智慧海綿校園建設探討

侯鵬 董彬 周宇洋 蔣萌 尉海東

摘 要：該文將海綿校園與智慧化建設相融合，分析了智慧海綿校園建設的特點和功能，并以臨沂大學為例，就智慧海綿校園建設提出了建議，以期為建立集互聯網、海綿系統和雨洪管理于一體的高效智慧海綿校園提供參考。

關鍵詞：海綿校園;智慧化;雨水管控

中圖分類號 TU992.01 文獻標識碼 A文章編號 1007-7731（2018）24-0127-3

隨著海綿城市如火如荼地建設，“海綿化”的理念早已引入校園，并在積極的規劃建設中。海綿校園與海綿城市的理念相近，出發點都是為了增強區域的蓄排水能力，解決內澇和缺水問題，打造像“海綿”一樣，下雨時吸水、蓄水、滲水、凈水，需要時再將蓄存的水釋放出來。而這種海綿系統并不是牢不可破的，在校園的不斷整改當中，很多地方的下墊面布局會被改變，因而，不變的海綿系統漸漸已不能適應變化的下墊面布局構造，而且只能被動的應對雨水積存與排放問題，沒有準確的數據進行分析，不能實時掌握實際的降水與排水情況。在一個偌大的校園特別是大學，有著多個海綿子系統，且互相間缺乏聯系，亟需在其發揮關鍵作用時進行統一的調控和管理。伴隨著互聯網的普及，以海綿化為基礎、以物聯網為主導的“智慧海綿”的呼聲漸漸多起來，并率先用于一二線城市的規劃建設當中。將“智慧化”理念引入到海綿校園中是否可行，還有待進一步的研究。

1 智慧海綿校園的構思

智慧海綿校園的立足點是海綿系統，它的智慧之處在于通過物聯網、云計算、大數據等信息技術，把各式各樣分散的綠色設施、海綿設施和校園協同起來[1]，從而實現校園管理的智慧化與高效化。在海綿校園的運轉中加入眾多智能系統：包括專業的監控設備，4G、光纖、GPRS等多種通信方式針對水位越線的實時預警系統以及監控中心平臺的無縫式信息對接。

首先，把眾多孤立的海綿系統連接起來，建立一個數字化的校園監控中心。通過在雨水調節的重要地點，例如校園公路、主要建筑物附近以及校內河流湖泊斷面建立雨水傳感器和監控系統，用實際監測數據來檢驗海綿校園的成果。不僅在網絡中聯通各個系統，在實際中也盡可能打通主要系統之間的排水聯系，對眾多海綿系統進行等級劃分，針對一些地區由于積水嚴重導致的局部系統飽和而其他系統尚未發揮作用的情況，通過主要系統與子系統的連通調節以及主要系統之間的調節進行整體性的雨水管控。例如，在校園內可將河流、人工湖作為一級海綿系統盡可能將河湖由點狀或線狀連接起來，在雨水集中時期可將積水處的排水更多地向河湖當中匯集，也讓河湖水流動起來，實現校內水源的循環，解決局部洪澇問題。其次，針對學校內景觀和地形的差異性，收集校園區域的地形圖、建筑布局圖、下水管道系統分布圖、地區氣候資料與水文特征資料等，進行計算及分析;利用ArcGIS對各要素進行空間疊加分析，對校內的建筑、道路、水體、草地等不同的下墊面進行賦值，通過分析結果因地制宜，提出針對性的改造規劃。對于規劃建設方案進行模型模擬，優化設備組合、規模和平面布局[2];最后，針對校園內局部改造區的蓄排水狀況，跟進海綿系統的建設，進行及時的數據收集與建議分析。

在智慧海綿校園中，監測與管控是一項非常重要的一步，它包含了眾多的功能：（1）雨量監測：監測校園內降水，第一時間為海綿校園的效能分析提供準確參數。（2）排水設施監測：這是應用最廣的監測領域。在易積水的地區設立積水監測點，在排水口處設立排水量檢測裝置，二者協調分析，為分析排水能力和排水管網規劃提供參考。（3）海綿體監測：對人工湖、景觀河和蓄水池等重要海綿體進行監測，掌握雨水積蓄情況和海綿系統的效能。

總的來說，智慧海綿校園是立足于海綿校園基礎之上，加裝智能監控系統以及局部自動調節控制系統，變多個單一為整體，建立監控中心，融入網絡與電子設備進行監測與分析，進行實時監測與研究對策。它順應時代趨勢，采取智能化和網絡化監管，為師生的學習生活提供實實在在的保障。針對近些年來由于極端氣候引起的短時強降雨的增加，智慧海綿校園的發展會更加迅速。

