海綿城市導論課程建設與思政融合初探

趙志宏， 劉 沫， 劉曉麗， 鄭克白， 陳思聰

（1.清華大學 a.土木工程系；b.修繕校園管理中心；c.水利水電工程系，北京 100084；2.北京市建筑設計研究院有限公司，北京 100045）

近年來，土木工程學科呈現更系統、更綜合、更交叉的發展趨勢。《普通高等學校本科專業目錄》（2020 年版）中土木類已包含有土木工程、建筑環境與能源應用工程、給排水科學與工程、建筑電氣與智能化、城市地下空間工程、道路橋梁與渡河工程、鐵道工程、智能建造、土木水利與海洋工程、土木水利與交通工程、城市水系統工程等11 個招生專業。2018 年，清華大學在全國率先獲批開設寬口徑的本科專業——土木、水利與海洋工程，涵蓋土木工程、水利科學與工程、工程管理、交通工程、海洋科學與工程等5個專業方向。為完善“大類招生、大類培養、大類出口”的本科生培養方案，清華大學于2017 年開設了海綿城市導論（1 學分）本科生課程，重點講授海綿城市的設計理念、關鍵技術、典型案例等。

水是城市的血液，也是城市的命脈。中國城市面臨著嚴峻的水質污染、水資源枯竭、洪旱災頻繁等問題，海綿城市建設刻不容緩。自2013年中央城鎮化工作會議提出“建設自然積存、自然滲透、自然凈化的海綿城市”以來，國家密集出臺了一系列推動海綿城市建設的政策與指南，如2014 年住建部編制了《海綿城市建設技術指南—低影響開發雨水系統構建（試行）》［1］，2015 年國務院辦公廳印發了《關于推進海綿城市建設的指導意見》（國辦發〔2015〕75號）。2015—2016年，全國30個城市分兩批入選了國家海綿城市建設試點名單（城市建成區典型區域建設試點），2021年又有20個城市入選了海綿城市建設示范名單（城市建成區全域系統性建設示范）。可見，海綿城市建設已在我國取得了快速發展，而且社會效益日益顯著。

海綿城市是指城市能夠像海綿一樣，在適應環境變化和應對自然災害等方面具有良好的“彈性”，下雨時吸水、蓄水、滲水、凈水，需要時將蓄存的水“釋放”并加以利用，其涉及水系統、建筑住宅區系統、道路廣場系統、地下空間系統、道路廣場系統等［1-3］。海綿城市建設需要土木工程、水利工程、建筑學、城鄉規劃學、風景園林學、環境科學與工程、氣候學、生態學、社會學等多學科的共同支撐。關于海綿城市建設的教材和專著已有很多［3-9］，在此基礎上部分高校開設了海綿城市相關的通識課或專業課，如福州大學的海綿城市建設理念與工程應用（慕課）［10］、江蘇科技大學的海綿城市建設工程［11］等。此外，也有不少高校將海綿城市的相關內容融入已有的課程中，如中國石油大學（北京）的水污染控制工程［12］、江西理工大學的給水排水管網系統［13］等。但是，海綿城市相關課程仍面臨教學內容系統性不強、教學過程學生參與度不高、教學各環節思政導入不夠等問題［10］。

在清華大學本科教學改革項目“海綿城市導論課程與校內實習基地建設”的資助下，針對課程內容、教學方式、考核辦法等進行了改革，并在教學實踐中檢驗了改革效果。本文系統總結了過去五年的教學實踐與改革經驗，詳細介紹了清華大學針對大類學生開設海綿城市導論課程的目標、思路及特色，以幫助大類學生從直觀感性的角度理解土木工程在未來城市發展中的重要作用，提升后續專業課學習的積極性，深化對系統工程概念的認識。

一、課程大綱

（一） 教學目標與教學內容

海綿城市導論課程的教學目標為：使學生掌握海綿城市的定義及其構建方法，理解“海綿城市”的哲學及基本理論知識，了解在不同尺度和規劃層次上的海綿城市規劃方法；為未來科學家、工程師、人文和法律工作者，奠定正確的認識論，樹立正確的倫理觀；為深入研究和管理決策提供理論基礎和常識。圍繞上述教學目標，課程以海綿城市基本理念與構建方法為主線，注重教學內容的寬廣度與實踐性，具體教學內容與課時安排如表1所示。

