新建住宅小區海綿專項工程設計及施工管理

胡栩豪，王志高，金 天，陳士樓，談超群

(1. 中海發展<寧波>有限公司，浙江寧波 315199；2. 東南大學土木工程學院，江蘇南京 211100)

傳統排水實際是通過增設建筑改變地表徑流，增加了地下管網的負擔。管道與河道之間的銜接和配套不合理，排水格局紊亂。地下空間治澇措施薄弱，安全隱患較大。與傳統排水相比，海綿城市徹底摒棄了“快排式”的傳統排水模式，注重恢復和保持城市內部的水系統，注重原有自然生態系統的保護，重視城市系統的自我調節，在解決城市水危機的同時，構建了一個良性的水系統。

我國從2012年提出低碳城市理念至今，在政策上做了極大的支持和鼓勵。2015年10月，國務院辦公廳印發《關于推進海綿城市建設的指導意見》，明確部署推進海綿城市建設工作。通過綜合采取“滲、滯、蓄、凈、用、排”等措施，最大限度地減少城市開發建設對生態環境的影響，將70%的降雨就地消納和利用。到2020年，城市建成區20%以上的面積達到目標要求；到2030年，城市建成區80%以上的面積達到目標要求[1]。

目前，對于代建城區，地塊開發建設時序與海綿城市建設期限的匹配，以及已拿到土地開發許可的建設項目如何強制落實控制指標，均是海綿城市建設的難題[2]。徑流總量控制率的合理取值對海綿城市建設至關重要，取值過低，達不到緩解內澇的效果，取值過高，可能導致投資效益降低、設施規模過大等問題[3]。海綿城市技術支撐有待加強，規劃、建設、驗收及運營等全方位、全周期的技術體系尚未形成[4]。

居住小區是海綿城市建設的最基本單元，與市民生活密切相關。本文就某新建住宅小區海綿專項方案設計為例，分析低影響開發措施下社區景觀、市政、建筑等設施用地的雨水控制與利用，對海綿化設施方案及施工實踐流程要點進行探討。方案中采用的技術措施及計算方法具有普遍性，以期對同類項目提供參考價值，具有一定的生態效益和經濟效益。

1 項目概況

本地塊位于浙江省寧波市江北區，項目總規劃用地面積為約60 677 m2，建筑占地面積為約13 571 m2，綠地率約為30%，建筑密度約為22.46%，地上機動車停車位為152個，地下機動車停車位為1 284個，項目包括住宅、社區用房、物業及經營用房。本項目地表高程在1.44～2.56 m，場地地貌屬于浙北海積平原區地貌，年降雨量為1 100～1 900 mm，降水集中在4月—9月。本工程地下水位較高，土壤滲透能力較差。

2 總體技術路線

常規海綿城市設計措施包括下凹式綠地、屋頂綠化、透水鋪裝、雨水回用等。本項目由于大部分樓棟屋頂設置大平層，未考慮屋頂綠化；同時，由于透水鋪裝后期運維困難，且容易損壞，也未考慮透水鋪裝措施。因此，本項目重點選擇下凹式綠地(源頭凈化)及雨水回用水池(末端調蓄)作為海綿城市設計措施。本項目總體技術路線如圖1所示。

圖1 方案總體技術路線圖Fig.1 Schematic of General Technology Roadmap

地面和屋面雨水均根據排水分區劃分，一部分經過植草溝轉輸設施或者自然放坡的形式進入生物滯留設施，經凈化處理后排入市政雨水管網；一部分通過管網，排入雨水回用設施回收利用，多余雨水排入市政管網。

根據《寧波市海綿城市試點區詳細規劃》，本項目年徑流總量控制率按≥70%設計，年徑流污染物控制率按≥60%設計。

3 海綿城市方案設計

3.1 匯水分區劃分

通過統籌考慮景觀專業(綠化分布)、市政專業(室外道路及綜合管網)、建筑專業(屋面分水線位置)及給排水專業(室外綠化灌溉和道路澆灑)，根據室外地形標高、室外雨水管網及雨水徑流方向，合理確定匯水分區，共計分為10個匯水分區，匯水分區分布如圖2所示。

