基于海綿城市理念下的中小學(xué)校園設(shè)計(jì)研究
——以廈門市某中學(xué)為例

張 朔

(福建省建筑科學(xué)研究院有限責(zé)任公司 福建省綠色建筑技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 福建福州 350108)

0 引言

海綿城市的建設(shè)，是指城市能夠在適應(yīng)環(huán)境變化和應(yīng)對自然災(zāi)害等方面具有良好的“彈性”，在確保城市防洪排澇安全的前提下，最大限度地實(shí)現(xiàn)雨水在城市區(qū)域的積存、滲透和凈化[1]。為促進(jìn)義務(wù)教育的均衡發(fā)展，國內(nèi)正在大力推進(jìn)義務(wù)教育學(xué)校標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)，因此各地中小學(xué)的建設(shè)規(guī)模迅速擴(kuò)大，但常常由于缺乏合理的規(guī)劃布局，沒有考慮場地雨水的自然流行路線，導(dǎo)致校園內(nèi)的硬化面積不斷增加，綠地、透水面積逐漸萎縮，既不利于實(shí)現(xiàn)校園內(nèi)雨水自然積存、自然滲透、自然凈化的海綿城市建設(shè)目標(biāo)，也不利于雨天時(shí)學(xué)校師生的出行安全[2]。

廈門市作為首批海綿城市建設(shè)試點(diǎn)城市之一，一直致力于推廣打造全市域的海綿城市，因此自開展試點(diǎn)工作以來，積累了一批中小學(xué)校園海綿城市的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)。雖然設(shè)計(jì)案例不斷增多，設(shè)計(jì)能力不斷提升，但缺乏對適合中小學(xué)校園的海綿城市設(shè)計(jì)做法進(jìn)行總結(jié)?；诖耍疚臄M以廈門市某中學(xué)為例，探討中小學(xué)校園設(shè)計(jì)落實(shí)海綿城市理念路徑。

1 中小學(xué)校園特點(diǎn)對海綿城市設(shè)計(jì)的影響

1.1 安全與美觀相協(xié)調(diào)

中小學(xué)校園在布局設(shè)計(jì)時(shí)一般遵循“以人為本、安全為重”原則。中小學(xué)生正處于人生精力旺盛階段，在校園中的活動(dòng)范圍不會僅局限于教室內(nèi)，活動(dòng)頻繁且不可控，因此在校園海綿城市設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮各區(qū)域的安全性問題。

從整體布局上看，海綿城市設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮各功能空間的人流密度，在人員密集活動(dòng)的場所盡量避免設(shè)置高差過大的下凹式綠地、雨水花園等雨水滯留設(shè)施，保證在正常教學(xué)活動(dòng)情況下師生能夠有序、安全地在校園內(nèi)活動(dòng)。從細(xì)節(jié)處理上看，在學(xué)生頻繁活動(dòng)的室內(nèi)外場所應(yīng)避免出現(xiàn)凸起、尖刺的部位，防止學(xué)生在活動(dòng)中磕碰受傷，例如對屋面雨水?dāng)嘟訒r(shí)雨水立管不宜直接裸露在地面上。海綿設(shè)施內(nèi)的植物不宜采用會散發(fā)異味、具有毒性或植株帶刺的植物，如夾竹桃、海芋等[3]，如表1所示。

表1 中小學(xué)校園內(nèi)海綿設(shè)施不推薦采用植物

當(dāng)然，在強(qiáng)調(diào)“安全為重”的同時(shí)，也不應(yīng)忽視校園設(shè)計(jì)的美觀性要求。和諧宜人的校園環(huán)境能夠讓學(xué)生在放松自在的氛圍下學(xué)習(xí)活動(dòng)，有利于增進(jìn)知識的吸收，提升學(xué)習(xí)主動(dòng)性，促進(jìn)師生間的交流互動(dòng)。因此，在進(jìn)行校園內(nèi)海綿設(shè)施設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分考慮海綿設(shè)施的景觀功能，適當(dāng)美化和修飾工程措施的外觀，通過合理的植物搭配、鋪裝拼接和藝術(shù)設(shè)計(jì)，營造舒適美觀的校園環(huán)境。