表1 海綿城市導論課程教學內容與課時安排

1. 海綿城市概念與構建方法（6學時）

海綿城市的概念與構建方法為本課程的核心內容，重點講授海綿城市的科學定義、古代與現代城市雨洪管理方法，以及不同尺度的海綿城市構建方法。海綿城市，作為新一代城市雨洪管理概念，目前在學術界尚未形成統一的定義，故通過對比多個海綿城市的定義（表2），啟發學生深刻理解海綿城市的內涵與外延。同時，將海綿城市的定義與其他現代雨洪管理進行對比，進一步明晰海綿城市這一雨洪管理概念的系統性與創新性（表3）。

表2 海綿城市定義對比

表3 雨洪管理基本方法對比分析

關于海綿城市的構建方法，主要參考俞孔堅等的專著《海綿城市——理論與實踐》［3］，從宏觀、中觀、微觀三個層面進行講解。其中，簡略介紹城市、區域等宏觀、中觀尺度海綿城市的構建方法，重點講解微觀海綿體的設計原則與方法。宏觀海綿城市是指運用生態學理論與水文過程空間分析方法，在國土或區域尺度上構建以水為核心的生態安全格局和基礎設施。中國幅員遼闊，不同地區氣候及地理地質情況復雜多樣，城市所面臨的雨洪問題各異，解決思路亦不相同，故本課程以北京、杭州、遂寧等海綿系統為代表，講解在我國華北地區、江南水鄉、四川盆地等典型地區構建宏觀海綿系統的原理和方法。北京位于華北平原西北隅，地勢西北高、東南低，從山區外圍到中心城構建了三環水系：連通北海后海等“六海”、筒子河、菖蒲河等河湖形成約20公里的“一環”水帶；連通長河、北護城河、南護城河、通惠河等10條河道及玉淵潭、龍潭湖、朝陽公園等8個公園的湖泊形成約60公里的“二環”水帶；連通永定河、京密引水渠、北運河，以及東沙河、北沙河、南沙河、涼水河、新鳳河等河道形成約230公里的“三環”水帶。杭州地處長三角洲南翼，錢塘江下游，京杭大運河南端，通過規劃水系網絡進行雨洪管理分區，盡力在城市中保留、恢復或新建坑塘濕地、河流水系，以保證水系統格局的完整性與連續性。遂寧位于四川盆地中部，涪江中游，是兩側為山體、中間為河流代表性城市，保留和打通山體與中央水系的橫向徑流通道，將其納入城市藍線保護范圍內，加以強制執行保護。

中觀海綿城市是指在城區、鄉鎮、村域尺度對海綿系統提出規劃和設計概念，以及建設方案。考慮到中國仍處于城鎮化快速發展期，故課程選取武漢五里界新城、北京中關村生命科學園為代表講解新建海綿系統構建方法。在武漢五里界新城，首先構建以雨洪管理為核心的生態基礎設施作為新城的基本構架，再設計三個級別的綠色廊道處理不同強度的雨水徑流。在北京中關村生命科學園，構建了一個由濕地水源、外圍生活污水處理濕地、總部景觀和休閑濕地組成的可持續濕地系統。

細觀海綿城市是指具體的海綿體，即應用生態化的滲、滯、蓄、凈、用、排等雨洪管理技術和各種生態修復技術，實現具有綜合生態服務功能的海綿體。考慮到學生以校園生活為主，故課程以國際關系學院、沈陽建筑大學為代表，分別講解了在老校區進行海綿校園改造和在新校區進行海綿校園建設的原理和方法。在此基礎上，重點講授了綠色屋頂、雨水罐、下沉式綠地、透水鋪面、植被過濾帶、植草溝、入滲溝、砂濾池、生物滯留地等海綿城市技術措施的設計方法［1］。而對于管路控制措施、末端處理措施只做一般性介紹，推薦有興趣的學生選修給排水科學與工程導論、水和廢水處理的工藝與技術等課程。

2. 專題報告與講座（5學時）

專題報告與講座涉及三部分內容。為進一步幫助學生了解海綿城市的設計流程，邀請了北京市建筑設計研究院有限公司鄭克白講解海綿城市工程系統設計與案例，賞析的案例有北京市CBD核心區、北京奧林匹克公園中心區、池州市黃梅片區、廈門翔安生活基地、通州圖書館，較為全面地囊括了城市密集區、城市公共空間、城市老舊小區、城市現代住宅、城市公共建筑等場景。

