融入人居生態(tài)環(huán)境的城市基礎(chǔ)設(shè)施

摘要：本文從可持續(xù)設(shè)計(jì)的五個(gè)切入點(diǎn)：水質(zhì)永續(xù)、環(huán)境友好、資源循環(huán)、能量自給、公眾參與，闡述了整體思維下的可持續(xù)建筑景觀一體化設(shè)計(jì)，讓環(huán)境基礎(chǔ)設(shè)施全方位的融入人居生態(tài)環(huán)境，成為未來(lái)可以全面推廣的示范樣本。

關(guān)鍵詞：整體思維；可持續(xù)性；基礎(chǔ)設(shè)施；污水處理廠；環(huán)境友好；資源循環(huán)；水資源概念廠

Abstract： This paper explores five aspects of sustainable design—water quality sustainability， environmental friendliness， resource recycling， energy self-sufficiency， and public participation. It discusses how integrated sustainable architectural and landscape design， guided by holistic thinking， can comprehensively incorporate environmental infrastructure into the human living ecosystem， serving as an example for future widespread implementation.

Keywords：" Holistic Design; sustainability; infrastructure; Wastewater Treatment Plants; Environmental Friendliness; Resource Recovery; Concept Water Resource Recovery Facility （WRRF）

一．源起與背景

早在2013年，為了應(yīng)對(duì)氣候變化，資源稀缺，打造滿足可持續(xù)人居環(huán)境需求的污水處理基礎(chǔ)設(shè)施，曲久輝老師召集并建立了中國(guó)城市污水處理概念廠專家委員會(huì)，提出“建設(shè)面向未來(lái)的中國(guó)城市污水處理概念廠”的構(gòu)想，試圖尋求一種開(kāi)創(chuàng)性的污水處理基礎(chǔ)設(shè)施模式，綜合實(shí)現(xiàn)“水質(zhì)永續(xù)，能量自給，資源循環(huán)，環(huán)境友好”這四個(gè)追求 。[1]

幾經(jīng)輾轉(zhuǎn)，當(dāng)建筑團(tuán)隊(duì)在2018年接到這個(gè)任務(wù)時(shí)，意識(shí)到這不是一個(gè)常規(guī)的污水處理廠設(shè)計(jì)，而是一次全新的原型挑戰(zhàn)[2]，即如何將以往消失在公眾視野里的污水處理廠，由幕后請(qǐng)到臺(tái)前，成為能融入人居生態(tài)環(huán)境的城市基礎(chǔ)設(shè)施，讓它們以開(kāi)放的姿態(tài)，健康優(yōu)美的環(huán)境，面向社會(huì)和公眾，成為城市人文生活的一部分；將那些曾經(jīng)位于城市邊緣隱藏之地的污水廠，變成資源的循環(huán)工廠，城市的郊野客廳，生態(tài)多樣的綠色田園。專委會(huì)科學(xué)家們的技術(shù)要求與人文情懷，與建筑團(tuán)隊(duì)的原型設(shè)想一拍即合，從不同的專業(yè)領(lǐng)域著手，殊途同歸。[3] （圖1）

概念廠位于江蘇省宜興市高塍鎮(zhèn)，伴隨著宜興的城市發(fā)展，無(wú)論是轄區(qū)內(nèi)特色環(huán)保產(chǎn)業(yè)工業(yè)園區(qū)的擴(kuò)展還是居住人口的增長(zhǎng)，生產(chǎn)生活帶來(lái)的污水，需要被科學(xué)處理，以保持城市發(fā)展與生態(tài)環(huán)境的友好平衡。水廠的日均處理量為：污水處理量2萬(wàn)噸/天，生物質(zhì)污泥處理量100噸/天。這樣的處理規(guī)模在國(guó)內(nèi)屬于城鎮(zhèn)中小型處理廠。在宜興市政府和上位規(guī)劃的支持下，概念廠的廠址位于環(huán)保大道西側(cè)的一處農(nóng)田和魚(yú)塘水系之間，這樣的環(huán)境里建設(shè)污水處理廠，需要慎重且珍惜的對(duì)待場(chǎng)地，必須讓概念廠和諧的融入生態(tài)環(huán)境，成為開(kāi)放友好的公共資源。

