居住區(qū)海綿城市方案設(shè)計(jì)方法探討

高靜靜

（中機(jī)國(guó)際工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司華北分院，天津 300392）

一、居住區(qū)海綿城市方案設(shè)計(jì)的意義

（一）符合和諧社會(huì)發(fā)展理念

在傳統(tǒng)城市建設(shè)與改造觀念中，缺乏人與自然渾然一體的設(shè)計(jì)理念。因此，在傳統(tǒng)的城市設(shè)計(jì)與改造過程中，人與自然相對(duì)立，改良城市居住環(huán)境會(huì)大肆侵占自然資源，污染自然環(huán)境甚至破壞生態(tài)系統(tǒng)。但隨著人口密集度越來越高，城市化建設(shè)進(jìn)程受到阻礙，生態(tài)環(huán)境的破壞與失衡使城市中的污染問題愈加嚴(yán)重，資源枯竭現(xiàn)象日益嚴(yán)峻。只有將人與自然融為一體，從人與自然相協(xié)調(diào)的角度建設(shè)城市，才能使城市建設(shè)更科學(xué)完善，使城市的建設(shè)發(fā)展完全符合人們的期待。

（二）緩解資源壓力

過度開采及過度使用自然資源，是現(xiàn)階段自然資源所面臨的最嚴(yán)重的問題。人類的發(fā)展需要使用自然資源，若不采取適當(dāng)方式緩解這一主要矛盾，人類未來的發(fā)展將無以為繼。為緩解資源壓力，也為了改進(jìn)人類的發(fā)展，開始嘗試使用綠色居住區(qū)域的設(shè)計(jì)理念設(shè)計(jì)與建設(shè)城市，有效緩解了人類與自然間的矛盾。綠色居住區(qū)域的設(shè)計(jì)使用大量的可循環(huán)、節(jié)能、綠色的新興材料，能緩解相關(guān)資源的使用壓力。相比較傳統(tǒng)的城市建設(shè)，綠色居住區(qū)域的城市建設(shè)不會(huì)過度侵害周圍的自然環(huán)境及自然資源，還能為自然資源的恢復(fù)創(chuàng)造一定的空間與時(shí)間，因此，綠色居住區(qū)域的設(shè)計(jì)理念能緩解資源壓力。

（三）減少自然災(zāi)害，防止內(nèi)澇

海綿城市在居住區(qū)可形成立體的設(shè)計(jì)空間，從平面到三維，從地面到屋頂。屋頂可建設(shè)屋頂花園，收集屋頂雨水，灌溉植物和綠地。地面的雨水也可收集起來進(jìn)行灌溉或處理后變成生活用水。可在居住區(qū)范圍內(nèi)就地消化和利用雨水。因此，海綿城市還可減少自然災(zāi)害，防止發(fā)生城市內(nèi)澇。

二、居住區(qū)海綿城市方案設(shè)計(jì)方法

（一）分析項(xiàng)目區(qū)海綿城市建設(shè)條件

海綿城市建設(shè)條件的定性定量分析是開展海綿城市設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)性工作和先決條件。除對(duì)項(xiàng)目區(qū)的范圍和面積、區(qū)位、交通等基礎(chǔ)現(xiàn)狀進(jìn)行分析外，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注對(duì)項(xiàng)目區(qū)的自然、下墊面條件和雨污管道系統(tǒng)分析。

1.自然條件分析

自然條件應(yīng)包括降雨、蒸發(fā)、豎向、土壤、地下水等。降雨和蒸發(fā)資料可通過當(dāng)?shù)睾＞d城市專項(xiàng)規(guī)劃或其他規(guī)劃獲取，有條件地獲取當(dāng)?shù)亟?0 年連續(xù)日降雨序列；借助地理信息系統(tǒng)對(duì)項(xiàng)目區(qū)的現(xiàn)狀豎向分析現(xiàn)狀徑流特征，現(xiàn)狀豎向應(yīng)將已開展的設(shè)計(jì)豎向納入考慮范圍，如調(diào)整可能性極小的建筑、道路、地下停車場(chǎng)等設(shè)施的標(biāo)高設(shè)計(jì)；對(duì)土壤和地下水水位定量分析是指導(dǎo)項(xiàng)目區(qū)選擇 LID 設(shè)施的基礎(chǔ)，可借助項(xiàng)目區(qū)或周邊的地勘資料分析土壤的滲透性能和地下水位對(duì)滲透的影響。根據(jù)《海綿型建筑與小區(qū)雨水控制及利用》（17S705），雨水入滲設(shè)施適用于土壤滲透系數(shù) 10-6～10-3m/s 的工程，不適用于濕陷性黃土、膨脹土、高含鹽土、永久性凍土土壤。對(duì)于土壤滲透性較低的，不宜選擇滲透型設(shè)施，宜優(yōu)先選擇滯蓄型設(shè)施。對(duì)南方由于地下水位較高，滲透性能不足的，為提高其滲透性能達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)要求的，可采用滲透性設(shè)施，但對(duì)其介質(zhì)進(jìn)行換填或布置滲排管（穿孔管）等增滲的方式實(shí)現(xiàn)。