為幫助學生更好地完成課程設計，邀請清華大學修繕中心劉沫介紹清華海綿校園建設現狀及規劃（圖1）。清華大學校內設有氣象監測系統和水文監測系統，較好地掌握了校園雨洪現狀［14］；持續按低影響開發理念建設海綿校園［15］，現有雨水花園共五處，總面積約1 000 平米，綠色屋頂三處［16］，雨水收集池13座，其中雨水調蓄池2座。

圖1 清華大學校園雨水控制利用現狀

為拓寬學生的試驗，由清華大學水利系劉曉麗講授地下水庫前沿進展。地下水庫是指利用天然地下空間興建的具有攔蓄、調節和利用地下水流作用的一種特殊的水庫。以北京西郊地下水庫、大柳塔煤礦地下水庫為例，介紹了地下水庫選址條件、建造方法及調蓄模式［17-18］。

3. 交流與討論（5學時）

學生課上的交流討論涉及三部分內容。為使學生真正理解海綿城市建設的意義及各種技術措施的合理性，安排學生調研城市內澇現狀與原因。比如：在2021 年的教學中，由來自河南鄭州的學生介紹鄭州“7·20”特大暴雨災害的親身經歷，并通過文獻調研對災害原因進行深入分析；在2018年的教學中，有學生介紹了北京“7·21”暴雨災害作為游客的親身經歷。通過在課堂上分享經歷并深入剖析災害形成的自然與人為原因，培養學生發現問題、分析問題、解決問題的能力。

為使學生能夠了解海綿城市發展的學術前沿，安排學生開展文獻調研與分享。文獻來源之一是美國土木工程師學會（ASCE）每2 年一次的國際低影響開發大會論文集，論文涉及雨洪管理規劃和設計方法、雨洪基礎設施投資測量、韌性城市等諸多方面。此外，還鼓勵學生自己查收最新的文獻。

為使學生融會貫通本課程的內容，安排學生針對清華大學校園內局部區域進行海綿校園設計，并進行匯報展示，詳見第4節考核方法。

4. 現場調研實習（1學時）

現場調研實習主要安排在清華大學勝因院及校河沿線。清華大學勝因院環境改造工程由劉海龍及其團隊主持設計［19］，在雨洪徑流產生的源頭著手處理，采用合理的場地豎向設計、下墊面滲透性改善措施，并利用場地現有的綠地景觀元素調蓄、處理并削減徑流總量，將雨洪管理措施與場地景觀營造有機融合（圖2）。

圖2 清華大學勝因院雨水花園［19］

清華大學校河改造工程的總體任務：改造北校河，使得該段河道在滿足行洪要求的基礎上，盡量保持常水位水面景觀，為建設校園多樣化生態濱水空間創造條件，包括新建1座景觀閘、河底全段鋪設DN800再生水引水管線2.5公里、沿河6處親水節點擋墻改造及景觀規劃；改造南校河，新建雨洪利用的地下水庫，為上層生態景觀水面預留空間，下層地下水庫參與行洪排澇，滯蓄澇水，包括新建長780米、寬5米的南支地下水庫，改建明渠110米，規劃修建南支河生態景觀；為校內水系引接清河水廠的再生水，保證校河每年136 萬方的生態需水量，設計流量0.6 方/秒，為清華段補水，同時為萬泉河補水預留條件（圖3）。

圖3 清華大學校河景觀節點景觀改造規劃設計方案

（二） 思政內容

課程教學中貫徹“以本為本”的教育理念，深入挖掘教學內容中的道德話題、工程倫理資源、思政教育資源等，將專業知識與思政內容有機結合，做到科學性與價值性、知識性與思想性的辯證統一，注重對學生進行愛國主義情懷、工程倫理道德、基本職業素養等方面的教育。

1. 愛國主義情懷教育

我國古代城鎮在長期的水資源管理及與旱澇災害斗爭的過程中，不斷適應和改造城鎮的水系統，面對水資源短缺和水災害，積累了大量具有樸素生態價值的經驗，增強了人類適應水環境的能力，這些樸素的生態經驗及其形成的景觀，是獨特而珍貴的文化遺產［20-22］。比如：北京古城多管齊下解決雨洪問題，城外修筑永定河河堤攔截洪水，西山利用皇家園林群調蓄山洪，城內構建河道水系防止內澇；贛州古城憑借“江河為池、龜背地形”等自然條件，構建了“章貢二江（環城段）-城壕-福壽溝-低洼水塘”城市排水蓄水體系。在課程教學中，深入討論我國古代城鎮把水作為一個整體系統來認識和解決水資源、水災害問題的思想與經驗，增強了學生的民族自豪感和自信心，激發了學生對現代“海綿城市”理念的思考。此外，多位清華大學知名教授曾在本課程實習場地之一的勝因院居住過，比如梁思成和林徽因夫婦等，在此進行海綿城市實習，不僅學習海綿城市實操技術，還通過師生討論曾在此處居住的清華教授的人生經歷，使學生理解“肩負使命、追求卓越”的思想內涵。

