嚴寒地區基于海綿城市理念的地鐵場段設計策略探討

李 強

(中鐵第一勘察設計院集團有限公司，710043，西安∥高級建筑師)

目前，海綿城市理念已在全國大多數城市的學校、居住區廣泛應用，但在地鐵場段內的應用尚處于初步探索階段。地鐵場段往往位于城市邊緣，由于周邊市政管網密度小、管徑小，場段的運營會給周邊的市政管網帶來較大壓力。因此，從減少市政管網中雨水排放量、促進雨水下滲補充地下水的角度出發，場段內的建設采用海綿城市理念具有必要性和緊迫性。同時，地鐵場段內綠化空間相對充足，也適宜采用多種措施來實現雨水水質優化及其可能條件下的回收利用。因此，有必要針對海綿城市理念在地鐵場段內的應用開展深入研究。

1 嚴寒地區基于海綿城市理念的地鐵場段概述

1.1 嚴寒地區地鐵場段的構成與特點

地鐵場段內建筑按其使用性質進行集中布局，一般分為庫區、辦公與生活區、軌行區、段內道路與停車場等，主要特點如下:

1)規模大、硬化面積大。地鐵場段占地面積一般為2×105～5×105m2［1］。其中，軌道、車間等硬質鋪裝面積較大。辦公后勤區相對較為開放，對室外景觀的要求不強，可布置適應氣候特點的簡單綠化［2］。

2)場地坡度小。地鐵場段內為便于車輛在段內的低速行駛，以及避免車輛發生溜車，基本無高差，場地坡度一般控制在0.2%，不利于組織地面徑流。根據GB 50157—2013《地鐵設計規范》，場段的場地最低標高要求不得低于周邊百年洪水位，因此場地標高往往比周邊高，在進行場段設計時僅需考慮自身雨水處理的問題。

3)段址周邊市政配套欠缺。一般情況下場段均位于軌道交通線路末端，對于規模不大的城市而言，場段選址常常位于城郊結合部，周邊的市政設施建設往往并不十分完備，雨水外排條件不完善。

4)內部地面徑流大。場段內地面人、車流量小，軌行區早、晚時段地鐵車輛出入頻繁，軌行區、庫區占地面積較大，大面積的硬化屋面、地面會在降雨時快速產生大量雨水徑流。需要按照不同的分區布置相應的設施。

5)建筑布局主要考慮保溫和防風。嚴寒地區的場段內建筑在布局與設計時，主要滿足冬季防寒、保溫、日照和防風的要求，爭取南北朝向。對建筑物外形進行規整以獲得較小的體形系數。由于建筑物外露面積小，且密閉性強，其屋面主要考慮積雪荷載及抗凍融危害等。為保證夏季通風和冬季避風，嚴寒地區的場段內建筑群體往往采用錯列式、南敞北閉的建筑布局。為防止凍害，場段內排水溝避免選用明溝。

6)場段綠化簡單、范圍小、布置零散。由于嚴寒地區的氣候不利于植物生長，為減小場段后期的養護壓力、節約工程費用，往往采用硬化代替綠化，或者僅采用簡單綠化，避免采用水體、園林、堆土山體等較為復雜的景觀綠化設計手段。場段內建筑布置以工藝需求為主，綠化隨建筑分散布置。

1.2 場段用地匯水分區及污染物特征

場段用地匯水特征比較復雜，和其他城市用地不同，場段用地包含了地鐵的運維檢修、車輛清潔、辦公區域等，所產生的污染物也不僅僅是一般的地表污染物，它包含特殊的輪胎磨損污染物、機油污染物、燃油污染物及重金屬等。因此，場段用地的污染物較其他用地更為復雜。根據場段平面布局中不同功能區的匯水特征，可將場段用地分為以下4種類型。

1)綜合辦公區:該區域內的建筑主要包括各類辦公建筑、維修建筑及附屬用房等，該類污染物較小，匯水面為屋頂界面，面積大且較為集中;綠地主要為附屬綠地、防護綠地及廣場用地。

2)庫區:該區域內主要為廠房式建筑，其占地和屋頂面積均較大，建筑高度一般約為10 m，落水高差很大;運用庫區域周邊綠地極少。

3)其他建筑及道路區:該區域內的建筑主要包括鍋爐房、調度室、值班室、門衛處、變電所等，建筑分布較分散，占地面積較小;綠地主要分布在建筑附近為附屬綠地，面積較小;道路主要為硬質鋪裝，面積較小。