1.2 空間與功能相適應(yīng)

隨著城市化腳步加快，城市土地資源日趨緊張，而社會對教學(xué)資源的需求卻逐漸增加，中小學(xué)校園不同于占地面積一般較大的高校，常面臨用地緊張的現(xiàn)狀，導(dǎo)致新建中小學(xué)的布局設(shè)計(jì)逐漸向集約化和多功能化發(fā)展，使得場地利用率最大化[4]。中小學(xué)校園內(nèi)一般包括教學(xué)區(qū)、教學(xué)輔助及辦公區(qū)、運(yùn)動(dòng)區(qū)、宿舍區(qū)、食堂餐飲區(qū)等功能分區(qū)，以連廊為紐帶串聯(lián)各區(qū)打造“無風(fēng)雨學(xué)?！保沟酶鞣謪^(qū)相對獨(dú)立又相互聯(lián)系。

根據(jù)《中小學(xué)校設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50099-2011中規(guī)定，“各類小學(xué)的主要教學(xué)用房不應(yīng)設(shè)在四層以上，各類中學(xué)的主要教學(xué)用房不應(yīng)設(shè)在五層以上”[5]。一般中小學(xué)內(nèi)的教學(xué)用房、辦公用房、食堂等多為多層建筑，層高相對不高，適合在屋面設(shè)置部分屋頂綠化以減少屋面產(chǎn)生的徑流。同時(shí)，從屋面流至地面的雨水能量相對高層建筑較小，適合斷接至建筑周邊的海綿蓄滯設(shè)施內(nèi)，不易對設(shè)施內(nèi)的植物造成長期沖刷。

運(yùn)動(dòng)區(qū)一般包括室外運(yùn)動(dòng)場、籃球場、排球場等大面積硬質(zhì)區(qū)域，基于運(yùn)動(dòng)功能及耐久性要求，不適宜采用透水鋪裝，所以，運(yùn)動(dòng)區(qū)在降雨時(shí)往往產(chǎn)生大量徑流進(jìn)入雨水管網(wǎng)，是校園海綿城市設(shè)計(jì)中應(yīng)解決的重點(diǎn)。室外足球場可采用天然草坪代替人工草坪增強(qiáng)場地入滲，硬質(zhì)地面產(chǎn)生的徑流可通過線性排水溝等方式有組織地匯流至蓄水池等灰色設(shè)施內(nèi)，或利用場地高程轉(zhuǎn)輸至下凹式綠地等綠色設(shè)施內(nèi)，收集的雨水經(jīng)處理后可用來灌溉足球場地的天然草坪。

1.3 生態(tài)與教育相結(jié)合

在可持續(xù)發(fā)展的大背景下，建設(shè)生態(tài)校園已成為大趨勢和普遍性的要求。生態(tài)校園一般指運(yùn)用生態(tài)學(xué)的基本原理和方法進(jìn)行校園的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)及運(yùn)營管理，形成人與自然關(guān)系和諧、布局結(jié)構(gòu)合理、環(huán)境質(zhì)量優(yōu)良的集學(xué)習(xí)、工作、生活、休閑功能于一體的校園生態(tài)系統(tǒng)[6]。中小學(xué)校園內(nèi)的綠地率要求一般均較高，尤其新建學(xué)校綠地率在30%以上，非常適合利用天然綠地消納場地內(nèi)雨水，構(gòu)建自然生態(tài)的水循環(huán)系統(tǒng)。

