基于海綿城市理念的建筑小區設計方式研究

高 瑞 神華工程技術有限公司安徽分公司工程師

隨著中國城市化水平的提高，住宅小區建設越來越多。人們對居住環境有著美好的追求和向往，這就要求合理設計居住區的排水系統，以改善居住區的綠化環境和排水能力。建筑小區的給排水設計要進行充分的論證分析，引進雨水海綿城市設計的內容，選擇雨水利用和排出方案，使建筑小區的雨水在小區內得到充分儲存和利用。

1 相關概述

1.1 海綿城市概念

海綿城市的建設主要以滲、滯、蓄、凈、用、排六字方針為指導，加強自然滲透，避免地表徑流，減少雨水管網負荷及市政壓力。同時，涵養地下水，通過土壤凈化水質，改善城市微氣候。夏天，很多城市會因為大規模的降水引發嚴重的城市內澇，因此最近幾年國家在大力推廣海綿城市的概念。海綿城市就是讓城市能像海綿一樣可以在適應環境變化和應對雨水等方面具有良好的彈性，下雨的時候可以吸水、蓄水、滲水、凈水。基礎的蓄水和滲水就是在需要水的時候可以把水放出來，因此海綿城市也叫彈性城市。建設海綿城市需要滿足4點要求，即小雨不積水、大雨不內澇、熱島有緩解以及水體不黑臭。

海綿城市有較強的吸水性，類似一塊巨大的海綿，能夠有效地吸附和滲透雨水，并根據氣候變化適當調整。有些城市存在風沙侵襲的情況，風沙侵襲導致城市的環境質量下降，使城市中的綠植不能夠有效地保留營養物質，從而在雨季造成較嚴重的水土流失情況。水土中夾雜著大量的泥沙碎石，堵塞城市的排水管道，造成城市內雨水無法及時排出，從而形成內澇。內澇的發生大大影響了居民的日常出行和生活質量。

海綿城市是一種經濟環保的城市建設理念，推行這一理念，對城市進行部分改造，既能降低市政府排水管道建設的成本，又能提高城市水循環的利用效率。利用海綿城市原理將雨水向下吸收，充分利用雨水，可以達到水循環的高效利用，既降低了居住區內水資源的消耗，又提高了居住區內的排水能力，同時保證路面暢通衛生，有效改善居住區內部環境，進一步保證居民生活質量[1]。

1.2 海綿小區

海綿小區是海綿城市建設中的一個小規模建設，其建設需要結合上述海綿城市建設中的規劃，可以說一個海綿小區就是一個縮小版的海綿城市。同海綿城市相同，小區的建設也需要透水性混凝土的參與。首先，在小區建設時，采用透水混凝土材料替換常規使用的不透水混凝土材料。其次，在進行人行道鋪設時，在人行道下鋪設大量的礫石，再鋪設透水混凝土磚，以增加路面的透水性。小區內綠地的建設也可以采用跟海綿城市相似的方式，將綠地建設改成“下凹式”綠地，不僅可以減少小區內路面的積水，同時也可以避免雨天道路帶來泥濘。小區內的蓄水工程可以用來儲存屋頂降水和地面雨水。值得注意的是屋頂的降水要比地面的雨水干凈許多，沒有地面上的雜質、泥沙等污染物，只需要經過簡單的處理就可以儲存起來。與之相反的是地面的雨水就需要經過過濾、沉淀等工序后能排入儲水系統。

2 融入海綿城市理念的建筑規劃

2.1 明確的規劃目標

規劃必須跟上城市的發展，保持目標一致。在海綿城市概念的指導下，設計規劃工作應當以城市的實際情況和發展為導向，使建筑能夠保護城市的排水能力。人們應該把環境保護和生態建設放在首位，排水系統中，除了建設綠地系統外，還應合理構建水系，自然融入海綿城市的標準和功能。

2.2 加強生態環境保護

海綿城市的功能非常多樣，其建設的主要目的是有效保護生態環境。當城市的生態系統遭到破壞時，更談不上海綿城市的進一步發展。為了保護城市的自然生態環境，充分保護原始地形，最好不要破壞環境，而是要保持原始形態，充分利用當地的綠地資源。當建筑成為城市景觀時，能使城市環境更加生機勃勃。各類綠山和水域都需要得到有效的保護，這樣海綿城市概念的應用就不再只拘泥于形式。為了進一步實施適當的保護措施，必須證明其可行性。