4)股道區:室外股道區由露天的車輛運行線組成，其面積大、長度長，周邊多為綠地或硬質鋪裝，和普通道路有很大區別，由鐵軌和碎石組成。

1.3 嚴寒地區基于海綿城市理念的地鐵場段可行性分析

1)基于海綿城市理念的地鐵場段的構建是保證場段防內澇的有效措施，同時又可有效改善場段內的環境。

2)在場段建設中，原有的地面和植被均會被開挖與遷移，在工程后期進行地面硬化和綠化布置時，采用符合海綿城市理念的措施和材料便可實現。

3)海綿城市系統所要求的各種材料、措施與技術均較為成熟，將其運用于場段中，不會給工程投資、難度、工期帶來較大變化。

結合上述分析，基于海綿城市理念的地鐵場段建設是合理、可行的。

1.4 嚴寒地區基于海綿城市理念的地鐵場段含義

嚴寒地區基于海綿城市理念的地鐵場段是指，針對所處嚴寒地區場段的不同區域、不同建設階段，分別采用不同的措施;考慮充分利用現有的條件，在發揮綠化自然調蓄作用的同時，考慮接納部分軌行區的場地雨水，來完成場段內雨水的截污-滯留-下滲-回用。

1.5 基于海綿城市理念的地鐵場段與普通場段的主要異同點

1)基于海綿城市理念的地鐵場段與普通場段相比，在雨水處理方面，由傳統的匯集—外排，變為了匯集—凈化—滯留—下滲—回用—外排，力爭將雨水利用綠地、生物滯留設施、雨水回收設施等就地消納，削減被直接排放至市政管線系統內的雨水，減輕市政雨水管網壓力。

2)通過生物滯留、雨水凈化等設施對雨水進行處理，除補充地下水外，還可利用雨水作為綠化灌溉、道路清洗等日常非生活用水，以實現場段內雨水的回收利用。

3)基于海綿城市理念的地鐵場段內設置有大量的雨水滯留、徑流傳輸設施，此類設施可以削減徑流峰值、延緩峰值時間，有利于保證場段在遭遇短期強降雨時的安全，避免內澇。

4)為保證有效匯集屋面雨水，基于海綿城市理念的地鐵場段均采用屋面進行有組織排水;為保證地面徑流的有效匯集，采用植草溝而非排水溝。

5)基于海綿城市理念的地鐵場段內的生物滯留設施、生物過濾設施可以對雨水內的污染物進行處理、過濾，有利于保證地下水的水質，以及排向市政雨水管網內的溢流雨水水質。

總之，與普通場段相比，基于海綿城市理念的地鐵場段在綜合選取了多種低影響措施后，在雨水的就地消納、凈化、處理上具有更好的社會效益與生態效益。

2 嚴寒地區基于海綿城市理念的地鐵場段的設計原則

在基于海綿城市理念的地鐵場段的設計中，根據嚴寒地區的氣候特點，需基于低影響開發設計原則采用針對性的技術措施:①根據城市規劃的要求確定場段的雨水控制目標;②采用滲透、過濾、凈化、阻斷、引導等措施，促進雨水的匯總、凈化、下滲，減少雨水的外排量。

其主要設計原則如下:

1)根據《海綿城市建設技術指南》，以及各地區發布的技術導則、總體與控制性詳細規劃，確定徑流控制目標等各項標準;

2)結合場段的場地特點及景觀需求，基于海綿城市理念有針對性地進行場段設計;

3)重視綠化的設置，在海綿城市理念的場段內，綠地是最重要的組成部分，應充分發揮綠地的自身特點，最大限度收納及凈化雨水;

4)盡可能設置下凹式室外綠地，采用透水材料鋪裝室外停車場的地面、道路、廣場，同時在可能的條件下設置雨水調蓄池，將儲存的雨水經處理后用于日常綠化養護、道路除塵、車輛清洗等工作中。

3 嚴寒地區基于海綿城市理念的地鐵場段的設計策略

基于海綿城市理念的地鐵場段的相應設施以生態化的地面設施為主，按布局方式不同分為分散型設施(如雨水花園、下沉式綠地等)和相對集中型設施(如滲透塘、濕塘等)。根據場段用地的特征以及綠地分布規律，建議按區域劃分布置分散型設施，有針對性地控制每個區域的徑流。相較于集中型設施，分散型設施的調蓄空間一般更小，在相同徑流總量控制目標的情況下，所需面積大于集中型設施，需要更多的綠地空間。

3.1 地鐵場段不同階段的設計策略

在前期規劃研究階段，應依據城市規劃的要求提出相應的措施，以此確定地鐵場段的設計標準。在施工圖設計階段，應對場段內各個不同分區落實相應的設計策略。

3.2 綠地、道路與停車位的設計策略

綠地、道路與停車位的設計策略如下:

