海綿城市理念在民用建筑給排水設計中的應用思考

王吉亮

（煙臺市勘察設計審查服務中心有限責任公司，山東煙臺 264003）

1.海綿城市的基本理念

海綿城市這一理念最早于2012年提出，其基本的概念就是讓城市像海綿一樣，能夠在各種環境變化特別是降雨影響下具備良好的彈性，因此海綿城市這一理念也可以被稱為水彈性城市。而在國際術語中，海綿城市一般被結構為“低影響開發雨水系統構建”，因為海綿城市具備在雨水天氣時的吸水、蓄水、滲水、凈水功能，可以實現對雨水的儲存以及過濾釋放再利用，實現雨水在城市中的任意遷移和高自由化應用。而在新形勢下，海綿城市則不只是具備上述的雨水再利用功能，更是推動綠色建筑建設、低碳城市發展的創新表現。

2.海綿城市的產生背景

海綿城市是城市建設和規劃的概念，有其深刻的歷史背景，包括水資源的短缺、水污染的嚴重、熱島效應明顯等都是海綿城市理念出現、發展、應用的背景條件。

2.1 水資源相對短缺

水資源短缺一直是困擾全人類的重要問題，雖然我們生活的地球有超過70%以上水資源，但其中可用的淡水資源不足3%，在僅有的3%的淡水資源中，超過78%的水資源是冰川淡水資源，難以使用且使用成本高昂。總體來說，人類生活生產中可用的淡水資源是極為有限的，我國水資源狀況更是不容樂觀，雖然總量能夠位居世界第六，但人均水資源量只有2300m3，僅為世界平均水平的1/4，是全球人均水資源最貧乏的國家之一[1]。我國的地理位置及氣候條件決定了國內降水的分布不均以及降水季節集中，春旱夏澇及不同地區水資源含量差異，成為國家發展和民眾用水的重要問題。因此，自新中國成立以來，國家就十分重視對水資源的利用與保護，目前水資源的利用率已是成為當前環境保護工作的重要工作之一。也正是國內淡水資源缺乏，以及迫切需要提高水資源的利用率的形勢下，海綿城市這一理念應運而生，并且這一理念通過自身對降水資源合理吸收儲存再利用的功能，而受到國家和民眾廣泛重視。

2.2 水污染問題嚴重

當前，國內水資源應用還存在嚴重的水污染問題。水污染問題在我國的具體表現為，一方面國內水資源污染問題存在廣泛存在的情況，也就是不論地區、地域和城市農村都有一定的水資源污染情況；另一方面是國內水資源污染問題存在長期的情況，也就是水資源的污染已存在多年，甚至已經出現了國內淡水生態體系嚴重退化和水體自凈能力下降的嚴重后果。這種水資源的污染不但深刻影響了國內水生態環境，而且影響了國內農業、工業和居民用水安全。在農業方面，我們以歐美發達國家為例，歐美國家農業灌溉用水的指標基本保持在0.7左右，而國內的農業灌溉用水利用平均系數僅有0.45。在工業用水上則主要體現在工業用水的重復利用上，現階段歐美發達國家與中國的重復利用率分別為75%～85%和55%，總體存在較大的差距。上述問題極大地造成了水資源的浪費和影響了水資源的安全應用，因此在這一背景下國家提出了建設海綿城市的構想。海綿城市這一理論在目前發展中已經實現了對低影響技術的應用，也就是可以在雨水流徑控制的同時，實現應用生態自然環境對雨水的滲透吸收，進而促進城市污染問題的減緩。

2.3 熱島效應極明顯

在城市建設的建設開發中，鑒于城市土地的寸土寸金以及早期規劃對綠植比率的考量不足，當下很多城市并沒有多少實際的綠化面積，并且由于城市道路多為混凝土和理清鋪設，故而容易出現明顯的熱島效應。熱島效應就是一個地區的溫度遠高于其周邊地區，熱島效應可以分為青藏高原熱島效應和城市熱島效應兩種，而相對于青藏高原這種自然形成的地理氣候效應，城市效應則是完全由人為因素導致和產生的，城市熱島效應的產生就是城市建設過程中建筑建設較為密集，且城市中鋪設的柏油路、水泥路相對于自然土壤和植被具備更大的吸熱率和更小的比熱容，就容易造成城市快速升溫并向四周及大氣中大量輻射，進而造成同一時間城區溫度遠高于周邊郊區溫度，因此就形成了熱島效應。為解決熱島效應，應用海綿城市理念進行水資源的存儲并循環利用，進而實現熱島效應的緩解是完全可行的。

