LID技術在綠色建筑材料管理過程中的應用研究

王 華，張 成

（1楊凌職業技術學院 建筑工程分院，陜西楊凌 712100；2西安市市容環境服務中心，陜西西安710000）

現階段城市化是導致水文循環改變的重要影響因素，過度城市化會導致城市的不透水面積持續增加。降雨頻發時，地表徑流導致地下水的面積持續增加[1-2]，同時地表徑流量也持續上升，造成城市內澇。

目前，我國選取以下幾種方式解決城市水循環問題，主要包括人工給水、排水等。通過以上方式代替自然水體下滲以及坡度自然徑流等，但是以上方式會導致水體環境中滯緩效應增加，并且縮短了城市水體之間的匯流空間。傳統的排水系統存在一定的弊端，同時具有超強的自我調節能力。目前，組建一種符合建筑需求的雨水收集系統[3-4]，是城市綠色建筑設計的必要需求。低影響開發（LID）主要是選取小型、布置分散的雨水控制技術，對城市內的雨水以及地表徑流進行控制以及管理，有效促進城市內部的自然水文循環。

本文重點結合LID技術對綠色建筑材料管理展開研究，研究結果能夠為我國后續的發展奠定堅實的基礎，同時提供對應的理論支持。

1 方法

1.1 綠色建筑場地LID措施特征

低影響開發（LID）主要是以場地自然水文條件以及雨水自然循環過程為依據，利用源頭一系列分散的小型技術設施組建一個綠色的植物雨水管理系統，最終達到對開發場降水量以及雨水水質的管理。

LID技術主要包含兩種不同的結構，分別為：（1）非結構性措施；（2）結構性措施。

后者主要是一系列用于雨洪管理的技術設施；前者則是包含政策措施以及場地規劃措施，將場景、建筑、綠地等進行合理的規劃以及布局。

LID不同于傳統的雨水處理模式，它主要選用性價比高，且規模較小的景觀雨水管理方法。LID的設計理念主要是在生態學的基礎上對場地進行規劃設計，具體包含以下幾種方式：（1）模擬自然水文過程；（2）分散式控制；（3）整合非結構性系統；（4）源頭控制；（5）技術設施結合景觀。

其中LID技術主要包含以下幾方面優勢：

（1）高彈性

LID技術使用范圍較廣，任何類型的景觀形式都能夠不同程度地進行改造，并且被LID技術所應用。在降雨事件的規模上，LID技術不僅對較小規模的降雨事件存在較好的利益，同時對大規模降雨事件也具有一定的控制作用。在場地開發上，LID技術不僅適用于未開發的場地建設[5-7]，同時還適用于舊城的改造以及修復。

（2）成本較低

通過LID技術能夠使大部分雨水徑流量通過植物的吸收以及蒸騰等作用，得到有效控制。所以需要降低城市排水管網等設施的建設費用，有效減少雨水管理費用，同時LID策略還能夠間接降低污水處理成本。

（3）多功能

LID技術是由多種類型的技術結合組成的，所以其具有多功能性。

（4）重點保護

LID技術遵循相關的保護性原則，保護整個系統中較為敏感的開放空間。針對于較為敏感的區域，將其劃分為保護區，禁止對其進行開發。在生態較為穩定的區域內，需要進行適當的場地開發，盡量保持原始地貌的水文情況。

（5）源頭控制

LID技術對于雨洪管理的方式就是直接通過雨水接觸地面，然后進行介入管理，同時將場地的雨水控制能力達到原始狀態。

（6）自然做功

LID技術主要是利用自然物理作用、化學作用等過程進行自我修復以及凈化[8]，確保城市環境得到有效改善。

LID技術主要是以保持原始的水文特征為目標，根據分散的、小型雨水技術措施完成場地源頭控制。其中LID技術主要是以軟質工程為主，傳統的雨水技術則是以硬質工程為主，兩者之間的主要區別見表1。

表1 傳統方式和新型雨水管理方式對比Table 1 Comparison of traditional and new rain water management methods

LID技術設施的目標是根據合理的規劃設計，最大程度地降低場地開發對于環境的干擾程度。相關研究結果顯示，LID技術利用各種分散式的源頭措施進行控制，有效減少了城市地面的徑流總量，并且根據土壤以及植被的過濾、吸收，實現雨水凈化。它是一種集低碳、節能、環保等為一體的管理體系，具有十分廣泛的生態效能。

表2給出了LID措施的水文效應分析。

表2 LID措施的水文效應分析Table 2 Hydrological analysis of LID measures

1.2 綠色建筑LID技術適建性評價

現階段主要選取低影響開發技術對城市內地表徑流的水質水量進行改建，由此可見，土壤條件是影響開發成效的一項關鍵因素。以下具體給出不同的影響因子對其的影響：（1）透水速度決定土壤的滲透程度；（2）土壤的透水性主要是通過土壤類型進行反應；（3）城市的地勢起伏程度主要是由坡度決定的；（4）雨水的下滲程度[9-11]決定了地下水位的高低。