中小學(xué)校園建設(shè)在注重生態(tài)的同時(shí)，應(yīng)積極將學(xué)校本身的教育功能與生態(tài)概念相融合。在現(xiàn)代教育理念下，學(xué)生的學(xué)習(xí)活動(dòng)已經(jīng)不局限于課堂，而是擴(kuò)散到校園的各個(gè)地方。相應(yīng)地，在海綿城市設(shè)計(jì)時(shí)盡量采用多樣化的海綿措施，配以簡明清晰的標(biāo)牌或展板說明，能夠?qū)⒏髦行W(xué)校建設(shè)為海綿城市理念的最佳宣傳場所。校園內(nèi)的海綿城市設(shè)計(jì)還可以適當(dāng)融入互動(dòng)性的元素，例如將屋頂綠化改造為種植園的形式，與學(xué)校的自然實(shí)踐課相結(jié)合，讓學(xué)生們親自參與到海綿設(shè)施的建設(shè)和維護(hù)中來(圖1)。

圖1 海綿城市措施標(biāo)牌、展板、屋頂種植園實(shí)景圖

2 案例分析

2.1 案例概況

廈門市某中學(xué)位于海綿城市建設(shè)試點(diǎn)區(qū)內(nèi)，總用地面積約4.8hm2，總建筑面積47 282.46m2，設(shè)計(jì)綠地率為35%，場地東南角毗鄰規(guī)劃中體育綜合館。項(xiàng)目規(guī)劃建設(shè)48班初中部，擬建設(shè)教學(xué)樓、教學(xué)綜合樓、合班教室、教師宿舍、食堂、400m標(biāo)準(zhǔn)環(huán)形塑膠跑道及其他附屬配套設(shè)施，各樓棟之間通過風(fēng)雨連廊相連通，效果圖如圖2所示。

項(xiàng)目所在地年平均氣溫20.6℃左右，年極端最低氣溫1.5℃，年極端最高氣溫38.5℃，年均溫差不大。3月～9月為春夏多雨濕潤季節(jié)，每月雨量一般為100mm～200mm，最多的月份可超過700mm(受臺風(fēng)影響)；10月～11月、12月～2月為秋冬少雨干燥季節(jié)，每月雨量一般為30mm～80mm，最少的月份可滴雨不下。根據(jù)中國氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)的降雨數(shù)據(jù)，廈門地區(qū)1983～2010平均降雨量統(tǒng)計(jì)值如表2所示。

圖2 項(xiàng)目效果圖

表2 廈門地區(qū)逐月降雨統(tǒng)計(jì)表

根據(jù)廈門市試點(diǎn)區(qū)域海綿城市上位規(guī)劃要求，該項(xiàng)目所在控制單元要求年徑流總量控制率不少于75%，對應(yīng)廈門地區(qū)設(shè)計(jì)降雨量為32.0mm，徑流污染削減率不小于45.0%。

2.2 技術(shù)路線確定

該項(xiàng)目進(jìn)行海綿城市設(shè)計(jì)前下墊面主要為硬質(zhì)屋面、硬質(zhì)鋪裝、綠地及部分景觀水體，參照《建筑與小區(qū)雨水控制及利用工程技術(shù)規(guī)范》GB 50400-2016中各下墊面類型的徑流系數(shù)取值范圍，場地綜合雨量徑流系數(shù)為0.59，統(tǒng)計(jì)如表3所示。

表3 場地添加海綿城市技術(shù)前徑流系數(shù)計(jì)算表

參考前文中小學(xué)校園特點(diǎn)及該項(xiàng)目場地特征，主要考慮采用下凹綠地、雨水花園、屋頂綠化、透水鋪裝等綠色生態(tài)措施，局部設(shè)置雨水調(diào)蓄池、雨水桶等人工調(diào)蓄設(shè)施來實(shí)現(xiàn)雨水控制目的，通過雨水?dāng)嘟?、植草溝、暗溝等引流方式合理組織場地徑流，具體技術(shù)路線，如圖3所示。

