“雨水工程”。這是一個花費(fèi)小、成效高、實(shí)用性強(qiáng)的雨水利用計劃。通常來說，城市中的建筑物都建有從房頂連接地下的雨水管道，雨水經(jīng)過管道直通地下水道，然后排入江河湖泊。瑞士則以一家一戶為單位，在原有的房屋上動了一點(diǎn)兒“小手術(shù)”：在墻上打個小洞，用水管將雨水引入室內(nèi)的儲水池，然后再用小水泵將收集到的雨水送往房屋各處。瑞士以“花園之國”著稱，風(fēng)沙不多，冒煙的工業(yè)幾乎沒有，因此雨水比較干凈。各家在使用時，靠小水泵將沉淀過濾后的雨水打上來，用以沖洗廁所、擦洗地板、澆花，甚至還可用來洗滌衣物、清洗蔬菜水果等。

日常生活污水和雨水是通過不同的管道進(jìn)行處理的。生活污水通過單獨(dú)的管道流到污水處理站，進(jìn)行凈化處理，未經(jīng)收集的雨水則通過簡單的過濾處理后流入湖水或其他自然水體。污水和雨水流入不同的管道，含有大量油污的廚房污水就不會流入雨水管道并堵塞管道，應(yīng)該說這在一定程度上有利于避免大規(guī)模降水時造成的城市洪澇現(xiàn)象。

2.3新加坡：疏導(dǎo)有方 標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格

新加坡作為一個雨量充沛的熱帶島國，其最高年降雨量在近30年間呈持續(xù)上升趨勢，卻鮮有城市內(nèi)澇的情況發(fā)生。這一切要?dú)w功于設(shè)計科學(xué)、分布合理的雨水收集和城市排水系統(tǒng)。

首先，預(yù)先規(guī)劃城市排水系統(tǒng)。新加坡通常在進(jìn)行地面建筑的建設(shè)之前，會事先規(guī)劃和設(shè)計好該建筑的地下和地面排水系統(tǒng)，因此每一棟建筑，包括人行道、馬路周邊都分布有一定數(shù)量的排水渠，與城市的主要排水系統(tǒng)相連，形成了遍布全島的城市雨水收集、排放網(wǎng)絡(luò)，保證大量雨水能夠及時、快速地排出。同時，建筑物本身的雨水收集和排放系統(tǒng)也相當(dāng)完善。樓頂、走廊、樓梯間等重要部位均設(shè)有雨水收集管。雨水可由此排至建筑外的排水溝渠，隨后匯入城市主排水管道。在細(xì)節(jié)方面，新加坡的地面排水溝渠往往設(shè)有多個接入城市主排水管道的連接口，既確保了排水的通暢，也防止水溝過深。

其次，加強(qiáng)雨水疏導(dǎo)，建立大型蓄水池。經(jīng)由城市雨水收集系統(tǒng)收集到的雨水最終將匯入新加坡城市周邊的大型蓄水池，而這些大型蓄水池也是新加坡解決雨水疏導(dǎo)和城市內(nèi)澇問題的關(guān)鍵所在。

第三，建立嚴(yán)格的地面建筑排水標(biāo)準(zhǔn)。為確保在雨量激增情況下，能夠?qū)⒂晁皶r排出，所有新建筑物提高了防水門檻的高度。除此之外，還有建造地下儲水池。為建筑物安裝的儲水或“吸水”設(shè)施須能“困住”25%至35%的地面徑流，以減少暴雨對建筑物造成的負(fù)擔(dān)。

目前，新加坡在對當(dāng)?shù)亟ㄔ煨碌牡叵屡潘托钏C合系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)研。新系統(tǒng)將具備排水、蓄水和發(fā)電3大功能，在水源和能源供給方面更好的達(dá)到自給自足。

2.4美國：強(qiáng)化設(shè)計，改建大多數(shù)城市秉承傳統(tǒng)的水利設(shè)施設(shè)計理念

在郊外儲存雨水，利用水渠送到市區(qū)，污水通過地下溝渠排走。這種理念按照西方的說法始于古羅馬時代，現(xiàn)在仍然大行其道。并不適合當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)的城市水利與用水模式。

目前，美國的一些城市規(guī)劃專家正在研究在干旱地區(qū)重新進(jìn)行規(guī)劃，打造海綿城市。一些城市規(guī)劃者在設(shè)想如何將傾盆大雨留下，變成飲用水和灌溉用水，把城市打造成像海綿一樣，可以有效吸收雨水。

洛杉磯的許多社區(qū)，對規(guī)劃者提出的要求都是盡快將雨水排走，暴雨通過下水道直接流進(jìn)大海。但是面對日益干旱的環(huán)境，未來需要多次使用雨水，并且將水分級處理。埃爾默街區(qū)就是這樣一個將雨水視為寶貴資源加以吸收的“實(shí)驗(yàn)田”：人行道旁邊就是生態(tài)濕地——種植了抗旱植被的水溝；下雨的時候，雨水流進(jìn)這些水溝，滲透到下面的蓄水暗池中。實(shí)驗(yàn)區(qū)一年收集的雨水可供大約30個普通家庭使用。