二．融入人居生態(tài)環(huán)境的五個(gè)切入點(diǎn)：

1.水質(zhì)永續(xù)：

作為污水處理廠，首要宗旨是保證污水處理后的高品質(zhì)，不僅要達(dá)到，而且要超過(guò)環(huán)境要求的處理標(biāo)準(zhǔn)。概念廠的整體功能需滿足污水處理（2萬(wàn)噸/天處理量）、污泥與有機(jī)質(zhì)處理（100噸/天處理量），除此之外還包括若干條水處理試驗(yàn)線的研發(fā)中試區(qū)，科研及管理人員辦公空間，以及面向公眾開(kāi)放，兼顧展陳、科普、學(xué)術(shù)交流、慶典活動(dòng)的多功能空間。這些功能需求，按以往的規(guī)劃模式，會(huì)采用占滿場(chǎng)地的獨(dú)立分散式布局。但這次，在專家組的支持下，采用了集約的三維立體布局模式。（圖2）

整體布局首先要尊重工藝處理的要求。污水處理的水區(qū)和有機(jī)質(zhì)處理的泥區(qū)，因各自獨(dú)立的工藝流程，單獨(dú)分作兩區(qū)，互不干擾。水區(qū)靠近市政污水主管道位于場(chǎng)地東北側(cè)，泥區(qū)則處于場(chǎng)地隱蔽且在下風(fēng)向的場(chǎng)地西北側(cè)。場(chǎng)地南側(cè)則是研發(fā)辦公區(qū)，既靠近城市干道和廠區(qū)內(nèi)公共廣場(chǎng)，與主要的生產(chǎn)區(qū)隔離開(kāi)，又能欣賞南側(cè)視野開(kāi)闊的田園景觀。在總體布局上，打破常規(guī)水區(qū)和泥區(qū)內(nèi)松散的獨(dú)立廠房式布局，將其按工藝流程需求組合成緊密貼合的整體，減少了外墻和外部道路，簡(jiǎn)化了物流路徑和管理人員出入口。整合后的構(gòu)筑物體量和占地大幅減小，日常生產(chǎn)和運(yùn)維管理主要依靠北側(cè)和西側(cè)的道路和場(chǎng)地；而面向公眾的廣場(chǎng)和管理研發(fā)人員出入的道路則位于廠區(qū)的中部和南側(cè)，“生產(chǎn)”與“公眾服務(wù)”的場(chǎng)地和流線獨(dú)立成環(huán)，互不干擾。（圖3， 4）

明確的功能分區(qū)，緊湊的布局，以及優(yōu)化的工藝流程設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了概念廠水質(zhì)的高品質(zhì)。在較長(zhǎng)的發(fā)展階段里，滿足區(qū)域水環(huán)境水生態(tài)修復(fù)、建設(shè)需求，支撐社會(huì)健康且可持續(xù)發(fā)展。概念廠注重循環(huán)，追求資源效率，將污水和有機(jī)物的資源化和資源效率提到盡可能高的水平。日均2萬(wàn)噸的城市生活污水，經(jīng)一系列水處理工藝凈化后，達(dá)到地表IV類水標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)處理后可直接飲用。其產(chǎn)出的水資源，可因地制宜、最大限度地應(yīng)用于生態(tài)環(huán)境尤其是魚(yú)塘的水補(bǔ)給，周邊農(nóng)田的灌溉等，為城市發(fā)展與生態(tài)環(huán)境穩(wěn)定提供助力。

