探討住宅小區(qū)的海綿城市設(shè)計
——以上海市某項目為例

（中國建筑科學(xué)研究院有限公司上海分公司，上海 200023）

我國于2012年4月，在《2012低碳城市與區(qū)域發(fā)展科技論壇》中“海綿城市”概念被首次提出；2015年4月和2016年4月，國家三部委確定海綿城市建設(shè)首批試點16個城市及第二批海綿城市建設(shè)試點14個城市。2017年3月，《2017年政府工作報告》中鼓勵推進海綿城市建設(shè)，使城市既有“面子”、更有“里子”。

雖然我國在2014年10月正式發(fā)布了《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南——低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)構(gòu)建（試行）》。標(biāo)準(zhǔn)中建議：按照因地制宜和經(jīng)濟高效的原則選擇低影響開發(fā)技術(shù)及其組合系統(tǒng)，根據(jù)城市總規(guī)、專項規(guī)劃及詳規(guī)明確的控制目標(biāo)，結(jié)合匯水區(qū)特征和設(shè)施的主要功能、經(jīng)濟性、適用性、景觀效果等因素選擇效益最優(yōu)的單項設(shè)施及其組合系統(tǒng)。但卻沒有因地制宜地給出LID組合系統(tǒng)設(shè)計建議。

2019年8月1日，《海綿城市建設(shè)評價標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 51345—2018）與《綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50378—2019）將同時啟用。標(biāo)準(zhǔn)要求從規(guī)劃、設(shè)計、建設(shè)、運營及管理全過程對海綿城市設(shè)計進行把控。本文以上海市某典型住宅小區(qū)項目為例，探討海綿城市的設(shè)計運用，以點及面、從“小區(qū)”到“城市”，推動海綿城市的設(shè)計發(fā)展[1]。

1 國內(nèi)外海綿城市發(fā)展概況

在全球范圍內(nèi)，德國是最早對城市雨水采用政府管制制度的國家，現(xiàn)已形成標(biāo)準(zhǔn)化的雨洪利用技術(shù)。德國的聯(lián)邦水法、建設(shè)法規(guī)和地區(qū)法規(guī)以法律條文或規(guī)定的形式，對自然環(huán)境的保護和水的可持續(xù)利用提出明晰的要求。制定了各自的雨水費用征收標(biāo)準(zhǔn)用于雨水項目的投資補貼，并且由水務(wù)局統(tǒng)一管理與水務(wù)有關(guān)的全部事項，包括雨水、地表水、地下水、供水和污水處理等水循環(huán)的各個環(huán)節(jié)。同時積極推廣屋面雨水集蓄、雨水截污滲透、生態(tài)小區(qū)雨水利用這三種最典型的雨水利用方式。

日本是一個典型的水資源較缺乏的國家，政府十分重視對雨水的收集和利用，早在1980年日本建設(shè)省就開始推行雨水貯留滲透計劃，近年來隨著雨水滲透設(shè)施的推廣和應(yīng)用，相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)的雨水資源化利用的法律、技術(shù)和管理體系被逐漸完善。自20世紀(jì)90年代開始，海綿設(shè)計借助多功能調(diào)蓄設(shè)施的廣泛應(yīng)用，達到了一個飛躍。

澳大利亞提倡水敏感城市設(shè)計（WSUD），這是一種雨水源頭控制的設(shè)計理念，實質(zhì)是將雨水在源頭上進行收集、控制，并減少暴雨徑流，同時也減少了水資源的浪費，是一種新型的海綿理念節(jié)水技術(shù)。WSUD的設(shè)計原則，是在城市開發(fā)過程中保護自然系統(tǒng)和水質(zhì)，將雨水處理與景觀設(shè)計相結(jié)合，從而降低雨水徑流量和峰值流量。

我國海綿城市建設(shè)試點城市已經(jīng)率先進行了海綿城市建設(shè)的探索。在北上廣等地均建設(shè)了海綿城市示范區(qū)。但目前海綿城市技術(shù)還沒有得到大規(guī)模的應(yīng)用和拓展，僅是通過零散的綠化、鋪裝等手段來實現(xiàn)，還需要針對不同LID技術(shù)措施進行進一步研究，才能有利于海綿城市建設(shè)的更好發(fā)展[2]。