圖3 技術(shù)路線圖

2.3 海綿城市設(shè)計(jì)分析

2.3.1匯水分區(qū)劃分

該項(xiàng)目匯水分區(qū)的劃分,綜合考慮下墊面條件、豎向條件、地表與屋面徑流流向、室外雨水管線布置等情況，將產(chǎn)流區(qū)域根據(jù)匯水流向分為若干匯水分區(qū)，教學(xué)區(qū)、運(yùn)動(dòng)區(qū)、辦公區(qū)、宿舍區(qū)、食堂餐飲區(qū)等盡量按照其功能劃分為相對獨(dú)立的分區(qū)，總共將場地劃分為7個(gè)匯水分區(qū)，如圖4所示，并分別計(jì)算徑流量和海綿設(shè)施調(diào)蓄量以達(dá)到建設(shè)目標(biāo)。

2.3.2減少場地徑流

該項(xiàng)目設(shè)計(jì)的海綿城市設(shè)施平面布局圖如圖5所示。

圖4 匯水分區(qū)示意圖

圖5 海綿城市設(shè)施平面布局圖

該中學(xué)在海綿城市設(shè)計(jì)前硬質(zhì)屋面和硬質(zhì)地面所占比例較大，降雨時(shí)易產(chǎn)生大量徑流，給雨水管網(wǎng)造成很大壓力。在海綿城市設(shè)計(jì)時(shí)，在食堂屋面布置了約300m2屋頂綠化以減少此區(qū)域徑流量，屋頂綠化結(jié)合學(xué)校教學(xué)要求建設(shè)為種植園地的形式，種植植物可選取常見的果蔬類或觀賞類植物，供各班學(xué)生輪換使用和學(xué)習(xí)。

場地內(nèi)主要車道及主入口區(qū)域考慮承載力和耐久性要求，保留原設(shè)計(jì)硬質(zhì)鋪裝?；@球場、排球場及室外運(yùn)動(dòng)場跑道考慮其運(yùn)動(dòng)功能要求，采用硬質(zhì)塑膠地面。為增強(qiáng)地面下滲能力，將場地西側(cè)機(jī)動(dòng)車與非機(jī)動(dòng)車停車位設(shè)計(jì)為生態(tài)植草磚，將部分庭院、食堂入口和運(yùn)動(dòng)器材區(qū)等人員活動(dòng)較頻繁的室外區(qū)域設(shè)計(jì)為透水磚，做到“小雨不濕鞋”，方便師生活動(dòng)。

標(biāo)準(zhǔn)400m運(yùn)動(dòng)場占地較大，校方結(jié)合自身學(xué)校的定位與需求，在中央?yún)^(qū)域的足球場采用天然草坪，替代一般學(xué)校采用的人工草坪，既減少了運(yùn)動(dòng)區(qū)的徑流量，又提供了優(yōu)質(zhì)的活動(dòng)場地，提升了學(xué)校的規(guī)格。海綿城市設(shè)計(jì)后的場地徑流系數(shù)從0.59減少至0.55，如表4所示。

表4 場地添加海綿城市技術(shù)后徑流系數(shù)計(jì)算表

2.3.3 雨水調(diào)蓄

為達(dá)到該項(xiàng)目的海綿城市建設(shè)目標(biāo)，根據(jù)各分區(qū)產(chǎn)生的徑流量設(shè)置調(diào)蓄設(shè)施，在建筑和道路周邊布置下凹式綠地和雨水花園消納場地徑流。一部分屋面雨水通過立管直接斷接或通過短距離植草溝轉(zhuǎn)輸至生態(tài)滯留設(shè)施內(nèi)，一部分通過建筑邊溝溢流至周邊生態(tài)滯留設(shè)施。車道兩側(cè)不設(shè)路緣石，通過地面找坡自然匯入綠地內(nèi)，籃球場和跑道匯水面積較大，采用排水溝統(tǒng)一收集后接至相應(yīng)調(diào)蓄設(shè)施內(nèi)，超過調(diào)蓄量的雨水可通過生態(tài)滯留設(shè)施內(nèi)的溢流口進(jìn)入雨水管網(wǎng)。

