海綿城市理念導向下的風景園林規劃設計趨勢

劉 銘

（廣州大學建筑與城市規劃學院，廣東 廣州 510006）

隨著我國經濟社會快速發展，城鎮化率增速也在迅速上升。城市擴張開發改變了原本的土地利用方式，導致不透水面面積劇增，地表徑流系數變大，暴雨期間易產生過量徑流，增加洪泛隱患[1]。由于城市下墊面變化破壞了原有區域自然水循環機制與系統，經過城市區域的地表徑流在未經合理管控的情況下會攜帶著大量污染物，使水體水質降低，水資源難以得到妥善地回收與利用[2]。在氣候變化的作用下，極端降雨事件發生的頻次正在增加，傳統高度依賴灰色基礎設施的雨洪管理在應對氣候變化持續影響時表現也不夠理想[3]。國外對各種雨洪管理措施與技術探索與實踐較早，已經具備體系較為成熟的雨洪管理技術，如美國的低影響開發(Low Impact Development,LID)和最佳管理措施(Best Management Practices,BMPs)[4]、澳大利亞的水敏感性城市設計[5]、新西蘭的低影響城市設計與開發[6]等。目前我國正處于新時期城鎮化高質量發展階段，急需探索適合我國國情的雨洪管理方法。

1 海綿城市理念

海綿城市是在生態文明戰略背景下，通過人工與自然的方式對徑流進行合理控制，實現城市水資源開發與利用可持續發展的手段措施。2014年，我國在《海綿城市建設技術指南》中提出，海綿城市是指通過加強城市規劃建設管理，充分發揮建筑、道路和綠地、水系等生態系統對雨水的吸納、蓄滲和緩釋作用，有效控制雨水徑流，實現自然積存、自然滲透、自然凈化的城市發展方式[7]。優先利用綠色基礎設施和科學結合灰色雨水基礎設施，基于灰綠生態要素對雨水徑流進行控制，實現對雨水徑流的“滲、滯、蓄、凈、用、排”，以應對極端降雨事件引發的城市洪澇災害以及促進雨水資源的利用和生態環境保護。

2 海綿城市與風景園林規劃設計結合的必要性

風景園林有著悠久的發展歷史，其本質是對于人地關系的處理，運用各種設計手段結合設計要素對場地進行改造或再利用，創造更加宜人的環境[8]。從概念角度，風景園林設計的最終目標與海綿城市的規劃目標都以更有效、更生態的手段，協調人與自然的關系，提升環境水平。海綿城市理念的提出，為風景園林設計提供了更多的可能性，豐富了風景園林學科的專業內涵，海綿城市采用的措施與風景園林造景手段能夠較好地融合，具有高度契合的特征。風景園林設計是海綿城市建設中的重要一環，實現海綿城市理念與風景園林設計的高度融合，將綠色基礎設施耦合灰色基礎設施進行海綿城市建設，有利于雨水資源的滲透、積蓄與再利用，實現區域景觀可持續發展。

3 海綿城市理念導向下的規劃設計趨勢

3.1 基于GIS的地形智能分析

在海綿城市理念下，地形塑造是雨水徑流初期進行調蓄與緩解地表徑流的手段之一。基于地理信息系統(Geographic Information System,GIS)的智能分析技術發展迅速。ArcGIS軟件開發公司在軟件中集成了一系列水文分析輔助工具，能夠輔助相關從業者實現水文分析模型的構建。在與河流分布關聯性較強的城市區域，可以基于場地的高程數據，對場地坡度、坡向等信息綜合考量，進行場地的集水區劃分和進一步分析；在道路密集的城市區域，可基于路網數據，進行集水區劃分，結合下墊面不透水率等數據展開進一步分析。智能化輔助技術的發展，為場地的地形塑造提供了科學的分析基礎，為場地后續的水文模型構建和規劃設計推敲提供更為精準的場地基礎數據與地形情況。ArcGIS水文分析工具及其功能如圖1所示。