2." 環(huán)境友好：

設(shè)計(jì)的初衷是最大限度的讓概念廠融入周邊生態(tài)環(huán)境。同時(shí)在整體建設(shè)和運(yùn)營(yíng)上減少碳足跡，樹(shù)立環(huán)境基礎(chǔ)設(shè)施新范式。概念廠在整體布局上，采用“三葉草”的布局模式，在集約中又為三大功能板塊拉開(kāi)了距離和間隙。這些間隙既保證了三大功能板塊各自的高效和獨(dú)立，又提供了水廠內(nèi)更豐富的“生態(tài)邊境線”，讓每個(gè)功能區(qū)都有更豐富的自然景觀界面，似乎每個(gè)板塊都身處生態(tài)景觀里。這一特點(diǎn)，在立體連廊的參觀視野里體現(xiàn)的尤其明顯。（圖5）

概念廠采用了頂尖除臭技術(shù)，解決了傳統(tǒng)污水廠的氣味和噪音等問(wèn)題，同時(shí)借助建筑景觀一體化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了廠區(qū)與周邊生態(tài)環(huán)境的整體融合，消除了傳統(tǒng)水廠的鄰避效應(yīng)。[4]廠區(qū)內(nèi)的生態(tài)景觀環(huán)境與廠外的農(nóng)田，水系，魚(yú)塘，融為一體，保持了廠區(qū)周邊陸地和水系生物系統(tǒng)的多樣性。尤其是廠區(qū)內(nèi)的景觀設(shè)計(jì)，借助精巧的場(chǎng)地豎向設(shè)計(jì)和各處景觀節(jié)點(diǎn)的處理，實(shí)現(xiàn)了無(wú)雨水管網(wǎng)的目標(biāo)。所有場(chǎng)地內(nèi)的雨水都經(jīng)景觀處理后回用或下滲，并與周邊水系及生態(tài)綠地聯(lián)通，形成兼具觀賞性和生態(tài)多樣性的郊野濕地。概念廠運(yùn)行后， 周邊的魚(yú)塘再次煥發(fā)活力，成為垂釣愛(ài)好者的聚集地。廠區(qū)內(nèi)的雨水花園，歷經(jīng)2-3年，也成為生態(tài)群落豐富的郊野公園和科普?qǐng)@地。（圖6）

在革新后的污水污泥處理技術(shù)的支持下，公共環(huán)境終于可以近距離的處在這些工藝廠房之間，為公眾提供一種工業(yè)感與生態(tài)自然無(wú)縫銜接，交相呼應(yīng)的多功能室外和室內(nèi)空間，用于各類文化科普，和社區(qū)活動(dòng)。

概念廠打造了城鄉(xiāng)共享新空間，實(shí)現(xiàn)了環(huán)境基礎(chǔ)設(shè)施與城鄉(xiāng)生態(tài)、生產(chǎn)和生活的融合與互動(dòng)。三葉草布局中的立體參觀動(dòng)線和公共廣場(chǎng)的設(shè)立，加深了公眾對(duì)概念廠的了解，增強(qiáng)了公眾與工廠之間的互動(dòng)。

毗鄰水區(qū)的池子咖啡夾在圓形的二沉池壁之間，形成的特殊大空間成為了一處多功能活動(dòng)場(chǎng)所。北側(cè)玻璃幕墻可以觀賞污水處理工藝的全景，南側(cè)的玻璃幕墻可以欣賞云愛(ài)花園和南側(cè)農(nóng)田的自然風(fēng)景。屋頂?shù)奶齑坝肿尦刈涌Х瓤梢匀斐两谧匀还獾姆諊铩＿@里既有水吧也有展臺(tái)，還有凈水飲用設(shè)施。可移動(dòng)的家具便于布置各種場(chǎng)景。無(wú)論是作為休憩的咖啡吧，還是專業(yè)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)術(shù)會(huì)堂，或是輕松自然的科普教學(xué)課堂，亦或氛圍莊重的企業(yè)年會(huì)場(chǎng)，都能無(wú)縫切換。（圖7， 8）