圖2 匯水分區圖Fig.2 Zoning Plan of Collection Area

3.2 場地綜合徑流系數

本項目的建筑屋面總面積約為15 408 m2，生物滯留設施面積約為1 511 m2，瀝青、鋪裝等硬質路面的面積約為28 082 m2，綠地面積約為14 761 m2。本項目不同下墊面的綜合徑流系數計算如式(1)，結果如表1所示。雨水回用水池的有效儲水量為370 m3(有效容積按200 m3計)，用于收集匯水分區1的所有雨水。

表1 不同下墊面綜合徑流系數Tab.1 Comprehensive Runoff Coefficient of Different Underlying Surface

a=∑(Ai×ai)/ ∑Ai

(1)

其中：a——綜合徑流系數；

Ai—各下墊面面積，m2；

ai—各下墊面的徑流系數。

綜上，本項目區域雨量綜合徑流系數為0.64，計算如表2所示。

表2 綜合徑流系數計算Tab.2 Computation of Comprehensive Runoff Coefficient

根據各匯水分區綜合徑流系數計算需要，設置相應的雨水凈化回用設施≥200 m3，生物滯留設施為1 511 m2，總調節水量為879.95 m3。

3.3 海綿設施

(1)雨水凈化回用設施

根據各匯水分區1綜合徑流系數計算需要，設置相應的雨水凈化回用設施≥200 m3，具體計算按照《建筑給水排水設計規范》(GB 50015—2019)。采用3倍最高日用水量，計算容積為257.06 m3，滿足70%年徑流總量控制率時，需控制利用的水量為176.7 m3。

雨水匯水分區及其管道布置情況如圖3所示。

圖3 雨水回用分區及其管道布置Fig.3 Rainwater Reuse Zoning and Layout of Drainage Pipelines

雨水回收利用系統的處理工藝：雨水經過加藥、過濾、消毒后進入清水池，需要用水時，直接啟動加壓泵組，處理后的雨水直接進入回用管網，實現室外綠化灌溉和道路澆灑，雨水回用處理系統的工藝流程如圖4所示。

圖4 雨水回用處理工藝流程Fig.4 Technology Route of Rainwater Reuse

(2)生物滯留設施

生物滯留設施是指在地勢低洼地區，通過土壤-植物-微生物系統蓄滲、凈化徑流雨水、削減徑流總量和峰值的設施[5]。生物滯留設施的設計效果及結構如圖5和圖6所示。

圖5 生物滯留設施設計效果Fig.5 Design Sketch of Rainwater Garden

圖6 生物滯留設施結構Fig.6 Structure of Rainwater Garden

生物滯留設施是海綿城市設計最重要的主體之一，也是室外景觀綠化的重要組成部分。只有合理地布置生物滯留設施，才能既滿足室外排水和污染的去除功能，又能達到室外景觀的美觀效果，從而實現海綿與景觀的協調統一。

(3)屋面雨水斷接

采用雨落管外排水形式的屋面雨水，可以選擇“明溝+散水口”及“靠墻井溢流”等方式，將屋面雨水引導至生活滯留池進行處理[6]。對于初期雨水，建筑屋面雨水通過雨水立管排至靠墻井后，下滲通過過渡層和濾料層，對初期雨水起到調蓄、凈化作用；當水量增大后，通過井圈缺口溢流至植草溝，最終就近排入生物滯留設施內，靠墻溢流井做法如圖7所示。

圖7 溢流靠墻井結構Fig.7 Structure of Overflow Inspection Well

通過屋面雨水斷接和引流措施，收集屋面雨水進入生物滯留設施，通過生物滯留措施滯留、入滲并凈化屋面雨水，從而實現綠色建筑評價標準[3]要求中關于“節地與室外環境”的合理利用場地空間設施綠色雨水基礎設施的目標。

3.4 年徑流總量控制率計算

根據3.2、3.3(1)及3.3(2)計算，各匯水分區調蓄容積及徑流總量控制情況如表3所示。

表3 年徑流總量控制率計算Tab.3 Computation of Total Annual Runoff Control Rate

經計算，本項目年徑流總量控制率為71.8%，滿足規劃控制目標。

3.5 年徑流污染削減率計算

在徑流污染物中，總溶解性固體(以下簡稱“TSS”)往往與其他污染物指標具有一定的相關性。因此，一般采用 TSS作為徑流污染物的控制指標。

年徑流污染削減率=年徑流總量控制率×海綿城市設施對 TSS的平均去除率。TSS去除率計算如表4所示。

表4 TSS去除率計算Tab.4 Computation of TSS Removal Rate

因本項目雨水均通過生物滯留設施調蓄控制，根據《寧波市海綿城市規劃設計導則》中的“海綿城市設施污染物去除率”表格，對各項設施的TSS去除做加權平均，得到海綿城市設施對TSS的平均去除率為84%。

