海綿城市下的高校 “海綿校園”建設

李力，丁琨，范卓越

(安徽建筑大學環境與能源工程學院，安徽 合肥 230061)

張建坤

(安徽華盛國際建筑設計工程咨詢有限公司，安徽 合肥 230061)

海綿城市下的高校 “海綿校園”建設

李力，丁琨，范卓越

(安徽建筑大學環境與能源工程學院，安徽 合肥 230061)

張建坤

(安徽華盛國際建筑設計工程咨詢有限公司，安徽 合肥 230061)

基于傳統校園建設存在因雨水徑流總量變化而引發的內澇問題，按照低影響開發理念，建設“海綿校園”的構想，闡述了海綿校園對城市化和生態環境的影響。根據《海綿城市建設技術指南——低影響開發雨水系統構建(試行)》的年徑流總量控制率分區，統計分析各區內的代表高校，論述建設海綿校園的必要性。以安徽省合肥市某高校為例，在校園建設現狀的基礎上，采用低影響開發措施，提高年徑流總量控制率，降低徑流污染，并結合綠色評價量化標準進行海綿校園改造設計，有效解決了校園內雨水資源利用、排水防澇、景觀綠化和可持續發展等問題，具有良好的經濟效益和社會效益，為相關高校 “海綿校園”建設提供參考。

高校；海綿城市；校園建設；綠色評價

高校是人才培養和科學研究的重要場所，隨著經濟社會的快速發展，高等教育供給側結構改革不斷深入，招生規模日益擴大，不少高校校園基礎設施建設卻嚴重滯后，經常出現“非旱即澇”現象，甚至產生“校園看海”奇觀，嚴重干擾了正常教學秩序[1]。原因雖然是多方面的，但主要還是規劃設計理念落后，如對校舍前后、道路、廣場、活動場所等地面盲目硬化，大范圍使用不透水性材料，從而改變了校園原有生態環境和水文特征。鑒于我國高校校園建設現狀和對城市生態環境的影響，筆者提出按照低影響開發理念建設“海綿校園”，統計分析海綿校園建設的必要性。并以安徽省合肥市某高校為例，結合《綠色建筑評價標準》(GB/T 50384-2014)中“節地與室外環境”和“節水與水資源利用”的相關量化指標，提出校園改造設計要點，合理規劃地表與屋面雨水徑流，提高場地內年徑流總量控制率，增加非傳統水資源利用率，綜合解決校園內水資源、水生態、水環境等問題，為相關高校建設“海綿校園”提供借鑒。

1 高校與城市的關系

1.1高校校園對城市化的影響

高校和城市都是人類不斷發展的文明產物，高校的產生遠沒有城市歷史悠久，高校發展往往是城市發展的縮影。因此高校往往集中于發展速度相對較快的大中城市。高校一般具有占地面積大、產業關聯度高、社會影響力大等特點。高校建設會將周邊非城市建設用地轉化為城市建設用地，其周邊休閑娛樂、餐飲、居宅、交通等促進城市化發展[2]。城市和高校的關系不僅僅只是整體和個體的包含關系，更重要的是相輔相成，相互促進，聯動發展的關系。

1.2高校校園對生態環境的影響

高校校園與城市存在密切的空間關系，城市環境質量直接影響校園環境生態。校園綠地可以降低城市噪音，提高空氣質量。中心城區建筑密度大，擴建受限，近年來，很多高校為了發展，紛紛到城市新區或市郊征地，建設新校區，明顯改變了原有的生態系統[3,4]。高校校園建設帶動了商業，娛樂業、醫療衛生等相關產業的快速發展，短時間內形成的生態空間穩定性差[4]。

表1 高校建設概況

高校校園建設用地面積較大，既有良田，也有荒地，還可能有山地和池塘、湖泊等，這些地域可以進行生態恢復建設，主要是對受到破壞的水體、山體以及富有重要意義的生態區域進行逐漸修復。如2003年，華中農業大學在校內實施生態修復計劃，減少對湖泊水體污染物的排放，沿湖濕地禁止規劃建筑，拆除位于生態廊道范圍內的建筑物，改善了校內環境，進而改善了城市生態[4]。

