海綿城市建設理念在中小學校園的應用探析

文_藍曉瑋 廣州市設計院集團有限公司

中小學的建設發(fā)展史是社會發(fā)展和城市建設變遷歷史的縮影。隨著海綿城市在全國范圍內的推進，建設海綿校園成為學校項目建設的必選項，無論是新校建設還是老校改擴建、更新，開展雨洪管理的學校建設均具有多方面增益作用。

海綿城市建設理念鼓勵基于保護生態(tài)環(huán)境，通過“滲、蓄、凈、用、排”六大措施，強調分布式的就地解決，形成節(jié)能高效的海綿城市雨洪管理體系。因此在海綿城市建設理念下，實現(xiàn)低碳發(fā)展、推動節(jié)能減排， 在校園內實施可持續(xù)海綿城市，對學校和周圍區(qū)域的生態(tài)水環(huán)境有一定的改善作用，也兼具教育展示、科學研究的意義。

本著確保校園排水防洪安全的原則，通過可滲透鋪裝、植被緩沖帶等設施將自然途徑與人工措施相結合，最大限度地利用校園自然排水力量，促進雨水資源的利用和良性水循環(huán)，緩解雨水管網(wǎng)壓力，從源頭減少雨水徑流污染，建設自然存積、自然滲透、自然凈化的海綿校園。以點帶面，讓每一個中小學校園成為海綿城市踐行的實驗田，資源的利用效率及方式也會對社會產(chǎn)生極大的示范性作用，可有效緩解資源環(huán)境承載壓力。

1 海綿城市建設理念在校園中的利用現(xiàn)狀

通過國內外相關案例研究發(fā)現(xiàn)，國外的海綿城市建設理念在國外校園中的應用較成熟，重視技術手段有效利用，并關注場地適應性生態(tài)情況，技術手段能綜合利用、相互影響貫通，應用手法多樣，多個校園將技術投入實踐中也取得了好的效果。我國也頒布了與海綿城市建設相關的技術建設指南，并在理論上形成一定的體系，轉化為我國城市用于實踐的工作目標。但整體來看，我國中小學校園對海綿城市建設理念的實踐還處在嘗試應用技術階段，從某種意義上來說，解決了學校因雨洪所造成的現(xiàn)實災害問題，且處理方法較生硬常規(guī)，景觀效果相對單一。

2 廣州氣候條件分析

廣州地處夏熱冬暖地區(qū)，亞熱帶季風氣候。年平均溫度約為22℃，平均濕度約為76%，氣溫最高月平均為28.6℃，最低為14.9℃。廣州近30年多年平均降雨量為1768.8mm，廣州年徑流總量控制率為70%，各中小學校新建、改建、擴建項目的年徑流總量控制率宜按照下表確定。規(guī)劃區(qū)域的年徑流總量控制率指標需根據(jù)《廣州市海綿城市專項規(guī)劃》海綿城市分區(qū)管控規(guī)劃成果進行確定，詳見表1。

表1 年徑流總量控制率對應設計降雨量

3 海綿校園建設技術手段

3.1 雨水花園

雨水花園是一種天然或人工開鑿的淺凹綠地，用以匯集與吸收從屋頂或地面上的雨水，通過喬灌木、地被植物和沙土等一系列綜合作用，將雨水滯留在土壤中進行凈化，并使雨水滯留隨即逐漸滲入土壤，涵養(yǎng)地下水，減緩雨水對地表的直接沖刷，削減洪峰流量，使之補給景觀用水、廁所用水等校園用水，減少校園雨水外排，結構相對簡單，是適應現(xiàn)代學校教學環(huán)境很好的節(jié)水景觀技術形式。

常見結構自下往上由水管與防滲、礫石層砂層、人工填料層、植被與種植土層、覆蓋層和蓄水層7層組成，這一特殊構造很大程度上是由于雨水處理措施需收集、滲透和凈化雨水。雨水花園的場地選址考慮兩方面因素，一是雨水花園選址應陽光照射充足，且有一定上空空間，盡可能避開有頂層直接覆蓋空間的高大喬木的投影區(qū)域，避免導致因陽光照射不足造成雨水花園的植物長勢不佳，同時易導致水體變質，影響基礎功能；二是由于低洼地建造的雨水花園因重力作用更易將雨水收集匯流，應該在場地周圍行走觀測，或者用測量儀器來測定坡度和低洼位置。