除綠色調(diào)蓄設(shè)施外，室外運(yùn)動(dòng)場南側(cè)綠地由于地下室頂板覆土深度不足，不適宜設(shè)計(jì)為海綿滯蓄設(shè)施，考慮在地下室內(nèi)設(shè)計(jì)一處有效調(diào)蓄容積約120m3的雨水調(diào)蓄回用池，收集運(yùn)動(dòng)場區(qū)域的徑流，收集的雨水經(jīng)處理后可用于足球場天然草坪的定期灌溉。此外，在教學(xué)樓局部不利于斷接至綠地的立管處采用設(shè)置雨水桶的方式調(diào)蓄屋面徑流，雨水桶蓄存的雨水可供鄰近綠化澆灑使用。

通過綠色措施與灰色措施相結(jié)合的方案，場地共設(shè)計(jì)有效調(diào)蓄容積873.87m3，能夠控制33.31mm設(shè)計(jì)降雨量，對應(yīng)年徑流總量控制率約為76.0%，徑流污染削減率約為57.3%，滿足該項(xiàng)目的海綿城市建設(shè)目標(biāo)。

2.3.4細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)

考慮到中小學(xué)校園內(nèi)不宜存在高差過大的區(qū)域，該項(xiàng)目在海綿城市設(shè)計(jì)時(shí)，針對長條狀下凹式綠地或雨水花園采用跌水壩的形式進(jìn)行分隔，如圖6所示，在保證調(diào)蓄容積的情況下，既能使綠地的下凹深度不至于過深，又能通過高差緩沖逐級調(diào)蓄雨水，不會導(dǎo)致過多雨水積存在低洼地帶。

圖6 跌水壩做法示意圖

在屋面雨水?dāng)嘟臃绞降奶幚砩?，設(shè)計(jì)時(shí)將學(xué)生日常活動(dòng)區(qū)域的雨水立管接入建筑邊溝后再溢流至下凹式綠地或雨水花園內(nèi)(圖7)，避免了雨水立管直接斷接而裸露于地面造成安全隱患的情形，也使得地面的景觀效果得到提升。

圖7 屋面雨水?dāng)嘟邮疽鈭D

2.3.5教育意義

鑒于該項(xiàng)目為新建中小學(xué)校園項(xiàng)目，進(jìn)行海綿城市設(shè)計(jì)時(shí)，結(jié)合場地條件盡量選取了多樣化的措施，包括下凹式綠地、雨水花園、屋頂綠化、透水鋪裝、雨水調(diào)蓄回用池、雨水桶、植草溝等，大大豐富了場地景觀和生態(tài)環(huán)境。項(xiàng)目建成后可在具體位置設(shè)立相應(yīng)海綿設(shè)施的標(biāo)牌或展板，通過基本的原理介紹和生動(dòng)的圖文說明向?qū)W生們普及海綿城市的理念，打造示范性的海綿校園。

3 結(jié)語

中小學(xué)校園的海綿城市設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)充分考慮其布局與建筑特點(diǎn)，并結(jié)合學(xué)校內(nèi)不同功能分區(qū)的需求，將校園安全擺在設(shè)計(jì)原則的首要位置，兼顧景觀效果與經(jīng)濟(jì)實(shí)用，通過灰綠結(jié)合和多樣化的海綿措施調(diào)控場地雨水，為學(xué)生營造生態(tài)和可持續(xù)的校園氛圍。同時(shí)，應(yīng)鼓勵(lì)將海綿城市理念與學(xué)生的日常學(xué)習(xí)活動(dòng)緊密結(jié)合，利用各種途徑在校園內(nèi)做好海綿城市相關(guān)知識的普及與宣傳，有利于推動(dòng)海綿城市未來的建設(shè)與發(fā)展。