2.下墊面條件分析

下墊面條件分析主要是對(duì)項(xiàng)目區(qū)的現(xiàn)狀和規(guī)劃用地進(jìn)行分析，確定各類用地的面積和占比，并借助數(shù)學(xué)模型或經(jīng)驗(yàn)公式法確定徑流總量、綜合徑流系數(shù)或現(xiàn)狀年徑流總量控制率，對(duì)有客水進(jìn)入的，應(yīng)將客水所匯集區(qū)域的徑流量納入項(xiàng)目區(qū)徑流總量。各用地的徑流系數(shù)等設(shè)計(jì)參數(shù)可參考《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）》和《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50014）中的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

3.雨水管道建設(shè)情況分析

雨污管道尤其是雨水管道建設(shè)情況是海綿城市設(shè)計(jì)的重要參考依據(jù)。雨水管道分析應(yīng)對(duì)項(xiàng)目區(qū)外的市政雨水管建設(shè)和規(guī)劃情況進(jìn)行分析，新建居住小區(qū)內(nèi)部盡量采用雨污分流制建設(shè)，內(nèi)部雨水管道應(yīng)接入市政雨水管。對(duì)已開展小區(qū)內(nèi)部雨水管設(shè)計(jì)或建設(shè)的，應(yīng)獲取雨水管設(shè)計(jì)資料，這是確保低影響開發(fā)設(shè)施溢流口設(shè)計(jì)與內(nèi)部雨水管重力接駁的重要依據(jù)。

（二）確定項(xiàng)目區(qū)的設(shè)計(jì)目標(biāo)

新建居住區(qū)海綿城市設(shè)計(jì)目標(biāo)一般包括年徑流總量控制率、年徑流污染控制率、雨水資源化利用率等指標(biāo)。多數(shù)城市將年徑流總量控制率、年徑流污染控制率等作為強(qiáng)制性指標(biāo)，設(shè)計(jì)中應(yīng)優(yōu)先保證，其他為引導(dǎo)性指標(biāo)，可根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)調(diào)整。建設(shè)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)指標(biāo)一般可從項(xiàng)目所在行政區(qū)海綿城市專項(xiàng)規(guī)劃、詳細(xì)規(guī)劃、海綿城市系統(tǒng)化方案中獲取，按照規(guī)劃對(duì)不同用地或各地塊的控制指標(biāo)獲取。對(duì)于海綿城市建設(shè)較為成熟地區(qū)如國(guó)家海綿城市試點(diǎn)城市，已將年徑流總量控制率等海綿城市建設(shè)指標(biāo)納入“兩證一書”等行政許可發(fā)放環(huán)節(jié)，因此可直接從項(xiàng)目建設(shè)規(guī)劃許可用地條件中獲取。

（三）制定設(shè)計(jì)方案

新建居住區(qū)海綿城市設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)地上和地下、灰色和綠色、景觀和功能的有機(jī)融合，排水和景觀設(shè)計(jì)專業(yè)應(yīng)同步開展，充分溝通銜接。排水設(shè)計(jì)重點(diǎn)突出對(duì)排水組織和設(shè)施規(guī)模的確定，景觀設(shè)計(jì)重點(diǎn)突出對(duì)各類設(shè)施豎向設(shè)計(jì)的優(yōu)化調(diào)整和植物優(yōu)化配置。

1.劃定排水分區(qū)并核算調(diào)蓄容積

以現(xiàn)狀地形為基礎(chǔ)，考慮建筑排水組織，劃定排水分區(qū)，并可采用容積法或 SWMM 模型核算徑流總量，即為設(shè)施的總調(diào)蓄容積，作為各類設(shè)施規(guī)模的確定的依據(jù)。對(duì)照當(dāng)?shù)啬陱搅骺偭靠刂坡逝c設(shè)計(jì)降雨關(guān)系圖表確定對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)降雨量，簡(jiǎn)單的可采用容積法公計(jì)算設(shè)計(jì)徑流量。