1)場段內廣場、機動車與非機動車停車場、人行道、建筑物入口廣場，以及內部道路均采用透水材料進行路面鋪裝，廣場、人行道、停車場、人員活動場地可分別選取透水混凝土、透水磚、嵌草磚、鵝卵石、砂石碎石進行鋪裝，機動車道可選取透水混凝土、透水瀝青路面。嵌草磚、透水磚適用于停車位的鋪裝［2］。

2)將場段內的綠化帶與綠地均布置為低于周邊路面0.2 m左右的下沉式綠地，同時在下沉綠地內設溢流口，在降雨量較大的情況下對無法容納的雨水進行排放，溢流口頂部高出下沉式綠地0.1～0.2 m。下沉式綠地相對于其他區域再下凹0.1 m，使得路面及周邊綠地雨水首先流入下沉綠地。應注意，當有非透水鋪裝時，其周邊應不再設置下沉式綠地，并在下沉式綠地與非透水鋪裝之間做防水處理，同時使用砂石、100 mm厚級配碎石作為非透水道路及其周邊綠化的換填土以防止道路發生凍害［3］。

3)停車場內道路，以及廣場、停車場等周邊均設置植草溝(見圖1)。植草溝主要是在地表溝渠內種植草與灌木或喬木，可以用于凈化、收集、下滲和排放雨水，也可用于其他雨水設施與排水管網的連接。植草溝深0.15～0.20 m，土方回填和換填時應采用礫石層及砂層。為了防止雨水由道路流入植草溝時的沖蝕，可在靠近植草溝一側沿道路按照一定的間距設置路緣石。植草溝的出水處也需進行防侵蝕保護，處理措施為在出水處鋪設卵石。

圖1 植草溝實景圖Fig.1 Actual diagram of grass planting ditch

4)為保證滲透效果，應及時進行植物維護、除雜草。進水口尺寸應能滿足相應面積的雨水匯集要求;還應保證進水口、溢流口處無植物或其他障礙物影響其暢通。

在植物的搭配上應選擇耐淹、耐旱、耐污染、耐鹽堿、耐寒抗凍的本土植物。在嚴寒地區禾本科植物對雨水設置的各種要求也有較好的適應性，可予以重點考慮［4］。

3.3 辦公與生活區的設計策略

辦公與生活區建筑密度相對于庫區而言較小，有較多室外場地。該區域主要為屋頂界面匯水，以及綠地周邊的地表徑流，包括周邊地表徑流及屋頂界面無組織排水。匯水區構成復雜，地表污染物、頂界面污染物、生產用水污染物較多。該區域的設計策略如下:

3.3.1 屋面的設計策略

本區域內屋面結構主要為鋼筋混凝土現澆屋面，具有較好的承載力和防水性，為屋面綠化提供了充足的條件。研究表明，若屋頂綠化種植基質層厚度為10 cm，則屋頂綠化能承載的日降雨量為19.14 mm;若屋頂綠化種植基質層厚度為30 cm，對應承載的日降雨量為31.9 mm［5］。

受屋頂承載力和成本的限制，需要選擇根系較淺的植物，同時所選擇的植物需要有抗風性。為了減少日常維護管理，生命力強、抗旱的植物適用于屋頂綠化。圖2為屋頂綠化實景之一。

圖2 屋頂綠化實景圖Fig.2 Actual diagram of roof greening

3.3.2 樓旁綠地的設計策略

樓旁綠地應以下沉式的植草與灌木為主。通常的做法為:在建筑與周邊的下沉式綠地、植草排水溝間采用雨水斷接措施，通過滲透、儲存等措施以阻斷地面徑流的連續性，使雨水不至于直接流入周邊的綠地、植草排水溝中，控制徑流量，形成將雨水由屋面引導至下沉綠地、植草排水溝等地面生態系統。雨水斷接措施如圖3。

圖3 雨水斷接措施Fig.3 Rainwater disconnection measures

3.3.3 公共綠地的設計策略

公共綠地作為段內工作人員在非值班期間的休閑娛樂活動的場所，其設計手法較為多樣，重點應注意該區域植物、水體的設置。

公共綠地除要使其高度低于周邊道路外，其內部不宜過于平整，應有局部的下凹和凸起，在進行不同植物搭配時應采用喬木、灌木、草構成高低搭配的垂直綠化系統。

由于蒸發量大于降水量、封閉水體自凈能力低、冬季嚴寒且封凍周期長、氣候干燥等自然因素的制約，導致嚴寒地區的水景維護成本較高。因此，不建議在嚴寒地區的場段設計中布置水體景觀。