2 上海某住宅小區(qū)項目概況

項目位于上海市，以住宅用地為主，并設(shè)有配套商業(yè)。總用地面積122 230.20 m2，建筑密度27.02%，住宅及商業(yè)分別綠地率為35%和20%，總綠地面積39 382.56 m2。

項目以年徑流總量控制率70%（對應(yīng)設(shè)計降雨量18.7 mm）、年徑流污染控制率（TSS）50%為設(shè)計目標(biāo)，力求解決項目內(nèi)澇積水問題，同時結(jié)合解決居民關(guān)心問題從而提升環(huán)境品質(zhì)、提高海綿城市建設(shè)的公眾參與度，并且遵循生態(tài)優(yōu)先等原則，將自然途徑與人工措施相結(jié)合，在確保城市排水防澇安全的前提下，最大限度地實現(xiàn)雨水在城市區(qū)域的自然存積、自然滲透及自然凈化，促進雨水資源的利用和生態(tài)環(huán)境的保護。

3 上海某住宅小區(qū)項目海綿設(shè)計

3.1 項目豎向分析

對小區(qū)內(nèi)豎向標(biāo)高情況進行分析[3]，得到以下數(shù)據(jù)：

（1）項目整體高差變化不大，最高點為5.30 m，最低點為4.95 m。

（2）住宅區(qū)域中部部分高于靠近道路部分，配套商業(yè)周邊場地標(biāo)高相對較高。

（3）小區(qū)地勢比外部道路高、無道路地表徑流流向小區(qū)內(nèi)。

（4）場地客水分析：小區(qū)各出入口處內(nèi)部標(biāo)高高于外部，無場地外客水進入。

（5）排水管網(wǎng)分析：小區(qū)為雨污分流制。雨水及污水管均順小區(qū)道路鋪設(shè)；其中雨水排水在地塊南側(cè)和東側(cè)各設(shè)1個排放口，污水管在地塊東側(cè)設(shè)1個排放口，南側(cè)設(shè)2個排放口。

3.2 項目下墊面分析

下墊面是降雨受水面的總稱，包括屋面、地面、水面等，根據(jù)統(tǒng)計，項目各下墊面面積計算如下。

3.2.1 綠化地面

綠地面積39 382.56 m2，綠地在小區(qū)內(nèi)分散排布；建筑物周邊綠地主要為花壇形式，設(shè)計推薦采用斷接引流措施疏導(dǎo)雨水進入綠地。綠地可低于周邊道路設(shè)置，形成帶狀下凹式綠地將硬質(zhì)道路雨水徑流進行消解。集中布置的綠地可設(shè)置為雨水花園，通過植草溝將雨水徑流引入。

3.2.2 硬質(zhì)地面

硬質(zhì)地面面積49 821.14 m2，包括車行道路、人行步道、地面停車位。人行步道可采用砌石鋪裝，地面停車位推薦采用植草磚設(shè)計。

3.2.3 建筑屋面

小區(qū)屋面均為普通平頂屋面，面積30 926.25 m2；建筑雨水排水主要采用外排水方式，且建筑周邊設(shè)有花壇，設(shè)計通過斷接方式將雨水接入花壇。

3.3 海綿技術(shù)措施與設(shè)計工藝

建筑與小區(qū)是城市雨水排水系統(tǒng)的起端，是海綿城市建設(shè)的主要內(nèi)容。項目海綿城市技術(shù)設(shè)施與組合工藝系統(tǒng)的選擇優(yōu)化需要考慮各方面的實際情況與需求，綜合選取最佳方案。海綿城市技術(shù)策略如圖1所示。

圖1 海綿城市技術(shù)策略

3.3.1 建筑屋面雨水

在屋面雨水海綿化設(shè)計實施中，運用了高位雨水花壇的技術(shù)設(shè)施，通過雨落管斷接方式將雨水接入。

（1）工藝路線：屋面雨水通過雨落管斷接至高位雨水花壇內(nèi)；雨水經(jīng)花壇礫石層及土壤層后進入儲水空腔；儲水空腔雨水受無動力緩釋器控制，儲存雨水在24～48 h內(nèi)延時勻速排出。

（2）海綿作用機理：花壇內(nèi)礫石層及土壤層具有較好的凈化作用，同時緩沖屋面雨水的勢能沖擊。

無動力緩釋器能夠增加雨水在儲水腔內(nèi)的停留時間，一方面強化沉淀功能，保證了雨水排出前的沉淀凈化時間；同時延長了雨水與植物根系及其附著的微生物接觸時間，提高雨水中污染物的去除效果。