在這些設(shè)計者的想象中，經(jīng)過改造的整個城市就像一個巨大的海綿。目前他們經(jīng)常思考的問題就是改造的速度能不能更快一些——因?yàn)槭占晁氖?，在洛杉磯這樣嚴(yán)重缺水的地區(qū)實(shí)在是太緊迫了。

3建筑設(shè)計中的海綿城市

目前的廈門市，還并未有真正意義上的海綿城市建設(shè)，做的相對比較好的，被人稱頌的為華僑大學(xué)廈門工學(xué)院。劉院長在設(shè)計之初，便依據(jù)現(xiàn)有的地形，依山傍水，因地制宜，并未全部規(guī)劃成硬地廣場，使學(xué)院內(nèi)部自成體系，形成了較好的“海綿城市”效應(yīng)。建設(shè)海綿城市是一項(xiàng)重大民生工程，是推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)和新興城鎮(zhèn)化發(fā)展的重要舉措，下面就從海綿城市建設(shè)的六大要素來探討建筑設(shè)計中的海綿城市。

3.1“滲”

傳統(tǒng)的城市規(guī)劃改變了地表覆蓋，阻礙了雨水的下滲，同時也降低了地塊的蒸發(fā)作用，破壞了自然狀態(tài)下的水文循環(huán)過程。海綿城市的理念是以原生態(tài)的思路重構(gòu)雨水循環(huán)系統(tǒng)，但并不是簡單的回到原生態(tài)，而是在滿足人們對城市的舒適度的要求同時，修復(fù)被破壞的雨水循環(huán)系統(tǒng)，還自然一個友好的生態(tài)環(huán)境。

雨水入滲系統(tǒng)是海綿城市的重要組成部分，也是區(qū)別于傳統(tǒng)雨水系統(tǒng)的關(guān)鍵點(diǎn)。入滲的辦法主要有透水路面和綠地入滲。主要區(qū)別在于地表覆蓋物的不同，透水路面主要以透水混凝土或透水地磚等為地表覆蓋物，綠地入滲主要以綠地作為主要的地表覆蓋物，同樣的結(jié)合入滲墊層、透水底板等形成入滲系統(tǒng)。

因此在今后的建筑設(shè)計中需要更多的考慮是如何改善原有設(shè)計思路中的廣場景觀等設(shè)計，研發(fā)入滲及蒸發(fā)性能優(yōu)越的地表覆蓋材質(zhì)；分析、量化水分在雨水入滲系統(tǒng)中分配的影響；制定地表覆蓋物的量化指標(biāo)；完善雨水入滲系統(tǒng)的設(shè)計模型。

而在建筑單體設(shè)計中可考慮的是對于屋頂排水形式的深入改善。摒棄傳統(tǒng)屋面的迅速收集、盡快排放的主導(dǎo)思想，而更多的考慮屋面雨水的收集、初級過濾、屋面降溫、綠化灌溉等。

3.2“滯”

主要作用是延緩短時間內(nèi)形成的雨水徑流量。通過微地形調(diào)節(jié)，讓雨水慢慢地匯集到一個地方，用空間換時間。城市內(nèi)的降雨，是按分鐘計、按小時計的，這跟大河大海不一樣。城市內(nèi)短歷時強(qiáng)降雨，對地下墊層產(chǎn)生沖擊，形成快速徑流，積水起來就容易導(dǎo)致內(nèi)澇。因此，“滯”非常重要，可以延緩徑流峰現(xiàn)時間。

在建筑設(shè)計中主要方法包括在道路兩側(cè)建設(shè)下凹式綠地、植草溝等，以及可以在小區(qū)的綠化中心更多的設(shè)置下沉式綠地廣場。這些措施可匯集周圍硬化地表產(chǎn)生的降雨徑流，利用植被、土壤、微生物的作用，截留和凈化小流量雨水徑流。不僅可以起到削減徑流量、減輕城市洪澇災(zāi)害的作用，而且下滲的雨水可以增加土壤水分含量以減少綠地澆灌用水量，并補(bǔ)充地下水含量的作用。

3.3“蓄”

在海綿城市理念之前，雨水調(diào)蓄已經(jīng)存在，主要調(diào)蓄需要回用的雨水?！靶睢敝饕ūＷo(hù)、恢復(fù)和改造城市建成區(qū)內(nèi)河湖水域、濕地并加以利用，因地制宜建設(shè)雨水收集調(diào)蓄設(shè)施等，主要目的是降低徑流峰值流量，為雨水利用創(chuàng)造條件。雨水調(diào)蓄始于地面雨水收集系統(tǒng)的末端，止于雨水排放系統(tǒng)及雨水回用系統(tǒng)的起端。除了水體調(diào)蓄，水池調(diào)蓄，還包含管道調(diào)蓄等。