2.3 建設海綿城市技術體系

海綿城市設計是一項綜合景觀、給排水、豎向設計、管網等多方面的設計工作。通過多種綠色海綿設施的合理規劃、組合應用，實現徑流總量控制、場地徑流污染控制等目標。合理的海綿城市設計應以整體徑流量及綜合流量系數為控制目標，結合場地地質情況、豎向設計、下墊面位置等合理進行場地豎向設計，劃分匯水分區，在每個匯水分區內與景觀設計相融合，合理布置綠色海綿設施，結合匯水區域、匯水量、匯水方向等進行合理設計，并核算其每個匯水分區的控制目標。然后通過與控制目標的差異對比，進一步優化海綿設計方案，真正發揮雨水系統合理引導，通過滲、滯、蓄、凈等多種方式降低小區雨水外排量，降低降雨高峰期對市政管網的壓力，進一步涵養地下水源。

3 建筑功能設計需要注意的事項

3.1 減輕市政管網的壓力

根據海綿城市概念，建筑設計的初衷是減少和減輕城市降水過程中城市管網的壓力。為此，建設水庫的最大蓄水能力必須適應城市的實際局部氣候，特別是集中降水和暴雨城市，必須全面看待持續暴雨的現實。在實際建筑設計工作中，通常根據過去30 年連續20～30 d 的最大降水量設計建筑物的最大蓄水能力[2]。只有這樣才能輕松應對城市降水，穩定安全地完成蓄水工作，進一步滿足海綿城市的需求。

3.2 考慮成本效益

根據海綿城市概念，成本效益問題也必須在城市設計中加以考慮。從實際出發，海綿城市理念下的建筑設計一方面要考慮社會效益，另一方面要通過節約水資源來創造一定的資源效益。海綿城市理念下的建筑設計在設計建設階段需要大量資本，建設完成后需要一定數量的資金投入運營。在目前的城市設計體系中，如果要在建筑物中進行這種設計，則需要地方政府提供一定的財政支持。考慮到這一點，在實施設計時必須考慮成本效益。

4 基于海綿城市理念的建筑小區設計原則

首先，秉持水利干擾最小的原則。海綿城市建設的主要核心是利用水利文化的基礎進行改進，對設計進行不斷完善，期間要著重考慮對周邊環境的保護。在對建筑、道路、綠化進行不斷完善的過程中，應遵循豎向排列的方式。靠生態因素對場地內部雨水流量以及峰值流量進行調控，大大降低由于外界環境對小區開發建設產生的不良影響。

其次，對自然排水管道采取保護措施。自然環境下所產生的濕地和水質是凈化水體的主要環境，也是生態環境中生物賴以生存的地方。因此要保護生態敏感區，以此來降低由于開發建設對生態環境造成的嚴重影響。同時，雖然傳統的排水網解決了洪澇等問題，但它破壞了場地內自然水文特性，致使場地自我修復能力喪失。因此要不斷完善并踐行海綿城市理論，在實際的施工建設中以海綿理論為前提進行操作，合理踐行施工現場自身的排水能力，有效調節城市內部市政管道網線布置，彼此更好地配合生態保護，促使生態型雨水調控有效落實[3]。另外，針對現今雨水管網以及海綿城市建設來說，這樣的施工方式可以更好地降低管網之間的安裝沖突，也大大促進管網之間的有效連接利用。

最后，海綿設施源頭管理原則。可以通過末端治理的方式來加強現代社區的管理要求，通過采取合理科學的方式，減輕排污治理壓力，并且有效改善水質污染狀況。海綿城市建設主要是利用雨水徑流源的處理方式，其特點為規模小、分散力強，更好地保證生態環境不被污染與破壞，并且有效將周圍環境融合起來，提高資源利用率。在問題源流處完成下滲、傳輸等工作，從根源解決問題，最終滿足小區開發前水文狀態保持不變的要求。