利用高位雨水花壇的土壤與生物作用、儲水空間和無動力緩釋器的儲存延時凈化作用，實現(xiàn)設(shè)施“凈”“蓄”“滯”“排”等海綿功能。

3.3.2 小區(qū)路面雨水

在小區(qū)道路路面雨水的海綿化設(shè)計實施中，選擇了以下凹式綠地、植草溝、雨水花園為主的技術(shù)設(shè)施和工藝系統(tǒng)組合方式。

（1）工藝路線：小區(qū)道路路面雨水通過徑流方式進入下凹式綠地當(dāng)中；下凹式綠地控制消納設(shè)計目標(biāo)內(nèi)的雨水，超標(biāo)雨水溢流出水接入雨水井；超量雨水通過植草溝進入雨水花園進行調(diào)蓄。

（2）海綿作用機理：利用下凹式綠地初步攔截路面雨水中大體積雜物；利用植草溝對雨水中SS進行攔截；利用雨水花園的植物、微生物、土壤層、過濾介質(zhì)層等的綜合作用，消減雨水排出總量和凈化雨水水質(zhì)。

3.3.3 停車場及砌石鋪裝雨水

在停車場及砌石鋪裝的海綿化設(shè)計中，選擇了植草磚、砌石鋪裝等加強滲透的技術(shù)設(shè)施。

（1）工藝路線：停車場表面雨水通過植草磚，滲入地下；人行步道采用砌石鋪裝，滲入地下。

（2）海綿作用機理：利用植草磚及砌石透水鋪裝降低雨水表面徑流量，去除雨水中的大顆粒污染物。

3.3.4 小區(qū)綜合雨水末端處置

在小區(qū)綜合雨水末端的海綿化設(shè)計實施中，選擇地下儲水設(shè)施和調(diào)蓄凈化延時緩釋裝置兩種技術(shù)的組合方式。

（1）工藝路線[4]：對徑流量超標(biāo)分區(qū)設(shè)置地下蓄水設(shè)施；設(shè)施出水通過延時緩釋設(shè)施緩釋滲入地下，補涵養(yǎng)周邊綠化植物。

（2）海綿作用機理：利用地下儲水設(shè)施的調(diào)蓄容積為雨水提供了儲存停留時間，結(jié)合無動力緩釋器延長了雨水在蓄沉溝內(nèi)的停留時間，加強了沉淀凈化功能，提高污染物質(zhì)的去除效率。

利用地下儲水設(shè)施、無動力緩釋器的綜合作用，實現(xiàn)設(shè)施“蓄”“凈”的海綿功能。

結(jié)合地下儲水設(shè)施設(shè)置雨水利用系統(tǒng)，可用于場地綠化灌溉、地面沖洗等用途。

3.4 項目匯水分區(qū)設(shè)計

3.4.1 匯水分區(qū)劃分

以地塊區(qū)域內(nèi)原有雨水管網(wǎng)分布作為前提，區(qū)域內(nèi)道路作為分區(qū)主體輪廓，根據(jù)下墊面組成、排水特性，結(jié)合豎向標(biāo)高等因素，將整個小區(qū)劃分為3個匯水分區(qū)。匯水分區(qū)的控制率內(nèi)雨水徑流基本可以在每個分區(qū)內(nèi)自行消納。

3.4.2 匯水分區(qū)徑流量計算

排水分區(qū)一：占地面積35 373.70 m2、綜合徑流系數(shù)0.61、計算徑流量403.51 m3；排水分區(qū)二：占地面積53 209.55 m2、綜合徑流系數(shù)0.45、計算徑流量447.76 m3；排水分區(qū)三：占地面積33 647.05 m2、綜合徑流系數(shù)0.81、計算徑流量509.65 m3。經(jīng)計算：項目整體綜合徑流系數(shù)0.60、計算徑流量1 360.92 m3。

3.5 項目匯水分區(qū)設(shè)計

排水分區(qū)一：雨水花園428 m2、下凹式綠地988 m2、高位花壇209 m2、植草溝53 m2；排水分區(qū)二：雨水花園518 m2、下凹式綠地1 090 m2、高位花壇302 m2、植草溝53 m2；排水分區(qū)三：雨水花園183 m2、下凹式綠地936 m2、高位花壇22 m2、植草溝51 m2、地下儲水設(shè)施250 m3。經(jīng)計算：項目整體雨水花園1 129 m2、下凹式綠地3 014 m2、高位花壇533 m2、植草溝157 m2、地下儲水設(shè)施250 m3。