結(jié)合水景的水體調(diào)蓄是雨水調(diào)蓄系統(tǒng)的最好方式，既可以調(diào)蓄雨水，又可以兼顧景觀；水池調(diào)蓄是雨水調(diào)蓄系統(tǒng)的最重要形式，大部分會選擇這種形式，水池有混凝土水池和模塊化拼裝水池；管道調(diào)蓄主要是用在既有建筑的改造中，有可能遇到地塊空間狹小的情況，此時可以考慮利用部分或全部雨水收集管路系統(tǒng)作為雨水調(diào)蓄系統(tǒng)。

3.4“凈”

通過土壤的滲透，通過植被、綠地系統(tǒng)、水體等，都能對水質(zhì)產(chǎn)生凈化作用。“凈”工程主要包括建設(shè)污水處理設(shè)施及管網(wǎng)、綜合整治河道、建設(shè)沿岸生態(tài)緩坡及開展海灣清淤，主要目的是減少面源污染，改善城市水環(huán)境。

在建筑設(shè)計中需要思考的問題是單棟建筑或是整個小區(qū)規(guī)劃，是否可以引進(jìn)或研發(fā)更先進(jìn)的雨水凈化設(shè)備，將自主收集、調(diào)蓄的雨水進(jìn)行自我凈化，可以最直接的回用給本棟以及周邊用地，研發(fā)安全有效的消毒方式得到的凈化雨水來達(dá)到使用標(biāo)準(zhǔn)。

3.5“用”

雨水回用系統(tǒng)應(yīng)綜合考慮水量與水質(zhì)的條件，以最簡單、經(jīng)濟(jì)的方式將雨水回用?；赜孟到y(tǒng)可能包含：取水泵井、回用管路、處理設(shè)施、回用水池、供水水泵等，回用的雨水主要用于一些用水質(zhì)量要求并不太高的地方，比如說，馬桶沖水、路面沖洗、綠化灌溉屋面冷卻等。而引進(jìn)或者研發(fā)的凈化設(shè)備，對建筑本身產(chǎn)生的一些影響，機(jī)房、水池、設(shè)備，以及預(yù)留管道，屋面冷卻系統(tǒng)的設(shè)計等等都是需要思考的問題。

3.6“排”

當(dāng)降雨多了，滲透也滲透不了，用也用不了那么多，所以才導(dǎo)致的內(nèi)澇。這就必須要采取人工措施，把它排掉。通過人工和自然的結(jié)合、生態(tài)措施和工程措施的結(jié)合、地上和地下的結(jié)合，用來解決城市內(nèi)澇問題。主要目的是使城市豎向與人工機(jī)械設(shè)施相結(jié)合、排水防澇設(shè)施與天然水系河道相結(jié)合以及地面排水與地下雨水管渠相結(jié)合。

在海綿城市理念下，雨水排放系統(tǒng)的設(shè)計理念并沒有太多的變化，但是負(fù)荷比傳統(tǒng)的設(shè)計系統(tǒng)降低很多。傳統(tǒng)的雨水都是盡快盡多的排走，而海綿城市需考慮的是滲滯蓄后的多余雨水，經(jīng)過雨水排放井后，進(jìn)入排放管路最終排入市政雨水管道或附近自然水體。而在建筑單體當(dāng)中可能還需考慮的是，水質(zhì)水量的檢測，避免雨水在系統(tǒng)中長期的存放產(chǎn)生水質(zhì)惡化現(xiàn)象，并預(yù)防雨季到來之時，雨水調(diào)蓄系統(tǒng)已經(jīng)充滿的情況下，制定合適的排放策略，為下一次降雨預(yù)留出足夠的調(diào)蓄容積。

4結(jié)語

新的設(shè)計理念必將產(chǎn)生新的系統(tǒng)形式，同時會促進(jìn)新的設(shè)備與設(shè)施的產(chǎn)生，在海綿城市的理念下，應(yīng)該以開放的態(tài)度來接受新系統(tǒng)的演變與進(jìn)化。對于屋面雨水收集系統(tǒng)，可以引入新的設(shè)計理念，如：雨水初期過濾措施、屋頂花園、屋面降溫系統(tǒng)等；海綿式雨水系統(tǒng)的關(guān)鍵部分是雨水入滲系統(tǒng)，該系統(tǒng)也是傳統(tǒng)雨水系統(tǒng)所沒有的，也是傳統(tǒng)雨水系統(tǒng)各種癥狀的焦點(diǎn)。雨水入滲系統(tǒng)的成功設(shè)置，是海綿城市成功重構(gòu)雨水循環(huán)系統(tǒng)的先決條件。

建設(shè)“海綿城市”的根本目的是要轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的城市發(fā)展觀念和城市規(guī)劃、建設(shè)、管理理念?！昂＞d城市”理念、管理方式的全方位植入，是對傳統(tǒng)城市建設(shè)模式、排水方式進(jìn)行深刻反思的集中體現(xiàn)。建筑設(shè)計中將繼續(xù)在海綿城市規(guī)劃建設(shè)管理制度、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)的制定等方面積累經(jīng)驗(yàn)。