5 住宅小區內的海綿城市建設主要體現

住宅小區內的海綿城市建設主要體現在透水路面、雨水集蓄、生態草坪溝、社區雨水花園以及社區分組大樓屋頂綠化等多個方面。透水路面中，透水磚用于社區停車場，以降低地表徑流系數，清潔雨水。住宅區景觀路面采用透水路面結構。從技術上講，雨水可以通過使用透水材料和透水結構進行有效調節與儲存。從表達式上看，路面形狀的變換和組合可以產生豐富的景觀效果，有效降低地表徑流系數。雨水集蓄在住宅區的土地面積內，與生態雨水設施和灰色雨水設施相結合，有組織地收集到儲蓄所中，用作綠水供應和道路收費用水的補充水源。在住宅綠化上沿路邊設置生態草坪溝，收集部分地表徑流，清理雨水。在整個建筑的邊緣以及整個社區的綠色土地上建立雨水花園，用以收集和吸收來自房屋屋頂或其他土地的大量雨水，并通過各種動物、植物、沙和泥的綜合相互作用來清潔雨水，以便逐步進入土壤并補充地下水。在社區分組大樓屋頂設置屋頂綠化，有效緩解社區雨水屋頂排水，清理地下水來源，減少排水壓力，保護屋頂施工，延長防水壽命。而且冬天和夏天可以保持房子溫暖、涼爽，節省開支和能源。

6 建筑設計常見問題

6.1 與雨水回收利用設計混淆

雨水回收利用系統主要是將雨水收集并給予合理的處理，將其更好地排放到市政管網中。而海綿城市設計需因地制宜，考慮城市本身情況以及經濟因素，從而圍繞綠化設施對滲水面積進行規模建設。兩者對比，海綿城市設計理念更具有靈活性。

6.2 管網設計不合理

在海綿小區設計中，仍有不少設計者沿用原來管道的設計模式，將屋面雨水與小區路面徑流雨水直接匯集到小區雨水管網中，最終排放到城市排水管網。也有部分設計者采用下沉式綠地雨水花園等溢流排水接入小區的雨水管網，亦或將地面雨水分別引入蓄水池和溢流井與水混合后排入到城市管網中。但以上兩種做法并未充分發揮低影響開發理念中蓄水、治水、滲水、凈水的作用。對此需積極改變固有的思路與方案，以低影響開發理念為中心，精心設計雨水滲透和蓄水凈水的能力，并在分區之間采用植草溝、暗水管道或凹陷式綠地進行連通，最終達到整個小區的徑流控制率要求。

6.3 群眾認知的局限性

由于宣傳工作不到位，部分群眾對于海綿城市的了解甚少，設計改造過程中對城市群眾生活造成的不便以及后續的維護費用，使群眾對于改造可能存在排斥心理。盡管在促進雨水下滲緩解城市雨洪方面，海綿設施各司其職效果較好，但是在其他方面又有一定的弊端，之前提到的房屋沉降就是一例。所以應加強媒體宣傳，進而提高群眾的認知和接受能力。

7 海綿城市理念的建筑小區設計方式研究

7.1 海綿小區雨水流徑設計

建筑屋面采用綠色屋頂對雨水進行滲透性吸收，超過滲透能力的雨水經植草溝排入下凹式綠地或景觀水體。建筑道路、休閑廣場、停車場宜采用透水鋪裝。小區綠地應采用比道路面較低的下凹式綠地，降水期間雨水一方面通過透水鋪裝下滲，另一方面進入下凹式綠地，最終匯入景觀水體。建筑小區海綿建設可以有效降低路面降水率和徑流污染。

7.2 滲透性鋪磚設計

公共建筑屋面采用綠色環保屋頂對雨水進行滲透，吸收超過滲透能力的雨水排入設置于運動場、廣場綠地等下面的雨水調蓄設施，經凈化處理，用于綠化澆蓋或道路沖洗，實現雨水資源化利用。當然以上離不開滲透性鋪磚的設計，鋪磚的透水性設計可以讓大部分的地面滲透能力得到大幅度提高。它通過加大材料間的銜接面積以及提高透水材料的透水速度來實現滲透性。加大材料間的銜接面積，就是縫隙透水鋪裝。縫隙間可以添加細沙石子等滲透力強的材料，或者在空隙間種植綠草，讓雨水得到充分吸收，如植草磚的鋪墊。此外，提高透水材料的透水速度實現滲透性，如透水混凝土的鋪裝和透水瀝青的鋪裝。