1.3“海綿校園”對“海綿城市”的影響

在《海綿城市建設技術指南》中，將我國大陸地區年徑流總量控制率分為5個區，通過搜集整理相關資料，做出了區域、城市、高校及其建設面積的統計如表1所示。

由表1可知，在表1中所列的30所高校中，面積超過4000畝的有15所，面積在2000～4000畝的14所，面積在1000～2000畝的有1所，最小面積1531畝，最大面積13500畝，平均占地3479畝(約233×104m2)。

當單位面積達到有效的調蓄容積時可實現年徑流總量控制指標[5]，高校校園的占地面積較大，調蓄容量可觀，對建設“海綿城市”的影響力不容忽視。徑流控制模式包括2種，一種是場地內控制，一種是場地外控制[5]。實現“海綿城市”的控制目標需要通過這2種控制共同實現，建設“海綿校園”相當于場地內控制，是建設“海綿城市”密不可分的一部分。

2 “海綿校園”建設——以合肥某高校為例

2.1學校概況

合肥市屬于濕潤多雨帶，氣候溫和，多年平均降雨量為971.3mm, 多年平均蒸發量為812.7mm[6]。2mm以上降雨量占總降雨的比例為96.6%，一年一遇的日最大降雨量為45.3mm，2年一遇的日最大降雨量為82.1mm[7]。降水量和蒸發量季節性變化大，主要集中在夏季,冬季較少。

設計中的高校位于安徽省合肥市，校園規劃占地面積800畝，其校園規劃圖如圖1所示，校園內包括教學、辦公、學生宿舍等樓宇、廣場、綠地、運動場、水體、道路及硬質鋪裝。按照《海綿城市建設技術指南》中不同下墊面雨量徑流系數，采用加權法計算綜合徑流系數,校園規劃面積及徑流系數統計如表2所示。

圖1 合肥某高校規劃圖

規劃用地面積/m2徑流系數屋面宿舍樓/辦公樓313810.8實驗樓/教學樓332040.8廣場普通硬質廣場809890.5下沉式廣場116870.5道路人行道212500.4車行道525000.8活動場所529760.8綠地1846740.15水體646721綜合雨量徑流系數0.53

2.2在綠色評價標準下的海綿校園設計

2.2.1設計要點

1)按照低影響開發理念，結合自然與人文環境及現狀實際，在條件允許的情況下，將已建成的教學樓、實驗樓、辦公樓、食堂、學生宿舍等建筑物改造成綠色屋頂，新建的一律建成綠色屋頂(見圖2)。

2)校園內優先考慮雨落管斷接方式，將普通屋面和綠色屋面的雨水收集回收利用，同時考慮將硬化地面雨水引入周邊綠地下滲。

3)將教學樓北面綠地改造成下沉式綠地(見圖3)。

4)將機電樓南面池塘改造成生態塘。

5)人行道改造為透水鋪裝，新建機動車道建成透水瀝青路面(見圖4)。

6)辦公樓、教學樓、圖書館、食堂前的普通廣場改造為透水鋪裝(見圖5)。

7)校園內100畝左右的水體(易海)內構建豐富的水生植物(荷花和茭白等經濟作物和水生動物系統,并作為調蓄水體充分利用。沿岸淺水區修建防腐濱水木棧道，并加固生態護坡。