LID設(shè)施平面布置圖如圖2所示。

圖2 LID設(shè)施平面布置圖

3.6 徑流量控制率計算

LID設(shè)施調(diào)蓄容積匯總表如表1所示。

表1 LID設(shè)施調(diào)蓄容積匯總表

經(jīng)計算：地塊整體的LID設(shè)施調(diào)蓄容積為1 489.64 m3。

徑流量計算匯總表如表2所示。

表2 徑流量計算匯總表

經(jīng)計算，地塊整體徑流控制總量為1 360.92 m3。

3.7 污染控制率TSS計算

根據(jù)《海綿城市建設(shè)指南》表4-1低影響開發(fā)設(shè)施比選表可知，LID設(shè)施污染物去除率（以SS計）：雨水花園、下凹式綠地70%；高位花壇、調(diào)蓄凈化設(shè)施80%、傳輸型植草溝30%。各分區(qū)徑流污染控制率計算匯總表如表3所示。

表3 各分區(qū)徑流污染控制率計算匯總表

經(jīng)計算：地塊整體污染物去除率為80.98%。通過海綿設(shè)施設(shè)計，地塊區(qū)域年雨水徑流污染消減率（以SS計）為80.98%×70%=56.69%＞50%，滿足海綿城市建設(shè)對年徑流污染去除率的要求。

3.8 擬設(shè)計LID設(shè)施構(gòu)造

3.8.1 雨水花園

雨水花園是一種在地勢較低的區(qū)域，通過植物、土壤和微生物系統(tǒng)蓄滲、凈化徑流雨水的設(shè)施。雨水花園形式多樣、使用區(qū)域廣、易與景觀結(jié)合，徑流控制效果好，建設(shè)費用與維護費用較低；但地下水位和巖石層較高、土壤滲透性能差、地形較陡的地區(qū)，應(yīng)采取必要的換土、防滲、設(shè)置階梯等措施避免次生災(zāi)害的發(fā)生，增加建設(shè)費用。

3.8.2 高位花壇

花壇內(nèi)礫石層及土壤層具有較好的凈化作用，同時緩沖屋面雨水的勢能沖擊；無動力緩釋器能夠增加雨水在儲水腔內(nèi)的停留時間，一方面強化沉淀功能，保證了雨水排出前的沉淀凈化時間；同時延長了雨水與植物根系及其附著的微生物接觸時間，提高雨水中污染物的去除效果；利用高位雨水花壇的土壤與生物作用、儲水空間和無動力緩釋器的儲存延時凈化作用，實現(xiàn)設(shè)施“凈”“蓄”“滯”“排”等海綿功能。

3.8.3 地下儲水設(shè)施

地下儲水設(shè)施由聚丙烯回用材料制作而成，主要應(yīng)用于雨水的存儲和回用系統(tǒng)中。項目中地下儲水設(shè)施與延時緩釋器聯(lián)合應(yīng)用，提供調(diào)蓄空間的同時，提高了雨水凈化效果，并為周邊植物涵養(yǎng)提供了水源。

3.9 LID設(shè)施工程概算

LID設(shè)施工程概算表如表4所示。

表4 LID設(shè)施工程概算表

4 結(jié)語

我國第三版綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)即將出臺，新標(biāo)準(zhǔn)中就現(xiàn)行綠建國標(biāo)新增了“8環(huán)境宜居”章節(jié)“8.1.3場地的豎向設(shè)計應(yīng)有利于雨水的收集或排放，應(yīng)有效組織雨水的下滲、滯蓄或再利用。對大于10 hm2的場地應(yīng)進行雨水控制利用專項設(shè)計，對場地雨水實施外排總量進行控制?！北緱l文作為評價的控制項，是綠色建筑項目設(shè)計的強制要求。而綠色建筑正逐漸成為我國各省市新建項目建設(shè)的必備條件。

本文通過對上海市某住宅小區(qū)的海綿城市設(shè)計分析，以此探究適用于10 萬m2左右用地面積的居建項目應(yīng)如何選擇適宜的LID措施組合，同時幫助項目更好地達到綠色建筑標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)要求，開啟“綠色+海綿”的設(shè)計新篇章。