戶外云愛(ài)花園里廣場(chǎng)與和緩的草坡可以成為公眾的露天觀眾席，立體的景觀坡道在參觀廠區(qū)生產(chǎn)工藝之余還能成為高處的觀禮臺(tái)，景觀水池在雙螺旋坡道的點(diǎn)綴下成為廠區(qū)最有標(biāo)識(shí)性的背景。在場(chǎng)地內(nèi)人車分流及生產(chǎn)人車流線和公共參觀動(dòng)線分離的設(shè)計(jì)下。云愛(ài)花園可以不受干擾的舉辦各類音樂(lè)節(jié)、文化周、戶外婚禮。以實(shí)現(xiàn)“公眾”和“工廠”的雙向奔赴：對(duì)公眾的科普教育，使其了解污水處理廠以消除成見(jiàn)；對(duì)污水廠令其保持開(kāi)放性，使其參與公眾的活動(dòng)以服務(wù)人文社會(huì)。（圖9）

在確保了水質(zhì)、有機(jī)質(zhì)處理工藝空間不受干擾的前提下，將概念廠面向公眾的開(kāi)放體驗(yàn)，因地制宜的延伸至現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、體育文旅、生態(tài)田園等領(lǐng)域，打造出具有區(qū)域特色、充滿生機(jī)的城市郊野客廳，實(shí)現(xiàn)了“生態(tài)、生活、生產(chǎn)”的共融互動(dòng)，成為倡導(dǎo)健康生活理念的新型城鎮(zhèn)化樣本；也是“健康中國(guó)”的獨(dú)具特色的一塊拼圖。

3.資源循環(huán)：

概念廠中的污水處理和生物質(zhì)處理工藝，將廢棄物轉(zhuǎn)化為有價(jià)值的生物能源和生物肥料，變“污物”處理過(guò)程為“資源”循環(huán)再生過(guò)程，從而增強(qiáng)概念廠的可持續(xù)性。

污水污泥處理產(chǎn)出的有機(jī)質(zhì)及氮磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，可為周邊農(nóng)田、林場(chǎng)、園林景觀等提供品質(zhì)穩(wěn)定的肥料，有效實(shí)現(xiàn)城鄉(xiāng)物資的良性循環(huán)。

概念廠每天可以生產(chǎn)20噸營(yíng)養(yǎng)豐富的土壤和肥料，用于周邊的農(nóng)田，以支持當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)提高土壤的肥力和種植產(chǎn)量。

廠區(qū)的資源循環(huán)不僅體現(xiàn)在技術(shù)上，而且結(jié)合建筑和景觀的整體設(shè)計(jì)，讓公眾能直接感受到。中間云愛(ài)花園的雙螺旋坡道下的鏡面水景，可近處體驗(yàn)處理后的潔凈水體。廠區(qū)周邊農(nóng)田種植的稻子、西瓜，都是采用水廠副產(chǎn)品肥料的農(nóng)產(chǎn)品。讓水廠周邊的農(nóng)田和農(nóng)民能同步獲利。在確保污水和污泥處理不受干擾的前提下，將概念廠的運(yùn)營(yíng)延伸至現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、生態(tài)田園等領(lǐng)域，打造出具有區(qū)域特色、活動(dòng)內(nèi)容豐富的城市郊野客廳，實(shí)現(xiàn)了生態(tài)、生活、生產(chǎn)“三生”共融互動(dòng)。（圖10）

4. 能量自給：

項(xiàng)目通過(guò)整體思維下的可持續(xù)規(guī)劃及建筑設(shè)計(jì)，積極使用自然采光，通風(fēng)，雨水等自然資源，同時(shí)通過(guò)創(chuàng)新利用污水和污泥處理產(chǎn)生的沼氣發(fā)電，產(chǎn)生更多的清潔能源，實(shí)現(xiàn)廠區(qū)運(yùn)營(yíng)的自力更生和能源自給。