利用表3詳細給出綠色建筑LID適建性影響因子分析結果。

表3 綠色建筑LID適建性影響因子分析Table 3 Analysis of the factors affecting LID constructionability of green buildings

現階段我國大部分的綠色建筑含有屋頂花園，屋頂花園雨水收集系統最為主要的作用就是收集屋面的雨水，在經過一定的處理后，將屋頂的雨水應用于澆灌、沖廁等用水。初期雨水的污染程度越大，雨水中的雜質也越多，為了有效降低雨水的處理成本，需要對初期雨水氣流進行管理[12-13]。以下詳細給出影響屋頂水質的主要因素，分別為：（1）大氣質量；（2）屋面材料；（3）降水間隔等。

1.3 LID技術在綠色建筑材料管理過程中的應用研究

隨著LID技術的不斷完善，LID技術在全球范圍內取得了十分廣泛的應用。詳細分析不同區域內各個措施的控制效果，后續針對不同的場地，設計出對應的管理措施。

根據對綠色建筑場地的降雨水文過程進行分析，同時對綠色建筑的LID管理措施進行分析。綠色建筑材料管理過程中選取LID技術，結合研究區域內的降雨特征，選取對應的占地適宜尺度以及蓄水功能。

通常情況下，選取以下幾種措施對綠色場地材料進行管理以及優化。

（1）雨水花園

雨水花園是一種小型的生物蓄流池，它能夠在淺洼地中種植綠化植被、灌木等植物，通過土壤以及植物的過濾完成雨水徑流的凈化處理，以有效降低徑流量。現階段雨水花園技術，在各個方面取得了十分顯著的效果。

（2）透水鋪面

由于建筑區域內的鋪設面積不斷增加，各種場地的徑流量也持續增加，這會對徑流水質產生十分嚴重的影響。選取透水材料對各個區域進行鋪設。滲透材料能夠對雨水進行滲濾。為了增加整個材料的使用壽命，需要在設計初期選取合適的基層土壤，同時結合區域特點進行設計。

（3）下凹式綠地

可以將其看作是縮小的干式滯留池，干式滯留池相比其它措施具有十分明顯的優勢。其中合理的坡度設計以及位置布局能夠促使徑流得到較好的控制，同時降低從建筑場地流出的徑流量，達到較為滿意的管理效果。

2 仿真實驗

為了驗證所提方法的有效性，需要進行仿真實驗測試，實驗平臺為：VTM；型號：易時代ET-R100；OS:Windows7；CPU:Intel(R)Core i33220；內存：64GB；GPU：NVIDIA Tesla K40m×2；顯存：12GB×2。

（1）綠色建筑材料管理費用

為了驗證所提方法的有效性，實現選取兩種傳統方法作為對比方法，對比三種方法的綠色建筑材料管理費用，具體的對比結果如圖1所示。

圖1 不同方法的綠色建筑材料管理費用對比結果Fig.1 Comparison results of green building materials management costs by different methods

分析圖1可知，隨著測試樣本數量的持續增加，各種方法綠色建筑材料管理費用也在持續增加。相比傳統方法，所提方法的綠色建筑材料管理費用上升速度明顯較慢。

（2）雨水資源利用率

為了更進一步驗證所提方法的有效性，以下進一步對比各種方法的雨水資源利用率，具體的對比結果見表4。

表4 所提方法的雨水資源利用率變化情況Table 4 Change of rainwater resource utilization rate of the proposed method

分析表4的實驗數據可知，所提方法的雨水資源利用率在三種方法中為最高，文獻[4]方法的雨水資源利用率次之，文獻[5]方法的雨水資源利用率最低。

（3）徑流量

在上述實驗環境的基礎上，以下分別對比三種方法的徑流量，具體的對比結果見表5。

表5 所提方法的徑流量變化情況Table 5 Runoffvariation of the proposed method

分析表5的實驗數據可知，各種方法的徑流量呈直線下降趨勢，但是相比另外兩種方法，所提方法的徑流量明顯較低，且下降趨勢較為明顯。

3 結束語

我國現階段大部分地區的建筑仍然處于高能耗、高污染的狀態，城市面臨著雨洪難以控制的問題，同時城市地形的起伏不穩定，水環境較為復雜，因此結合LID技術對綠色建筑材料管理的應用展開研究。相關研究結果表明，所提方法能夠有效提升綠色建筑場地的雨水資源利用率，同時為后續的研究提供相應的技術支持。