2 智慧海綿校園的簡要設計

對于海綿校園在各方面的規劃措施可以基本遵循，但出于建立一個綜合系統和建設監測設施的考慮，還需對一些規劃建設稍加改進。在校園，占地面積最大的是教學樓和宿舍樓，改造成本相對較低，且師生日常生活路線多為“教學樓-宿舍樓-餐廳”3點1線。在規劃中以此為中心進行設計改造，首先建立一個綜合監測系統，在3點1線的主要易積水地點設立監測站點，進行數據收集與分析，檢驗蓄排水能力。

2.1 道路規劃 利用海綿城市中常用的建筑材料，加大對透水瀝青混凝土的使用，同時集中主要排水設施，確保主路排水順暢。針對局部積水量大的支路，在路旁建設下沉式綠地或蓄水池，緩解下水口的排水壓力。同時在支路排水口附近安裝水位傳感器與電子監控設備，在雨天隨時收集數據，計算支路的積水情況與排水能力。在人行道上，多采用透水磚或間隙磚鋪裝，使地表水能被快速吸收和下滲。或在支路以及人行道兩側多設置下沉式綠地，或酌情增加植草溝，有效吸收多余的降水。在綠地中建立小型蓄水池和噴灌裝置，在雨天吸收多余水，晴天時定時開啟噴灌裝置，為植被生長提供雨水灌溉。

2.2 建筑設計 利用海綿城市中的屋頂設計，采用綠色屋頂與斜面集水裝置相結合，并將樓頂排水管與樓下的綠化帶相連，將綠化帶植被改造為雨水濕地，對雨水進行二次吸收。在建筑樓周圍可建設大小不等的多個蓄水池，并安裝水位自動控制設備，雨天時吸納水，晴天用于綠地澆灌。可以考慮適當在樓群之間開挖人工湖并加以綠化，將部分雨水排水設施與湖區相連，在保證海綿效果的同時，又不失美感。

2.3 操場和綠地規劃 操場是師生生活的重要部分，其一般主要是由塑膠跑道和足球草坪組成。塑膠跑道不利于雨水下滲，多采用滲水井進行排水，但排水效果有限，而中央的草坪則可以很好的分擔排水壓力，并且由于草坪植被需水量大，蓄水池就顯得十分重要。在操場周邊以及草坪地下建立蓄水池，并將草坪地下改裝為下滲構造。為了增加草坪的下滲能力，采用弧形微地形的設計方式，使草坪微崎嶇化，以此增加下滲面積。將草坪下以及四周的蓄水池連通，安裝自動監測以及澆灌設備，利用多余的雨水進行灌溉，最大限度地發揮綠地草坪的治水功效。

2.4 河湖布局 將成點狀或線狀的河流湖泊盡可能連通起來，使水“活動”起來。以校園原有景觀為基礎，將護校河與各種景觀水塘打通，使水循環流動起來[3]。 這樣既能保證水質，又能使不同地區的河湖相互協調，避免局部地區水位過高或過低，保證每個地區充分發揮海綿效果。將排水設施連接到河湖中，發揮削峰補枯的效果。同時在河流或者湖泊附近安裝水位傳感器與監測系統，監控和調節水位的平衡。

2.5 景觀設計 考慮到樹林、草地、花園在校園中的環境美感作用、公共空間作用和雨水管控作用，且校園的綠地面積要大于城市，因此在智慧海綿校園建設中充分利用植草溝、濕地花園、下沉式綠地以及生物滯留地，重視樹林涵養水源與增加下滲的強大功能。同時，考慮到植被需水量的問題，增加人工蓄水量并充分利用。使此類要素既能呈面狀或塊狀分散于建筑、道路、廣場與操場周圍，在景觀和功能上相互結合，又能結合不同區域的雨水管控條件，安裝監控設備對雨水進行合理地存蓄與釋放。

以“3點1線”的生活地區為中心展開工作的同時，仍需看到積水嚴重、位置偏僻的支路小道依然是海綿校園治理的一個難題，需要依托更加有力的排水手段與監控系統進行信息收集，合理進行雨水管控。另外，由于校園中的綠化面積和河湖面積比重比城市要高得多，在蓄水與排水條件上有明顯優勢，而眾多植被的需水量也會對校園蓄水能力提出更高的要求。在校園內每段時間都會進行不時地地表環境改造，由此對局部地區的海綿系統也有了一定的影響。因此，應通過完善監控系統，分析智慧海綿校園監控中心提供的數據變化，進行后期跟隨性的完善和改進。

由于智慧海綿校園落到建設中要考慮諸多的的現實因素，例如地形、氣象狀況、校園內各要素的布局構造、建設難度與資金等許多因素，因此以上的構思與建議大多在理論設計方面，再具體到應用中需要靈活地變通，結合實際，方能發揮智慧海綿校園的最佳效果。但隨著今后海綿設施的越來越多，其信息化、數字化形成的數據量是相當巨大的，只有通過智慧化系統才能實現對大數據的有效處理[4]，從而正確分析，提供合理對策。因此，海綿校園的智慧化會是一個必然趨勢。