廠區(qū)的建筑通過(guò)規(guī)劃布局，保證了污水和污泥處理區(qū)工業(yè)構(gòu)筑物簡(jiǎn)潔高效的工藝流程。盡可能的減少工藝加工過(guò)程中的能源消耗。研發(fā)中試區(qū)則布置在辦公區(qū)的首層，整體架空十米，成為半戶外空間。既滿足了研發(fā)中實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所遮風(fēng)避雨的需求，又為他們提供了最大限度的自然采光和通風(fēng)，減少了室內(nèi)封閉實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備和運(yùn)維能耗。

辦公位于研發(fā)區(qū)樓上，廠區(qū)的最南端，視野開(kāi)闊，可以360度觀賞廠區(qū)南側(cè)，西側(cè)，東側(cè)的田園和魚(yú)塘景觀，同時(shí)北側(cè)對(duì)景為云愛(ài)花園，可以俯瞰全廠。辦公樓借助內(nèi)院的設(shè)置，將內(nèi)部分為建筑進(jìn)深深淺變化的區(qū)域。大進(jìn)深室內(nèi)空間用于開(kāi)敞辦公和會(huì)議， 小進(jìn)深的室內(nèi)空間用于獨(dú)立辦公室。無(wú)論是走廊還是功能房間都能最大程度的獲得自然采光和通風(fēng)，在滿足室內(nèi)環(huán)境品質(zhì)的前提下，降低辦公區(qū)的日常運(yùn)營(yíng)能耗，同時(shí)滿足未來(lái)功能靈活調(diào)整的可能性。

在能耗節(jié)流的同時(shí)，我們也利用概念廠的生產(chǎn)特點(diǎn)積極開(kāi)源。生產(chǎn)區(qū)通過(guò)污水和生物質(zhì)污泥處理以及周邊農(nóng)業(yè)區(qū)有機(jī)廢料共同產(chǎn)生的沼氣，借助厭氧化設(shè)施轉(zhuǎn)化為電能。厭氧化設(shè)備每天產(chǎn)生約3000立方米的沼氣，日均發(fā)電量基本穩(wěn)定在6000KWh/d左右。借助“水-肥-氣”的綜合利用模式，通過(guò)持續(xù)的調(diào)整優(yōu)化， 目前已實(shí)現(xiàn)了廠區(qū)內(nèi)總能源65%-85%的自給率，隨著運(yùn)營(yíng)的精細(xì)化還在上漲， 水質(zhì)凈化中心更是實(shí)現(xiàn)了100%能源自給。各單體建筑也借助可持續(xù)設(shè)計(jì)最大程度的利用自然采光與通風(fēng)，在運(yùn)營(yíng)階段也在不斷調(diào)試最佳的使用模式，減少建筑的基礎(chǔ)能耗，提高清潔能源自給率。（圖11）

5. 社會(huì)開(kāi)放，科普教育，迭代創(chuàng)新

廠區(qū)建筑與景觀一體化的設(shè)計(jì)，生產(chǎn)研發(fā)流線與公眾參觀流線的立體分離設(shè)計(jì)，讓這一環(huán)境基礎(chǔ)設(shè)施同時(shí)成為面向公眾開(kāi)放的郊野客廳與生態(tài)公園。在舉辦各種文化和專業(yè)活動(dòng)的同時(shí)，也能成為水環(huán)境的科普教育基地，增強(qiáng)公眾對(duì)水處理和可持續(xù)生態(tài)環(huán)境的認(rèn)識(shí)，并推廣這種創(chuàng)新性的環(huán)境基礎(chǔ)設(shè)施。水廠內(nèi)部同時(shí)設(shè)有研發(fā)中試區(qū)，為未來(lái)的水處理技術(shù)的研發(fā)創(chuàng)新提供實(shí)驗(yàn)場(chǎng)，支持水處理技術(shù)的更新迭代。