3.海綿城市建設的原則

海綿城市理念在城市建設中具備重要的價值意義，海綿城市的良好應用是確保城市建設中熱島效應、水污染問題、水資源匱乏問題的有力解決方案，因此海綿城市的應用具備高度的經濟意義和生態意義。在現階段的海綿城市建設中，為確保對這一理念的有效應用，以及建設過程中對民用建筑給排水設計需求的滿足，相關設計人員和城市規劃建設人員就需要落實設計中的遵循規劃引領、生態優先、安全為主、因地制宜的基本原則，在這些原則基礎上進行合格的海綿城市建設。

4.海綿城市理念在民用建筑給排水設計中的應用

在城市建設規劃的過程中，民用建筑作為城市建筑群的主體構成，民用建筑自身的給排水規劃設計是不可忽視的重要部分。現階段，為了盡可能地實現對城市規劃和民用建筑建設過程中，城市環境因此產生的不良影響，相關工作人員就需要在民用建筑設計的過程中應用融入海綿城市理念，合理應用各類給排水技術，實現水資源應用效率、應用安全性的全面提升。

4.1 滲透技術的應用

在海綿城市理念下，民用建筑給排水設計的實施首先要做好滲透技術的應用，而具體分析可知滲透技術的應用主要涵蓋如下重點內容。

（1）透水鋪裝。透水鋪裝就是在路面、廣場等場所規劃建設的過程中應用高透水性材料，包括透水瀝青、透水磚、鵝卵石、植草磚等進行表層的鋪裝，以此實現雨水下滲，實現對路面徑流量的控制，并實現地下水的補充，緩解給水系統的用水壓力。在透水鋪裝正式應用過程中，需要注意透水鋪裝率與透水鋪裝面積硬質路面總面積呈正比，而一般情況下的鋪裝工作進行需要將鋪裝層和基層孔隙率分別保持在30%和20%左右，并且透水鋪裝層面要具備較高的承載力，以能夠發揮其對車輛、行人來往的基本承載能力。在現實規劃設計的過程中，設計人員還需要注意根據不同的應用場所和設計場合設計不同的透水鋪裝方案，例如對于民用建筑的地下車庫頂層設計中，其透水層鋪裝就需要注意保障車庫頂層土層厚度在60cm以上，并且為實現對滲水圖層水資源的有效收集、轉移，在透水層之下還需要設置滲透管，以發揮上述作用[2-3]。例如，在民用建筑小區的人行道設計中，結合小區內部人行道本身無需較大的路面負荷，所以在設計過程中可以采用滲水混凝土和鵝卵石材料混合應用的方式進行透水表層的鋪裝，以此在保障基本承載力的同時，確保路面在26.8mm情況下的降水時不會出現地面徑流情況。

（2）下沉式綠地。對于城市規劃建設過程中海綿城市理念的應用，本文認為還需要注意對下沉式綠地的應用，因為下沉式綠地與上述的透水鋪裝技術是相輔相成的，因為透水鋪裝技術主要是借助各種透水材料實現雨水向地下的沉淀轉移，而下沉式綠地則是憑借土壤植被實現雨水徑流外排的減少。而對于下沉式綠地的應用，主要是需要相關工作人員注意在設計規劃過程中，做好對土壤運動情況的分析，這一分析工作主要是通過對土壤滲透性的分析實現水在土壤中的運動狀況[4]。而一般來說，在土壤中水的滲透情況可以分為3個階段，分別為浸潤、滲漏、滲透階段，一階段浸潤階段就是水在分子粒的作用下對土壤浸潤；二階段滲漏則是在毛細管力作用下，水在土壤中逐步滲漏；三階段則是在重力作用下，實現水在土壤的滲漏。而在不考慮氣體壓力的情況下，只要土壤不存在水分飽和的情況，水的總勢能是由重力勢能和基質勢能共同構成的，以公式來表達就是φ=φm+z（φ表示下滲容量；φm表示基質勢能；z表示重力勢能）。