3.3.4 其他場地

在辦公與生活區內往往還設置有籃球場、羽毛球場等室外活動場地。這類場地應采用透水混凝土、透水磚、嵌草磚、鵝卵石及砂石碎石等進行鋪裝。

3.4 庫區的設計策略

由于庫區占地大、整體屋面面積較大，因此對場段內低影響開發雨水系統的構建至關重要。庫區基本都采用屋頂界面匯水。庫區的設計策略如下:

3.4.1 庫區屋面的設計策略

庫區建筑屋面材料多為金屬屋面或輕型屋面板，承載力和防水性較弱，因此，屋面綠化措施不適用于庫區的建筑屋面處理。

3.4.2 庫區綠化與道路的設計策略

庫區景觀需求性不強，往往僅對庫邊與車道之間的區域進行簡單綠化，一般不設置成規模的公共綠地。庫區道路使用透水瀝青或透水混凝土路面進行鋪裝。在設置庫區綠化時將綠化帶設置為下沉綠地，將排水溝設置為植草溝;在建筑與周邊的下沉式綠地、植草排水溝之間采用雨水斷接措施，雨水流至地面后首先流入雨水斷接設施內，這樣雨水不至于直接流入周邊區域中，通過該措施最終可將屋面雨水引導至周邊地面生態系統中。為保證水面低于路面，在下沉式綠地內應設溢流口、排水溝，并將其與場段內的排水系統連接。

庫區綠化為僅限于車道與建筑之間的綠化帶，為保證消防撲救要求，主要采用植草和灌木等措施。

為避免庫內地面沉降，在綠地、滲溝靠近建筑物的一側，應當采取適當措施使更多的雨水下滲，避免對庫區建筑和軌道造成破壞。

3.5 軌行區的設計策略

室外股道污染物主要為燃油燃燒污染物、重金屬、輪胎磨損物、懸浮固體等。地表污染物主要為燃油燃燒污染物和重金屬、砂礫、泥土和顆粒物、輪胎磨損物、潤滑油、融雪劑、農藥等。

軌行區主要由股道區、股道兩側的綠化區組成，應根據3個區域的特點和性質分別采取不同的措施。

3.5.1 股道區

場段內的股道區連接著庫區與正線，早發車、晚收車，股道區道岔多、彎道多，對地表沉降要求高，故此處應重點考慮快速匯水、排水，保證列車行駛安全。股道區雨水地面采用不透水硬化處理，將雨水匯集后通過排水明溝排向周邊的綠化區。

3.5.2 股道周邊綠化區

股道區地面有較多污染物，在股道周邊的綠化區內，應通過植物、土壤和微生物系統凈化雨水。因此，將股道周邊的綠化區設置為雨水滯留設施，將道路周邊設置植草溝，路面采用透水鋪裝。

雨水滯留設施中的水量與降雨關系密切，在非降雨期間幾乎是干燥的，配置的植物應根系發達、能抗污染、耐水、耐旱、抗凍［6］。應定期維護雨水滯留設施以免使其滲透能力下降，降低污染物滯留處理效果。在雨水滯留設施中設置溢流口，保證上下游排水系統的順暢，及時將超標雨水盡快排入市政管網，避免場地內澇。

4 結語

海綿城市體系在地鐵場段中以非點源水質污染控制及雨水資源化利用為主要目標，同時還可以輔助城市排水系統解決雨洪問題，以發揮區域內水循環的更大潛力。反之該體系也會影響整個城市的海綿城市體系規劃，因此，應努力使該體系更加完善、布局更加合理、效果更加明顯。在現有城市綠地的基礎上，根據場地的特征，科學合理地選擇建設用地范圍及其處理方式，在保證地鐵安全運行的基礎上，最大限度地滿足雨水管理控制目標。在海綿城市建設的浪潮下，理性認知是推動海綿城市體系建設的充分必要條件，因此，各個領域應協同發展，進一步促進城市的可持續健康發展。

在嚴寒地區的地鐵場段進行海綿城市體系建設仍然是個需要不斷探索完善的新課題。需綜合考慮各方面因素，因地制宜地選取經濟、高效、合理的技術措施，改善場段水的收集排放系統，減少雨水初期徑流對城市水環境的污染，減緩雨水排放不暢給場段運行帶來的不便和安全隱患，減少場段內雨水外排，為地鐵工程帶來良好的環境、社會與經濟效益。