廣州中小學水環(huán)境系統(tǒng)現(xiàn)狀，一是存在著嚴重的能耗問題，二是對城市供水系統(tǒng)的依賴性強，但用水類型相對比較穩(wěn)定，污染源具有易控性。中小學校園用水類型主要包括綠化用水（如灌溉、景觀用水等）、生活用水（如宿舍、食堂、浴室等）、教學科研用水等，雖然用水量較多，但實際的消耗量較少，且一些用水具有再次利用潛力，在經(jīng)過回收處理后可進行二次利用。雨水花園技術可有利于增強校園自身雨水的凈化能力，更好的整合校園總體景觀系統(tǒng)和給排水系統(tǒng)，建設永續(xù)發(fā)展的校園海綿系統(tǒng)，適用于教學樓之間的中庭綠地、建筑周邊的邊角綠地、集中綠地，容易營造景觀效果，充分發(fā)揮校園景觀的教育功能，造價成本較低以及有序管理較為方便，為學校師生提供了更為和諧可持續(xù)的綠色校園環(huán)境。

3.2 透水鋪裝

透水鋪裝具有強的透水性，兼具降噪環(huán)保的功能，由路床、透水砂墊層、透水基層、緩沖面、透水面層構成。常見的透水磚有陶瓷透水磚、硅砂透水磚、波紋透水磚(水泥）、拱橋型透水磚、長條型透水磚。校園內廣場宜彩色透水瀝青、彩色透水混凝土、透水磚、花崗巖結合縫隙式布水溝的做法，在土壤滲透性受限的情況下，必須在透水基層中鋪設排水板或排水板。田徑場可利用跑道做透水瀝青、透水混凝土，同時沙池也可作為透水鋪裝。園路可使用汀步、各色透水磚、透水混凝土、碎石鋪裝。停車場應采用植草磚、透水磚，在路基的強度及穩(wěn)定性存在風險時可以采取半透水鋪裝。校園園林中常用的汀步、散鋪的石米、有縫隙的棧道、有透水縫隙的花崗巖鋪裝都可以算是透水鋪裝。

3.3 綠色屋頂

綠色屋頂以綠色植物為主要覆蓋物，配以植物生存所需要的營養(yǎng)土層（植被種植層）、蓄水層以及屋面植物根系阻攔層（保護層）、排水層、防水層（保護層）等共同組成屋面系統(tǒng)。校園綠化屋頂能合理減輕下墊面的雨水徑流，使前期降雨滯留在耕層土壤中，減少雨水的外排，并延緩場地減小洪峰發(fā)生的時間。綠色屋頂分為簡單式屋頂和花園式屋頂，其基質深度取決于植株特性和屋頂荷載。簡單式屋頂?shù)幕缀穸韧ǔ２怀^150mm，其特點是低養(yǎng)護，免灌溉。而花園式屋頂在種植喬木時基質深度可超過600mm，其特點是可用作校園公共交流空間，需經(jīng)常進行維護和灌溉，及時補種修剪植物、清除雜草，保證植物無枯死，至少可以覆蓋90%的種植面積，溢流排水措施內無淤積，符合屋頂荷載的平屋頂，以及坡屋頂坡度15°及以下的學校建筑適用。

3.4 植草溝

植草溝是指種有植被的線形地表溝渠，由礫石層、土工布、砂層、填充層、種植層組成，類型包括轉輸型植草溝、干式植草溝、濕式植草溝，去除大顆粒的污染物并減緩流速，可將其它單個設施、雨水管渠和雨水外排系統(tǒng)連接起來。植草溝應設置在校園的坡地上，利用重力引導雨水匯集，坡度不大于4%，當縱坡較大時可設置消解臺坎或者設置階梯型植草溝。校園一般可用干式植草溝，相對于轉輸型植草溝，其滲透性更好，適用于校園內部雨水污染程度較小的區(qū)域。