3 臨沂大學智慧海綿校園建設的探討

臨沂大學坐落于山東省東南部臨沂市，由于季風氣候典型，夏秋時節多集中性強降雨，導致校內多處出現積水內澇，影響師生正常生活。近些年來臨沂市正在籌劃海綿城市建設，臨沂大學作為推進區也開始進行籌劃改造，但由于校區面積大，且局部性的建設和改造不斷，各供排水系統能力有限且缺乏相互協調，治理難度大，因此升級傳統校區，加強智慧海綿校園建設成為一項急需的工作。

臨沂大學主校區大致分為第1、第2生活區、中央綠地、教學區與教學實驗區幾個部分。其中中央綠地面積大，綠化率整體較高，但是過于集中。而且主要建筑物四周的綠化帶吸水性較差，局部地方非但不能儲水且易積水。在道路排水上，排水井密度為7.0～8.3m/個，餐廳和生活區排水井密度較大，并且出現多個面積較大的排水溝，教學辦公區周圍排水井密度最小。但一些支路積水嚴重，且主干路排水口已被雜物堵住，排水能力低，每逢大雨必積水，人行道缺乏透水磚，下滲力差，并且缺乏積水監測系統。在蓄水能力方面，綠地植被多為普通植被，截流蓄水能力不足，缺乏相應的蓄水池和溝渠;蓄水大部分依靠內部的河流與羲之湖等分散的人工湖泊。綠化帶的灌溉大部分依靠外部水源。水資源存儲利用率差，沒有形成完整的雨水循環系統與雨洪管理系統。

針對當前問題，首先需要的是在大學里建立完整的海綿系統。改進主要建筑物的樓頂排水，建立空中花園，學校綠地要與建筑緊密結合，以建筑為單元形成斑塊化布局形態。在樓下綠化帶采取種植濕地植被與下沉式綠地、生物滯留地相結合，并在綠地修建適量的小型蓄水池，發揮“海綿功能”;在易積水的支路四周建立下沉式綠地和小型蓄水池，并增加排水口;將無法下滲的雨水盡量滯留在雨水花園、生物滯留地、下沉式綠地等低影響開發措施中[5]，做到截流與優化水質的雙重功效;針對主路突出的問題要拓寬下水管道，連通校內的河流與人工湖，加強排水能力;面對學校內分散的河湖要盡可能連通一起，形成完整的水循環系統。在提升水質、美化環境的同時，又能充分發揮海綿體的作用。

建設智慧海綿校園的另一項重要任務是建設智能化、網絡化的高效監控系統[6]。首先，建立起一個綜合的校園雨水監控中心，承擔起收集與分析監測數據、調控蓄水和排水、提供海綿項目建設參考與建議的重任。針對偌大的校園，在不同的片區設立分控點，保證全面監控。其次，在易積水的主路尤其是建筑物之間的支路建立觸點式雨水檢測系統，在雨天將實時的積水數據上傳至監控中心，分析數據并尋找相應的解決措施;要將綠地蓄水池充分利用起來，安裝深度檢測與自動噴灌裝置，充分利用雨水;針對臨沂大學內不斷進行的改造建設，要同步推進海綿項目與智慧系統的安置，將更多的地方納入雨水監測中心控制范圍，從而掌握臨沂大學的綜合排水與蓄水能力，對癥下藥，才能建立起完整的智慧海綿校園，從而保障師生的正常學習與生活。

4 結語

綜上，將傳統的校園在海綿化建設中融入智慧化、網絡化建設，不失為一項創新。雖然作為一項新生事物，它的運行與發展面臨著很多風險與困難，但是它順應了時代趨勢，充分利用了互聯網時代下提供的信息便捷性建設智慧海綿校園，實現了對學校海綿系統的綜合管控與調節，有利于更加快捷、高效的解決多雜亂的校園給排水問題，實現了對有限水資源的充分利用，這不僅為校園建設提供了智慧，也為城市的智慧海綿建設和應對可能面臨的水危機提供了新的方向。

參考文獻

[1]李運杰，張弛，冷祥陽，等.智慧化海綿城市的探討與展望[J].南水北調與水利科技，2016，14（01）：161-164.

[2]應驗，劉紅波.協同性與智慧化：海綿城市建設的路徑選擇——基于深圳的實踐[J].城市建筑，2017，27：49-52.

[3]劉勝雪，尉海東，董彬.“海綿校園”建設研究——以臨沂大學為例[J].綠色科技，2018，8：156-158.

[4]董金凱，孟青亮，馮力文.智慧海綿系統的總體架構與關鍵技術初探[J].智能城市，2017，3（12）：19-21.

[5]胡穎.基于低影響開發理念的海綿校園建設方案研究——以江蘇城鄉建設職業學院海綿城市示范項目為例[J].節水灌溉，2016，12：112-115.

[6]張金.智慧海綿在城市建設中的應用[J].智能城市，2017，3（4）：90.

（責編：張宏民）