各排水分區(qū)內(nèi)通過合理的豎向設(shè)計(jì)將雨水引入低處的 LID 設(shè)施，分區(qū)間通過雨水傳輸設(shè)施（植草溝 / 排水淺溝、連接管等）進(jìn)行雨水的傳輸，排放至低處分區(qū)LID 設(shè)施內(nèi)，最終溢流至外部的市政管道。徑流總量（容積法）計(jì)算公式：W=10Ψzc Iy F （1）

式中 W——徑流總量（m3）；——雨量綜合徑流系數(shù)；Ψzc——設(shè)計(jì)降雨量（mm）；F ——匯水面積（hm2）

2.合理設(shè)計(jì)保障雨水組織排放

雨水組織排放主要通過合理的豎向設(shè)計(jì)和轉(zhuǎn)輸設(shè)施來實(shí)現(xiàn)。豎向設(shè)計(jì)主要包括：①結(jié)合現(xiàn)狀豎向條件，盡量遵循自然排水路徑將地面、綠地、屋面的雨水徑流自流進(jìn)入植草溝、雨水花園、生物滯留設(shè)施等LID設(shè)施；②對(duì)LID設(shè)施進(jìn)行豎向設(shè)計(jì)，既要滿足各自的調(diào)蓄容積要求還要滿足設(shè)施間有組織自流；③對(duì)沒有排水通道或排水通道能力不滿足超標(biāo)準(zhǔn)（超設(shè)計(jì)降雨量）雨水的 LID 設(shè)施應(yīng)設(shè)置溢流口，溢流口的豎向應(yīng)在 LID 設(shè)施有效調(diào)蓄高度以上，超過滯留能力的溢流至雨水管，碎石蓄水層中設(shè)置導(dǎo)流管盲管，盲管接入溢流口就近與雨水井連接。

3.景觀優(yōu)化設(shè)計(jì)

景觀設(shè)計(jì)重點(diǎn)是對(duì)地下景觀效果進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，對(duì)設(shè)施空間布局、植物配置和豎向設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化：結(jié)合景觀設(shè)計(jì)需求，對(duì)各類 LID 設(shè)施初步布局和豎向設(shè)計(jì)進(jìn)一步優(yōu)化和深化設(shè)計(jì)，對(duì)各類設(shè)施的植物優(yōu)化配置達(dá)到良好的景觀效果。景觀設(shè)計(jì)應(yīng)充分結(jié)合豎向設(shè)計(jì)將喬木設(shè)置在高處，避開處于低處的LID設(shè)施。LID設(shè)施區(qū)域應(yīng)加強(qiáng)其植物選擇和優(yōu)化配置，保證在雨期和旱期都有較好的景觀效果，優(yōu)先選擇對(duì)污染物有一定吸附功能的耐旱耐淹的草本植物，搭配淺水區(qū)域的灌木設(shè)計(jì)，打造植物的層次，改變給排水專業(yè)設(shè)計(jì)景觀單調(diào)、美觀性不足等缺點(diǎn)。

（四）評(píng)估核算目標(biāo)可達(dá)性

對(duì)設(shè)計(jì)前后下墊面情況、排水系統(tǒng)、LID 設(shè)施等數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)的量化評(píng)估，推薦數(shù)學(xué)模型軟件 SWMM 模型，對(duì)方案進(jìn)行目標(biāo)可達(dá)性分析和建設(shè)效果評(píng)估。如受專業(yè)限制不便搭建模型的，可參考《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）》容積法公式確定徑流總量控制率，并參考各設(shè)施對(duì)污染的削減情況，加權(quán)平均確定綜合徑流污染控制率。對(duì)不滿足工程目標(biāo)要求的設(shè)計(jì)方案不斷優(yōu)化調(diào)整，反復(fù)模型校核，進(jìn)而確定海綿城市建設(shè)最佳方案。

結(jié)束語

對(duì)海綿城市源頭減排類項(xiàng)目中新建居住區(qū)海綿城市方案設(shè)計(jì)全流程要點(diǎn)和重點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)闡述，重點(diǎn)對(duì)資料和數(shù)據(jù)的獲取和分析、設(shè)計(jì)目標(biāo)的確定方法和要求、方案設(shè)計(jì)的要點(diǎn)和重點(diǎn)、目標(biāo)可達(dá)性分析等內(nèi)容進(jìn)行了詳細(xì)分析。為源頭減排類新建居住區(qū)海綿城市方案設(shè)計(jì)提供了明確的技術(shù)路線，實(shí)現(xiàn)灰綠有機(jī)結(jié)合，地上與地下有機(jī)結(jié)合，既滿足海綿城市的建設(shè)功能要求，又要注重景觀設(shè)計(jì)效果，達(dá)到功能和美觀并重的目的。