廠區(qū)內(nèi)的池子咖啡，設(shè)置在水區(qū)南側(cè)的圓形二沉池壁的線性“邊角料空間”，是面向公眾展示科普的多功能空間。借助兩個(gè)異形庭院，將此線性空間分為中控展示區(qū)、多功能的池子咖啡、配套服務(wù)三部分。南側(cè)的落地玻璃幕墻可以看到廠區(qū)內(nèi)最核心的廣場(chǎng)綠地公共空間，北側(cè)的玻璃幕墻，則讓人在池子咖啡廳里可以一邊喝著用處理后的污水制作的滿足食品衛(wèi)生要求的咖啡和啤酒，一邊欣賞工業(yè)化污水處理池的整體構(gòu)筑物景觀。讓工業(yè)化的設(shè)施也成為被框入畫(huà)面的一道風(fēng)景。目前池子咖啡內(nèi)部目前頻繁用于科普小課堂，特色產(chǎn)品體驗(yàn)接待水吧，各種企業(yè)年會(huì)及學(xué)術(shù)研討會(huì)會(huì)場(chǎng)等。

立體的參觀動(dòng)線， 自廣場(chǎng)草坡而起，至廣場(chǎng)水池而終，將辦公研發(fā)區(qū)， 污水處理區(qū)，有機(jī)質(zhì)處理區(qū)這三大功能板塊環(huán)繞成一片抽象的“三葉草”。整體參觀流線是一次隨時(shí)空而變，移步換景的動(dòng)態(tài)體驗(yàn)。公眾的參觀與廠區(qū)的日常運(yùn)行和維護(hù)界面立體分流， 在保證公眾可近距離觀看各類處理工藝的前提下，不影響廠區(qū)內(nèi)的安全生產(chǎn)與正常運(yùn)營(yíng)。

這一立體參觀動(dòng)線和公共廣場(chǎng)的設(shè)立，加深了公眾對(duì)概念廠的了解， 增強(qiáng)了公眾與工廠之間的互動(dòng)。池子咖啡可以做科普?qǐng)@地，辦論壇或?qū)W術(shù)會(huì)；在戶外廣場(chǎng)、草坡、景觀水池等空間可以舉辦各類學(xué)術(shù)活動(dòng)的開(kāi)幕式，如面向公眾的音樂(lè)節(jié)、文化周、戶外婚禮。以實(shí)現(xiàn)“公眾”和“工廠”的雙向奔赴：對(duì)公眾的科普教育，使其了解污水處理廠以消除成見(jiàn)；對(duì)污水廠令其保持開(kāi)放性，使其參與公眾的活動(dòng)以服務(wù)人文社會(huì)。（圖13）

目前已有超過(guò)5萬(wàn)名學(xué)生和社區(qū)居民參與了本項(xiàng)目的各類環(huán)境教育活動(dòng)，提高了人們對(duì)可持續(xù)水資源管理的認(rèn)識(shí)。國(guó)際的水環(huán)境專家組也到概念廠實(shí)地考察參觀，概念廠的整體模式作為具有包容性，創(chuàng)新性的彈性基礎(chǔ)設(shè)施，得到了他們的認(rèn)可，未來(lái)將在國(guó)際上推廣。

三．結(jié)論

宜興WRRF代表了環(huán)境管理的一個(gè)里程碑，體現(xiàn)了可持續(xù)發(fā)展、社區(qū)參與和水務(wù)部門(mén)技術(shù)創(chuàng)新的無(wú)縫融合，重新定義城市與污水處理廠之間的關(guān)系。[5]該設(shè)施不僅解決了中國(guó)當(dāng)前面臨的環(huán)境挑戰(zhàn)，還為全球未來(lái)的水資源管理項(xiàng)目建立了開(kāi)創(chuàng)性的標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)這樣做，展示了一個(gè)可擴(kuò)展和可復(fù)制的模型，用以指導(dǎo)全球在可持續(xù)水資源管理方面的努力 。

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