2. 工程倫理道德教育

隨著我國“海綿城市”建設的快速發展，工程規模越來越大，一旦出現事故，后果將十分嚴重。在課堂教學中，加入大量工程事故案例，時刻提醒和教育學生在勘察、設計和施工中嚴格遵守相關規范和法規，維護自身權利，履行應盡義務。

3. 基本職業素養教育

將職業素養教育貫穿教學過程始終，明確學生作為未來土木工程建設者的責任和使命，在海綿城市導論課程中設置“海綿校園”設計環節，培養學生發現問題、解決問題的綜合能力。

二、教學團隊與方法

（一） 教學團隊

為保證高質量地完成海綿城市導論課程的教學任務，貫徹“三全育人”的育人理念，組建了由主講教師、校外專家、學校后勤中心教師三位一體的教學團隊。主講教師由土水學院專業教師擔任，北京市建筑設計研究院有限公司專業設計人員和學校修繕校園管理中心教師作為講座專家參與課堂和現場教學。此外，還可邀請校內工程設計人員參與現場實習部分的講解。通過組建復合式的教學團隊，提高教學質量。

（二） 教學過程

1. 課程講授

本課程在課程講授環節中以啟發學生為核心。考慮到海綿城市課程的強實踐性，故在課程教學中設置了較多的案例來引導學生思考。比如：講授海綿城市的構建方法時，首先給出每個案例面臨的問題，學生根據構建方法提出具體對策，最后再與實際的設計實施結果進行對比，剖析其中的優點與不足，加深學生對所學知識的理解。

2. 翻轉課堂

本課程在課程教學中強調以學生為主人，除了正常教學中的師生互動外，還特意在教學的前、中、后三個時間點設置了集中交流研討時間（表1）。第一次研討的主題是“城市內澇現狀與原因”，讓學生帶著問題學習海綿城市的構建方法；第二次研討的主題是“國際低影響開發技術前沿”，讓學生了解海綿城市的發展趨勢；最后是課程設計集中展示環節，通過師生對設計方案的點評，讓學生總結反思海綿城市如何落地。

3. 思政導入

本課程將思政內容與專業知識有機融合，將“愛國主義情懷教育”融入“古城治水理念與啟示”中，將“工程倫理道德教育”融入“海綿城市工程系統設計與案例”中，將“基本職業素養教育”融入課程設計中，從而避免在授課過程中的假、大、空。

三、考核方法

課程成績評定由四部分組成：平時成績占20%，主要考查學生課上參與度；城市內澇現狀調研報告占10%，主要考查學生發現問題和分析問題的能力；海綿城市文獻閱讀報告占20%，主要考查學生閱讀文獻和理解學科前沿的能力；四是課程設計占50%，主要考查學生運用所學知識解決問題的能力。本課程后三項考核任務以2～4 人小組合作的形式共同完成（圖4），并進行PPT 口頭匯報，所有學生全程參與交流討論，學生之間可以互相學習，充分發揮朋輩激勵的作用。

圖4 學生課程設計方案

四、結語

基于清華大學土木工程海綿城市導論課程五年的教學實踐，構建了適合大類培養模式的海綿城市導論課程體系，形成了較為完善的海綿城市導論課程的教學與考核方法，主要結論如下。

（1）完善教學內容。根據土木大類“寬口徑、厚基礎、強實踐、多樣化”的培養目標，本課程涵蓋海綿城市的基本理論與前沿進展，聚焦城市微觀海綿體的構建方法，增加了大量的案例教學和現場實習環節，啟發學生在思考中學習，在學習中實踐。

（2） 加強課程思政。將思政內容與專業知識有機融合，將愛國主義情懷教育、工程倫理道德教育、基本職業素養教育貫穿教學各環節，做到科學性與價值性、知識性與思想性的辯證統一。

（3） 優化考核方法。豐富考核內容，全面考查學生對課程內容掌握情況，包含1 次城市內澇現狀調研報告、1次文獻調研匯報、1個課程設計等，充分調動學生的學習主動性，提高學習效率。