3.5 雨水罐

雨水罐也稱雨水桶，為地上或地下封閉式的簡易雨水集蓄利用設施，可用塑料、玻璃鋼或金屬等材料制成。隨著技術發(fā)展，目前地上雨水罐多以校園景觀小品的形式出現(xiàn)在校園環(huán)境中，地下雨水罐則是在建設工程中由廠商直接組裝置入。相較于海綿城市其他設施，雨水罐主要起到蓄水作用，成本低、便于安裝，適合在校園建設中普及利用，但對污染物的消減作用較弱，校園屋頂?shù)挠晁|好，易于收集，雨水罐一般用于校園屋面的雨水的收集，每棟校園建筑可通過雨水罐收集的雨水作為日常沖廁、澆花用水，利于水資源節(jié)約使用，可產(chǎn)生良好的經(jīng)濟效益。

3.6 下沉式綠地

下沉式綠地是指被草或者其他植被覆蓋的水溝或者洼地。它們減緩了匯集徑流的輸送，讓徑流有更多的時間滲透入下面的土層，可在雨天積蓄雨水，減少場地的雨水徑流量，還可結合其他硬質景觀，設置成雨水花園形式，提升景觀的視覺效果。分為兩種類型，一是類似雨水花園的小型蓄水設施，具備體積小、用地少、便于施工及維護的優(yōu)點，被廣泛運用到校園景觀設計中；二是依托自然地形形成的凹地，應低于周邊鋪砌地面或道路，下沉深度宜為50～200mm，因地勢較低的緣故會直接將雨水匯入下凹的綠地之中，形成天然的蓄水池塘。下沉式綠化需要與校園的總體規(guī)劃設計綜合考慮，道路兩側及硬質鋪裝區(qū)域周圍的綠化可被設計成一系列的下沉式綠地。在景觀方面，可采用與水景、亭臺、堆石等相呼應造景的手法，并與人工濕地等相結合，提高其實用性和觀賞性。植物選配上也應優(yōu)先選耐澇性的鄉(xiāng)土植物，遵循宜草則草、宜灌則灌、宜喬則喬、喬灌草相結合”的原則，形成季相變化豐富、自然長期穩(wěn)定的生態(tài)校園景觀。

4 海綿校園設計應用要點

4.1 校園場地布局

海綿校園的場地設計與建筑布局，需充分結合校園現(xiàn)狀地形地貌進行，保護并合理利用場地內原有的濕地、坑塘、溝渠等，應優(yōu)化不透水硬化面與綠地空間布局，建筑、廣場、道路周邊宜布置可消納徑流雨水的綠地，建筑、道路、綠地等豎向設計需有利于徑流匯入海綿設施。海綿設施選用除了生物滯留設施、滲井、雨水罐這類小而分散式的設施之外，還可以將滲透塘、濕塘、雨水濕地等較為密集的海綿設施與場地的豎向設計銜接起來。整體校園雨水管理的模式可分為分散式和集中式。分散式雨水管理模式能將場地分為若干個面積較小的匯水分區(qū)，將屋面徑流和地表徑流快速集中到建筑周邊的種植池和綠地里，分批分區(qū)域消納雨水；集中式的雨水管理模式能充分利用現(xiàn)狀的大面積水體為集中匯水區(qū)域，除了消納雨水的作用，還能作為場地的蓄水池使用，凈化后的雨水可用于景觀灌溉等。

4.2 校園建筑設計

校園建筑應與海綿城市措施相結合，平屋頂建筑（坡度低于15°）應以屋頂綠化的形式儲存雨水。綠色屋頂?shù)脑O計應符合《屋面工程技術規(guī)范》（GB50345）的規(guī)定，綠色屋頂率要滿足《廣州市海綿城市建設指標體系》《廣州市海綿城市專項規(guī)劃》的要求。其中，屋頂大面積的雨水回收再利用，被收集到蓄水池中，如不收集回用，宜采用雨落管或安裝集水井等措施將屋頂雨水截流，并將其導入到綠地內的小型分散的海綿設施中。同時，建筑外墻應優(yōu)先選用對徑流雨水的影響不大的屋頂和飾面材料，選用金屬、釉面磚、石磚、玻璃和陶土板等。