7.3 下沉式廣場綠地

下沉式廣場標高低于道路廣場的標高，當降水超過排水管網排水能力時，從溢流式排水口存入下沉式廣場儲存。當排水管網水位下降后，廣場內儲存的雨水排入，排水管道下沉使廣場綠地設于城市易澇點或水位較低點，可在暴雨期間有效緩解城市道路積水。并且下沉式綠地廣場建設費用和維護費用比較低，美中不足的是大面積應用時容易受地形的影響，實際的調蓄容積相對于其他設施來說比較小。

7.4 高架道路

高架道路采用透雨力強的混凝土鋪裝。降雨期間，雨水首先通過透水鋪裝，下滲匯流到高架道路雨水收集管，然后排入高架下綠化帶內設置的雨水滲蓄設施。收集的雨水可用于灌溉綠地或沖洗地面，超過雨水滲透設施儲存能力的雨水逆流排入排水管道，以提高高架道路行車的舒適度和安全性，并提高雨水的資源利用率。

7.5 深層調蓄隧道

深層調蓄遂道的作用是在降水期間截留儲存輸送超過排水管網能力的雨污水。在降雨結束后，將隧道中的雨污水輸送至污水處理廠處理后排放，以削減雨水徑流污染和雨水高峰流量。

7.6 人行橫道設計

人行橫道或非機動車道采用透水磚和透水混凝土進行鋪裝。降雨期間，雨水通過透水混凝土鋪裝下滲，進入生態蓄水池進行吸收，超過的雨水進入道路管網，在非機動車道下設置雨水蓄水設施。地面道路海綿性設計可以有效降低地面徑流總量和雨水污染。

7.7 建筑小區的屋頂綠化

隨著社會的發展，人們在購買樓房的時候，對小區附近是否有花草樹木比較看重。在新一代的建筑規劃下，用屋頂綠化作為主要方法，就是在樓的周圍或者樓頂進行綠化。樓頂綠化較為復雜，需要工作人員具有一定的專業能力。如果想要在屋頂栽種植物，就需要在屋頂放置一定的土壤，土壤不僅能夠提供植物需要的養分，而且具有很強的吸收性和滲透性。此外，多數建筑都會有房頂漏水的問題，如果在屋頂進行綠化的話，就會有效地減少這種情況的發生。

屋頂綠化就是在樓頂種植一定的植物，這些植物在太陽下能進行光合作用，從而阻隔熱量。冬天的時候，屋頂的土壤可以有效地對屋內進行保溫。在屋頂進行綠化的辦法，很多城市都已經開始實施，并且起了很大的作用。樓頂的抗壓能力很強，對屋頂進行綠化具有很強的保溫作用和防水作用，還能調整降水量，把多余的降水都排進下水管道里，從而有效地保護了樓頂。

7.8 雨水調蓄設計

在規劃雨水調蓄工作時，要根據我國的可持續發展戰略，對雨水調蓄和排放進行調整，建設保存雨水的調蓄池。在降水少的季節，可以調用調蓄池中的水，并進行合理分配。不下雨時，調蓄池里的水始終保留，可以作為小區里面一道供人觀賞的美好風景。同時頂部設置有排放的出口，雨季時若水位超出調蓄池正常水位，則通過出口對水進行排放，保持調蓄池中的水量正常。在建設調蓄池時，應將其設計得更加美觀，比如說可以建設成噴泉，既能發揮出作用，又能讓人們觀賞。或者是地下蓄水池。地下蓄水池也是海綿城市建設工程中的重要部分，起到收集、存儲雨水的功能，主要由池體、出水井、沉沙井等部分組成。此外，在建設時需要根據綠色植物的類型，做好蓄水層的處理，如灌木、喬木大型綠色植被，主要采用輕質多孔粗骨料，而相對小型的植被，可以選擇陶粒并內鋪穿孔PVC 管材，確保土壤層的水分與濕度。地下蓄水池能夠隨時釋放、利用雨水資源，在城市發展過程中可以發揮重要作用，并且保護居住小區的生態環境。