年徑流污染削減率=年徑流總量控制率×海綿城市設施對TSS的平均去除率=71.8%×84%=61%，滿足《寧波市海綿城市規劃設計導則》(2019 甬 DX-08)要求。

3.6 生態和經濟效益分析

通過對比有無海綿設施，研究該項目中雨水外排量、節約中水量、回補地下水量、消除污染物量、固碳釋氧量的影響，并對其所產生的生態效益與經濟效益進行計算。按該項目海綿設施總調節水量883.1 m3計算，結果如表5所示。

表5 生態和經濟效益分析Tab.5 Analysis of Ecological and Economic Benefit

由表5可知，采用雨水凈化回用設施、生物滯留設施、屋面雨水收集設施等海綿設施可產生明顯的經濟效益和環境效應。該效應不僅可觀，還可持續。

4 海綿城市管控要點

海綿城市實現過程中需要管控的幾個主要環節如下。

4.1 工程設計階段

針對本文案例，工程設計需要控制設計指標，設計指標的確定是海綿城市設計的第一要素，指標需科學合理，且有可實施性。各個分區生物滯留設施和雨水回用系統的體積需根據地表下墊面的分類，計算各個匯水分區需要控制的雨水量確定。

設計階段要協調海綿設計與其他專業之間的關系。首先是土建給排水專業與海綿城市設計，根據前期計算，統一確定雨水回用設施的體積、收集的范圍，并確定采用收集的中間措施；其次是和電力、燃氣等其他專業管線之間的關系，電力管線覆蓋范圍較大，海綿設施要盡量避開電力、燃氣等專業管線；再者是關系最密切的景觀專業，海綿設施的布置要切合實際，與景觀植物配置相協調，避開喬木和較大樹冠的灌木，盡量布置在面積較大的草皮區域。

4.2 工程施工階段

各海綿措施施工階段注意事項如表6所示。

表6 海綿施工管理注意事項Tab.6 Precautions for Sponge Construction Management

4.3 工程管理階段

工程管理過程中，需控制豎向、平面布局，提倡精細化施工，注重各施工細節，達到與市政、景觀相協調的目的；需完成好與各施工單位工作的銜接，做好各海綿設施的成品保護工作，并及時做好隱蔽工程影響資料的收集工作，提高監管機制。

5 結論

海綿城市建設不僅能夠有效控制城市內澇，還能起到緩解城市熱島效應、雨島效應等的作用。

本文通過某小區海綿專項設計，結合景觀、市政、建筑等設施用地的雨水控制與利用，合理布置了社區海綿設施。本項目創新性在于一改以往項目通過道路及綠化自由散排方式進行下凹式綠地收水，采用道路旁邊溝、收水口及植草溝收水至下凹式綠地，通過在收水口前設置卵石消能、不銹鋼網初過濾，進行初步處理，減少進入下凹式綠地的垃圾，從而減少后期下凹式綠地的維護難度和成本。分析各設施與施工實踐，可得以下結論。

(1)該海綿社區建設實現了城市綠色建筑指標，社區年徑流總量控制率為71.8%，年徑流污染物去除率為61%，確保在有效時間和范圍內不會出現擁堵和內澇現象，緩解了社區管網的排水壓力，控制了外排雨水的污染率，有效保護了本項目的水生態。

(2)通過實施雨水回用措施，有效提高了水資源利用率，實現了海綿與景觀的有機統一。

(3)海綿設施建設可產生經濟效益與生態效益，對推進生態文明建設具有重大意義。

(4)海綿城市社區建設是一個系統性工程，需在設計、施工、管理上控制好相應要點，確保各方面措施合理有效落實，有效加強監管機制。

(5)海綿專項建設是現代社區發展的必然趨勢，該方案從設計及施工等階段融入海綿城市建設，可為新建住宅小區海綿建設提供設計及施工依據。