4.3 校園綠地設計

在校園綠地中，要考慮校園實際綠化面積和豎向，在綠地中設置海綿結構，以消納屋面、廣場、路面及停車場等處的雨水，將溢流排水系統(tǒng)與城市的雨水管渠及超標雨水徑流排放系統(tǒng)相銜接，便于對校園的雨水進行綜合利用。

校園綠地應建為下凹綠地，充分利用綠地入滲雨水，廣州地區(qū)規(guī)定下沉式綠地率必須超過50%，下沉式綠地內應設置溢水口。在綠地周圍鋪設的徑流雨水必須經(jīng)過預處理（前期過濾、消能）后才能流入綠地中的海綿設施，如沉淀池等，防止雨水沖刷對綠地的破壞，也防止較大粒徑的固體污染物進入綠地。雨水可能會帶有屋面的泥沙、落葉等污染物，使用初期過濾設施能夠對雨水進行第一階段的過濾，主要沉淀雨水中的砂礫、落葉等明顯污染物，再排入生物滯留設施進行二次凈化、傳輸。雨水通過雨落管的過程中，尤其在多層或高層建筑項目中，由于高差問題，致使樓體排水勢能較大，對地面的沖擊力較大，雨水利用率也不高，消能裝置使雨水在接觸地面之前將勢能轉化為動能。

綠地的植物選擇需優(yōu)先考慮廣州本土植物景觀的生態(tài)性，合理利用植物的生長條件，發(fā)揮植物節(jié)約用水的作用。根據(jù)校園的水文條件、徑流雨水水質等，選用既耐短期水淹又有一定耐旱能力的本地植物，通過不同物種的選配（通常為3種或更多），以提高雨水花園的穩(wěn)定性和功能性。

4.4 校園道路

校園道路海綿性設計應優(yōu)化道路橫坡坡向、路面與道路綠地的豎向關系,便于徑流雨水匯入綠地內海綿設施。在具體設計中，可以借助地勢，人行道和車道設1%～3%的橫坡，坡向就近下凹綠地等海綿設施，道路地勢低的一側設置有下凹綠地等生物滯留設施，讓道路快速導流不易積水；或者利用雨水口，雨水沿坡面匯聚到路緣石旁的雨水口，雨水口連通地下導管輸送雨水至旁側的生物滯留設施。

4.5 鋪裝設計

現(xiàn)有規(guī)范要求透水鋪裝率≥70%，硬化地面室外可滲透地面率≥40%。人行道、停車場、廣場的海綿化設計，宜采用透水鋪裝，可選用透水磚、透水砼等。在人行道及廣場采用靈活的園建設計方法達到雨水下滲的目的，如石材汀步、碎石路面縫隙式布水溝等。車行道則可選用透水瀝青、透水砼、透水磚，并應滿足路基路面強度和穩(wěn)定性等要求。停車場建議按照校園實際需求選用透水磚、草坪磚、植草格等。

4.6 水體景觀設計

學校建筑景觀水體應作為雨水調蓄設施，并與景觀設計相結合。調蓄池應設溢流口，超過設計標準的雨水可排入市政管系。蓄水池的雨水可以在非雨季進行回收，經(jīng)過適當?shù)奶幚砗笥糜诘孛鏇_洗，景觀用水等。雨水是循環(huán)冷卻水、綠化灌溉、景觀水體、道路澆灌用水等非傳統(tǒng)水源的首選。水體景觀設計宜注重綜合現(xiàn)有景觀設計方案，對地表覆蓋類型、場地豎向、建筑落水管和雨水管網(wǎng)平面、LID設施位置等，劃分匯水區(qū)，確定LID設施的種類、面積、形狀結合LID設施包括雨水綜合利用設施布置，對現(xiàn)有場地豎向設計和排水進行評估及調整。

5 后期維護要求

學校應建立健全低影響開發(fā)設施的維護管理制度和操作規(guī)程，校方應配備專職管理人員和相應監(jiān)測手段，并對管理人員和操作人員加強專業(yè)技術培訓。同時，要提高學校師生對海綿城市建設、低影響開發(fā)、節(jié)水、生態(tài)修復等方面的認識，將海綿城市理念與教學融會貫通，鼓勵師生積極參與低影響開發(fā)設施的建設、運行與維護。