7.9 場地設計

在設計海綿城市時，場地布置為中心環節。在前期設計方案時，要重點考慮海綿城市的核心理念，通過參照多方面要求進行科學合理的設計，以此形成合理的雨水流線，防止對周圍環境產生積水影響，造成資源浪費，并且降低海綿城市的利用效果。對于場地設計來說，主要是改變周圍環境以及建筑設施的布局，合理利用周圍環境現有的濕地、池塘、溝渠，充分考量建筑設施內部區域分布，通過橫向縱向的設計，完成水流流向設計，最終促使雨水有組織地匯集到綠地系統以及景觀水系統中。通過設計透水地面、排水溝河、雨水綠地以及排水管道等，來形成一個較為連貫系統的水循環，正確踐行市政管道要求，并按照實際功能進行連接。嚴格落實操作過程中的目標要求，始終按照海綿城市施工建設要求進行，防止各個環節出現失誤，導致始終無法滿足處置要求。

7.10 地下室頂板的雨水入滲

就現在來說，市區內部各住宅小區都具備地下車庫，要想更好確保地下車庫綠地具有蓄水能力，確保雨水能夠流暢排空，就要求地下車庫頂板覆土滿足一定的施工建設要求。當厚度超過1 000 mm 時，可以通過安裝凹陷綠地或在土內埋設排水設施來完成積水排放。當透水鋪板安裝在地下室頂板上時，厚度應維持在600 mm 左右，只有這樣才能更好地確保雨水順利排空，防止由于積水問題導致植物出現爛根狀況，同時需要在地下車庫上層與浮土之間安裝排水管道以及排水材料。

7.11 生物滯留池

生物滯留池也屬于淺凹綠地的一種，單池面積較小，一般設計為25～50 m，可設置于緊湊型綠地內。生物滯留池與其服務的匯水面積之比一般為1 ∶20～1 ∶10，內部構造比普通下凹綠地復雜，由頂部向下依次包括超高、滯水層、覆蓋層、種植土層、過渡層以及礫石排水層，整體構造層厚度一般不小于1 m，單方調蓄容積約為普通式下凹式綠地的1.5～2 倍。經生物滯留池滯蓄的雨水須通過植物、沙土的綜合作用凈化后再逐漸滲入土壤。因此，生物滯留池滯蓄凈化效果優于普通下凹綠地。生物滯留池內部可種植草本類、灌木類短期耐澇、長期耐旱型植物，但是需注意符合溢流雨水口數量及排水能力。

7.12 種植要點

海綿設施內植物是重要構成要素，既影響海綿設施是否能長期穩定發揮生態功能，又直接決定景觀表觀效果，因此景觀設計需格外重視海綿設施內部的種植選配。種植品種需考慮短期耐澇、長期耐旱類，且根系較發達、莖葉較繁茂、景觀效果好的品種，盡量選用當地經過實踐證實效果較好的植物。為盡可能保證景觀實施效果，生物滯留設施內植物搭配要盡量豐富（品類）、有層次（高、低搭配種植）、種植密度適當加密、盡量增加常綠植物比例以及適當點綴開花植物或色葉植物，還需注意結合周邊綠化配植，以避免與周邊綠化景觀脫節。

8 應用海綿城市理念的建筑小區設計效益分析

（1）蓄水、減排和水循環。建成海綿城市后，由于底層表面的改造，在基層收斂的雨水量可以大大減少。同時可以儲存部分水進行回收利用，直接節省綠化水費。（2）減少雨水服務器的污染。海綿裝置的設計以及植物和土壤的自然凈化可以有效地減少雨水中的污染物。（3）提高社區質量，創造良好的生活環境。海綿城市的系統建設可以有效地改善社區的景觀和生態環境，為提高社區質量和居住環境奠定堅實的基礎。

9 結語

科學合理地踐行海綿城市施工建設要求，要以小區實際狀況為基礎進行設計，只有這樣才能更好地踐行海綿城市要求。海綿城市建設應符合施工設計要求，按照所規劃圖紙進行全方面的落實，將城市建設作為城市規劃的目的之一，以此確保各項措施合理展開。在實際運行過程中，要做好嚴謹的運行管理措施，評價分析海綿城市建設效果，充分考量所控制水徑流總量以及峰值流量，而不是將水徑流總量作為控制達標的設計依據。