圖1 ArcGIS水文分析工具及其功能

3.2 物聯網支持下的綠色屋頂改造

綠色屋頂也稱為植被覆蓋屋頂，是一種通過在建筑屋頂進行植物種植綠化，利用雨水回收處理系統削減屋面雨水徑流的海綿城市建設措施之一。隨著物聯網技術的不斷更新迭代，物聯網利用無線傳感網絡將各類智能設備與互聯網實時連接，成為在線運算與實時檢測相結合的信息管理系統。利用物聯網系統和信息傳感器可以檢測綠色屋頂的整體水文情況以及資源、能源轉化情況，相比以往的自然收集，物聯網支持下的綠色屋頂具有高效性與智能性。綠色屋頂在海綿城市規劃中面積較小，但承擔著重要雨水處理作用，在物聯網技術的支持下，能夠更好地發揮對雨水的回收、儲存與再利用效能，實現更為智能的監測與管理，為海綿城市的建設注入新的活力與動力。

3.3 數字孿生下的下墊面改造

數字孿生是利用數字化手段對真實物理世界的映射，即在虛擬環境中投射真實的場景，便于實時掌握現實場景的變化。數字孿生技術在海綿城市中的應用可以融合視頻數據、地圖矢量數據和遙感影像等信息，實現自然資源的實時在線監測服務，獲取城市不透水面的實時變化。在獲取城市不透水面的位置和面積的基礎上，能夠對設計范圍內的下墊面屬性進行分類。在不透水率較高的區域，對于道路路基強度和穩定性要求較低的路面或廣場地面進行鋪裝設計時，盡可能考慮使用透水性較好的透水鋪裝。采用透水材質鋪裝，能夠改善由于地表不透水特征引發的地表徑流量快速達到峰值的問題，使部分雨水能夠通過透水鋪裝快速下滲至地下補充水資源或經地下排水設施排出，緩解城市淹水問題。

3.4 灰綠基礎設施智能化布局

以綠色屋頂、雨水花園、透水鋪裝等為代表的海綿設施對地表徑流和污染物濃度等均有一定的控制效果。不同的設施在滲透、存儲、截污凈化與調節等功能上表現出不同的優勢，根據實際工程的需求和規劃的控制目標，對海綿設施的布置位置、面積和組合方式等進行適當的規劃配置，才能在有限的成本和資源中充分發揮海綿設施的效益。近年來涌現了一批智能化的布局優化成果，Lee等[9]利用城市暴雨處理及分析集成模型系統(System for Urban Stormwater Treatment and Analysis Integration Model,SUSTAIM)評估得到BMPs的最優布局位置、類型和成本；Bakhshipour 等[10]利用遺傳算法(Genetic Algorithm,GA)減少灰色基礎設施和綠色基礎設施耦合方案生命周期成本；Yao等[11]提出了一種多目標優化框架，利用二代非支配排序遺傳算法(Nondominated Sorting Genetic Algorithm -II,NSGA-Ⅱ)搜索能夠平衡生態、環境、經濟和社會效益的灰綠基礎設施耦合布局。智能化的工具和算法為風景園林設計師的規劃設計注入了更多的理性思考，輔助設計人員以便捷、高效的方式，多角度提升規劃設計效益。

4 結語

海綿城市理念的提出是處理人地水關系失衡問題上的一大重要舉措，我國以保護水資源，強調功能綜合為前提，提出海綿城市建設戰略。這一理念的實現依靠整個城市生態系統的良好運轉以及多部門、多專業、多學科的協同規劃與設計。風景園林專業與園林相關部門在海綿城市建設中具有至關重要的作用。在海綿城市建設的指引下，以海綿城市理念為主導，充分發揮海綿設施在利用和保護水資源中的重要作用，能夠優化園林景觀生態環境，兩者的相互協調和有機結合將會在未來城市生態發展中發揮可持續的、積極良好的生態效益和社會經濟作用。

我國目前的海綿城市建設進展迅速，但仍存在部分問題。城市中綠色基礎設施分布不均，在削減雨水徑流、改善地表水污染情況與水量管理優化等方面的功能還需進一步探索，對于綠色基礎設施如何基于景觀水文過程原理，結合滯蓄雨水、凈化水質、改善生態等建設目標，更智能化且有創意地實現相關“海綿體”功能，兼顧社會、美學等其他功能也亟待探索。風景園林學科是海綿城市建設的參與者，二者之間聯系密切，具有高度的戰略一致性。風景園林不應局限于單純的綠地改造上，應結合自身學科內涵與中國特色，提出更具前瞻性、科學性和多種功能的海綿城市建設策略，在實踐建設中解決具體問題。