8)除特殊情況外，一律不新建硬化地面，原有硬化地面逐漸改造成透水鋪裝。

校園部分改造前后效果圖如圖2～6所示。

圖2 綠色屋頂結構層大樣圖 圖3 下沉式綠地結構層大樣圖

圖4 人行道透水鋪裝結構層大樣圖 圖5 教學、辦公等樓前透水鋪裝結構層大樣圖

2.2.2技術措施

目前公共建筑采用海綿技術，沒有具體的量化指標，因此根據《綠色建筑評價標準》(GB/T50378—2014)中的“節地與室外環境”和“節水與水資源利用”等量化指標，并結合校園現狀進行設計[8]。有關研究表明，屋頂綠化截留吸收部分天然雨水，減少徑流量，通過植物以及土壤中微生物的作用降解污染物濃度，杜絕瀝青材料對徑流雨水的二次污染[9]。在實驗樓與教學樓建設綠色屋頂，收集校園屋面雨水，經雨水地埋式一體化處理設施處理后用于綠化澆灑，道路沖洗和水體補水。學校南大門左側綠地附近有2450m3水體，可改造成生態塘。

綜合改造后，下凹式綠地的面積和水體面積占校園綠地面積的60%，下凹式綠地面積為43682m2，硬質鋪裝中透水鋪裝面積占70%，人行道及廣場中的透水面積為79748m2。年徑流總量控制率達55%，綠色建筑標準下的海綿校園建設設施面積及徑流系數統計如表3所示。

表3 綠色建筑標準下的海綿校園建設設施面積及徑流系數統計

2.3海綿校園非傳統水資源收集利用

海綿校園將雨水視為寶貴資源，灰綠建筑結合，優化原始校園規劃，充分利用雨水資源。

屋面雨水與地面雨水污染程度不同，降落在屋面(綠色屋面和普通屋面)的雨水可通過雨落管斷接方式收集，經地埋式一體化設備處理后用于景觀綠化、道路澆灑、易海補水等，當旱季水量不能滿足要求時，采用市政管網水補充。降落在地面或道路的初期雨水污染較嚴重，通過初期雨水棄流裝置將前期雨水匯入市政污水管網，后期雨水利用滲透鋪裝、低勢綠地、生態塘等設施進行凈化、消納，多余部分排入市政雨水管網。海綿校園非傳統水源回用流程圖如圖7所示。

圖7 海綿校園非傳統水源回用流程圖

2.3.1用水量計算

設計景觀按照冷季型設計，根據《民用建筑節水設計標準》(GB50555-2010)和《雨水綜合利用》國家建筑標準設計圖集(10SS705)，綠化澆灑用水定額一級養護取0.5m3/(m2·a)，道路沖洗用水定額取0.5L/(m2·次)，年澆灑次數按照30次計。合肥的土壤地層多為粉質黏土，滲透系數取5×10-8m/s。雨水處理裝置自用水量按日處理水量的5%，未預見用水量按平均日用水量的10%，日變化系數取1.4[7,10,11]。

表4 雨水用水量一覽表

雨水用水量如表4所示，由表4可知，平均日用水總量為855.74m3，最高日用水量為1198m3。根據《海綿城市建設技術指南》和《雨水綜合利用》(10SS705)，雨水收集回用系統中包含硬質屋面的雨水收集，重現期取2a。合肥市一年重現期最大日降雨量為45.3mm，兩年重現期最大日降雨量為82.1mm。普通屋面雨水徑流系數取0.8，綠色屋面雨水徑流系數取0.3，可回收的降雨量系數取0.7[12,13]。

2.3.2設施規模配置

日雨水徑流量Wd：

Wd=0.7×10×ψc×ha×F

(1)

式中，Wd為日雨水徑流量，m3；ψc為雨水徑流系數；ha為重現期內最大日降雨量，mm；F為匯水面積，hm2。

Wd=0.7×10×(0.8×82.1×3.1381+0.3×45.3×3.3204)=1758.64m3

(2)

考慮2mm初期徑流雨水棄流，則棄流雨水量Wq為：

Wq=10×2×(3.1381+3.3204)=129.17m3

(3)

雨水可利用量W:

W=Wd-Wq=1629.47m3

(4)

收集回用設施的供水能力配置必須滿足:

∑qinit>W

(5)

式中，q為用水定額；n為用水數量；t為用水時間，一般取3d。計算得:

3×1198m3=3549m3>W

雨水收集地埋式一體化設備如下:設備每日工作20h，處理能力Qy=1198/20=59.9(m3/h)，選取4臺設備,Q=20 m3/h，3用1備。

2.4效益分析

2.4.1社會效益

基于低影響開發理念，建設海綿校園充分利用雨水資源，確保校園雨澇調蓄正常，適應環境變化、應對自然災害。同時對于改善教學、生活環境，營造良好育人氛圍，提高節水環保意識,促進和諧發展等具有重要意義。

2.4.2經濟效益

根據《海綿城市建設技術指南》，參考北京地區低影響開發設施單價和市場上雨水收集地埋式一體化設備單價，總投資1111.02萬元，工程成本如表5所示。

表5 海綿校園低影響開發設施及設備造價表

合肥市水價為2.31元/m3，年雨水水源利用437270m3，可節約2.31×437270≈101萬元。據分析，為減輕污染每投入1元可減少環境損失為3元，即投入產出比1∶3[6]。國家環境保護部《排污費征收標準管理辦法》規定：污水排污費按排污者排放污染物的種類、數量以污染當量計征，每一污染當量征收標準為0.7元。城市管網中每立方米的運行費用為0.08元[7]，故減少的環境損失費為30.6萬元，管網運行費為3.5萬元，雨水利用的年總效益為135.1萬元，靜態投資回收期8.22年。

3 結語

目前，國內學者在低影響開發理念指導下建設海綿校園提出過景觀和規劃設計思路，但較少涉及對海綿校園建設的必要性分析以及在具體量化指標下如何進行海綿校園設計。海綿校園建設是一項系統工程，應在城市總體規劃的指導下，不斷優化校園建設方案。對于老舊校園應堅持以問題為導向，對于新建校園應堅持以目標為導向，科學合理建設海綿校園。當地建設、規劃、環保、水利等有關部門應出臺相應政策措施或激勵機制，加大校園建設資金投入，確保海綿校園順利建設。

[1]朱玉成.政府職能轉變視角下的高等教育供給側改革[J].高等教育研究，2016，37(8)：16～21.

[2] 劉寧.大學園區對城市發展的影響研究[D]. 上海：華東師范大學，2014.

[3] 涂慧君. 理水“納百川”生態“參天地”——景觀生態學運用于大學校園規劃設計的思考[J]. 城市建筑，2012 (2)：36～39.

[4] 楊子君.大學校園規劃與城市規劃的協調發展[D]. 北京：北京林業大學，2005.

[5] 王文亮，李俊奇，車伍，等.海綿城市建設指南解讀之城市徑流總量控制指標[J].中國給水排水，2015，31(8)：18～23.

[6] 王彩娟.合肥市建筑與小區雨水及中水利用研究[D]. 合肥：合肥工業大學,2010.

[7] GB50555—2010，民用建筑節水設計標準 [S].

[8] GB/T50378—2014，綠色建筑評價標準 [S].

[9]段丙政,趙建偉,高勇,等.綠色屋頂對屋面徑流污染的控制效應[J].環境科學與技術,2013,36(9):57～59.

[10] GB50031—2006，室外給水設計規范 [S].

[11]海綿城市建設技術指南——低影響開發雨水系統構建(試行)[Z].住房城鄉建設部，2014.

[12] 10SS705，雨水綜合利用 [S].

[編輯] 計飛翔

TU991.33

A

1673-1409(2017)17-0032-07

2017-06-04

國家科技重大水專項(2014ZX07303-003-09)；安徽省教育廳自然科學基金資助項目(KJ2011z059)。

李力 (1993-)，女，碩士生，現主要從事城市給水排水工程方面的研究工作。

丁琨 (1968-)，男，碩士，副教授，現主要從事城市給水排水工程方面的教學與研究工作，874408959@qq.com。

[引著格式]李力，丁琨，范卓越，等.海綿城市下的高校 “海綿校園”建設[J].長江大學學報(自科版), 2017,14(17):32～38.