經過試驗分析，不存在草皮的裸露土壤相對于存在草皮的土壤低大約25%的滲透率，而種植草皮的土壤相對于種植灌木的土壤低大約15%的滲透率。結合上文的公式分析和試驗分析可以明確設計規劃過程中應用下沉綠地的重要性，以及在下沉綠地應用時對不同綠地植被選擇帶來的不同影響。而現階段的綠地應用主要可以范圍狹義和廣義兩種綠地類型，其中狹義綠地主要是低于道路周邊或地面約200mm的綠地，這一類綠地主要應用于道路的兩側，也就是生活中常見的道路兩側綠化帶；而廣義綠地則是只要具備滯留、精華徑流雨水的綠地都可以稱之為綠地[5]。無論是廣義還是狹義綠地，其在應用的過程中都可以實現對雨水的滯留、匯集、凈化，并且成規模的城市綠地也可以實現對城市噪音、灰塵、氣候的調節，因此在當前的海綿城市理念應用過程中，做好對下沉式綠地的建設使用十分重要。

（3）屋面綠化。當下城市建設規劃的過程中，很多城市并沒有多余的地面綠化空間，因此在當下的城市建設規劃中需要將綠化的區域向其他方向看起，而經過研究發現，當下城市規劃中，城市屋面面積幾乎占據了城市硬質表面的30%之多，這些懸浮于地面的硬質表面是雨水的主要聚集場所之一，但是由于對這一場所的應用不足，導致很多城市的屋面積水無法參與到城市水循環之中，無法對海綿城市的建設應用發揮應用作用。因此本文認為在海綿城市理念下，民用建筑的屋面面積也應當做好綠化設計，通過屋面簡單綠化和硫化處理的方式可以實現建筑給排水中對60%屋面雨水徑流的保存，這些雨水的保留在城市空氣凈化、屋頂溫度調節、城市熱島效應環節等眾多城市調節工作上都能發揮重要作用。

4.2 輸送技術的應用

城市規劃建設中海綿城市理念的應用，以及城市民用建筑給排水規劃的優化設計，也需要注重輸送技術的應用，其中對輸送技術的應用主要注意如下內容。

（1）植草溝。在民用建筑的給排水設計中，植草溝的設置規劃是極為重要的，因為植草溝可以實現對綠化帶內雨水的引流聚集，例如將綠化帶的雨水引流聚集到花園內，一方面可以實現花園地下水的補充，為植被聲場提供充足水資源；另一方面也可以避免綠化帶內水資源的外排浪費，這在當下城市水資源不足的背景下，具備重要的水資源循環應用價值。而一般情況下，對于植草溝的設置建設主要是將植草溝設置在綠化帶內并保持30cm左右的深度為最佳[6]。

（2）生態濾溝。在城市居民小區的主干道兩側，一般需要設置生態濾溝，這一濾溝主要由傳輸和生物滯留兩大區域構成，這兩大區域構成的生態濾溝共同實現了對雨水的凈化應用。對于生態濾溝的設置主要是注意遵循設置結構，濾溝設置結構從下往上分別為蓄水層、種植土層、填料層、砂石層，也就是說雨水從道路流入濾溝內，經過砂石、填料、種植土3層結構層曾過濾，最終到達蓄水層。此外，還需要注意，在一些徑流系數相對較大的區域，為了避免生態濾溝被腐蝕，相關工作人員可以在濾溝設置建設的過程中，在砂石層底部放置石塊和鵝卵石，以實現對上述問題的結局[7]。同時，生態濾溝內部也可以設置擋水土埂，一方面可以實現對雨水攜帶雜質的過濾阻擋，另一方也可以保障布水均勻。

5.結語

海綿城市理念在當下的城市規劃建設中，尤其是民用建筑給排水設計中的滲透應用中，具備重要價值和作用。良好的海綿城市理論應用以及在民用建筑給排水設計中的滲透可以實現對當下水資源緊張、水資源污染問題的有效控制緩解，海綿城市理念在民用建筑給排水設計中的良好應用和滲透，可以有效地控制和緩解水資源短缺和水污染，若想實現上述價值的發揮，在實際的海綿城市理念滲透中應當做好滲透技術、輸送技術、凈化技術的綜合應用，以此確保高質量的民用建筑給排水規劃。